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标题	干扰弹壳体的超声爬波及横波无损检测研究
范文	李光亚等 摘 要： 干扰弹壳体材料要求高，壳体坯料的缺陷检测是非常必要的。针对某型干扰弹壳体坯料可能存在缺陷的特征，结合不同检测区域的检测方法及厂家的检测需求，提出一种基于超声波横波和爬波同时对工件缺陷进行检测的方法，并根据检测需要设计了检测系统，该系统可满足此类坯料缺陷的快速精确检测。通过实验和实际使用证明该方法可行，系统运行可靠，并可有效提高检测效率。 关键字： 超声波； 横波； 爬波； 壳体坯料； 缺陷检测 中图分类号： TN06?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）03?0037?03 Research on ultrasonic creeping wave and transverse wave nondestructive detection of decoy bullet shell LI Guang?ya1， 2， WANG Ming?quan1， 2， YANG Lu1， 2， WANG Xing?he3 （1. Key Laboratory of Dynamic Testing Technology， North University of China， Taiyuan 030051， China； 2. College of Information and Communication Engineering， North University of China， Taiyuan 030051， China； 3. Shanxi North Jindong Chemical Industrial Co.， Ltd.， Yangquan 045000， China） Abstract： A method of workpiece defect detection based on ultrasonic s?wave and the creeping wave is proposed in combination with detection methods for different detected areas and testing requirements of factory to deal with the defects that a certain type of decoy shell′s billet may have. A detection system was designed according to testing needs. The system can achieve fast high?accurate detection of defects of this type billet. Experimental and practical application results show that the proposed method is feasible， and the system works reliable and can effectively improve the detection efficiency. Keywords： ultrasonic； transverse wave； creep wave； shell billet； defect detection 0 引 言 干扰弹是用来诱骗敌方红外制导武器脱离真目标，具有较高温度的红外辐射弹，亦称红外干扰弹、红外曳光弹。它广泛地应用于飞机、舰船的自卫。其壳体材料质量要求高，表面或内部都不允许有超标缺陷，且壳体坯料多为钢质棒材。为了同时检出坯料内部和近表面缺陷，结合壳体的加工工艺，本文提出一种横波和爬波相结合的缺陷检测方式，通过实验和实际使用，能够快速准确地发现坯料缺陷，满足此类工件的缺陷检测要求。 1 壳体坯料特征 棒材通常是采用轧制、 挤压或锻造工艺制成的半成品。棒材中的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷两种。内部缺陷是在轧制等工艺过程中延展而成，主要是位于中心部位的缩孔和夹杂物，以及变形过程中因这些缺陷而产生的裂纹等， 棒材中的多数缺陷都沿棒材轴线延伸。表面缺陷主要是裂纹和折叠。所以棒材检测时声束应从圆周面垂直入射和以一定的倾斜角入射，用于检测不同方向的缺陷。在双晶探头或直探头不足以检出表面和近表面裂纹、折叠等类型缺陷时，单探头斜角入射法可视为一种有效的方法[1?5]。 壳体坯料外表面粗糙，一般带有一层氧化皮，该型号坯料轴向尺寸为180 mm，横截面直径为50 mm。根据加工工艺及设计工艺要求，缺陷检测之后要对坯料进行外圆和内孔加工，因此缺陷检测范围主要集中在距离外圆表面20 mm厚度的圆环范围之内。 2 检测原理 超声波脉冲在工件内传播过程中，遇有声阻抗相差较大的两种介质的界面时将发生反射。根据缺陷回波的有无、大小及其时间轴上的位置可以判断缺陷的有无、大小及其方位。这就是超声波反射法检测缺陷的原理。本文主要采用横波法和爬波法两种方法进行缺陷检测。 2.1 横波法 如图1所示，将纵波倾斜入射至工件检测面，由探头晶片发出的纵波通过一定的倾角到达耦合剂和试件接触面，并在界面处发生波型转换，入射后在试件内部产生折射后的横波声束。声束在上下表面间反射，如果声波在前进过程中遇到缺陷，反射回波将出现在相应的声程位置处。 2.2 爬波法 当纵波从第一介质以第一临界角附近的角度入射于第二种介质时，把沿介质表面下一定距离处横波和纵波之间传播的峰值波称为爬波，如图2所示，此时的入射角[α1]称为第一临界角，[β1]为横波折射角， [β2]为纵波折射角。爬波对试件表面粗糙度不敏感，并且适于检测近表面缺陷（距离表面10 mm左右），因此爬波非常适合检测表面精度较低的高温合金小直径棒材[4]。 一般在单探头情况下，采用探头固定棒料旋转的方式可实现无盲区扫描检测，但该方法对缺陷的走向有一定的要求，因此一般采用成对反向配置探头的方法来减少漏检。在本检测系统中，为实现棒料的全面检测并最大幅度地降低漏检可能，特配置了2对共4个探头，分别负责径向和轴向缺陷的检测。系统检测架实物如图3所示。探头A、C采用线聚焦探头用于产生横波来检测轴向缺陷，探头B、D采用点聚焦探头用于产生爬波来检测径向缺陷，因为根据以往检测经验，此棒材坯料缺陷多为轴向分布，因此B、D探头主要用于辅助检测近表面的缺陷。系统工作时将试件放置在检测架上，确保探头及试件的被检测部位浸没在耦合剂水中，一边旋转试件，一边推动试件在检测架上左右平移，由于采用了2组4个探头进行检测，检测速度和准确度都很高，大大提高了操作人员的工作效率。 由于系统采用的是纵波斜入射产生横波和爬波来检测缺陷的方法，根据纵波斜入射的折射定律，可根据下面公式计算出纵波斜入射的第一和第二临界角[α1，][α2。] [α1=arcsin cL1cL2，α2=arcsin cL1cS2] 其中[cL1，][cL2]分别为超声波在第一介质和第二介质中纵波的波速；[cS2]代表超声波在第二介质中的横波声速。由于本系统采用水做耦合剂，因此第一介质为水，第二介质为钢，由此可计算出第一、二临界角分别为14.5°和27.5°。根据横波和爬波的产生原理，分别调整探头角度，使两组探头的入射角度分别为24°和15°，用以产生横波和爬波。 3 系统组成结构 系统结构如图4所示，工控机是整个检测系统的主控单元，包含系统控制软件；4通道超声探伤仪由探伤仪与数据采集卡组成，数据采集卡用来产生闸门信号及增益控制信号同时负责超声回波信号特征的采集，超声探伤仪负责发射与接收超声波，并通过闸门选取回波信号传送回数据采集卡，系统软件负责处理超声回波信号识别缺陷。 图4 检测系统结构示意图 4 实验结果及数据 根据厂家的工艺要求，最小被检测缺陷以直径1 mm内孔标定，系统能够检测出此缺陷即可满足要求，因此提前在标准试件上分别钻出与轴线平行和垂直的两组内孔，内孔直径分别为1 mm和0.8 mm，深度均为8 mm。0.8 mm孔为检验检测效果设置。如图5所示，通过系统检测两孔是否存在来检验系统的检测结果真实性。 如图6所示，在4个探头同时工作之前，先利用软件单通道界面调校探头的角度、焦距以及波形显示等参数，然后切换至检测软件的四通道界面进行检测，如界面波和缺陷波的相对位置及其幅度大小等；“门前沿”设置闸门信号的前沿位置，“门宽”设置闸门信号的后沿位置，这两个参数共同确定闸门信号的位置来选择有用回波信号，去除干扰信号。“增益”参数用来设置通道的探伤灵敏度；“报警类型”参数用来设定报警类型，分为上限报警和下限报警两种模式。“报警阈值”参数用来设定报警的门限值。在修改完参数后，点击相应通道的“确定”按键即可使修改生效。“开始检测”按键用来控制发射超声触发脉冲同时启动示波器，实时显示单次触发回波信号或者连续触发动态峰值信号。图6是A通道在闸门较宽时的检波信号，第一个大波为水钢界面波，第二个小波为缺陷波。 5 结 论 本文对某型干扰弹壳体坯料缺陷的超声波检测方法及检测系统进行了论述，该检测系统具有检测准确率高，检测速度快，便于操作等特点。同时由于是非接触测量，避免了一些接触测量中的摩擦和磨损等。因为检测过程中耦合剂为水，所以检测架全部采用铝材和不锈钢等材料，在一定程度上避免了氧化锈蚀等现象的发生。本系统还可利用回波时间来精确定位缺陷的位置，但由于厂家对此没有要求，故在此不做赘述。系统经过实际实验和使用，证明检测方法可行，系统运行可靠。 参考文献 [1] 王春水，胡先龙，张俊义，等.爬波在无损检测中的应用[J].无损检测，2009，31（3）：223?224. [2] 黎连修.轮箍超声横波探伤研究[J].无损检测，2000，22（4）：162?164. [3] 彭应秋，李坚，薛丽华，等.小直径棒材爬波检测新技术及相关理论探讨[J].材料工程，1996（10）：23?25. [4] 周昌智，林俊明，周正干.在役转轴表面疲劳裂纹的爬波检测[J].无损检测，2009，31（12）：937?939. [5] 朱晓恒，高晓蓉，王黎，等.超声探伤技术在无损检测中的应用[J].现代电子技术，2010，33（21）：112?116. [6] 窦新华，谢鸿.无损检测系统的设计[J].现代电子技术，2008，31（3）：141?142.
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