管件超声波检测———管材横波超声检测的特点

一．纯横波检测管材的条件

        入射横波沿外圆柱面作周向扫查的检测是管材检测的主要方用纯横波进行检测，以减少杂波的干扰，便于缺陷信号的正确判断和解释。

为使内、外壁的缺陷不致漏检，必须确保主声束能扫查到管的整个横截面，斜入射横波检测时，既要在管材中产生纯横波，又使声束能够检测到内壁缺陷。

当超声波束以纵波入射角进入管材(壁厚为δ，外径为D)，折射角为β。声束按锯齿形路径传播,入射到管材内壁时,入射角为β1,将折射声束的轴线PQ延长,并由圆心O引垂线与该延长线相交于q。由直角三角形PqO和直角三角形QqO可知：

Oq=R·Sinβ=r·Sinβ1

式中：R—管的外半径

　      r—管的内半径

上式可转化为：

图7-17 斜角入射纵波检测时管材中横波折射角及主声束传播情况

当β1= 90º时，声束轴线与管子内壁相切，这是声束中心轴

线能扫查到达内壁的临界状态。此时，折射角β满足下列关系：

因此，从几何关系上推导得出的声束中心轴线到达内壁的条件为:

由第 一临界角公式可知，纯横波的条件是：

式中，Cl1—入射介质中的纵波速度；

　　　Cl2—管材中的纵波速度。

 结合上面两个条件，可以得到，要在管材中得到纯横波并能扫查到内壁，入射角必须满足以下条件：

即：

式中，CS2—管材中的横波速度。从式（7－5）可知：

所以，在管材中为纯横波且声束轴线可到达内壁的前提条件下，管壁厚度（δ）与外径（D）之比的临界条件是：

对于钢管，纵波速度为5900m/s，横波速度为3230m/s，CS2/CL2=0.547，〔δ/D〕临界=0.23。对于铝和铜，该值稍大，约为0.25和0.26。粗略地估计金属管材能否用横波检测时，通常用厚度与外径比是否小于0.2作为判据，小于0.2，则认为可以检测，并称这样的管材为薄壁管。

上述结果是以声束轴线能扫查到内壁为依据的。实际上，由于声束具有一定的宽度，即使声束轴线稍偏离管子内壁，扩散声束仍有可能探测到管材内壁的缺陷，但此时的灵敏度会降低。

二．周向检测时的缺陷定位与修正

横波轴向检测钢管时，缺陷的定位与平板工件相类似，但横波周向检测时，缺陷定位与平板工件不同，如图7-18所示，若采用平板工件定位公式，必须进行修正。

为便于计算，特引进声程修正系数μ和跨距修正系数m。其中：μ=AC/AG

式中的μ和m为修正系数。由折射角β和δ/D的比值确定。可由相关图表查得。如图7-18所示，在平板内0.5跨距的声程AG及0.5跨距长度AM可表示为：AG=δ/COSβ、AM=δ.tgβ　　

对于管材中的横波波束，其在管中按ACE路径传播时，跨距比同样厚度的平板长，并且δ/D值越大，这种差异也越大。

对于管材中的横波波束，其在管中按ACE路径传播时，跨距比同样厚度的平板长，并且δ/D值越大，这种差异也越大。同样厚度的管材中，在管中的0.5跨距声程AC和0.5跨距长度   可表示为：

同理，同样厚度的管材中，在管中的1跨距声程ACE和1跨距长度AE可表示为：

图7-18  横波检测管材与平板时的跨距变化