探伤温度对有机玻璃的影响
为实现对缺陷的探伤,检测人员必须在探伤前对探伤系统依据参考试块进行标定和调整,并保证其在探伤过程中保持不变。但是,在实际检测中,尤其是现场检测中,探伤系统的状态却随着检测环境、检测对象的不同而发生改变。特别是探伤温度的变化会对斜探头的k值、超声波扩散角产生影响,从而影响缺陷的定位和探伤灵敏度。因此,定量分析探伤温度对斜探头k值、超声波扩散角的影响尤为重要。下面,就此问题,笔者进行分析和讨论。探伤温度对斜探头k值的影响对于焊缝超声波探伤,一般使用斜探头。通常,探头晶片发出的超声波经过斜楔入射到工件表面,入射角α介于第一临界角αⅠ和第二临界角αⅡ之间。因此,工件中只存在横波,从而实现横波探伤。根据折射定律,璃中纵波波速一般取2730m/s,钢铁中横波波速一般取3230m/s.探头的k值作为探头的固有特征值,以横波折射角β的正切值来标称:k=tanβ事实上,超声波在固体中的传播速度并不是一成不变的,一般固体中的波速随介质温度的升高而降低。有探伤温度对超声波无损检测缺陷定位、通过对超声波探伤过程中斜探头k值、声波扩散角与探伤温度的关系进行定量分析,探讨了探伤温度对缺陷定位、探伤灵敏度的影响,并提出了解决方法。
从以上我们可以看到,有机玻璃中纵波波速与温度变化基本成线性关系,波速随温度的升高而降低。钢铁中横波波速也与温度变化基本成线性关系,但由于变化较小,可以认为在常温范围内钢铁中横波波速保持不变。探伤温度对超声波扩散角的影响常用斜探头辐射的声场由第一介质中的纵波声场与第二介质中的横波声场两部分组成,两部分声场是折断的。为了便于理解和计算,我们将第一介质中的纵波波源转换成轴线与第二介质中横波波束轴线重合的假想横波波源,这时整个声场可视为由假想横波波源辐射出来的连续的横波声场。同样,斜探头在工件中的横波声场也可认为是假想声源辐射的横波声场,和纵波声场一样具有良好的指向性,可以在被检材料中定向辐射,只是波束的对称性与纵波声场有所不同:在声束轴线与界面法线所决定的入射平面内,声束不再对称于声束轴线,而是声束上半扩散角θ上。
经过计算我们可以看到,在声速轴线与界面法线所决定的入射平面内,温度升高时,斜探头扩散角以及上、下半扩散角随之增大,波速指向性变差;温度降低时,扩散角以及上、下半扩散角随之减小,波速指向性变好。同时,k值越大,扩散角以及上、下半扩散角随温度的升高而增大越快,随温度的降低而减小越快。由于超声波能量主要集中在扩散角θ=θ上+θ下的区域内,扩散角越小,波束指向性越好,探伤灵敏度越高,分辨力越好,定位越精确。当探伤温度发生变化时,斜探头扩散角随之发生变化,尤其是温度升高时,斜探头的扩散角随之增大,波束指向性变差,探伤灵敏度降低,分辨率变差,缺陷的定量定位误差变大,易造成缺陷的漏检误判。
结论从上面的分析我们可以看到,由于探伤温度对有机玻璃中纵波波速影响较大,造成了探伤温度较高时,探伤灵敏度下降、缺陷定位误差增大。另外,探伤温度越高,造成的误差就越明显。在实际探伤中,环境温度过高、工件冷却不均匀等原因,都会对检测结构造成不良影响。如果探伤温度与设计温度相差过大,我们必须采取相应的措施使不良影响减少到最低限度。一方面我们可以根据实际情况,在探伤系统进行标定和调整时考虑探伤温度的影响,对有关参数进行修正。另一方面,我们可以使用合适的探头,选取对温度改变不敏感的材料作为超声波的传播介质。总之,对于我们工程质量检测人员来说,在平时工作中,必须重视检测环境改变造成的影响,根据实际情况选用合适的检测工具,采用合适的检测工艺,力图将检测误差尽可能减少,提高检测精度,减少漏判和误判,保证工程的质量。