【導(dǎo)讀】建筑以及軍工等行業(yè)。隨著國內(nèi)各行業(yè)對無縫鋼管需求的增長，對于無縫鋼管缺。相等，而作為與有損檢驗對應(yīng)的無損檢測通常還停留在探傷階段。應(yīng)用最為廣泛的超聲檢測從無損檢測角度對無縫鋼管缺陷進(jìn)行檢測與分析。實的反映缺陷的形貌、方位以及取向，并通過實例對無縫鋼管缺陷加以分析。大，對缺陷的判斷缺乏直觀性與重現(xiàn)性；當(dāng)量法只是評判自然缺陷當(dāng)量的依據(jù)，的預(yù)測依據(jù)，從而實現(xiàn)無縫鋼管超聲無損評價。分析的互補(bǔ)方式對缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行反推，有利于實際生產(chǎn)中質(zhì)量控制?？梢詼p少由于無縫鋼管曲率較大而引起的聲束能量擴(kuò)散損失。無縫鋼管作為一種經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，具有較高的屈服強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕性能，無縫鋼管生產(chǎn)一般經(jīng)過管坯加熱、管坯穿孔、毛管軋制、鋼管。無縫鋼管產(chǎn)生缺陷，這就對國產(chǎn)鋼管的質(zhì)量檢驗水平提出更高的要求。以下為無縫鋼管主要缺陷的概述：。通內(nèi)折，局部直通內(nèi)折應(yīng)切除，通長直通內(nèi)折應(yīng)報廢。鋼管表面不允許存在撕破，局部撕裂應(yīng)予切除。

　　

【正文】 陷的數(shù)量級來表示其檢測靈敏度和可靠性；超聲檢測則以各種標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊作為比較的依據(jù)，試塊上具有特定尺寸的規(guī)則反射體為所求量提供了一個固定聲學(xué)特性，以此作為比較的基準(zhǔn)。 超聲檢測對缺陷尺寸的量化通常用當(dāng)量法來評判，這就使無縫鋼管試樣人工缺陷的刻傷顯得尤為重要。無縫鋼管的種類的不同決定了對鋼管質(zhì)量的要求也各有差異，在 GB/T 577720xx《無縫鋼管超聲波探傷檢驗方法》中進(jìn)一步細(xì)化了各個等級的加工要求，如表 所示。 表 人工缺陷尺寸 Tab. Dimensions of artificial defects 級別 深度 寬 度 長度 推薦適用范圍 h/t /% 最小 /mm 允許偏差 規(guī)定值 /mm 允許偏差 /mm L1 3 177。 10% 不 大 于 深 度 的 兩 倍 ， 最 大 mm 5 177。 航空不銹鋼管 L2 5 177。 10% 7 177。 其他不銹鋼管 177。 10% 10~25 177。 高壓鍋爐管 177。 15% 20~40 177。 其他不銹鋼管 8 177。 10% 10~25 177。 高壓 鍋爐管 177。 15% 20~40 177。 其他不銹鋼管 L3 10 177。 15% 20~40 177。 高壓鍋爐管 L4 177。 15% 20~40 177。 其他用途鋼管 注：表中 h 代表人工缺陷的深度， t 代表鋼管名義厚度 無縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 實驗室所制樣管均為 安徽金安管業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)φ 76 9mm 小口徑無縫鋼管，其材質(zhì)為 20鋼，實驗室主要以標(biāo)準(zhǔn)中 級別進(jìn)行加工，鋼管橫向人工缺陷如圖 所示，鋼管縱向缺陷如圖 所示，兩圖中未展示的內(nèi)壁側(cè)橫 /縱向人工缺陷尺寸與 外壁橫 /縱向缺陷相同。 圖 樣管外壁橫向人工缺陷 Transverse artificial defects of sample tube outer wall 圖 樣管外壁橫向缺陷與縱向缺陷 Transverse and longitudinal artificial defects of sample tube outer wall 在此必須闡明鋼管試樣上的人工缺陷是評判自然缺陷當(dāng)量的依據(jù)，但不能理解成被檢出的自然缺陷與人 工缺陷的信號幅度相等則兩者的尺寸必然相等，也不能理解成檢測設(shè)備所能檢測出的最小缺陷尺寸。 檢測 探頭選擇 ⑴ 探頭類型的選擇 N type notch Depth： Width： Length： 40mm L 3 N type notch Depth： Width： Length： 40mm L N type notch Depth： Width： Length： 40mm L 2 N type notch Depth： Width： Length： 30mm L N type notch Depth： Width： Length： 40mm L 無縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 檢測探頭類型的選擇應(yīng)該根據(jù)被檢測工件產(chǎn)生缺陷的部位和方向、工件的幾何形狀以及檢測面情況來選擇，管材的檢測一般用水浸聚焦探頭探測。相比于常見的平探頭，聚焦探頭在管材檢測中有絕對的優(yōu)勢。 超聲波在液體中傳播時，聲束擴(kuò)散角較小，指向性好，但一旦射入工件后，按照折射規(guī)律，擴(kuò)散角會增大，聲束指向性急劇下降，特別是諸如表面是圓柱面的管（棒）材，超聲波經(jīng)過液層進(jìn)入管（棒）材表面后，就會產(chǎn) 生類似凸透鏡的擴(kuò)散現(xiàn)象，圓柱面曲率越大，擴(kuò)散的作用越大。而聚焦探頭聲束則不會擴(kuò)散，反而會出現(xiàn)二次聚焦現(xiàn)象。 在 小節(jié)說明缺陷的取向性對于檢測影響很大，但使用聚焦探頭的情況下，缺陷的取向性對回波幅度的影響遠(yuǎn)小于平探頭。實驗室做實驗加以證明演示，如圖 所示，為厚度為 30mm的鍛件試塊，從左至右為Φ 3 人工平底孔，孔底面與探頭軸線的傾角分別為 0176。 ， 10176。 ， 20176。 ，孔深度為 10mm，檢測探頭直徑為14mm，檢測頻率為 5MHz 的平探頭與點聚焦探頭，其中聚焦探頭焦距為 50mm，水層距離為 13mm。 試驗步驟：先 將聚焦探頭檢測到傾角為 0176。 的人工平底孔回波調(diào)至滿輻的80%作為基準(zhǔn)波高，再逐次檢測 傾角為 10176。 ， 20176。的人工平底孔 ，之后更換平探頭同參數(shù)逐次檢測。檢測結(jié)果如圖 所示。 圖 對比實驗所用試塊 Testing block of the parison experiment 0 5 10 15 20020406080100 P lan e pro b e F o c u sin g pro b eEcho height (%)In c li n a ti o n ( 176。 ) 圖 兩種類型探頭檢測對比 Comparison results of two types of probe 從圖 中可見平探頭已經(jīng)無法檢測到傾角為 20176。的人工平底孔缺陷，而聚無縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 焦探頭聲能相對集中，受缺陷傾角的影響要小的多。當(dāng)然，必須指出缺陷傾角只是影響檢測的影響因素之一，實際缺陷反射面是粗糙的，這就讓實際缺陷傾角的檢出范圍要比實驗室用平底孔模擬的傾角范圍要大。 ⑵ 探頭尺寸的選擇 探頭晶片尺寸大則探頭入射至反射體的能量也大，而且晶片尺寸大時聲束指向性好，在鋼管檢測中為盡量減少聲束的擴(kuò)散，一般選用較大尺寸。但是隨著晶片尺寸的增大，聲束聚焦后焦柱長度縮短，這又對無縫鋼管檢測不利，因此晶片直徑也不能過大，特別是小口徑薄 壁管不能用太大尺寸晶片 [16][38]。所以，在 GB/T 577720xx 標(biāo)準(zhǔn)中對單探頭鋼管檢測規(guī)定晶片的長度或者尺寸規(guī)定為不大于25mm，人工缺陷長度小于 20mm時不大于 12mm[37]。 ⑶ 探頭檢測頻率的選擇 超聲波探頭的檢測頻率能決定超聲檢測能力的大小，目前工業(yè)產(chǎn)品大部分超聲檢測選用的檢測頻率范圍在 ~10MHz，實際檢測選用何種頻率要根據(jù)被檢測工件的材質(zhì)、檢測范圍、表面狀況以及所要檢測缺陷性質(zhì)及其分布位置等因素進(jìn)行綜合考慮。 對于晶片尺寸一定的探頭，頻率越高，波長越短，聲束的指向性就越好， 聲能集中，可提高對小缺陷的檢測能力、缺陷的定位精度以及相鄰缺陷的分辨能力。但對于同一工件，頻率越高，衰減也越大。 小口徑無縫鋼管壁薄，用過低的檢測頻率顯然是不合適的，所以，在 GB/T 577720xx 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于檢測頻率的部分從原先版本中的 ~10MHz 修改為1MHz~15MHz，也反映出對無縫鋼管缺陷檢測要求的不斷提高。 水浸聚焦探頭聲場特性 超聲聲場的空間分布是由超聲檢測探頭的輻射特性及空間傳播特性決定的。對均勻傳播空間，輻射聲場的空間分布與探頭的輻射頻率、輻射孔徑及輻射結(jié)構(gòu)有關(guān)。 探頭一旦確定，排除外界環(huán)境的干擾（如水溫等），它的聲場空間分部也就確定了 [39]。相比于平探頭，評估水浸聚焦探頭聲場特性有四個重要參數(shù)：孔徑（晶片有效直徑）、焦距、焦柱直徑以及焦柱長度 [40]。 焦點的定義從幾何超聲學(xué)來說，就是聲束在聲場中匯聚的點，一個體積趨于零的幾何點。但通過惠更斯原理和聲的波動理論我們知道實際上在焦點附近聲壓的分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，而并非幾何交匯成點。這個理論是整個水浸聚焦檢測技術(shù)的出發(fā)點，所以十分的重要。 無縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 ⑴ 水浸超聲探頭聲場特性的測定方法 超聲探頭的聲場特性測量方法有光彈法 [41]、 光纖探測法 [42]、水聽器法 [43]、球靶法 [40]、數(shù)值計算法以及有限元模擬 [44]等。其中光纖探測法又分端面法、聲光衍射法以及光纖光柵法等；數(shù)值計算法中較多的是利用 Kirchhoff 積分公式以及由此得到的一系列近似公式來描述圓盤聲源在連續(xù)波激勵下聲場的各項特性指標(biāo) [45]，也有利用時域有限差分法 [46]等等，這些都是目前聲場研究的熱點。但是從檢測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、操作的難易以及適用性來比較，水聽器法和球靶法是目前國內(nèi)外最為常見的兩種測定方法。本實驗室關(guān)于探頭聲場的測定都采用球靶法。 球靶法原理認(rèn)為直徑非 常小的小球所反射的聲壓與小球所在位置的聲壓呈正比關(guān)系?？紤]到整個探頭在焦平面上某一點所建立的聲壓等同于這一點上的一個點聲源在整個探頭上所建立的聲壓。一個收發(fā)兼用型的聚焦探頭測得的焦平面上某一直徑較小的小球所反射的聲壓為： ? ? 21002J= ka FP ka F?????????小 球 （ ） （ 21） 式中 ： J1 —— 一 階貝賽爾函數(shù)； k —— 波數(shù)， k=2π∕ λ； ρ —— 焦平面上的半徑變量； F —— 聚焦探頭在水中的焦距； 0a—— 晶片所在平面上的半徑變量。 由式（ 21）中可看出，如果兩個探頭的直徑與焦距之比相同，那么它們在焦點處的聲壓分布也相同。 ⑵ 焦點附近軸線上的聲壓分布 要說明聲場特性中的焦柱與焦柱長度兩個參數(shù)，就必須要對焦點附近軸線上 的聲壓分布進(jìn)行闡述。 圖 計算焦點附近軸線上聲壓分布示意圖 Schematic diagram of focus near the axis of the calculated sound pressure distribution 無縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 如圖 所示， 假定 S? 為焦點， CS F?? 為焦距， ? 為以焦點為圓心的球面，α是波面上的一點 M 與 S? 連線和軸線的夾角， C 點處面積為 ds 的子源在 P? 點建立的聲壓為： ()m a x2j t k C Pc jv ed P d SCP????????? （ 22） 根據(jù)惠更斯 費涅爾原理（ HuygensFresnel）， ? 上各點的振動相位是相同的，那么 M 點在 P? 點建立的聲壓的相位與 C 點在 P? 點建立的聲壓的相位差為()k CP MP??? ，如果選 C 點在 P? 點建立的聲壓的相位為零，則 M 點在 P? 點建立的聲壓可用下式表示： ()m a x2j t k C P M Pjv ed P d SMP??????????????? （ 23） 而整個探頭所限定的這部分波面在 P? 點建立的聲壓 P 應(yīng)是各點在 P? 點建立的聲壓的疊加，則： ? ?m a x2j t k CP M PSjv eP d SMP??? ? ????????? ??? （ 24） 由于 MSP??? 進(jìn)行近似計算得 2 2CP MP l?????，又因為 aF?? ，故面積元222d S F d F d?? ? ? ? ???，那么式（ 24）可寫成： ? ?20 2 2m a x0 22j t k ldjv eP F dMP???? ? ? ??????? （ 25） 式中 ： ? ?100=sin aF? ； 0a —— 晶片所在平面上的半徑變量 ； l —— 所計算點到焦點的距離 。 如果在此處不考慮聲壓隨時間的變化以及僅關(guān)注相對聲壓，那么 jte? 這項與積分號前面的常數(shù)項都可略去。同時，在焦距比探頭直徑大得多的情況下，可以認(rèn)為 MP? 隨 ? 的變化很小，可近似為常數(shù)。因此積分號內(nèi)分母中的 MP? 也可以提到積分號外。于 是整個探頭在 P? 點建立的聲壓可表示為： 20 20 jklP j e d? ? ???? ? （ 26） 經(jīng)過積分計算，取實數(shù)部分得到下式： ? ?2020sin 22klP kl ??? （ 27） 這就與考慮焦平面上小球反射的情形一樣了，軸線上一個很小的小球的反射聲壓（探頭為發(fā)收兼用型）為： 無縫鋼管缺陷的超聲分析研究畢業(yè)論文 ? ? 22020s in 22klP kl ????? ????小 球 （ 28） 由式（ 27）與式（ 28）可知，當(dāng)兩個探頭的直徑與焦距之比相同時，其焦點附近沿軸線的聲壓分布規(guī)律也相同。當(dāng) 20 2 =2 , 4 , 6kl? ? ? ???時， P小 球 有極小值，如圖 所示。 圖 焦點附近軸線上小球反射聲壓分布 Ball reflected acoustic pressure distribution near the axis in the focus ⑶ 焦柱直 徑與焦柱長度 將式（ 21）作近似計算得： ? ? ? ? 22 21 0 002J=1 8k a F k a FP k a F???? ???? ?????? ????小 球 （ ）