超声检测中超声波束覆盖率的探讨
在风电齿轮箱领域，齿轮、齿轮轴均使用锻件。如果锻件中存在较大或较多的非金属夹杂物，这些夹杂物将会大大提高齿轮、齿轮轴失效的可能性。超声检测是检测风电锻件内部非金属夹杂物、保证齿轮及齿轮轴质量的一个重要手段。
jb/t 5000.15-2007《重型机械通用技术条件》中5.8.1.3节规定：探头每次移动至少有15%的重合。
gb/t 6402-2008《钢锻件超声检测方法》中12.4节规定：99%扫查区应在规定的表面上执行，相邻探头移动覆盖区至少为有效探头直径的10%。
jb/t 5000.15-2007中只是说15%的重合，是探头直径、还是有效探头直径没有说明。
gb/t 6402-2008中提到覆盖率为“至少为有效探头直径的10%”，其中有效探头直径在gb/t 12604.1《无损检测术语》6.8节中有相关定义。扫查覆盖示意如图1所示(图中deff为有效晶片直径)。
对于圆形晶片，其有效晶片直径按下式计算：
deff ≈ 0.97d0
式中：deff为有效晶片直径；d0为晶片机械尺寸直径。
依据gb/t 6402-2008的覆盖率要求进行计算，可以得出不同探头的最小覆盖尺寸(宽度)及移动距离(步进)，如表1所示。表1中覆盖区宽度x ≥10%×deff；移动距离(步进)y ≤90%×deff。
试验选用南通三丰/ sf730型号的超声波探伤仪；选用b2s、b4s、mb4s型号的探头。选用的平底孔试块(平底孔直径为2.0mm)尺寸如表2所示，试块结构示意如图2所示[表2中的a(平底孔深)，b(试块直径)对应图2中的a，b]，试块实物如图3所示。
(1) 选择b2s型探头，在1号试块上找到ф2mm平底孔的回波的点o1，在同一直线上，左右移动探头，见图4(a)，测量出回波幅度下降6db的点w+x1和w-x1，则声束宽度为w+x1+w-x1，见图4(b)
(2) 依次选择2号～7号试块，按照步骤(1)的方法测量出不同埋深时的声束宽度。
(3) 分别选择b4s，mb4s型探头，按照(1)，(2)步骤，测量声束宽度。各探头测量结果如表3所示
由于试验使用的试块人工缺陷埋深为75~225mm，所以只对75~225mm的声束覆盖范围进行分析。
根据表1，b2s探头扫查步进可以选择20.95mm，按此步进，其在75～225mm深度的覆盖范围如图5所示
黑色填充区域是连续的2次扫查过程中，声束没有覆盖到的区域，该区域的宽度为9.95mm。
根据表1，b4s探头扫查步进可以选择20.95mm，按此步进，其在75～225mm深度的覆盖范围如图6所示。
图6中黑色填充区域是连续2次扫查过程中，声束没有覆盖到的区域，该区域的宽度为11.95mm，最小宽度为5.95mm。
根据表1，mb4s探头扫查步进可以选择8.73mm，按此步进，75～225mm深度的覆盖范围如图7所示。由图7可见两次声束中间无漏检区域。
小结
(1) b2s和b4s型探头按照标准中的值扫查，均有漏检区域，mb4s型探头则没有。
(2) 针对b2s和b4s型探头的中间漏检区域的大小，用直径2mm平底孔的灵敏度来进行75～225mm深度检测时，需要按表4所示的改进步进进行。
总结
(1) 标准中给出的两个扫查探头的覆盖范围是一个值，某些探头在选用值时，能满足99%覆盖的要求，而某些探头则不能满足。
(2) 在风电锻件的超声检测中，需要根据检测的范围、检测的灵敏度测试出探头的有效声束宽度，计算出99%覆盖时，探头的移动间距，并按计算出的间距进行检测。
(3) 当风电锻件使用水浸超声检测、相控阵超声检测时，需考虑有效声束宽度对检测结果的影响。
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gb/t 6402-2008中提到覆盖率为“至少为有效探头直径的10%”，其中有效探头直径在gb/t 12604.1《无损检测术语》6.8节中有相关定义。扫查覆盖示意如图1所示(图中deff为有效晶片直径)。
对于圆形晶片，其有效晶片直径按下式计算：
deff ≈ 0.97d0
式中：deff为有效晶片直径；d0为晶片机械尺寸直径。
依据gb/t 6402-2008的覆盖率要求进行计算，可以得出不同探头的最小覆盖尺寸(宽度)及移动距离(步进)，如表1所示。表1中覆盖区宽度x ≥10%×deff；移动距离(步进)y ≤90%×deff。
试验选用南通三丰/ sf730型号的超声波探伤仪；选用b2s、b4s、mb4s型号的探头。选用的平底孔试块(平底孔直径为2.0mm)尺寸如表2所示，试块结构示意如图2所示[表2中的a(平底孔深)，b(试块直径)对应图2中的a，b]，试块实物如图3所示。
(1) 选择b2s型探头，在1号试块上找到ф2mm平底孔的回波的点o1，在同一直线上，左右移动探头，见图4(a)，测量出回波幅度下降6db的点w+x1和w-x1，则声束宽度为w+x1+w-x1，见图4(b)
(2) 依次选择2号～7号试块，按照步骤(1)的方法测量出不同埋深时的声束宽度。
(3) 分别选择b4s，mb4s型探头，按照(1)，(2)步骤，测量声束宽度。各探头测量结果如表3所示
由于试验使用的试块人工缺陷埋深为75~225mm，所以只对75~225mm的声束覆盖范围进行分析。
根据表1，b2s探头扫查步进可以选择20.95mm，按此步进，其在75～225mm深度的覆盖范围如图5所示
黑色填充区域是连续的2次扫查过程中，声束没有覆盖到的区域，该区域的宽度为9.95mm。
根据表1，b4s探头扫查步进可以选择20.95mm，按此步进，其在75～225mm深度的覆盖范围如图6所示。
图6中黑色填充区域是连续2次扫查过程中，声束没有覆盖到的区域，该区域的宽度为11.95mm，最小宽度为5.95mm。
根据表1，mb4s探头扫查步进可以选择8.73mm，按此步进，75～225mm深度的覆盖范围如图7所示。由图7可见两次声束中间无漏检区域。
小结
(1) b2s和b4s型探头按照标准中的值扫查，均有漏检区域，mb4s型探头则没有。
(2) 针对b2s和b4s型探头的中间漏检区域的大小，用直径2mm平底孔的灵敏度来进行75～225mm深度检测时，需要按表4所示的改进步进进行。
总结
(1) 标准中给出的两个扫查探头的覆盖范围是一个值，某些探头在选用值时，能满足99%覆盖的要求，而某些探头则不能满足。
(2) 在风电锻件的超声检测中，需要根据检测的范围、检测的灵敏度测试出探头的有效声束宽度，计算出99%覆盖时，探头的移动间距，并按计算出的间距进行检测。
(3) 当风电锻件使用水浸超声检测、相控阵超声检测时，需考虑有效声束宽度对检测结果的影响。
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