本文中使用的試驗(yàn)裝置
在諸如《GB/T11345 焊縫無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定》以及《NB/T47013 承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)》等標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)檢測(cè)時(shí)的母材溫度、儀器校準(zhǔn)與實(shí)際檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度差作出了規(guī)定。
相關(guān)規(guī)定如下：
為何標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定了這些與溫度相關(guān)的規(guī)定呢？今天，讓我們一同來(lái)探究這些規(guī)定背后的緣由。
1、溫度對(duì)鋼材超聲波衰減程度的影響
研究表明，隨著溫度的升高，鋼材晶粒度會(huì)增大，超聲波在鋼中的衰減程度（主要是散射衰減）會(huì)明顯增加。
散射衰減嚴(yán)重時(shí)，被散射的超聲波會(huì)沿著復(fù)雜的路徑傳播到探頭，在儀器屏幕上形成雜亂的噪聲信號(hào)（俗稱草狀回波），造成信噪比下降，檢測(cè)靈敏度降低。
圖1 增益值（dB）隨溫度（℃）的變化曲線（低碳鋼）
圖1是厚度25mm低碳鋼鋼板，隨著溫度升高，底波達(dá)到80%時(shí)的儀器增益（dB）值，可以看出，溫度在30℃~60℃之間時(shí)，dB值比較穩(wěn)定，超過(guò)60℃后，dB值較快增加。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果從一定程度上解釋了為什么標(biāo)準(zhǔn)GB/T11345中將檢測(cè)時(shí)焊縫及母材溫度規(guī)定為0℃~60℃，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍下，鐵素體類鋼材表現(xiàn)為低超聲波衰減。
2、溫度對(duì)材料聲速的影響引起橫波折射角(K值)的變化
溫度除了對(duì)鋼材的超聲波衰減程度有影響外，溫度的變化還會(huì)使材料聲速發(fā)生改變，而材料聲速作為超聲波檢測(cè)的重要聲學(xué)指標(biāo)，他的變化會(huì)引起多個(gè)檢測(cè)工藝參數(shù)的變化，最終導(dǎo)致我們對(duì)缺陷定位、定量的不準(zhǔn)確。
下面，我們主要來(lái)看一看在鋼焊縫檢測(cè)時(shí)溫度對(duì)橫波斜探頭角度的影響：
我們知道，鋼中橫波的產(chǎn)生機(jī)理為：探頭晶片發(fā)出縱波，經(jīng)斜探頭的有機(jī)玻璃楔塊傾斜入射至有機(jī)玻璃—鋼界面時(shí)產(chǎn)生折射，進(jìn)而獲得在鋼中斜入射的橫波S，鋼中的橫波折射角由折射定律（公式1）決定：
從上式可以看出，橫波折射角βs與αL、CL1、CS2有關(guān)，其中αL為有機(jī)玻璃斜楔自然角度固定不變，CL1和CS2會(huì)隨著溫度變化，變化規(guī)律如圖2。
圖2 聲速隨溫度的變化曲線
圖2可以看出，在-10℃—40℃范圍內(nèi)，鋼與有機(jī)玻璃的聲速都隨溫度上升而下降，但其下降趨勢(shì)有較大差異，鋼中的橫波聲速隨溫度變化很小，而有機(jī)玻璃中的縱波聲速隨溫度變化很大，根據(jù)公式（1）可知，這種變化會(huì)使得鋼中橫波折射角發(fā)生改變（如圖3）。
圖3 鋼中橫波折射角隨溫度的變化
可見(jiàn)，溫度對(duì)斜探頭角度有明顯的影響，因此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置和校準(zhǔn)與實(shí)際檢測(cè)溫度之差應(yīng)控制在15℃之內(nèi)。
除上述兩點(diǎn)外，溫度還會(huì)對(duì)超聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度以及波束指向性產(chǎn)生影響。這些影響因素都會(huì)給檢測(cè)結(jié)果帶來(lái)不確定性，所以我們?cè)谶M(jìn)行檢測(cè)時(shí)，切不可忽視溫度的影響。
總結(jié)
溫度在30℃~60℃之間時(shí)，鋼材超聲衰減程度穩(wěn)定；超過(guò)60℃后，衰減程度較快增加，表現(xiàn)為高衰減性。斜探頭K值隨著溫度升高而增大，且K值越大，隨溫度的變化更劇烈
