目前國內(nèi)外水浸式超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用較為普遍，管路補償接頭也比較成熟，但通過幾年來的實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，水浸式超聲波探傷存在的問題也較多，本文將著重探討此方法的能量衰減現(xiàn)象。
由于被探鋼管浸在水里，當(dāng)超聲橫波在管壁內(nèi)鋸齒形傳播時，通過波型轉(zhuǎn)換，在鋼管表面與水的界面上，管路補償接頭又轉(zhuǎn)換成折射縱波，這樣將會造成一部分能量損失，導(dǎo)致探傷靈敏度降低。
對此，我們用接觸法水耦合做了試驗，管路補償接頭通過水浸法與接觸法的比較來探討這個問題。
1. 試驗條件
(1) 標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷樣管的規(guī)格為177.8mm X 12.65mm(外徑X壁厚)，長度為250mm,人工缺陷為內(nèi)外縱向N5刻槽(刻槽深度為鋼管公稱壁厚的5%), 管路補償接頭位置分別在樣管的兩端且相差180°。
(2) 儀器為CTS-23型超聲波探傷儀，儀器水平線性和垂直線性均良好，狀態(tài)為增益最大、抑制關(guān)、中頻段、正向檢波方式、掃描量程在250mm檔級、重復(fù)頻率X2。
(3) 探頭為GZSA管材專用超聲波探頭。管路補償接頭晶片直徑為Φ20mm,頻率2.5MHz,入射角為45°。
(4) 環(huán)境溫度為室溫。
2. 試驗過程
首先明確一個概念，兩個探頭晶片反方向同時發(fā)射超聲波，沿鋼管鋸齒形傳播，管路補償接頭均可接收到對面探頭的發(fā)射波，從而得到回波信號，此信號假稱“通 波”。
其聲程為管子的圓周，但也可把它看作是單探頭在管子半圓周處的自發(fā)自收信號。
2.1 原始狀態(tài)
將探頭置于樣管上，找到人工缺陷，將一次通波B1調(diào)到5格，幅度為滿幅的90%,二次通波B2調(diào)到10格，管路補償接頭幅度為滿幅的50%;—次缺陷波F1在2格處，幅度為滿幅的30%,二次缺陷波F2在7格處，幅度為滿幅的17%(圖1)。
圖一： 原始狀態(tài)示意圖
管路補償接頭此狀態(tài)下，探頭中心線至人工缺陷的周向距離為85mm,衰減器讀數(shù)為38dB。我們將此狀態(tài)定為原始狀態(tài)，下面分三種情況進行試驗。
2.2 第一種情況
在原始狀態(tài)下，用蘸水的濕布觸摸人工缺陷，此時波幅變化情況如圖2所示。可見，降至滿幅的75%(-l.6dB), F1 降至滿幅的27%(-0.9dB)；B2降至滿幅的30%(-4.4dB), F2降至滿幅的14%(-1.7dB)。在此情況下，管路補償接頭通波及缺陷波較原始狀態(tài)均有所下降，說明這是能量衰減所致。
圖二：用濕布觸摸人工缺陷時的波幅變化圖
2.3 第二種情況
在原始狀態(tài)下，向人工缺陷處噴水，此時管路補償接頭波幅變化情況見圖3。可見，B1降至滿幅的50%(-5dB), F1降至滿幅的25%(-1.6dB);B2降至滿幅的10% (-14dB)，F(xiàn)2則幾乎無法辨別。
此種情況下，通波變化較大，一次缺陷波F1比第一種情況下降還要明顯，F(xiàn)2幾乎消失，這說明能量進一步衰減。
圖三：向人工缺陷噴水時的波幅變化圖
2.4 第三種情況
將樣管浸入水中，根據(jù)管路補償接頭浸水量及人工缺陷是否被水所浸分三種情況觀察波幅變化。
(1) 將樣管放入容器中，加水至樣管直徑的2/5 處，但人工缺陷未被水所浸。由于樣管僅長250mm,未采取堵住管端措施，所以樣管內(nèi)孔也被水所浸，此時波幅變化情況如圖4所示。可見, B1降至滿幅的40% (-7dB)，F(xiàn)1較原始狀態(tài)幾乎沒有變化;B2和F2全部消失。這是由于人工缺陷未被水所浸，故F1變化不大，但通波變化很明顯，管路補償接頭且B2和F2已經(jīng)消失，說明樣管浸入水中后較前兩種情況能量衰減嚴(yán)重。
圖四：2/5樣管浸入水中時的示意圖及波幅變化圖
(2) 繼續(xù)加水至樣管直徑的1/2處,并保持探頭與人工缺陷相對位置不變，旋轉(zhuǎn)樣管使人工缺陷剛好浸入水中,此時波幅變化如圖5所示。可見，降至滿幅的30% (-9.5dB), F1降至滿幅的20% (-3.5dB);B2和F2同樣全部消失。管路補償接頭在水量增加，且人工缺陷也被水所浸的情況下，B1與F1較原始狀態(tài)下降幅度驟增，更加證明了水浸探傷時能量衰減嚴(yán)重。
圖五：1/2樣管浸入水中時的示意圖及波幅變化圖
(3) 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)樣管將人工缺陷完全浸入水中，此時探頭中心線距水面周向距離為42.5mm,波幅變化情況如圖6所示。可見，B1與上種情況相同，為滿幅的30%，F(xiàn)1則降至滿幅的10%(-9.5dB)，B1和F1均比原始狀態(tài)衰減9.5dB,由此可以看出水浸探傷能量衰減的嚴(yán)重程度。若管路補償接頭樣管完全被水浸沒，能量衰減會更加嚴(yán)重。
圖六：人工缺陷完全浸入水中時的示意圖及波幅變化圖
2.5 內(nèi)壁人工缺陷檢測試驗
若樣管完全浸入水中檢測其內(nèi)壁人工缺陷，一次通波B1和一次缺陷波F1較原始狀態(tài)分別衰減了12和6dB;二次通波B2和二次缺陷波F2完全消失。試驗過程這里不再贅述。當(dāng)然這只是試驗，管路補償接頭在水浸法自動線探傷設(shè)備實際探傷中，鋼管內(nèi)孔不允許充水，否則無法進行探傷。
3. 能量衰減的原因分析
我們通過以上試驗，直觀地發(fā)現(xiàn)了缺陷波波幅和通波波幅的下降情況，從而得出能量衰減的結(jié)論。理論上分析，水浸超聲波探傷中，聲波在管壁內(nèi)傳播能量衰減是很嚴(yán)重的，因為水的聲特征阻抗遠小于鋼，管路補償接頭故聲波從水向鋼和從鋼向水的往復(fù)透射率很小［1］;又因為聲波在管壁內(nèi)鋸齒形傳播時，每次反射都伴隨著波型轉(zhuǎn)換(圖7)，而在水中轉(zhuǎn)換成的超聲縱波又完全被水吸收，這就更顯著地增大了超聲衰減，也就是說，鋼管水浸超聲波探傷時部分聲能被損耗了［2］。
圖七：鋼管浸入水中聲波傳播情況
上述試驗結(jié)果表明，若鋼管外表面浸水 (內(nèi)孔為空氣)，管路補償接頭用水浸法探傷缺陷回波信號要比接觸法低4dB,若鋼管內(nèi)孔也充水,則缺陷回波信號要低6dB。因此在靈敏度調(diào)整時必須注意這一現(xiàn)象。
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