小角度縱波檢測(cè)法在瓶口螺紋檢測(cè)的應(yīng)用分析

張立軍

【摘 要】介紹了小角度縱波探傷法在長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶瓶口螺紋的探傷應(yīng)用。對(duì)小角度縱波斜探頭靈敏度進(jìn)行了調(diào)試，采用不同傾斜角度縱波斜探頭在長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶瓶口螺紋的探傷中的檢測(cè)效果進(jìn)行了對(duì)比研究，從而確定出采用小于10°傾斜角的縱波斜探頭進(jìn)行檢測(cè)可達(dá)到更好的檢測(cè)效果。

【關(guān)鍵詞】小角度縱波檢測(cè)法；長(zhǎng)管拖車(chē)；靈敏度

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近幾年，我國(guó)長(zhǎng)管拖車(chē)年增長(zhǎng)量近千臺(tái)。長(zhǎng)管拖車(chē)包括高壓氣瓶、附件、安全附件、氣瓶固定裝置、車(chē)輛部分等。常見(jiàn)的長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶的規(guī)格為Φ355×10.4mm、Φ406×12mm、Φ559×16.5mm等多種。多用于運(yùn)輸易燃易爆有毒有害氣體的移動(dòng)式壓力容器，屬于第三類(lèi)高壓容器，危險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較高，其檢驗(yàn)要求也相對(duì)更加嚴(yán)格。

長(zhǎng)管拖車(chē)瓶口螺紋在長(zhǎng)期運(yùn)行中，螺紋根部容易形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋，這些疲勞裂紋一旦產(chǎn)生便會(huì)在受壓循環(huán)應(yīng)力和介質(zhì)腐蝕作用下迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致危險(xiǎn)事故發(fā)生，為此在瓶口螺紋的定期無(wú)損檢測(cè)極為重要，根據(jù)《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》附件D《長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱定期檢驗(yàn)專(zhuān)項(xiàng)要求》的規(guī)定，長(zhǎng)管拖車(chē)定期檢驗(yàn)是需要對(duì)瓶口螺紋進(jìn)行100%超聲檢測(cè)和滲透檢測(cè)。對(duì)于超聲檢測(cè)，因長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶瓶口截面積，如果用縱波垂直入射試件檢測(cè)面的方法，限于工件形狀和側(cè)壁干涉等原因，縱波直探頭產(chǎn)生的缺陷波不穩(wěn)定，再現(xiàn)性差，螺紋波不規(guī)則，垂直入射縱波的應(yīng)用受到很大限制，筆者通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)，采用具有一定傾斜角度的超聲波進(jìn)行檢測(cè)，可以達(dá)到更好的檢測(cè)效果（小于10°傾斜角的探頭）。

一、小角度縱波檢測(cè)原理

將超聲縱波直探頭做成晶片和被檢工件表面成一定角度，根據(jù)波的折射原理可知，當(dāng)入射角小于第一臨界角時(shí)被檢工件中會(huì)同時(shí)產(chǎn)生折射縱波和折射橫波，利用折射縱波進(jìn)行探傷的方法稱(chēng)為縱波斜入射法。

采用斜入射縱波檢測(cè)可以很好地解決普通直射波存在的不足，由于探頭主聲束與探頭軸線成一定夾角，探頭主聲束可以檢測(cè)到普通直探頭不能檢測(cè)的區(qū)域。

二、探頭的選用

1）從缺陷檢出率及聲束指向性考慮，選擇較高的頻率為宜，如選用5MHz

2）縱波小角度斜探頭的聲束軸線對(duì)準(zhǔn)齒根裂紋時(shí)檢測(cè)靈敏度最高，優(yōu)于普通縱波直探頭，其縱波折射角應(yīng)視檢測(cè)的螺紋區(qū)長(zhǎng)度及端面來(lái)確定。

3）晶片尺寸根據(jù)瓶口端面而定，以確保探頭與接觸面的耦合及充裕度

三、檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)

長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶瓶口螺紋檢測(cè)靈敏度有兩種方法：一種是在氣瓶無(wú)缺陷部位將最后遠(yuǎn)處螺紋（內(nèi)、外）反射波的回波高度調(diào)到熒光屏滿刻度的30%，作為檢測(cè)時(shí)的基準(zhǔn)靈敏度；一種是用CSK-ⅢA試塊80mm深的橫孔（注：螺紋長(zhǎng)度約為80mm），用探頭找到80mm深的橫孔，調(diào)節(jié)增益，使其回波達(dá)到熒光屏的80%。

實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于不同折射角的探頭，折射角越小，相同聲程處φ1×6mm橫孔的反射波越強(qiáng)，目前本站通常用6°的小角度超聲波探頭進(jìn)行瓶口內(nèi)外螺紋檢測(cè)。筆者曾對(duì)北京公交公司一臺(tái)長(zhǎng)管拖車(chē)的其中一只氣瓶瓶口螺紋進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)處瓶口一環(huán)向裂紋，裂紋距瓶口100mm，長(zhǎng)度為整圈由內(nèi)向外7mm深。

四、裂紋波的識(shí)別

1）波形：因裂紋面垂直聲束，股裂紋波形清晰、陡直、尖銳

2）波底變化：對(duì)于較大的裂紋，波底明顯減弱甚至消失

3）螺紋波變化：緊靠裂紋之后的螺紋波將由于裂紋的遮擋而消失或減弱。

同種型式的瓶口螺紋，它們對(duì)超聲波的反射條件基本相同，當(dāng)超聲波入射到裂紋處時(shí)，在熒光屏上顯示的螺紋波具有一定特征，若某處螺紋存在不連續(xù)缺陷（如裂紋）時(shí)，則改變螺紋波的這種特征，以此可判定裂紋的存在與否。

五、縱波斜入射檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

1）由超聲波的折射原理可知，采用縱波傾斜入射時(shí)，檢測(cè)工件中同時(shí)存在折射橫波和折射縱波，可以從超聲波的傳播時(shí)間及兩種反射波的不同聲壓（回波高度）進(jìn)行區(qū)分，折射橫波往往是在特定位置產(chǎn)生的，（其波形比折射縱波略顯寬大），其位置在檢測(cè)范圍內(nèi)根據(jù)探頭的角度可通過(guò)計(jì)算求出，此外，在理論上折射橫波是整圈的，可通過(guò)更換其它角度探頭的方法進(jìn)一步檢測(cè)驗(yàn)證，如該位置還出現(xiàn)回波，則缺陷的可能性大，如不在同一位置，可以認(rèn)為是折射橫波造成的。

通過(guò)這幾年的實(shí)踐，分析與總結(jié)得出，縱波斜入射探頭對(duì)模擬裂紋產(chǎn)生的缺陷回波清晰、穩(wěn)定、再現(xiàn)性好，螺紋波較規(guī)則，縱波直探頭產(chǎn)生的缺陷波不穩(wěn)定，再現(xiàn)性較差，螺紋波不規(guī)則。隨著模擬缺陷距探測(cè)面距離的增大，縱波直探頭對(duì)缺陷的檢出率下降?？v波斜探頭具有較高的檢出靈敏度。

六、結(jié)論

縱波斜入射檢測(cè)長(zhǎng)管拖車(chē)瓶口螺紋的靈敏度比直射縱波檢測(cè)靈敏度高，發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力強(qiáng)，用縱波直探頭檢測(cè)，瓶口螺紋，由于波束軸線與缺陷不相交，缺陷的反射波聲壓較低，用縱波斜探頭檢測(cè)瓶口螺紋時(shí)，移動(dòng)探頭，可使傾斜入射的超聲波束入射到缺陷上形成反射回波聲壓較高，缺陷回波很強(qiáng)。在長(zhǎng)管拖車(chē)氣瓶瓶口螺紋利用傾斜入射的超聲波進(jìn)行檢測(cè)可以彌補(bǔ)直射縱波檢測(cè)的不足，對(duì)齒根裂紋信號(hào)和假信號(hào)的辨別，需要通過(guò)計(jì)算聲程確定，并結(jié)合檢測(cè)人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以識(shí)別，才能做出正確缺陷判定，隨著超聲波檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，縱波斜入射檢測(cè)必將有更廣泛的應(yīng)用。