超声波在螺栓中应用与检测

检测项目

超声波技术在螺栓检测中主要针对三类核心指标：内部结构完整性评估包含裂纹、缩孔及夹杂物等冶金缺陷的识别；紧固力状态分析通过测量弹性波传播速度变化推算轴向应力分布；腐蚀退化监测则利用界面回波特征量化表面氧化层厚度及均匀性。

对于高强度螺栓（8.8级及以上），需重点捕捉应力集中区微裂纹萌生迹象。根据DIN EN 14399标准要求，直径≥24mm的预紧螺栓必须进行全长度扫查以排除横向缺陷风险。核电领域ASME BPVC规范特别规定对反应堆压力容器锚固螺栓实施周期性相控阵检测以监控辐照脆化效应。

检测范围

本方法适用于直径6-200mm的各类金属螺栓（碳钢、合金钢、钛合金等），涵盖六角头螺栓、双头螺柱、地脚螺栓等常见结构形式。在风电塔筒法兰连接系统中可对M64×400mm规格10.9级螺栓进行全自动在线检测；石油钻采设备中耐蚀合金螺栓（如Inconel 718）需采用5MHz高频探头提升晶间腐蚀识别率。

特殊工况下的扩展应用包括：低温LNG储罐用奥氏体不锈钢螺栓的σ相析出检测；高铁转向架用镀锌螺栓的氢脆裂纹筛查；航空航天钛合金紧固件的微动磨损深度测量（分辨率达0.05mm）。

检测方法

脉冲反射法作为基础技术方案：选用纵波直探头（2-10MHz）实施端面入射扫查时，需建立声程-增益补偿曲线以消除几何衰减影响；斜探头横波检测适用于头部过渡圆角区域的裂纹定位（入射角35°-70°）。相控阵技术通过动态聚焦法则实现C扫描成像（步进精度0.1mm），可重构声束路径适应异形螺栓结构。

时差衍射法（TOFD）用于量化裂纹高度：在核电主泵螺栓检测中设置PCS（探头中心距）=2×板厚+10mm的方案可获取最佳衍射信号信噪比。电磁超声（EMAT）技术无需耦合剂的特点使其适用于高温管线螺栓在线监测（最高工作温度450℃）。

检测仪器

数字式超声波探伤仪应满足EN 12668-1标准要求：带宽≥25MHz的采样率确保可解析0.1mm级缺陷信号；带DAC/TCG功能的设备能自动补偿长距离声束衰减误差。相控阵系统需配置64阵元以上线性阵列探头（中心频率5MHz），配合动态深度聚焦（DDF）算法提升近表面分辨力。

专用工装系统包含三维机械扫查架（定位精度±0.02mm）和自适应夹具模块：风电螺栓检测采用环形轨道式扫查器实现360°全覆盖；微型内窥式探头（直径3mm）可深入螺纹根部进行缺陷复验。校准试块应包含平底孔（Φ1.6-6.4mm）、V型槽（深0.5-3mm）及不同螺距的螺纹仿形结构。

检测流程

确定测试对象与安排：确认测试对象并进行初步检查，确定样品寄送或上门采样安排；

制定验证实验方案：与委托方确认与协商实验方案，验证实验方案的可行性和有效性；

签署委托书：签署委托书，明确测试详情，确定费用，并按约定支付；

进行实验测试：按实验方案进行试验测试，记录数据，并进行必要的控制和调整；

数据分析与报告：分析试验数据，并进行归纳，撰写并审核测试报告，出具符合要求的测试报告，并及时反馈测试结果给委托方。