????1 鍛件的檢測(cè)技術(shù)要求?

????隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，特別是航空、航天、核電等重要場(chǎng)合的產(chǎn)品。超聲檢測(cè)作為工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)的有效手段，以其可靠、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域占有重要地位。?
????鍛件超聲檢測(cè)時(shí)，近表面缺陷容易漏檢，原因主要是探頭盲區(qū)，探頭盲區(qū)與近表面檢測(cè)有關(guān)。此次研究的目標(biāo)就是尋求解決減小盲區(qū)提高近表面缺陷檢測(cè)靈敏度的技術(shù)方法。

????2 檢測(cè)近表面缺陷的實(shí)驗(yàn)器材?
????由超聲檢測(cè)知識(shí)可知，檢測(cè)近表面缺陷的常用方法有：雙晶探頭法、延遲塊探頭法和水浸法。根據(jù)檢測(cè)方法準(zhǔn)備了以下實(shí)驗(yàn)器材：?
????（1） 超聲波探傷儀1臺(tái)；?
????（2） 探頭：

????雙晶直探頭，規(guī)格為10P10FG5；

????延遲塊探頭，規(guī)格為10P10；

????水浸聚焦探頭，規(guī)格為10P10SJ5DJ。

????選用以上探頭檢測(cè)近表面小缺陷，是因?yàn)椋?
????探頭頻率高，分辨力好，波長(zhǎng)短及脈沖窄，有利于發(fā)現(xiàn)小缺陷；?
????探頭尺寸小，入射能量低，阻尼較大，脈沖窄，有利于發(fā)現(xiàn)小缺陷。?
????（3） 試塊：?
????在航空、航天、核電等領(lǐng)域中，重要鍛件一般是高強(qiáng)鋼，如A-100鋼和300M鋼，鋼的組織都較為均勻。?
????如果聲速相同、組織相近，超聲檢測(cè)用對(duì)比試塊可以使用其他的鋼種進(jìn)行代替。?
????資料顯示，A-100鋼的聲速約為5750mm/s，300M鋼的聲速約為5800mm/s。我們現(xiàn)有的超聲波試塊，實(shí)測(cè)聲速約為5850mm/s，聲阻抗與A-100鋼和300M鋼的聲阻抗較為接近。因此，可使用現(xiàn)有的試塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。?
????試塊編號(hào)為：1#，2#，3#；各試塊的俯視圖均如圖1所示，圖中的孔均為平底孔，1#，2#，3#試塊上的孔到上表面的距離分別為1，2，3mm。試塊尺寸見圖1。?

圖1 試塊的俯視圖示意?

????3 實(shí)驗(yàn)方法?
????3.1 實(shí)驗(yàn)1?
????使用10P10FG5雙晶探頭分別對(duì)1#、2#、3#試塊進(jìn)行測(cè)試。?
????實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，使用雙晶探頭能成功檢測(cè)出2#試塊上Φ1.6mm，Φ2mm的平底孔與3#試塊上所有的平底孔；但2#試塊上Φ0.8mm的平底孔，以及1#試塊上所有的平底孔都未能有效地檢出。?
????從圖2分析可知，雙晶探頭聚焦區(qū)限制了2#試塊上Φ0.8mm及1#試塊上所有平底孔的檢出。?
可以發(fā)現(xiàn)：?
????1、只有當(dāng)缺陷位于聚焦區(qū)內(nèi)，才能得到較高的反射回波，容易被檢出。?
????2、當(dāng)缺陷位于聚焦區(qū)外，無(wú)法被聲束掃查到，所以得不到缺陷的回波，因此就很難發(fā)現(xiàn)此類缺陷。

圖2 雙晶探頭聚焦區(qū)示意圖?

????3.2 實(shí)驗(yàn)2?
????為解決實(shí)驗(yàn)1中，由于雙晶探頭聚焦區(qū)限制造成的，對(duì)2#試塊上Φ0.8mm及1#試塊上所有平底孔無(wú)法檢出的問(wèn)題，改用無(wú)聚焦的10P10延遲塊探頭，對(duì)2#試塊上Φ0.8mm及1#試塊上所有平底孔進(jìn)行測(cè)試。?
????實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用延遲塊探頭能成功檢測(cè)出2#試塊上Φ0.8mm及1#試塊上所有的平底孔。?
????3.3 實(shí)驗(yàn)3?
????實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2都是利用直接接觸法進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)3使用10P10SJ5DJ水浸聚焦探頭，利用水浸法分別對(duì)1#、2#、3#試塊進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果未能檢測(cè)出1#、2#、3#試塊上所有的平底孔。?
????究其原因是因?yàn)椋核?鋼之間介質(zhì)的聲阻抗不同，造成水/鋼產(chǎn)生界面波；并且超聲波從水中經(jīng)過(guò)，水對(duì)超聲的衰減，造成了超聲能量的降低；這樣，需要提高脈沖發(fā)射強(qiáng)度來(lái)解決。但脈沖發(fā)射強(qiáng)度提高的同時(shí)，脈沖自身又變寬了，造成近場(chǎng)干擾加大；因此，在聲束由水進(jìn)入鋼時(shí)聲束又會(huì)形成發(fā)散，無(wú)法分辨接近表面的小缺陷，也就未能檢測(cè)出試塊中的平底孔。?
????4 總結(jié)?
????總結(jié)一下，我們發(fā)現(xiàn)：對(duì)于近表面小缺陷的檢測(cè)，為了兼顧檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)盲區(qū)，采用高頻窄脈沖延遲塊探頭的檢測(cè)效果最佳。高頻窄脈沖延遲塊探頭才是近表面小缺陷檢測(cè)的緊箍咒，使它無(wú)所遁形。

節(jié)選自《無(wú)損檢測(cè)》2015年第37卷第5期