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摘要：介绍超声波进入凸弧面工件后声场的变化，以及采用不同类型探头对工件探伤时检测灵敏度的差异，从而找出探伤的最佳方法及参数。
关键词：异型模锻件；探头；人工试样；回波偏差
铝合金异型模锻件是用于航空、航天工业的重要材料，随着国防科技的高速发展，对其内部质量的要求日趋严格。多年来，我们一直采用双晶组合探头对Y7、Y8、H7、J7、J8等异型模锻件的内部缺陷进行超声波检测。自2001年起，客户对异型模锻件弧面区域的探伤结果多次提出异议，我公司对异议产生的原因进行认真、详细的调查和研究，发现在此区域内，双方采用的探伤方法存在较大的差异(有的厂家采用水浸式探伤方法)，这是产生探伤异议的重要原因，为了找到良好的检测方法，避免由此产生质量异议，给公司造成严重的经济损失和信誉影响，提高检测的准确性，特立此研究课题。
1 异型模锻件弧面区域内部缺陷的形态
了解异型模锻件内部缺陷的性质和形态(大截面方向及延长方向)是确定检测方法的关键。经过多年来对模锻件内部缺陷的剖伤检验法，了解到其内部缺陷多为氧化膜、夹杂等，其截面近似圆弧面，并沿着工件几何长度方向延长。
2双晶组合探头探伤原理
2.1双晶组合探头结构及声场分布
双晶组合探头由两块压电晶片组成，一块用于发射超声波，另一块用于接收超声波，两个晶片形成一定的夹角，具有灵敏度高、杂波少、盲区小等特点。它的声场分布是一个菱形区，此区域内的检测灵敏度较高，随着晶片夹角的变化，菱形区也随之改变。将探头放置在被检工件上，探头与工件表面之间涂有耦合剂，使超声波传播到工件中，在没有缺陷时，荧光屏上只有始波(T)和工件底面回波(B)；当工件内存在缺陷时，在荧光屏上将出现一个缺陷回波 (F)，如图2所示。
图2中的焦距fe下式计算：
Fe=（L—δ1tga）/（C3/C1）tga
式中：
L≈0.6 mm
δ1——工件厚度(为10mm)；
a——声束入射角；
C1——楔块声速；
C3——工件声速。
3 超声波探伤试验
根据模锻件内部缺陷的形态及双晶组合探头的声场分布特点，当隔声层长度方向与缺陷长度方向一致时，缺陷检出灵敏度最高。我们目前采用的矩形双晶组合探头，在检测锻件弧面区域时，无法使隔声层纵向与缺陷长度方向一致，同时探头平面与工件弧面接触不良，导致声束散射，大量声能无法进入工件中，检测灵敏度大大降低。
图3 矩形平面探头与工件弧面区域接触示意图
基于上述原因，我们将尽量选择适合于弧面区检测的各种类型探头，在不同方式下进行缺陷检出灵敏度试验，由此找出最佳探头、最佳参数及检测方法。
3.1 试验条件
（1）探头，分割式组合探头：2.5PΦP8FG、2.5PΦ10FG、5PΦ8FG、5PΦ10FG；
普通双晶组合探头：2.5PTR2°、2.5PTR3°、2.5PTR5°、5PTR2°、5PTR3°、5PTR5°；
磨弧双晶组合探头：2.5PTR2°、2.5PTR3°、2.5PTR5°、5PTR2°、5PTR3°、5PTR5°。
（2）耦合剂：钙基润滑脂；
（3）仪器：CTS－23型、CTS－26型、CTS－32型；
（4）探伤方式：接触法；
（5）试样：长条形人工伤试样（0.3mm×5mm）；
（6）环境：试验室内、探伤现场。
3.2探伤灵敏度对比试验及结果分析
按照试验要求，针对不同的试验条件（仪器、探头），在人工伤试样上对0.3mm×5mm检出灵敏度进行了对比试验，结果见表1。
表l 人工伤检出灵敏度对比试验
仪器型号 探头型号 人工伤/mm×mm 回波高声/Db 结果/优、劣排序
GTS-26 2.5PTR5° 0.3×5 27 5
GTS-26 5PTR5° 0.3×5 28 4
GTS-26 2.5PΦ8FC 0.3×5 32 2
GTS-26 2.5PΦ10FC 0.3×5 31 3
GTS-26 5PΦ8FC 0.3×5 33 1
GTS-26 5PΦ10FC 0.3×5 32 2
4结论
通过对三种型式、18种探头进行的36次不同方向的人工缺陷检出灵敏度试验，得出如下结论：当隔声层长度方向与缺陷长度方向一致时，检出灵敏度最高（比共相互垂直时高3dB～5dB）。矩形磨弧双晶组合探头虽然也能满足检测要求，但检出灵敏度较低，边端不可探区域较宽，并需要配备特制弧面对比试块，费用较高，操作也不方便。试验表明，5MHz分割式探头较2.5MHz分割式探头检出灵敏度高，但噪声幅值较后者高出1dB～2Db,这样给探伤带来误判。因此,2.5MHz分割式探头最适合于异型模锻件弧面区域探伤。这一课题的完成不仅找到了探伤结果异议的原因，也从中找到了有效的探伤方法，这样就可以保证弧面区域缺陷检出的准确度，避免由此产生的探伤异议再次发生。
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