悬案尘埃落定 环形锻件中诡异游动波的解答!

历时一个多月的讨论与实验，悬案终于破解，在此向黄建明等前辈的钻研精神致敬！...





背景：

2016年4月26日，在“NDT微论坛”里，微友“青竹“贴上三张图片询问：探伤过程中发现局部探伤面呈现一种游动波的原因？该问题讨论异常激烈，历时一个多月的时间，经国内各种专家会诊，现在终于有了结果！

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游动波特征疑问解答：

1.这个游动波起波迅速，波脚占宽大，前沿并不陡峭，前后沿呈A字形，游动范围大，随着探头的移动来回于始脉冲与底波之间。

答： 波脚占宽大是因为仪器设置是纵波声速，纵波声速比表面快一倍，所以表面波给拉宽了，游动是因为探头移动对边缘端角的反射距离的变化而变化，给人感觉像是这回波在前后游动。

2.我们还发现一个现象，荧光屏上有两个波同时存在，一个向底波方向移动时候另 一个向始波方向移动。

答： 因为声场是圆周360度方向扩展的，只当垂直于圆弧径向时才有反射回波 ，外圆弧呈凹形有聚焦作用反射会强，内孔壁呈凸形会差些，如果是圆面形两波效果一样的。

3.无论游动波是高和低的时候底波一直在，几乎不受影响！

答：因为是两种波型同时他存在，而且各行其道互不影响。

4. 游动波没有像其他缺陷那样阻挡声波的通过，难道它是透明(透声）的？

答：各行其道完全没有影响，当然看上去底波前的表面波像透明的了。

5. 只有13mm以下的4和5MHz探头，在端面A局部有游动波；

答：直径越小越明显，与探头的扩散角有关。局部才有是因为表面机油少到刚好最适合表面波传播时候才发现，油层太厚表面波衰减是无法传播的。

我们传统的超声波探伤都是希望涂满耦合剂，生怕其中有空气阻碍声波传播 ，没想到表面波传播时有一半波是在空气中传播的，却不能在被检工件上 过多的液体传播。

难怪一批之中只有一件而且是单面局部位置，我做过 试验其实只要工件表面有很薄的一层油膜时，任何位置都可以找到这种 游动的表面波 。(请看附上的视频)

6. 直径19mm，5MHz两面扫查都未发现游动波？

答： 大直径纵波直探头产生表面波的效果不明显。

7.  2.5和10MHz探头两面扫查也未发现游动波？！

答： 低频效果差，高频衰减大也有关系。

8. 双晶直探头和45度、60度在出现游动波的位置，分别在有游动波的端面和外圆周向扫查也未发现任何明显的回波？！

答： 环形锻件内没有任何缺陷，当然也就没有任何明显的回波了。

9. EP1000i 、 EP650、EP600和USN60 前后用了四台不同型号A型数字超声波仪器扫查，结果都一样。

答： 这个是由探头产生的一种表面回波与仪器性能无关。





纵波直探头产生表面波的条件和判断方法：

1.探头直径小，声束越扩散(扩散角大)，探头小扩散到表面的能量会越多; 探头直径越大，能量越集中，反产生表面波的机会越少。

2. 园形探头产生的表面波波阵面也是园形的，遇到园弧面都是垂直反射回来，都能接收到，而且声程基本一致，叠加(聚焦)在一起显示明显，而方形试块同样能产生反射回波，只不过没有圆弧凹面般的强烈。

3. 探头产生的表面波跟探头有关，跟工件没关，但是工件表面粗糙度和表面情况会影响表面波能量的传播，会影响接受到能量的强弱。

4. 本身这种信号的能量就非常弱，主要能量还是垂直纵波。

5. 表面耦合状态必须在非常薄的一种的情况下才能明显看到表面波，因为它在液体中会严重衰减，稍有多余耦合剂堆积就会阻碍其传播，所以给人感觉它是时有时无和很不稳定的出现。

6. 同时灵敏度过高的时候才容易出现。

7. 可以用手指蘸上油触摸拍打工件表面的方法进行判断，当出见明显跳动的位置就是表面波。

总结：

由于我是不知道纵波直探头垂直入射工件时也会产生表面波，又根据以往的经验去分析，所以走了很多弯路，相信很多人与我一样尤其是自认经验丰富的老专家们。

其实正如徐春广教授说的：「道理类似垂直下落到金属板上的钢球同时可以激发出纵、横和表面波 !」大连船厂的曲世发早就发现横波斜探头有表面波现象，并应用在焊缝检测方面了。

黎连修教授也说到：「前些年戚墅堰铁路工厂张福瑞工程师，在直探头前边加了一个尖劈状的斜块，材料不限，角度随意，约三四十度，蘸些油，在工件激发出很强的表面波，一般是双向传播，与咱们讨论的情况很相似，很有意思。」

专做探头的彭善柏先生也提供了这方面的理论和图片支持。还有GE的钟德煌先生提供了国外书籍中的介绍。

我相信专做锻件超声波检测的前辈也肯定见过这种表面波，只是他们排除不是缺陷后就放过了，没有再深入研究。

通过试验我们发现：其实所谓的游动波就是由纵波直探头直接产生的一种表面波。只不过在很高的灵敏度和表面特殊的耦合状况下才得到它游动的反射回波。

这次参与讨论的好多行业专家、仪器生产厂家和代理商以及很多年轻的朋友，各抒己见充分地进行了正反两方面的激烈讨论，并且终于查出原因。尽管最后结果是很简单的，但是对于我们来说收获是丰富的，在将来的工作中一定能用上。

在此，对所有参与讨论的朋友们表示衷心的感谢!

2016年6月10日于香港 黄建明

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