徐海洋超声波检测技术学习笔记(二十六)横波与表面波检测系统调整方法分享

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横波与表面波检测系统调整方法分享

• 横波外圆/内圆双孔法及纵波双孔法能有效弥补现有超声检测标准的不足，适用于多种复杂工件和材质

💡 核心结论：

• 表面波与爬波检测为解决厚度小于5毫米工件的超声检测提供了可行方案

• 掌握多种检测系统调整方法是实现"真正"超声波检测、提升行业检测能力的关键

横波外圆与内圆双孔法

横波外圆双孔法应用

• 用于检测 筒形锻件、无缝钢管 等

• 探头前沿需比普通探头长 2-3倍

• 可大幅提高检测效率（如 100倍 ）

• 需判断横波最小与最大折射角

• 应用 弧长公式、正弦余弦定理 校准

横波内圆双孔法应用

• 用于内壁不具备检测条件的工作

• 需制作与被检工件 曲率相同 的试块

• 试块上设置两个 不同深度 的横孔

• 校准步骤：基线校准、K值测试、确定灵敏度

• 基准灵敏度采用 回波高度法（80%+4dB）

双孔法通用优势

• 弥补现有标准（如 NB/T 47013 ）不足

• 试块材料需与被检工件 声学性能相同

• 可适用于各种材质和检测表面

• 使大量工件能实施真正的超声波检测

• 当前许多检测系统建立不完善

纵波/横波双孔法

小角度纵波斜探头检测

• 用于检测 螺栓根部疲劳裂纹 等

• 折射角小于 20度 时无法使用EA试块

• 需使用双孔法 专用对比试块 校准

• 试块孔深依据被检工件厚度设定

• 孔径越小，测试精度越高

检测系统调整步骤

• 设置仪器为 双孔法校准功能

• 分别找到两个测试孔的最高回波

• 测量并输入孔心到探头前端的距离

• 仪器自动计算探头K值及前沿长度

• 确定检测范围与基准灵敏度

表面波与爬波检测

围绕超声检测相关内容展开，介绍了横波外圆双孔法检测系统调整、内圆双探头检测系统调整、双孔法专用对比试块使用以及表面波与爬波法检测系统等内容，旨在让参会者掌握多种超声检测系统调整方法，解决实际探伤问题。内容如下：​

横波外圆双孔法检测系统调整​

探伤实例介绍：水晶高压釜是用于人造水晶石的压力容器，因频繁加压减压易产生内壁纵向疲劳裂纹。以直径 436 毫米、壁厚 93 毫米的水晶高压釜为例，说明横波外圆双孔法可检测其内部缺陷，且 57%的内外径之比也可进行横波外圆周向探伤。​

思考题讲解​

探头前沿长度问题：横波外缘双弧单孔法与横波外缘双孔法检测时，探头前沿要比普通横波探头长 2 - 3 倍。因为平面声源发射到凸曲面工件上，凸曲面对超声波能量有反射衰减，前沿太短会影响检测灵敏度，将入射点选在第一象限可降低内外壁反射超声波的能量。​

扫查深度影响问题：考虑焊缝余高宽度的影响，横波外缘周向检测直缝焊管所用探头前沿长度为普通横波斜探头前沿长度的 2 - 3 倍，不会影响扫查深度。​

折射角度判断问题：判断横波折射角度（βmin 与 βmax）可确定外圆斜探头周向检测时使用的是横波还是纵波。

内圆双探头检测系统调整​

检测实例：以使用 2.5P 13×13 βs 63.4°横波 k 探头，检测 Φ 1,024 毫米、壁厚 72 毫米的筒形锻件内壁纵向缺陷为例，介绍内圆双孔法检测系统调整步骤，包括扫描基线校准、探头 k 值与前沿测试、确定检测范围与检测灵敏度。​

专用对比试块设计与制作​

设计思路：以解决探头与专用对比试块耦合问题为重点，试块测试面的曲率半径应与被检工件内圆的曲率半径相同，试块上应具备探头配置测试以确定基准灵敏度的规则反射（不同深度、相同规格的横孔）。​

制作过程：依据专用对比试块的原理，使用与被检工件声学性能相同的材料制作专用对比试块，设置两个不同深度的测试孔，测试孔距离试块两侧端点距离为 50 毫米，以避免试块几何形状带来的反射影响。​

检测系统调整步骤​

基线校准与探头测试：将超声仪器设置为横波内圆双孔法校准功能，设置参数表，找到两个测试孔反射回波最高点，测量孔的法线到探头前端的弧长 L1 和 L2 并输入仪器，仪器自动计算探头的 k 值和前沿长度。​

确定检测范围：横波内缘周向检测注重内壁周向缺陷检测，扫描基线要看到被检工件二倍的工件厚度，再加 10 毫米，将闸门宽度套住一次工件厚度和二次工件厚度。​

确定基准灵敏度：用二次波扫查专用对比试块内壁的裂纹缺陷，将缺陷的反射回波高度调到基准高度 80%，再补偿 4dB。​

双孔法专用对比试块使用​

适用范围：双孔法专用对比试块可用于各种材质、各种检测表面的工件超声波探伤，如镍铜合金棒材（凸曲率）、插入式管子角焊缝（凹曲面）等。​

解决问题：掌握双孔法检测系统调整方法，可解决大量工件超声波探伤问题，弥补现有标准不足。​

表面波与爬波法检测系统​

引入背景：检测行业普遍认为横波检测最小厚度为 5 毫米，大量厚度小于 5 毫米的背景零件无法实现超声检测，因此引入表面波与爬波法检测系统新概念。​

原理与特点​

原理：表面波为折射角度 βr = 90°的横波，爬波为折射角度 βl = 90°的纵波，两者检测深度均为波长的 2 倍。​

特点：普通碳钢表面波声速 CR 为 2,950 米/秒，爬波声速 CL 为 5,940 米/秒，表面波与爬波都不存在 k 值与 KN 值，扫描基线校准的操作程序相同且简单。​

检测实例：使用 2.5P 8×12 表面波探头检测厚度 2.2 毫米的钛合金钢板，用 250×20×2.2 毫米的专用对比试块配合完成表面波表面基线校准，确定检测范围。​

现有标准问题与通用方法的重要性​

标准存在的问题：现有超声检测标准存在不足，如部分工件检测无相应标准试块，不同材质工件声学性能与标准试块不同等。​

通用方法的作用：横波外圆双孔法、横波内圆双孔法、表面波与爬波法等通用检测方法，可弥补标准不足，让探伤人员掌握更多种类的探伤方法，实现对多种工件的真正超声波检测。