宁夏工业学校
摘要 高频率聚焦探头目前在钛合金管材现场在线检测方面已经应用比较成熟。但是因为超声波探伤缺陷定量和设备调节都采取的对比试样均为纵向和横向人工刻伤，所以针对纵横两个方向的平行和垂直方向的自然伤的检出概率都很高，但因为自然伤的方向千差万别，该方法在实际探伤中遇到有一类和缺陷和纵横方向均成一定角度的斜缺陷时，其检出概率会迅速降低。本文针对此类缺陷提出具体的解决措施和方法探索对比研究。
关键字 线聚焦探头 管材斜裂纹 超声波探伤
一.概述
钛是二战后登上世界工业舞台的轻质、耐腐蚀、新型功能材料和重要的生物工程材料，被誉为仅次于铁、铝的“第三金属”和“梦幻金属”。世界各国的发展实践表明，钛及其合金材料的发展对国防、国民经济建设和社会发展有极其重要的战略意义[1]。
钛合金管材有较好的韧性和可焊性，更为重要的是它具有优良的耐腐蚀性能。在氧化性、中性及有氯离子的介质中其耐腐蚀性能有的场合超过SUS304不锈钢的十倍乃至几十倍以上。因而在国内从20纪80年代就广泛的应用于氯碱、制盐、尿素、农药、合成纤维、有机合成、制药、炼油化工、海水淡化、湿法冶金等化工过程工业。
超声波水浸聚焦探伤方法目前在钛合金管材在线检测方面的应用已经非常成熟，但是碍于探伤方法和设备造型方面限制，钛合金超声在线检测只能检测平行和垂直管材轴线的缺陷，对于缺陷和纵横方向均成一定角度的斜缺陷时，其检出概率会迅速降低。因此在固有设备上探索新的检测方法来实现这类斜裂纹的探伤方法便显得尤为重要。
二.钛合金管材水浸聚焦探伤基本理论
小规格钛合金管材（直径＜100mm）超声波探伤时采取的技术方法为水浸线聚焦法，该方法目前也是有色金属管材探伤的主流通法，其核心原理示意图如下图1和图2所示。宝钛的马小怀等研究了小径薄壁有色管材超声波探伤的基本
设备和工法选择，其研究结果显示薄壁管材探伤的最佳频率为 10MHz [2]。而空军工程学院的莫润阳对超声聚焦探头缺陷检测能力进行了探讨和研究，提出了聚焦探头的凹面焦平面上的声压分布规律如图3所示[3]。通过声压分布规律可知，聚焦探头的的中心声R范围内为高点，两侧副瓣声压降低迅速。而目前主流工法中使用10MHz线聚焦探头在检测常规纵横伤的缺陷时检出率一般可达到95%以上。但是实际生产中遇到一类和缺陷和纵横方向均成一定角度的斜缺陷时，其检出概率将大大降低。本文将用实验方法研究5MHz和10MHz线聚焦探头在检测这类斜裂纹时灵敏度的对比，以提供使用5MHz线聚焦探头在检测斜裂纹上的使用依据。
二.试验设计和数据处理
1.实验设计
实验设计时准备5组对比试样，1～3#参考样管上用电火花沿水平轴线呈不同倾角α刻上0°、6°、10°的人工刻伤，人工伤的刻伤示意图如图4所示。4～5#试样为实际检测时使用10MHz线聚焦探头漏检的倾角α约为15°和45°的自然缺陷（裂纹）。试验过程中分别用5MHz和10MHz线聚焦探头分别对5组试样进行探伤缺陷调试，并记录缺陷波高80%时两种频率试验时的灵敏度。试验设备为MaS380，两种探头规格为ALPHA/ISS/10MHz/.375〃/1.0IN FCS和ALPHA/ISS/5MHz/.375〃/0.75IN FCS。人工刻伤规格为0.15×0.2×25mm，自然伤大小和人工伤相当。试验方法为手动水浸探伤试验，试验典型波形如图5和6所示，试验结果如表1所示。
2.结果处理
由试验结果可以看出，当倾斜角度为0°时，10MHz线聚焦探头有5 dB左右的灵敏度优势，这个结论和马小怀他们的试验结果一致。但是当倾角α到达3°左右时，10 MHz和5MHz线聚焦探头的灵敏度效果一致。当α在6～16°之间时，5 MHz探头的斜伤灵敏度优势逐渐增大，由2 dB增加到11dB ；而当α增加到40°时，5MHz探头的灵敏度优势已经达到了14 dB。
三.试验结论
1.0°纵伤检验时10MHz线聚焦探头比5MHz线聚焦探头有5 dB左右的灵敏度优势。
2.当缺陷倾角α大于3°后，5MHz线聚焦探头的灵敏度优势开始逐渐增大，而且倾角越大，优势越明显。
参考文献
【1】李梁, 孙健科, 孟祥军. 钛合金的应用现状及发展前景[J]. 钛工业进展, 2004, 第5期:19-24.
【2】马小怀 , 陈百锁 , 汶锁明 小径薄壁有色管材超声波探伤，无损检测，2005年，27（1），44-46.
【3】莫润阳 超声聚焦探头缺陷检测能力探讨，无损检测，2000年，22（2），62-63.
论文作者:孙瑞,党永丰
论文发表刊物:《中国科技教育·理论版》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/1/14
标签：缺陷论文; 管材论文; 灵敏度论文; 裂纹论文; 倾角论文; 钛合金论文; 检出论文; 《中国科技教育·理论版》2015年第10期供稿论文;