關(guān)于帶涂層超聲波檢測(cè)對(duì)探測(cè)結(jié)果和過程的影響分析

齊園

（上海誠云建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 201313）

1 帶涂層超聲波檢測(cè)對(duì)檢測(cè)結(jié)果和過程的影響

1.1 對(duì)缺陷定位的影響

利用超聲波對(duì)帶涂層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件開展檢測(cè)，采用的技術(shù)原理是：利用接觸法將探頭經(jīng)由耦合劑耦合處理后直接與工件金屬表面接觸，接觸中探頭會(huì)同步發(fā)射超聲波，超聲波傳播到工件內(nèi)部過程中如遇到構(gòu)件缺陷或介質(zhì)界面，就會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，而探頭同步接收反射波信息，對(duì)反射回波進(jìn)行分析，就可以進(jìn)行缺陷的定位。在檢測(cè)時(shí)，探頭與構(gòu)件金屬表面之間存在有涂層隔離，而涂層與鋼構(gòu)件的聲速存在著明顯的區(qū)別，當(dāng)超聲波處于傾斜入射狀態(tài)下時(shí)，從涂層進(jìn)入構(gòu)件上的超聲波將發(fā)生明顯的折射，超聲波傳播路徑的變化明顯。因此，當(dāng)超聲波檢測(cè)的是帶涂層的鋼構(gòu)件時(shí)，涂層厚度是檢測(cè)結(jié)果的一個(gè)影響因素。

1.2 對(duì)缺陷反射波幅的影響

對(duì)于沒有經(jīng)過任何處理的涂層，其表面的平整度不同，在利用超聲波檢測(cè)時(shí)，探頭與涂層表面耦合環(huán)節(jié)將出現(xiàn)一定的聲能損失。當(dāng)超聲波處于涂層介質(zhì)傳播條件下時(shí)，涂層介質(zhì)本身會(huì)對(duì)超聲波產(chǎn)生一定的衰減作用，而這一作用也會(huì)引發(fā)聲能損失。此外，當(dāng)超聲波傳播通過了介質(zhì)界面的情況下，部分聲波存在反射作用，也存在聲能損失。

1.3 涂層對(duì)探頭主要技術(shù)指標(biāo)的影響

（1）對(duì)探頭K值的影響。當(dāng)沒有涂層時(shí)，超聲波傾斜入射直接進(jìn)入鋼構(gòu)件的情況下，假設(shè)有玻璃聲速、鋼中聲速、入射角和折射角分別為C有、C鋼、α1、β。

超聲波處于介質(zhì)界面上存在如下的折射規(guī)律：

當(dāng)有涂層時(shí)，超聲波經(jīng)過了涂層和鋼構(gòu)件兩個(gè)界面，發(fā)生兩次折射，設(shè)涂層的聲速為C涂，涂層中的折射角為β1，涂層中的入射角為α2，鋼中的折射角為β2。按照折射定律的分析，有機(jī)玻璃與涂層界面、涂層與鋼界面存在公式（2）、公式（3）的結(jié)果。

根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)存在α2=β1的關(guān)系，隨后將這些關(guān)系代入到公式（2）公（3），可以得出以下結(jié)論：

結(jié)合（1）和（4）可以看出，β2=β，這一關(guān)系表明，當(dāng)超聲波傾斜入射涂層和不經(jīng)涂層的情況時(shí)，在鋼中的折射角完全相同，再加上K=tgβ這一關(guān)系的存在，說明有無涂層或者涂層厚度大小都不會(huì)對(duì)探頭的K值產(chǎn)生影響。

（2）對(duì)探頭前沿的影響。前沿情況直接由探頭自身決定，當(dāng)鋼構(gòu)件表面存在有涂層的情況下，超聲波在進(jìn)入鋼構(gòu)件前，就已經(jīng)發(fā)生了一次折射現(xiàn)象，如果假定探頭前沿為L0，有涂層的情況下，入射點(diǎn)平移后的前沿發(fā)生了明顯的變化，為L1，此時(shí)的涂層厚度用δ=O2A來表示。在該圖中，作超聲波在鋼中折射的反向延長線，與涂層相交在B點(diǎn)，而O2點(diǎn)的法線與涂層表面相交于A點(diǎn)。

圖1 探頭前沿修正示意圖

經(jīng)由上述關(guān)系，超聲波在界面的折射定律，可得到以下結(jié)果：

查相關(guān)資料得：C鋼=3230m/s，C涂=1100m/s

不同K值探頭的前沿修正系數(shù)結(jié)果如表1所示。

表1 同K值探頭的前沿修正系數(shù)

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以看出，探頭前沿修正系數(shù)取決于很多因素，其中，K值和涂層厚度的影響最直接。

2 缺陷的定量

2.1 斜探頭檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)步驟。此試驗(yàn)遵循以下步驟：①選用厚40mm的Q3558鋼板，利用特定型號(hào)的探頭完成相應(yīng)的探測(cè)工作。②為獲得可靠的檢測(cè)結(jié)果，選用尺寸長、寬、高分別為400mm、40mm、110mm的試塊，在試塊長方向中間設(shè)置不同深度的長橫孔，深度分別為20mm、40mm、60mm、80mm。③對(duì)試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的油漆層數(shù)和厚度指標(biāo)進(jìn)行記錄，不涂油漆層和涂油漆層的分別用A、B側(cè)表示。④每涂抹一層油漆，就要利用同一斜探頭在A、B兩側(cè)對(duì)同一個(gè)基準(zhǔn)孔進(jìn)行探測(cè)，并根據(jù)探測(cè)結(jié)果來進(jìn)行dB值的記錄。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。此試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析

此試驗(yàn)中需注意：所配備的測(cè)試探頭為2.5P13×13K2 (01816765)；選用的是機(jī)油耦合劑；在確定了最高波以后，及時(shí)使用3kg的壓塊進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，以減小人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的干擾；選用USM GO+ 型號(hào)的試驗(yàn)儀器。

2.2 直探頭檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)步驟。在開展直探頭檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)的過程中，光潔度為V4，其中A、B側(cè)分別為涂油漆層和不涂油漆層。具體試驗(yàn)步驟如下：①將碳素鋼板作為試驗(yàn)要素，選用30mm和40mm厚的碳素鋼板，規(guī)格為Q355B，當(dāng)選定了材料后，用2.5Pφ20單晶直探頭來完成探測(cè)工作。②將試塊一半的上下兩個(gè)表面都開展涂漆處理，而另一半不涂漆，保持原狀不變。③在試驗(yàn)過程中進(jìn)行油漆層數(shù)、油漆厚度的記錄。④將前期配好的探頭放在A側(cè)并使用壓塊壓住，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來適當(dāng)進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)，當(dāng)板底波高度為80%的條件下，對(duì)d值進(jìn)行有效記錄，同樣，在B側(cè)同樣與A側(cè)的試驗(yàn)步驟一樣，記錄dB值。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。此試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)語

經(jīng)由一系列試驗(yàn)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼構(gòu)件上的涂層厚度不超0.4m的情況下，涂層厚度會(huì)造成一定的聲能損失；當(dāng)油漆層厚度相對(duì)均勻與構(gòu)件表面存在較好的黏合效果時(shí)，斜探頭超聲波檢測(cè)靈敏度相差最大保持在0.3dB左右，而直探頭超聲波檢測(cè)靈敏度相差最大為0.2dB。進(jìn)行超聲波檢測(cè)工作時(shí)，只要油漆層分布較為均勻且黏合效果良好，不去除油漆層就可以得到良好的檢測(cè)結(jié)果，油漆層不會(huì)對(duì)超聲波檢測(cè)的靈敏度造成巨大的干擾。