钢管接触法超声波探伤双向斜探头的改进

　　1　前言

　　接触法超声波探伤一般指单斜探头法,这种方法探伤时只显示始波及伤波(有缺陷时),没有其它可供参考的回波信号,所以探伤过程中不易判断探头和仪器的工作状况。在探伤钢管时,由于超声波的衰减,其能量传播不到一周,所以探伤时需要转动钢管大于2/3圆周,才能保证不漏检,探伤速度慢。为了避免这些问题,我们采用双发双收式组合探头(双向斜探头),即把两个带有和钢管圆弧相吻合的有机玻璃楔块的晶片组合在一起,两个晶片均兼做发射和接收,声波沿钢管锯齿形传播,两个探头均可接收到对面探头的发射波,从而得到回波信号,此信号称为“通波”,根据通波的变化情况就可以判断探头和仪器的工作状况。这种方式实现了钢管的双向探测,提高了检测效率。此探头有机玻璃楔块角度约为51°,晶片固定在有机玻璃楔块上,入射角可以在小范围内调节,但没有一个精确的角度值。采用这种探头对大部分规格的钢管都很适用,但在使用过程中,我们发现这种入射角基本固定的双向斜探头对某些规格(如大外径厚壁管)不适用,不但探伤灵敏度低而且内外壁灵敏度差较大,很难将探伤灵敏度调整到最佳状态,极易造成漏、误检。为此我们对某些规格的探头结构进行改进,以提高探伤灵敏度,减少漏、误检率。

　　2　理论依据

　　2.1　入射角的范围

　　在钢管横波接触法探伤中,为实现纯横波探伤及内外表面同时探测,入射角的允许范围为:

式中　α—入射角

　　CL1—有机玻璃纵波声速

　　CL2—钢中纵波声速

　　CS2—钢中横波声速

　　r/R—钢管内外半径之比

　　由(1)式可以看出,入射角的选择有一个范围,当αmin= sin-1(CL1/CL2)时,保证了钢管内是纯横波,对于有机玻璃/钢界面而言,αmin=27.6°;当αmax=sin-1(CL1/CS2·r/R)时,横波与管内壁相切,保证了内外壁的同时探测,αmax随着钢管的内外径之比的变化而变化,内外径之比越大,入射角的允许范围就越大。所以实际探伤时,所选取的入射角必须在(1)式范围内。

　　2.2　入射角在允许范围变化时声压的分布情况

　　如前所述,钢管探伤入射角应在允许范围内选取,但并不是在此范围内任意选取一个角度,就能获得满意的效果,现以纵波倾斜入射至有机玻璃/钢界面为例,简单介绍声压的分布情况,以此来分析入射角的最佳范围。

　　当纵波倾斜入射至有机玻璃/钢界面,并且通过液体薄层(机油)耦合时,所产生的折射横波声压透射率的变化如图1所示,折射横波声压往复透射率的变化如图2所示。