裂纹的超声波探伤特征

      无论什么样的裂纹，都是由于材料内部应力过高或过于集中而导致的组织撕裂缺陷，它的表面形态均呈撕裂状断口。"犬齿交错"的表面特征，是构成裂纹不同于其他类型缺陷的重要特征。裂纹的缝隙呈锯齿状，断口表面如披刺绒。裂纹的这种表面几何特征，是造成声波在裂纹缝隙处大量散射和吸收的重要原因。因此超声波在裂纹表面上的声波反射率，必将大大低于光滑平整表面(见图1)。

      从图1中可以明显看出，不同表面状态的裂纹对反射回波幅度的影响是十分明显的。其他表面状态的裂纹试验结果表明，多数声波反射幅度曲线均位于B、C曲线之间。从图1还可以看出，要保证裂纹在探伤时不被漏检，应该把原来以人工平底孔(如中2mm)校准的探伤灵敏度基准，至少应提高20dB。但是解剖分析表明，随着裂纹面积的增大，其缺陷表面的粗糙度将相应降低，伤波的反射幅度增高。因此，大裂纹是易于发现的，它与光滑平整表面的声波反射幅度有时仅差十个分贝左右。反之裂纹越小，则差值越大。在入射声波与裂纹表面不垂直的情况，"犬齿交错"的裂纹表面比光滑表面的反回声压要大得多，因而横波探伤，裂纹并不难发现。

    "犬齿交错"的裂纹表面，能引起伤波反射的是正对着声源一侧的裂纹边壁和裂缝附近的细小发裂。裂纹壁上的凸凹尖角都可以引起声波反射，处于同一波阵面上的尖角，可以构成一束较强烈的伤波反射信号，但众多的尖刺又可使超声能量大量地被裂纹狭缝所吸收。因此，伤波的幅度一般较低。裂纹伤波的峰尖都呈分枝状，分枝的原因是裂纹面上的尖角并不完全处于同一个波阵面上。加之仪器的分辨能力有限，因此构成了裂纹的第一个波形特征:伤波呈束状，波底宽大，波峰分枝，伤波幅度通常不高，但反射强烈，波峰尖锐清晰(见图2)。

                                 图2 裂纹的波形特征

     裂纹伤波第二个基本特征是:伤波的出现,对底波和底波反射次数的影响比较显著。探伤时尽管伤波幅度较低，甚至很难看到伤波，但底波和底波反射次数却显著地降低或减少。例如在探伤某工件时，正常无缺陷可以看到七次以上底波反射，但当轴内有裂纹时，虽然伤波幅度不高，但底波反射却只有一次，有时甚至看不到底波反射。造成裂纹对底波影响严重的原因是由于裂纹的缝隙为真空状态或由析出的某种气体(如氢气、氮气等)所填充，因此声波在缝隙处的透过率几乎为零。同时裂缝附近的细小发裂也能使声吸收增大，从而大大削减了到达工件底部的能量，造成底波反射幅度的锐减。

     裂纹伤波的第三个基本特征是:降低仪器灵敏度时，伤波的下降速度比底波或其他类型的缺陷波迟缓得多。特别是与夹杂物伤波相比，这个特征尤为显著。

    裂纹表面尖刺越多，伤波下降速度的迟缓特征就越显著。降低仪器灵敏度，伤波迟迟难以消失的原因与裂纹的表面几何状态有关。裂纹表面越平整，散射体数量相对减少，伤波消失的迟缓特性就不明显，特别是巨大的脆性断口裂纹，伤波与底波的下降速度几乎相同。