多次反射在超聲波探傷定性分析上的應用
超聲波探傷中的多次反射法又稱多次脈沖反射法，是縱波探傷法的一種。它以多次底波為依據(jù)進行探傷和判傷。其原理是當探頭發(fā)射的超聲波由底部反射回至探頭時，一部分聲波被探頭所接收，另一部分聲波又折回底部，這樣往復反射，直至聲能全部衰減完為止。若工件是板狀且內(nèi)部又無缺陷時，則螢光屏上出現(xiàn)呈指數(shù)曲線遞減的多次反射底波。本文想通過我廠的實踐闡明，各種不同性質(zhì)的缺陷對多次反射的影響，以及如何應用多次反射幫助我們超聲波定性。
多次反射在不同形狀的工件上有著不同的反射情況。上面講到在探測板狀工件或者工件中相當于板狀（或塊狀）的部位時，多次反射呈均勻的按指數(shù)曲線遞減的多次反射波。在對軸類工件作圓周探傷時，若工件內(nèi)部致密無缺陷呈現(xiàn)波形?？梢钥闯觯谝淮蔚撞ㄒ院?，每兩次底波之間總有兩個幅度較低的波，這兩個波中前面一個波總是較后面一個波為低。有人曾把前面的一個波稱作A波，后面一個波稱作B波。據(jù)分析A波的行程是一個等邊三角形。大家知道，平探頭與軸的接觸不是面，而是一條線，所以擴散角較平面為大，當半擴散角為30”時，回路行程為一等邊三角形，全部行程是**次底波行程的1.3倍，即A波位于一次與二次底波間距離的3／10處。B波是一個變型波，它的行程是兩個等腰三角形。由于在傳播中波型由縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波，橫波在鋼中的速度比縱波慢，據(jù)計算，B波大約位于一次與二次底波間距離的7／10處。
不同性質(zhì)的缺陷，對超聲波的吸收不同，漫反射情況不同，對超聲波多次反射的影響也不一樣。我們在生產(chǎn)中體會到，在工件內(nèi)部致密無缺陷，表面耦合良好的情況下，碳素鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼，厚度或直徑為300mm～500mm時，鍛后退火狀態(tài)，2.5MC探測，多次反射應有6~8次以上，且無缺陷波反射即為正常。對軸類鍛件退火狀態(tài)而言，中小鍛件直徑?300mm左右，多次反射應有10次以上，大鍛件直徑?500～800mm，多次反射應有5～6次以上。應當指出，調(diào)質(zhì)處理以后，多次反射會有相應增加，這是由于熱處理后內(nèi)部組織變細的結(jié)果。下面僅就不同性質(zhì)的缺陷對多次反射的影響分述如下（未注明探測頻率者均為2.5MC）。
一、蜂窩狀缺陷
鑄件中的蜂窩狀缺陷多存在于冒口部位或者工件中鑄造截面突變處，多系由于氣體聚集難于外逸而致。這種缺陷一般內(nèi)壁較光滑且密集一起，對超聲波漫反射厲害，缺陷反射波峰有高有低，對底波反射次數(shù)影響很大。鑄鋼45# 耳軸中蜂窩狀缺陷和它的多次反射情況。這種耳軸無缺陷部位多次反射良好。因此，對鑄件而言，多次反射情況的好壞是衡量內(nèi)部質(zhì)量的重要標志。
二、白點
白點是存在于大鍛件內(nèi)部的裂紋群。它在縱向斷口上表現(xiàn)為表面粗糙的橢圓形的白色斑點。這種缺陷對超聲波的吸收與漫反射都很厲害，對底波與多次反射影響很大。當白點裂紋較大時可使底波消失，這時只有雜亂分布的缺陷波。我廠曾碰到一批車軸產(chǎn)生了白點，材質(zhì)是車軸鋼，毛坯直徑?250mm。系白點軸的低倍照片。這種軸無缺陷時多次反射良好。是白點軸的多次反射。由于白點呈無位向分布，多次反射次數(shù)受到嚴重影響。應當指出，軸類工件中呈放射型分布的白點縱波圓周探傷時，對底波反射次數(shù)的影響有時也不一定明顯，這是值得特別注意的一點。
三、分散性夾雜物
分散性夾雜物也能造成對底波的吸收或形成叢林狀缺陷波，但與白點比較，對底波的多次反射影響較小。解剖車軸鋼中夾雜物的低倍實照，它的多次反射波形。由此看出，在正常靈敏度下，夾雜物缺陷反射脈沖幅度雖高，但對底波及底波反射次數(shù)影響不大。
四、鍛件中的縮孔殘余
鍛件中的縮孔殘余多系由于冒口切除不足而殘留于工件上，因經(jīng)鍛打多呈心部裂紋狀。這種缺陷對底波反射次數(shù)影響極為嚴重，同時有脈沖寬大的缺陷波。因缺陷多呈裂紋狀，所以在周圍各處探傷時，對多次反射影響不完全相同，還要注意，縮孔殘余的級別越小，對多次反射的影響也越小。
五、內(nèi)裂紋
內(nèi)裂紋系未暴露表面的內(nèi)部斷裂，它帶有極大的危險性。這種缺陷多系鍛造或熱處理不當所致。內(nèi)裂紋不管是縱向的或者是橫向的，對超聲波多次反射有很大影響。就軸中存在的縱向內(nèi)裂紋而言，當超聲波順裂紋方向入射時，底波即使出現(xiàn)，由于聲波被裂紋邊緣側(cè)面吸收和漫反射，反射次數(shù)也很少。而當超聲波垂直于內(nèi)裂紋方向入射時，往往無底波，只有裂紋的多次反射。
六、疏松、偏析和晶粒粗大
鍛件中3級以下的疏松與偏析對超聲波多次反射影響不大，只有嚴重的疏松偏析才會造成超聲波的大量吸收和反射，使反射次數(shù)減少。大鍛件中往往由于截面較大，或加熱時爐溫過高、保溫時間過長等造成晶粒粗大。若仍用較高頻率（2.5MC、5MC或更高）探傷，會發(fā)現(xiàn)多次反射很少（1～2次）。正常靈敏度下無缺陷波。提高靈敏度時會出現(xiàn)叢林狀缺陷波。大家知道，聲波的頻率（f）與波長（λ）系倒數(shù)關(guān)系，λ= c/f。超聲波頻率越高時，其波長越小，當晶粒尺寸與超聲波波長可以比擬時，超聲波在晶界上引起反射，使能量減小。實踐證明，當晶粒尺寸大于1／10λ時，由于晶界的散射與反射，超聲能量大為衰減，使多次反射次數(shù)明顯減少，以致于難于出現(xiàn)底波。
晶粒粗大提高靈敏度時，出現(xiàn)的缺陷波有一種虛幻感，移動探頭時，缺陷波變化特快，缺陷波分布在始波與底波之間。判定是否晶粒粗大重要的標志是改用低頻率探傷時多次反射會恢復，并且不出現(xiàn)缺陷波。我們曾多次遇到晶粒粗大的情況，實踐證明工件經(jīng)正火處理細化晶粒后，2.5MC探測多次反射恢復正常。
*后應當指出，影響超聲波多次反射的因素是很多的，除材料本身缺陷外，象工件的表面粗糙度，儀器與探頭的組合靈敏度，以及探測面與底面的平行度等都有明顯影響，在利用多次反射法輔助定性時要特別注意。