如何检测纵向缺陷的横波？

由于管材中的多数缺陷是与管轴平行的（纵向的），所以管材的超声波检测的基本方法是垂直管轴进行斜入射检测。

1.技术基础

当超声波束按探头折射角进入管材（如图11.4-2所示）射落在管子内表面上时，就有θ₁的入射角。将由入射点P向管内折射的超声波束轴线延长，并由圆心O引垂直线与此延长线相交于Q，则线段OQ和管子外径D、壁厚t、折射角θ、内表面入射θ₁的关系为

图11.4-2 折射角和内表面入射角

如果外径仍为D，而壁厚为，则θ₁=90°。设此时的壁厚为t′，显然，对此外径及折射角来说，如果壁厚与外径之比大于，就意味着有效声束达不到管子内表面，我们称为的临界值，记作，此时

对于有机玻璃斜楔（纵波声速=2.7km/s）和钢管（纵波速度=5.85km/s，横波速度=3.2km/s），当钢中折射角为第一临界角（纵波折射角为90°）时，有机玻璃中的纵波入射角β应为。此时，在钢管中的横波折射角为，即欲在管壁中得到纯横波以减少杂波，最小折射角应大于θ，由此可得：

超过23%，管中折射横波是射不到管子内壁的，因此，一般认为管子横波检测所允许的最大值为23%。应该指出，这里是以声束轴线扫查到内壁为依据的，事实上，由于声束有一定的宽度，声束轴线稍有偏离声束，仍能探测内壁面上的缺陷。当然，此时的检测灵敏度会有所下降。此外，为使探头和管面接触稳定，应将探头斜楔严格加工成管子的曲面相吻合。

2.跨距和声程

如图11.4-3所示，从P点入射的超声横波束在管壁中按PQR的路径进行时，跨距比同样厚度的平板长，值越大，这种差值也越大。在平板内0.5跨距的声程W₀。及1跨距长度Y₀可表示为

图11.4-3 跨距点的变化

对于同样厚度的管材，横波沿PQR的路线行进，此时，在管壁中的0.5跨距声程W_t和在不考虑反射点位移的情况下的跨距长度Y_t可表示为

这里的K、m为修正系数，由确定，图11.4-4a、b分别为修正系数m、K与的关系曲线。由此两图可知，对各个折射角θ来说，在时，跨距的差特别大，此点必须注意。

图11.4-4 对于不同的折射角（θ）声程和1跨距长度的修正系数(www.xing528.com)

3.双探头横波接触法

由于纵向缺陷不一定都与管表面垂直而可能有倾斜，单探头扫查应从正、反两个方向进行。用双探头法时，两个探头相背并列，同时均发、收超声波，能同时得到管材中的一个缺陷的两个信号。一个为缺陷信号，另一个则为参考信号。它可监视耦合的好坏和超声波是否已扫查一周，如图11.4-5所示。使用这种双探头不需要在反方向再扫查一次，因为超声束从两个方向同时进入试件，不管缺陷的取向如何，总有一个方向是对检测有利的。

图11.4-5 双探头横波接触法

a—参考波 b—发收探头

4.参考样管

通常，参考样管使用材质与试件相同或相近，外径、壁厚、表面粗糙度也相同的无缺陷管材制作。人工缺陷的形状和尺寸由所规定使用的技术文件指定。例如在样管的内、外管壁上加工出深度为壁厚10%或5%的V形槽或矩形槽，槽深≤0.13mm时，容差在±0.013mm；槽深＞0.13mm时，容差在+10%～15%之间。又如用于某部分小直径薄壁无缝钢管纵向缺陷超声横波检测的参考样管，其人工缺陷是分别刻在内、外表面上的径向U形槽，槽长一律为5～10mm，槽深依管壁厚度而定，壁厚t≤1mm时，为（0.05±0.005）mm，槽口宽度≤0.07mm；壁厚1mm＜t≤1.5mm时，为（0.075±0.005）mm，槽口宽度≤0.10mm；而当壁厚1.5mm＜t≤2.0mm时，为（0.10±0.01）mm，槽口宽度≤0.15mm。

应该注意：人工切槽的形状可为V形、矩形和U形，尺寸类似，但反射幅度可能有很大不同，这与投射声束的角度、频率和振动模式有关。也应该注意：人工缺陷是不能代表自然缺陷的，不可能提高仪器响应和缺陷严重程度的直接关系。仪器响应和缺陷尺寸、形状、部位之间的关系是重要的，应分别建立，特别是与检测频率的关系。图11.4-6所示为两切槽的示例。

5.管材的检测

为对整个壁厚进行全面检测，应按第11篇4.4.1节（1）所述的比值选择折射角。选择时，应选择对样管内、外壁上的人工刻槽具有大致相同灵敏度的角度。作为起始调整，当时，折射角可选45°。

所选择的仪器荧光屏上的测定范围至少应该覆盖内、外壁的反射波位置。

根据所规定的使用技术文件，将样管内、外壁上的人工缺陷回波高度调整到规定高度。如果两槽波高近乎相同，用较低的作为拒收高度；如果由于材料的声程差和内径曲率导致两波高不能近乎相同，拒收高度应分别规定。

6.由曲面引起的折射角的扩散

曲面会引起折射角的扩散，使声的传播过程复杂化。折射角的扩散示意图如图11.4-7所示。晶片越大扩散越严重，这是需加注意的。使用小晶片或聚焦探头可减少扩散的影响。

图11.4-6 两切槽示例（300×）

材料：GH140

开口宽：a）60μm，b）60μm

底部宽：a）50μm，b）50μm

深：a）150μm，b）90μm