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摘要：利用横波在薄壁管材中的传播理论，通过研究分析确定了周向回波的存在，实现了对薄壁成形管材的超声波检测，保证了产品质量。
关键词：薄壁成形管，横波，周向回波
中图分类号：TH215
0 前言
通常认为薄壁小口径管材最有效的检测方法是超声波水浸检测法。即利用机械传动机构，来实现超声波探头与管材之间的螺线扫查。检测工艺对设备的性能要求很高，如管材跳动要小、抗干扰能力要强、管材传动平稳等。另外，对管材本身的平直度、圆度等要求也较严格，而且检测前灵敏度调整费时费力。该方法仅适用于外形平直的管材，对已弯曲成形的成形管材则不适用。
小口径管材若采用手动接触法检测，为了改善耦合条件，常将探头有机玻璃斜楔加工成与管材表面相吻合的曲面，这要求针对每种规格的管材都需磨制斜楔，工作量大且繁琐，磨制难度高。
通过手动接触法检测已弯曲成形的成形管材，进行了大胆的探索研究，并获得一些有益的经验，在实际检测中取得了良好的效果，
1 试验分析
1.1 检测方法分析
横波手动接触法检测是指探头与管材表面直接接触进行的检测方法，为了实现良好的声耦合，管材表面需涂覆耦合剂，要求探头楔块按管材的规格磨制成圆弧形，使探头与管材的接触面完全吻合。由于接触法检测时在探头与管材之间没有过多的耦合剂，所以声能衰减较小，周向有效检测范围较大，如直径为50mm左右的管材，周向有效检测范围可大N×360°（N>2）以上，因此，一般只需在沿管材轴向方向移动检测即可。
横波斜探头检测薄壁管材时，是通过平面声束投射到曲面上，声束各点的入射角度虽然有差别，但并未导致灵敏度的明显降低。以往人们认为探头只能接收与声波发射方向相反的回波，即缺陷处或底面反射回波信号。但由于小口径管材的特殊结构，使得超声波能量能沿管壁传播数周后，其背对发射方向的超声波也能被接收且顯示在荧光屏上，我们称之为周向回波，正是该周向回波的存在，使得薄壁成形管材的检测及波形分析变得简单可行。本方法适用于t/D≤20%的薄壁成形管材的超声检测。
1.2 主要工艺参数的选择
探伤频率：频率的选择一般取决于管材的材料牌号、规格大小和质量要求，无缝管材因其使用要求及生产工艺灯特点，其金属组织致密均匀，质量要求严格，因此一般应选用较高的检测频率及窄脉冲探头，这样波形清晰，对薄壁管材的检测更为有利。通过实验分析，对于铝管检测，频率选择小于5MHz较为适宜；对于钢管、钛管，选择10MHz效果会更好。
声束折射角：在用横波检测薄壁管材时，为了获得较为清晰的波形显示，应适当使声波在管壁中传播的时间略长为好。实际检测中应用的横波探头是利用纵波在斜楔中与管材界面上的波形转换原理来实现横波检测的。因一定的入射角对应着一个固定的折射角，所以入射角的选择即是折射角的选择。一般选择折射角45°～70°较为适宜，具体如何选择根据管材规格大小决定。
1.3 检测中的波形分析
接触法检测薄壁管材时，由于探头与管材之间没有太多的耦合剂所以声能衰减损失小，周向有效探测范围大，一般把管材按横截面分为几个区间，根据角度定位更为方便。检测时通过调整声速及扫查范围等旋钮，使荧光屏上出现探头的发射脉冲回波T、探头与管材接触时的界面回波S以及两次周向回波S1、S2。由于这种方法是平面声束投射到曲面上，声束各点的入射角度略有差异，反映在荧光屏上声程不同，在检测过程中，除T始终不动外，S及S1、S2回波随着探头的移动同时在扫描线上游动。
检测过程中，根据缺陷波形出现的区间位置来确定该缺陷与探头入射点构成的大致圆心角。例如，当缺陷波在S及S1之间游动时，表明入射点与缺陷所在位置的圆心角小于180°，当荧光屏上S1波幅急剧增高时，表明缺陷回波与S1回波信号重合，即入射点与缺陷所在位置的圆心角恰好构成180°时。当缺陷波在S1及S2之间游动时，表明入射点与缺陷所在位置的圆心角在180°～360°。当入射点在伤后附近位置时，伤信号F与S2重合，表现为S2回波幅度急剧增高。实际检测中通过手摸的方法定位，即手在管材表面顺着声波的传播方向摸去，此时根据缺陷波幅度的变化，即可判断缺陷所在位置，经过对有缺陷的管材解剖试验也证明此点。
1.4 操作要点
①必须保持探头与管材表面的接触良好，使得周向回波始终存在，否则影响检测结果的可靠性。
②耦合剂的用量不宜过多，以免出现假信号造成误判，根据经验最好是把机油首先涂到干净的软布上，通过软布擦拭被测零件，使被测面上保持一层薄薄的耦合剂，效果更佳。
③伤波的主要特点是 即使只有较小的划伤，也会在界面回波及周向回波之间以较高的幅度周向移动，探头前进则伤波向界面回波靠近，探头后退则伤波远离界面回波、靠近周向回波，但整个过程中伤波幅度变化不明显。这就为检测工作带来了极大的便利，使得判定是否为伤波信号变得更加容易，检测效率也得以大幅度提高。
④由于声程的增大会造成声能衰减，检测灵敏度降低，因此随着管材直径变大、壁厚增加，应适当降低探头的频率、增大晶片尺寸、折射角度也要适当的提高。
⑤检测每隔1小时，应使用对比样管校准灵敏度。
⑥检测过程中，应注意随时用带有人工刻槽的对比样管校准探头和仪器。当由于探头磨损或仪器性能变化而引起检测灵敏度明显变化时，应及时更换探头或调整仪器。
2 结论
本方法的创新点是利用横波在薄壁管材介质中的传播理论，通过研究分析确定了周向回波的存在，实现了对薄壁成形管材缺陷的检测，同时进一步扩大了薄壁管材的检测范围。
参考文献
1. 国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会 编 超声检测. 机械工业出版社，2005
2. 《超声波探伤》编写组编著。超声波探伤。北京：电力工业出版社，1980
作者简介：段宏伟，男，（1979～），学士， 沈阳飞机工业（集团）有限公司理化测试中心 无损检测专业工程师
关键词：薄壁成形管，横波，周向回波
中图分类号：TH215
0 前言
通常认为薄壁小口径管材最有效的检测方法是超声波水浸检测法。即利用机械传动机构，来实现超声波探头与管材之间的螺线扫查。检测工艺对设备的性能要求很高，如管材跳动要小、抗干扰能力要强、管材传动平稳等。另外，对管材本身的平直度、圆度等要求也较严格，而且检测前灵敏度调整费时费力。该方法仅适用于外形平直的管材，对已弯曲成形的成形管材则不适用。
小口径管材若采用手动接触法检测，为了改善耦合条件，常将探头有机玻璃斜楔加工成与管材表面相吻合的曲面，这要求针对每种规格的管材都需磨制斜楔，工作量大且繁琐，磨制难度高。
通过手动接触法检测已弯曲成形的成形管材，进行了大胆的探索研究，并获得一些有益的经验，在实际检测中取得了良好的效果，
1 试验分析
1.1 检测方法分析
横波手动接触法检测是指探头与管材表面直接接触进行的检测方法，为了实现良好的声耦合，管材表面需涂覆耦合剂，要求探头楔块按管材的规格磨制成圆弧形，使探头与管材的接触面完全吻合。由于接触法检测时在探头与管材之间没有过多的耦合剂，所以声能衰减较小，周向有效检测范围较大，如直径为50mm左右的管材，周向有效检测范围可大N×360°（N>2）以上，因此，一般只需在沿管材轴向方向移动检测即可。
横波斜探头检测薄壁管材时，是通过平面声束投射到曲面上，声束各点的入射角度虽然有差别，但并未导致灵敏度的明显降低。以往人们认为探头只能接收与声波发射方向相反的回波，即缺陷处或底面反射回波信号。但由于小口径管材的特殊结构，使得超声波能量能沿管壁传播数周后，其背对发射方向的超声波也能被接收且顯示在荧光屏上，我们称之为周向回波，正是该周向回波的存在，使得薄壁成形管材的检测及波形分析变得简单可行。本方法适用于t/D≤20%的薄壁成形管材的超声检测。
1.2 主要工艺参数的选择
探伤频率：频率的选择一般取决于管材的材料牌号、规格大小和质量要求，无缝管材因其使用要求及生产工艺灯特点，其金属组织致密均匀，质量要求严格，因此一般应选用较高的检测频率及窄脉冲探头，这样波形清晰，对薄壁管材的检测更为有利。通过实验分析，对于铝管检测，频率选择小于5MHz较为适宜；对于钢管、钛管，选择10MHz效果会更好。
声束折射角：在用横波检测薄壁管材时，为了获得较为清晰的波形显示，应适当使声波在管壁中传播的时间略长为好。实际检测中应用的横波探头是利用纵波在斜楔中与管材界面上的波形转换原理来实现横波检测的。因一定的入射角对应着一个固定的折射角，所以入射角的选择即是折射角的选择。一般选择折射角45°～70°较为适宜，具体如何选择根据管材规格大小决定。
1.3 检测中的波形分析
接触法检测薄壁管材时，由于探头与管材之间没有太多的耦合剂所以声能衰减损失小，周向有效探测范围大，一般把管材按横截面分为几个区间，根据角度定位更为方便。检测时通过调整声速及扫查范围等旋钮，使荧光屏上出现探头的发射脉冲回波T、探头与管材接触时的界面回波S以及两次周向回波S1、S2。由于这种方法是平面声束投射到曲面上，声束各点的入射角度略有差异，反映在荧光屏上声程不同，在检测过程中，除T始终不动外，S及S1、S2回波随着探头的移动同时在扫描线上游动。
检测过程中，根据缺陷波形出现的区间位置来确定该缺陷与探头入射点构成的大致圆心角。例如，当缺陷波在S及S1之间游动时，表明入射点与缺陷所在位置的圆心角小于180°，当荧光屏上S1波幅急剧增高时，表明缺陷回波与S1回波信号重合，即入射点与缺陷所在位置的圆心角恰好构成180°时。当缺陷波在S1及S2之间游动时，表明入射点与缺陷所在位置的圆心角在180°～360°。当入射点在伤后附近位置时，伤信号F与S2重合，表现为S2回波幅度急剧增高。实际检测中通过手摸的方法定位，即手在管材表面顺着声波的传播方向摸去，此时根据缺陷波幅度的变化，即可判断缺陷所在位置，经过对有缺陷的管材解剖试验也证明此点。
1.4 操作要点
①必须保持探头与管材表面的接触良好，使得周向回波始终存在，否则影响检测结果的可靠性。
②耦合剂的用量不宜过多，以免出现假信号造成误判，根据经验最好是把机油首先涂到干净的软布上，通过软布擦拭被测零件，使被测面上保持一层薄薄的耦合剂，效果更佳。
③伤波的主要特点是 即使只有较小的划伤，也会在界面回波及周向回波之间以较高的幅度周向移动，探头前进则伤波向界面回波靠近，探头后退则伤波远离界面回波、靠近周向回波，但整个过程中伤波幅度变化不明显。这就为检测工作带来了极大的便利，使得判定是否为伤波信号变得更加容易，检测效率也得以大幅度提高。
④由于声程的增大会造成声能衰减，检测灵敏度降低，因此随着管材直径变大、壁厚增加，应适当降低探头的频率、增大晶片尺寸、折射角度也要适当的提高。
⑤检测每隔1小时，应使用对比样管校准灵敏度。
⑥检测过程中，应注意随时用带有人工刻槽的对比样管校准探头和仪器。当由于探头磨损或仪器性能变化而引起检测灵敏度明显变化时，应及时更换探头或调整仪器。
2 结论
本方法的创新点是利用横波在薄壁管材介质中的传播理论，通过研究分析确定了周向回波的存在，实现了对薄壁成形管材缺陷的检测，同时进一步扩大了薄壁管材的检测范围。
参考文献
1. 国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会 编 超声检测. 机械工业出版社，2005
2. 《超声波探伤》编写组编著。超声波探伤。北京：电力工业出版社，1980
作者简介：段宏伟，男，（1979～），学士， 沈阳飞机工业（集团）有限公司理化测试中心 无损检测专业工程师