引言

超聲無損檢測是五種常規(guī)的無損檢測方法之一，與其他常規(guī)無損檢測技術(shù)相比，它具有被測對象范圍廣,檢測深度大,缺陷定位準確，檢測靈敏度高，成本低，使用方便，速度快,對人體無害以及便于現(xiàn)場使用等特點。因此，超聲無損檢測技術(shù)是國內(nèi)外應用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)。超聲檢測儀器性能直接影響超聲檢測的可靠性,其發(fā)展與電子技術(shù)等相關(guān)學科的發(fā)展是息息相關(guān)的，而計算機的介入，一方面提高了設備的抗干擾能力，另一方面利用計算機的運算功能，實現(xiàn)了對缺陷信號的定量、自動讀數(shù)、自動識別、自動補償和報警。

因此，提高超聲檢測自動化水平，盡量減小人為因素的影響，實現(xiàn)檢測過程的程序化、自動化和智能化是超聲檢測的發(fā)展趨勢。

1超聲檢測耦合分類

自動化超聲檢測方法按耦合方式分為直接接觸法、局部液浸法和全液浸法。

1.1直接接觸法

在自動化超聲檢測中，直接接觸法的應用不多見。這主要是由于探頭與被檢測對象作相對運動掃查時，它們之間的聲耦合不容易達到均勻穩(wěn)定，從而影響檢測靈敏度的穩(wěn)定性。不過，如果試件表面光潔度較高，或者要求的檢測速度不是很快，當采用合適的耦合劑以及利用如壓縮彈簧或壓板等機構(gòu)時,還是有可能對某些規(guī)則材料實現(xiàn)直接接觸法的半自動化超聲檢測。

1.2局部液浸法

局部液浸法是自動化超聲檢測系統(tǒng)應用最多的耦合方式,它又可以分為噴水柱法、溢水法和通過式局部水浸法。

1.2.1噴水柱法

探頭裝設在噴嘴內(nèi)，進入噴嘴的水以均勻水柱形式噴射到被檢材料表面來實現(xiàn)聲耦合。這種方法已經(jīng)較多地應用到中厚鋼板的多通道自動化超聲穿透法在線或離線檢測，以及航空工業(yè)中用于飛機垂尾、水平尾翼、機翼等復合材料構(gòu)件的自動化超聲檢測。

1.2.2溢水法

在被檢材料下部裝設溢水箱，探頭裝置在水箱內(nèi)，從下往上發(fā)射超聲波束進入被檢材料，被檢材料在進給移動過程中與溢水面接觸，構(gòu)成聲耦合條件。這種方法常見于大直徑棒材或管材的自動化超聲反射法檢測，可以采用線聚焦甚至相控陣陣列探頭。

1.2.3通過式局部水浸法

被檢材料通過水密封裝置穿過水箱，探頭裝置在水箱上部，從上往下發(fā)射超聲波束進入被檢材料，也可以裝置在水箱下部，從下往上發(fā)射超聲波束進入被檢材料。這種方法常見于小直徑管材或棒材的自動化超聲反射法檢測。

1.3全液浸法

多用在半自動檢測系統(tǒng)，被檢材料全部浸沒在水中，因此需要容積較大的水槽，探頭置于水槽上部，從上往下發(fā)射超聲波束進入被檢材料。這種方法常見于盤形或餅形鍛件的超聲反射法半自動檢測。

2水膜耦合器的原理和結(jié)構(gòu)設計

當超聲探頭和被檢鋼板之間有一層空氣時，即使是很薄的一層空氣層，超聲波幾乎被全反射，所以需要填充耦合劑。耦合器由橡膠圈、噴水管道、注水裝置、支撐結(jié)構(gòu)、壓力檢測裝置、過濾器、控制裝置組成。當把探頭加入耦合器時,應能滿足探頭和耦合器組成密閉結(jié)構(gòu)，由注水泵所注入的水壓滿足結(jié)構(gòu)設計所需要的水壓。在水注入耦合器之前應加裝水泡處理裝置，所使用的水必須是純凈的，否則水氣泡和雜質(zhì)會使超聲波衰減，使檢測靈敏度降低。超聲檢測示意圖如圖1所示。

2.1水壓力系統(tǒng)

水壓力系統(tǒng)主要由注水泵、壓力傳感器、數(shù)字調(diào)節(jié)儀、計算機和配套管路組成,可以連續(xù)自調(diào)節(jié)并能夠長時間保持穩(wěn)定。水壓系統(tǒng)工作時,壓力傳感器把管路里水壓力信號變成電信號傳輸給數(shù)字調(diào)節(jié)儀，調(diào)節(jié)儀把傳送過來的信號和設定值比較,經(jīng)過設定的算法,通過泵的模擬量輸入端口控制泵的轉(zhuǎn)速,達到自動調(diào)節(jié)水壓的目的。同時,壓力傳感器通過直流信號隔離變送器送到計算機接口,供計算機采集記錄水壓值。當水壓超過安全值時,通過安全溢流閥自動溢流。

2.2平穩(wěn)水壓

注水泵施加的水壓呈脈沖型,當滲流達到穩(wěn)定時,水壓以固定的周期和振幅波動。為了獲得盡可能平穩(wěn)的壓力，模仿水電工程中調(diào)壓井的功能引入阻尼器。阻尼器由蓄能罐構(gòu)成,罐內(nèi)置一個彈性充氣囊,水壓升高時氣囊被壓縮,水壓衰減時氣囊膨脹,可以吸收和釋放能量,能夠有效地控制水壓的振幅。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn),阻尼器盡量靠近且正對著泵的輸出口放置,氣囊壓力調(diào)整為約80%的工作水壓時效果最好,能夠把水壓振動幅度成功地控制在工作水壓以內(nèi)。

2.3最小流量保證

為保證泵的工作精度和穩(wěn)定性,泵有最低輸出流量的限制。在某水壓下,當試件的滲流量小于該最低流量時,管路里的水壓會持續(xù)升高，調(diào)節(jié)失效。因此,在通向耦合器的壓力水管上增加一個出口,接一段易裝卸的銅管，銅管里填充適量的硅藻土和反濾層,水從硅藻土中緩慢滲流而過,使得總流量大于泵的最低輸出量,讓系統(tǒng)回到有效調(diào)節(jié)的工作范圍內(nèi),對管路中水的流態(tài)也無不利影響。

3水膜耦合器超聲檢測實驗

設計加工好的水膜耦合器，將探頭加入耦合器，進行檢測，用CTS-2020數(shù)字超聲探傷儀和通用型直探頭2.5Z20N來對實際鋼管進行檢測。所測的波形圖如圖2所示，測得的鋼管壁厚結(jié)果如表1所列。

4結(jié)語

本文所探討的耦合器，在直接接觸法原理上，結(jié)合噴水耦合法，在跟蹤探頭和被檢測鋼板之間產(chǎn)生大約1mm左右的水膜作為耦合劑，對鋼板厚度進行檢測。由此設計的一種新型水膜耦合器，結(jié)合了直接法和水浸法的優(yōu)點，可實現(xiàn)將探頭加入耦合器后，進行超聲探傷的連續(xù)檢測。在注水時能密閉嚴密，不會影響到探頭的使用，耦合性能、檢測性能良好，人為因素小，為實現(xiàn)自動超聲檢測打下了基礎(chǔ)。

20211020_616ffa8bab39f__超聲檢測探頭水膜耦合器的研究