超声波探伤方法和通用探伤技术(张志超)

超声波探伤方法和通用探伤技术(张志超)内容摘要：

检测前应根据探测范围来调节扫描速度，以便在规定的范围内发现缺陷并对缺陷定位。 调节扫描速度的一般方法是根据探测范围利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射波的前沿分别对准相应的水平刻度值来实现。 不能利用一次反射波和始波来调节，因为始波与一次反射波的距离包括超声波通过保护膜、耦合剂（直探头）或有机玻璃斜楔（斜探头）的时间，这样调节扫描速度误差大。 下面分别介绍纵波、横波、表面波检测时扫描速度的调节方法。 纵波检测一般按纵波声程来调节扫描速度。 具 体调节方法是：将纵波探头对准厚度适当的平底面或曲底面，使两次不同的底波分别对准相应的水平刻度值。 例如探测厚度为 400 mm 工件，扫描速度为 1∶ 4，现得用 IIW 试块来调节。 将探头对准试块上厚为 100 mm 的底面，调节仪器上“深度微调”、“脉冲移位”等旋钮，使底波 BB4分别对准水平刻度 50、 100，这时扫描线水平刻度值与实际声程的比例正好为 1∶ 4，如图 （ a）。 图 纵波、表面波扫描速度的调节 图 横波检测缺陷位置的确定 表面波检测一般也是按声程调节扫描速度，具体调节方法基本上与纵波相同。 只是表面波不能在同一反射体上形成多次反射。 调节时要利用两个不同的反射体形成的两次反射波分别对准相应的水平刻度值来调节。 如图 （ b），探头置于图示位置，调节仪器使棱边 A、 B 的反射波 A 波和 B 波分别对准水平刻度值 65 这时表面波扫描速度为 1∶ 1。 如图 所示，横波检测时，缺陷位置可由折射角 β 和声程 x 来确定，也可由缺陷的水平距离 l 和深度 d 来确定。 一般横波扫描速度的调节方法有三种：声程调节法、水平调节法和深度调节法。 (1)声程调节法：声程调节法是使示波屏上的水平刻度值 τ 与横波声程 x 成比例，即 τ ∶x=1∶ n。 这时仪器示波屏上直接显示横波声程。 按声程调节横波扫描速度可在 IIW、 CSKI A、 IIW半圆试块以及其它试块或工件上进行。 ①利用 IIW 试块调节： IIW 试快 R100 圆心处未切槽，因此横波不能在 R100 圆弧面上 形成多次反射，这样也就不能直接利用 R100 来调节横波扫描速度。 但 IIW 试块上有 91 mm 尺寸，钢中纵波声程 91 mm 相当于横波声程 50 mm 的时间。 因此利用 91 mm 可以调节横波扫描速度。 13 下面以横波 1∶ 1 例为说明之。 如图 所示，先将直探头对准 91 mm 底面，调节仪器使底波 B B2分别对准水平刻度 50、 100 这时扫描线与横波声程的比例正好为 1∶ 1。 然后换上横波探头，并使探头入射点对准 R100 圆心，调“脉冲移位”使 R100 圆弧面回波 B1对准水平刻度 100，这时零位才算校准。 即这时水平刻度“ 0”对应于斜 探头的入射点，始波的前沿位于“ 0”的左侧。 以上调节方法比较麻烦，针对这一情况，我国的 CSKIA 试块在 R100 圆弧处增加了一个R50 的同心圆弧面，这样就可以将横波探头直接对准 R50 和 R100 圆弧面，使回波 B（ R50）对 50， B2，（ R100）对 100，于是横波扫描速度 1∶ 1 和“ 0”点同时调好校准。 图 用 IIW 试块按声程调横波扫描速度 ②利用 IIW2 和半圆试块调节：当利用 IIW2 和半圆试块调横波扫描速度时，要注意它们的反射特点。 探头对准 IIW2 试块 R25 圆弧面时，各反射疲的间距为 2 7 75??，对准R50 圆弧面时，各反射波间距为 50、 7 75??。 探头对准 R50 半圆试块（中心为切槽）的圆弧面，各反射波的间距离为 50、 100、 100??。 下面说明横波 1∶ 1 扫描速度的调整方法。 利用 IIW2 试块调：探头对准 R25 圆弧面，调节仪器使 B B2分别对准水平刻度 2 100即可，如图 （ a）。 图 用 IIW2 和半圆式块按声程调扫描速度 (a)IIW2 试块 （ b）半圆试块 14 利用 R50 半圆试块调：探头对准 R50 圆弧面，调节仪器使 B B2分别对准水平刻度 0、100，然后调“脉冲移位”使 B1对准 50 即可，如图 （ b）。 (2)水平调节法：水平调节法是指示波屏上水平刻度值 τ 与反射体的水平距离 l 成比例，即 τ ∶ l=1∶ n。 这时示波屏水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离（简称水平距离），多用于薄板工件焊缝横波检测。 按 水平距离调节横波扫描速度可在 CSKIA 试块、半圆试块、横孔 试块上进行。 ①利用 CSKIA 试块调节：先计算 R50、 R100 对应的水平距离 l l2： 1 2212501100 21KRlKKRllK? ?????? ????? () 式中 K—— 斜探头的 K 值（实测值）。 然后将探头对准 R50、 R100，调节仪器使 B B2分别对准水平刻度 l l2。 当 K= 时，l1=35 mm， l2=70 mm，若使 B135， B270，则水平距离扫描速度为 1： 1。 ②利用 R50 半圆试块调节：先计算 B B2对应的水平距离 l l2： 1 221213 21KRlKKRllK? ?????? ????? () 然后将探头对准 R50 圆弧，调节仪器使 B B2分别对准水平刻度值 l l2当 K= 时，l1=35 mm， l2=105 mm。 先使 B B2分别对准 0、 70，再调“脉冲移位”使 B135，则水平距离扫描速度为 1∶ 1。 ③利用横孔试块调节：以 CSKⅢ A 试块为例说明之。 设探头的 K=，并计算深度为 60 的 φ 1179。 6 对应的水平距离 l l2： 11221. 5 20 301. 5 60 90l Kdl Kd? ? ? ?? ? ? ? 调节仪器使深度为 60 的 φ 1179。 6 的回波 H H2分别对准水平刻度 90，这时水平距离扫描速度 1∶ 1 就调好了。 需要指出的是，这里 H H2不是同时出现的，当 H1对准 30时， H2不一定正也对准 90、因此往往要反复调试，直至 H1对准 30， H2正好对准 90。 （ 3）深度调节法：深度调节法是使示波屏上的水平刻度值 τ 与反射体深度 d 成比例，即 τ ： d=1： n，这时示波屏水平刻度值直接显示深度距离。 常用于较厚工件焊缝的横波检测。 按深度调节横波扫描速度可在 CSKIA 试块、 半圆试块和横孔试块等试块上调节。 ①利用 CSKIA 试块调节：先计算 R50、 R100 圆弧反射波 B B2对应的深 d d2： 1222121100150dKRdKRd????? () 然后调节仪器使 B B2分别对准水平刻度值 d d2。 当 K=， d1=22. 4 mm、 d2= mm，调节仪器使 B B2分别对准水平刻度 、 ，则深度 1∶ 1 就调好了。 ②利用 R50 半圆试块调节：先计算半圆 试块 B B2对应的深度 d d2： 15 1 221213 31RdKRddK? ?????? ????? （ ） 然后调节仪器使 B B2分别对准水平刻度值 d d2即可，这时深度 1∶ 1 调好。 ③利用横孔试块调节：探头分别对准深度 d1=40， d2=80 的 CSKIA 试块上的 1179。 6 横孔，调节仪器使 d d2对应的φ 1179。 6 回波 H H2分别对准水平刻度 80，这时深度 1： 1 就调好了。 这里同样要注意反复调试，使 H1对准 40 时的 H2正好对准 80。 检测灵敏度的 调节 检测灵敏度是指在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力，一般根据产品技术要求或有关标准确定。 可通过调节仪器上的 [增益 ]、 [衰减器 ]、 [发射强度 ]等灵敏度旋钮来实现。 调整检测灵敏度的目的在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。 检测灵敏度太高或太低都对检测不利。 灵敏度太高，示波屏上杂波多，判伤困难。 灵敏度太低，容易引起漏检。 实际检测中，在粗探时为了提高扫查速度而又不致引起漏检，常常将检测灵敏度适当提高，这种在检测灵敏度的基础上适当提高后的灵敏度叫做搜索灵敏度或扫查灵敏度。 调整检测灵敏度的常用方法 有试块调整法的工件底波调整法两种。 根据工件对灵敏度的要求选择相应的试块，将探头对准试块上的人工缺陷，调整仪器上的有关灵敏度旋钮，使示波屏上人工缺陷的最高反射回波达基准波高，这时灵敏度就调好了。 例如，压力容器用钢板是利用 Φ 5 平底孔来调整灵敏度的。 具体方法是：探头对准 Φ 5平底孔， [衰减器 ]保留一定的衰减余量， [抑制 ]至“ 0”，调 [增益 ]使 Φ 5 平底孔最高回波达示波屏满幅度 50%，这时灵敏度就调好了。 又如，超声波检测厚度为 100 mm 的锻件，检测灵敏度要求是：不允许存在 Φ 2 平底孔当量大小的缺陷。 检测灵敏度的调整方法是：先加工一块材质、表面光洁度、声程与工件相同的 Φ 2 平底孔试块，将探头对准 Φ 2 平底孔，仪器保留一定的衰减余量， [抑制 ]至“ 0”调[增益 ]使 Φ 2 平底孔的最高回波达 80%或 60%高，这时检测灵敏度就调好了。 利用试块调整灵敏度，操作简单方便，但需要加工不同声程不同当量尺寸的试块，成本高，携带不便。 同时还要考虑工件与试块因耦合和衰减不同进行补偿。 如果利用工件底波来调整检测灵敏度，那么既不要加工任何试块，又不需要进行补偿。 利用工件底波调整检测灵敏度是根据工件底面回波与同深 度的人工缺陷（如平底孔）回波分贝差为定值，这个定值可以由下述理论公式计算出来。 222 0 l g 2 0 l g ( 3 )πBffPx xNPD?? ? ? ? （ ） 式中 x—— 工件厚度； Df—— 要求探出的最小平底孔尺寸。 利用底波调整检测灵敏度时，将探头准工件底面，仪器保留足够的衰减余量，一般大于Δ +（ 6~10） dB（考虑搜索灵敏度）， [抑制 ]至“ 0”，调 [增益 ]使底波 B1 最高达基准高（如80%），然后用 [衰减器 ]增益Δ dB（即衰减余量减少Δ dB），这时检测灵敏度就调好了。 由于理 论公式只适用于 x≥ 3N 的情况，因此利用工件底波调灵敏度的方法也只能用于厚度尺寸 x≥ 3N 的工件，同时要求工件具有平行底面或圆柱曲底面，且底面光洁干净。 当底面 16 粗糙或有水油时，将使底面反射率降低，底波下降，这样调整的灵敏度将会偏高。 例如，用 ( MHzφ 20 mm直探头 )检测厚度 x=400 mm的饼形钢制工件 ,钢中 cL=5 900 m/s,检测灵敏度为 400/Φ 2平底孔 (在 400 mm处发现Φ 2平底孔缺陷 )。 利用工件底波调整灵敏度的方法如下。 ①计算：利用理论计算公式算出 400 mm 处大底度 与Φ 2 平底孔回波的分贝差Δ为 B22222 0 l g 2 0 l gπ2 2 .3 6 4 0 02 0 l g 4 3 .5 4 4( d B )3 .1 4 2fPxPD??? ? ???? ? ?? 分贝差Δ也可由纵波平底孔 AVG曲线得到，如图 2— 17 中 MN对应的分贝差Δ =44 dB。 ②调整：将探头对准工件大平底面， [衰减器 ]衰减 50 dB，调 [增益 ]使底波 B1达 80%，然后使 [衰减器 ]的衰减量减少 44 dB，即 [衰减器 ]保留 6 dB，这时Φ 2 灵敏度就调好了，也就是说这时 400 nm 处的平底孔回波正好达基准高（即 400 mm 处Φ 2 回波高为 6 dB）。 如果粗探时为了便于发现缺陷，可采用使。