重复频率对超声波探伤的某些影响

廖小宁

（中国南方航空工业有限公司 产品检验部，株洲 412002）

某次对1Cr12Ni2W2MoVNb直径47mm棒材使用频率5MHz、晶片直径14mm的直探头进行超声纵波接触法探伤，所用对比试块的平底孔直径为1.5mm，使用美国PULSAR 5500超声检测仪发现靠近底波有一很高的回波，但使用国产WT－2011超声检测仪检测时此回波降低很多，其位置基本不变，而且杂波也降低了。

探伤方法及波形显示原理见图1所示。每一个周期的始波、底波、缺陷波都将在荧光屏的某个位置重合、重复显示。

图1 圆棒纵波接触法探伤及其波形显示示意图

1 试验

因为所用探头和探伤灵敏度调节均相同，从超声检测仪的工作原理［1］判断，造成上述现象的原因很可能是由于两仪器的发射脉冲重复频率不同，PULSAR 5500的重复频率过高而产生波的叠加的缘故，因此进行下述试验以证实之：

（1）将PULSAR 5500的重复频率减半（通过后面板上的一个开关），前述的回波和杂波均降低很多；将PULSAR 5500的探测范围由127mm（5in.）档调到54mm（10in.）档，前述的回波和杂波也降低很多。

（2）使用PULSAR 5500超声检测仪时，用油手指点触棒材底部，前述的回波和杂波均降低很多；使用WT－2011超声检测仪时，用油手指点触棒材底部，前述的回波和杂波幅度几乎不变。

（3）在探伤灵敏度下调节 WT－2011超声检测仪的扫描范围及延迟，可明显观察到20多次底波。

2 分析

从超声检测仪的说明书得知，WT－2011的重复频率固定为约350Hz；PULSAR 5500的重复频率分为150，600，2 400，4 800Hz四档，随探测范围的调节而自动改变并可由开关选择减半，在探测范围127mm档的重复频率为2 400Hz，在254mm档的重复频率为600Hz，减半时分别为1 200，300Hz。

可设棒材中的纵波声速为5 920m/s，则超声波在此直径棒材中的来回一次传播时间为47×2/5.92≈15.9μs，此即为相邻两底波之间的时间间隔，也等于第1次底波与始波之间的时间间隔。因而第一周期的第27次底波与第一周期的始波的时间差为27×47×2/5.92≈429μs，重复频率2 400Hz对应的周期为1 000 000/2 400≈417μs，此即第二周期的始波与第一周期的始波的时间间隔，这时第一周期的27次以后的底波将与第二个周期内的回波发生叠加（第一个周期发射的波还在棒材中传播而未衰减掉，这时又开始了第二次发射超声波，这两次发射的超声波的回波将发生叠加）。可依次类推……。因为此棒材声衰减较小，且探伤灵敏度较高，因而20多次底波的幅度仍然不低（试验（3）证实了这点），它们与第二个周期的回波叠加在荧光屏上重复显示出来的效果是单个回波及杂波增高，这就是前述现象的发生原因，见图2所示。

试验（2）中使用PULSAR 5500超声检测仪时，用油手指点触棒材底部将使底波降低，因而底波次数大大减少，第一周期的多次底波不再与第二个周期的回波发生叠加，故单个回波及杂波均降低。试验（1）中降低重复频率，使周期变长，第一周期的20多次底波也不再与第二个周期的回波发生叠加，故单个回波及杂波均降低。

3 总结与建议

（1）探伤时选用重复频率较低的超声检测仪，重复频率调低时，尤其对于衰减小、厚度较薄的受检件的高灵敏度探伤要注意，以免波的叠加使缺陷评定不准。应了解各种超声检测仪的重复频率及其调节。若超声检测仪的重复频率与探测（扫描）范围联动时（探测范围越大，重复频率越低），注意应使用大于受检厚度的探测范围。

（2）在制定受检件的杂波验收标准和评定杂波水平时，应考虑超声检测仪重复频率的影响，使两种情况下的重复频率尽量一致且较低。

（3）超声检测仪最好设计成可单独调节重复频率，不与探测范围旋钮联动；或者可调程度大些，如国产CST－26超声检测仪的重复频率见表1。

表1 CST－26超声检测仪的重复频率值

［1］中国机械工程学会无损检测分会编.超声波检测［M］.北京：机械工业出版社，2005.