超声波探头磨损对超声波检测的影响及探头修复操作法

 超声波探头磨损对超声波检测的影响及探头修复操作法

张育杰 贾泽林 李丽 曹丽萍  温明明

中车资阳机车有限公司      四川 资阳    641300

摘要：在超声波探伤检测中，超声波斜探头在使用过程中与检测工件产生摩擦，根据个人习惯 、所检测工件及使用频率的不同探头会产生不同程度的磨损，超声波探头经过磨损后其原有的特性会遭到破坏。

本文就是针对这种破坏对检测工作的影响及如何通过修复超声波探头来纠正这种影响。文章最后还以PXUT－330N型超声波探伤仪为例，讲述了超声波斜探头的调校步骤及探头修复结果验证。

关键词：探头磨损；检测影响；调校验证

一、超声波探头的磨损形式

下图是在工作实践中常遇到的几种磨损形式：（见图1）

图1

二、磨损对超声波探伤结果的影响

结合上图可以看出超声波探头经过磨损后其原有的特性会遭到改变，主要表现在：①当探头斜楔前面受损时，折射角Ｋ值会变小，声束入射点(探头前沿)变小；②当探头斜楔后面受损时，折射角Ｋ值会变大，声束入射点(探头前沿)变大；③探头斜楔受损，斜楔变得不平整，偶合性也会改变(平板探伤磨损后耦合性会变差，而进行管材或棒材探伤检测时其耦合性会随着接触面的增大而变好)这几方面。

随着声束折射角与入射点的改变会使缺陷的深度和位置在超声波探伤仪上产生变化。耦合性在设备偶合补偿不变的情况下变差会带来探伤灵敏度的降低，反之则会带来灵敏度的升高。

若是由于个人习惯的问题经常性的从固定的一侧向另一侧进行检测就会带来超声波探头的磨偏使超声波探头产生声束偏斜使缺陷的定位产生误差。特性改变后会容易产生漏检或错判，给探伤工作带来不确定性。

若是轻度磨损可通过在试块上调整超声波探伤仪的数据来纠正这种改变，若是重度磨损就不是调整超声波探伤仪数据就能弥补的了，这时就需要更换超声波探头或进行超声波探头修复来纠正。依据ISO17640:2010《无损检测超声波技术、检验等级和评定》标准要求，探头的实际入射点测试值与标称值偏差不大于±1mm,探头的实际折射角测试值与标称值偏差不大于2º.

三、超声波探头的修复

在检测工作进行一段时期之后 ，除需进行常规的调试之外应视超声波探头磨损程度进行探头的修复工作。

如果超声波探头只是轻微磨损，应当在粗砂纸上进行打磨，使超声波探头与工件接触面与上平面保持平行，经过粗加工后用水砂纸进行细磨以保证光洁度及耦合性。

在修复后应当在超声波试块上进行调试确定其前沿、K值 ，并重新制作DAC曲线以保证探伤数据准确性。

如果超声波探头重度磨损则应当在砂轮机上磨去多余部分保证工作面与上平面平行(不应暴露晶片)，然后用粗细砂纸打磨保证光洁。

由于现在使用的超声波斜探头斜楔通常是由有机玻璃制作，所以应使用尺寸稍大于探头需要修复面，厚度约为3～5mm的有机玻璃板进行修复，其表面应保证光洁无划痕，使用三氯甲烷将超声波探头与有机玻璃板粘接在一起，使用台虎钳夹紧保证粘接效果晾干后修去有机玻璃板多余部分即为修复完成。

经修复后的超声波探头应按照新探头的程序来确定其前沿、K值并重新制作DAC曲线，使之满足ISO17640:2010《无损检测超声波技术、检验等级和评定》标准要求。

重度磨损的修复方法也适用于制造特种超声波探头，比如检测无缝钢管焊接焊缝可先做出一个带曲度的，与所检测材料相吻合的面粘接在超声波探头上以保证耦合性，避免漏检。

四、超声波斜探头的调校

1.开机

(1)开启仪器电源开关，按<确定>键进入探伤界面，将探头与仪器连接，仪器处于正常工作状态。

(2)选择通道号，按<通道>键，在“通道”调节状态下再按<＋>或<－>键，选择某一通道。

(3)参数清零，直接按初始化的快捷键（或者按<设置>键，选择“1 功能菜单”，再选“0 初始化”），初始化当前通道。

2.设置参数

按<通道>键，再按<确定>键，设置通道标准为NB/T47013-2015，探头类型为“斜探头”，探头频率为5.0MHz，晶片尺寸为13×13，按<确定>键退出。

标准选择也可按<设置>键选“6 标准设置”，选标准类型为NB/T47013-2015，试块类型为CSK-IIA，按<确定>键退出标准菜单。其它参数可在测试过程中或测试结束后设置。

3.调试

（1）依次按<零点>键、<角度>键、键，先测零点（声速）、折射角度（K值），再做DAC。

（2）测零点声速，按<零点>键，选“1.自动测试”。预置工件声速为“3230m/s”，一次回波声程输入50mm，二次声程为100mm，确定后将探头在CSK-IA试块上移动（如图2），使R50的最高回波出现在进波门内（如不在可移门位）时确认，稳住探头不动，等R100回波上升（或下降）至80%时再次确认，同时量出探头前端至R50的水平距离并确定记入仪器。

（3）测折射角度，按<角度>键，选“1.自动测试”。目标反射体直径输入50mm，反射体中心深度输入30mm，标称K值为2.0，确认后将探头在CSK-IA试块上移动。使Ф50孔的最高回波出现在进波门内（如不在可移门）时按<确定>键确认。

4.制作DAC

最大探测深度输入80mm，反射体直径输入2.0mm，反射体长度输入40mm，按<>键确认后，将探头在CSK-IIA试块上移动，如图6,仪器自动调节增益使深为10mm孔的最高回波到约80%，在参数区有“制作DAC”三字提示时（如为其它提示内容，可按<返回>键），按<＋>或<－>键，让光标移至10mm孔的回波上，在参数区将同步显示该回波的各项参数，按<>键确认此回波，屏幕上将显示一条与该波峰同高的直线；再移动探头，寻找深30mm孔的最高回波，按<＋>键，将光标移至30mm孔的回波上，按<确定>键，屏幕上显示由10mm和30mm两孔所得的DAC母线；同样方法确定60孔的波高，各点采集完成按<>键确认。

若对已测曲线上某一点不满意，可按<>键可以对已测点进行修正，同时提示框变为如下所示：

按<>键可以选择待修正的已测点，待修正点有十字光标指示，此时按<＋>或<－>键可以调整该点的高度，按<#>键能清除该点。按<>键完成修正工作。

所有点测试完毕后，若认可已制作完成的DAC母线，按<>键。再输入表面补偿值和工件厚度，按<>键结束测试。

五、结束语

把受磨损的探头用上述方法进行修复，使折射角Ｋ值、探头前沿、声束偏斜、偶合性等探头各项参数满足ISO17640:2010《无损检测超声波技术、检验等级和评定》标准要求，重新调校仪器并制作DAC曲线，方可投入使用。若经修复后的探头不满足要求，需更换新探头并重新进行校验。

修复探头可以保证探伤灵敏度与探伤数据的准确性，避免发生错漏检，提高检测效率、保证产品质量。超声波探头是损耗件，若一年使用100个探头，一个探头80元，成本共计8000元。对受损探头进行修复，大概2个受损探头能成功修复1个，可节约一半成本，约4000元/年。