第六章超声波探伤方法和通用探伤技术(张志超)

第六章超声波探伤方法和通用探伤技术(张志超)内容摘要：

0圆弧反射波BB2对应的深dd2： ()然后调节仪器使BB2分别对准水平刻度值dd2。 当K=，d1=22. 4 mm、d2= mm，调节仪器使B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BB2对应的深度dd2： （）然后调节仪器使BB2分别对准水平刻度值dd2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16横孔，调节仪器使dd2对应的φ16回波HH2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Φ5平底孔来调整灵敏度的。 具体方法是：探头对准Φ5平底孔，[衰减器]保留一定的衰减余量，[抑制]至“0”，调[增益]使Φ5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Φ2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Φ2平底孔试块，将探头对准Φ2平底孔，仪器保留一定的衰减余量，[抑制]至“0”调[增益]使Φ2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。 （）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ΔdB（即衰减余量减少ΔdB），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，( MHzφ20 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/Φ2平底孔(在400 mm处发现Φ2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Φ2平底孔回波的分贝差Δ为分贝差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Φ2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Φ2回波高为6 dB）。 如果粗探时为了便于发现缺陷，可采用使[衰减器]再去6 dB的搜索灵敏度来进行扫查。 但当发现缺陷以后对缺陷定量时，衰减器应打回到6 dB。 利用试块和底波调整检测灵敏度的方法应用条件不同。 利用底波调整灵敏度的方法主要用于具有平底面或曲底面大型工件的检测，如锻件检测。 利用试块调整灵敏度的方法主要用于无底波和厚度尺寸小于3N的工件检测。 如焊缝检测、钢板检测、钢管检测等。 此外，还可以利用工件某些特殊的固有信号来调整检测灵敏度，例如在螺栓检测中常利用螺纹波来调整检测灵敏度，在汽轮机叶轮键槽径向裂纹检测中常利用键槽圆角反射的键槽波来调整检测灵敏度。 缺陷位置的测定超声波检测中缺陷位置的测定是确定缺陷在工件中的位置，简称定位。 一般可根据示波屏上缺陷波的水平刻度值与扫描速度来对缺陷定位。 纵波（直探头）检测时缺陷定位仪器按1∶n调节纵波扫描速度，缺陷波前沿所对的水平刻度值为τf、测缺陷至探头的距隔xf为： xf=nτf （）若探头波束轴线不偏离，则缺陷正位于探头中心轴线上。 例如用纵波直探头检测某工件，仪器按１∶２调节纵波扫描速度，检测中示波屏上水平刻度值７０处出现一缺陷波，那么此缺陷至探头的距离xf:xf=nτf=270=140（mm） 表面波检测时缺陷定位表面波检测时，缺陷位置的确定方法基本同纵波。 只是缺陷位于工件表面，并正对探头中心轴线。 例如表面波检测某工件，仪器按1∶1调节表面波扫描速度，检测中在示波屏水平刻度60处出现一缺陷波，则此缺陷至探头前沿距离xf为：xf=nτf=160=60（mm）横波斜探头检测平面时，波束轴线在探测面处发生折射，工件中缺陷的位置由探头的折射角和声程确定或由缺陷的水平和垂直方向的投影来确定。 由于横波速度可按声程、水平、深度来调节，因此缺陷定位的方法也不一样。 下面分别加以介绍。 仪器按声程１∶n调节横波扫描速度，缺陷波水平刻度为τf。 一次波检测时，（a），缺陷至入射点的声程xf=nτf，如果忽略横线孔直径，则缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为： （）　横波检测缺陷定位（a）一次波　　　（b）二次波二次波检测时，（b）缺陷至入射点的声程xf=nτf，则缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为 ()式中　T——工件厚度； β——探头横波折射角。 仪器按水平距离1∶n调节横波扫描速度，缺陷波的水平刻度值为τf，采用K值探头检测。 一次波检测时，缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为： ()二次波检测时，缺陷波在工件中的水平距离lf和深度df为。 ()例如用K2横波斜探头检测厚度T=150 mm的钢板焊缝，仪器按水平1∶1调节横波扫描速度，检测中在水平刻度τf=45处出现一缺陷波，求此缺陷的位置。 由于KT=215=30，2KT=60，KT＜τf=45＜2KT，因此可以判定此缺陷是二次波发现的。 那么缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为：仪器按深度1∶n调节横波扫描速度，缺陷波的水平刻度值为τf，采用K值探头检测。 一次波检测时，缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为： ()二次波检测时，缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为： ()=300 mm的钢板焊缝，仪器按深度1∶1调节横波扫描速度，检测中在水平刻度τ=40处出现一缺陷波发,求此缺陷位置。 由于T＜τf＜2T,因此可以判定此缺陷是二次波发现的。 缺陷在工件中的水平距离lf和深度df为：lf=Knτf=140=60(mm)df=2Tnτf=230140=20(mm) 横波周向探测圆柱曲面时缺陷定位前面讨论的是横波检测中探测面为平面时的缺陷定位问题。 当横波探测圆柱面时，若沿轴向探测，缺陷定位与平面相同；若沿周向探测，缺陷定位则与平面不同。 下面分外圆和内壁探测两种情况加以讨论。 ，外圆周向探测圆柱曲面时，缺陷的位置由深度H和弧长来确定,显然H、与平板工件中缺陷的深度d和水平距离l是有较大差别的。 :AC=d(平面工件中缺陷深度)BC=dtgβ=Kd=l(平板工件中缺陷水平距离)AO=R，CO=Rd 　外圆周向探测定位法从而可得： ()由（） 2 388148(外径壁厚)。 d(l)102030405060708090100110120130140150160102031415263748597109120132145157170183H10203039495868778695104113122131139148，当探头从圆柱曲面外壁作周向探测时，弧长总比水平距离l值大，但深度H却总比d值小，而且差值随d值增加而增大。 ，内壁周向探测圆柱曲面时，缺陷的位置由深度h和孤长来确定，这里的h和与平板工件中缺陷深度d和水平距离l是有较大差别的。 ：AC=d（平板工件中缺陷的深度）BC=dtgβ=Kd=l(平板工件中缺陷的水平距离)AO=r,CO=r+d　内壁周向探测从而可得： ()由（） 388148圆柱曲面时，不同d值所对应的K和　d(1)1020304050607080901001101201301401020293848576574829199107115123H102030415162728394104115126137148，当探头从圆柱曲面内壁作周向探测时，弧长总比水平距离l小，但深度h却总比d值大。 下面举例说明周向探测圆柱曲面缺陷定位。 08085压力容器纵缝。 仪器按深度1∶2调节扫描速度，检测中在水平刻度40处出现一缺陷波，试确定此缺陷的位置。 由已知得：d= nτf=240=80,K=l=Kd=80=120,R==540以此代入（）式得：这说明该缺陷至外圆的距离H= mm，对应的外圆弧长= mm。 3．最大探测壁厚，当用横波外圆周向探测筒体工件时，对应于每一个确定的K值探头，都有一个对应的最大探测厚度。 当波束轴线与筒体内壁相切时，对应的壁厚为最大探测厚度Im时，波束轴线将扫查不到内壁。 不同K值探头最大探测壁厚Tm与工件外径D之比Tm/D可由下述方法导出。 ()式中： Tm——可探测的最大壁厚；D——工件外径；K——探头的K值,K=tgβ。 由()式算出不同Ｋ值探头对应的Tm/。 斜探头K值范围的确定 不同K值（β）对应的Tm/D的范围Kβ176。 35176。 176。 45176。 176。 176。 176。 176。 74176。 r/RTm/D由上表可知,探头的K值愈小，可探测的最大壁厚就愈大，K值愈大，可探测的最大壁厚就愈小。 当K值取最小值时，对应的可探测壁厚最大，从理论上讲，β=176。 ，K=，可探测的壁厚最大为Tm/D=,r/R=。 但由于这时的横波声压往复透射率低，容易漏检，因此，实际检测中K值径径选得大一些。 当K=，可探测的最大壁厚与外径之比Tm/D=，内外半径之比r/R=。 但由于随着r/R接近临界值，将会产生表面波，使声程偏差急剧增大。 考虑到缺陷定位、定量的准确性，故一般把筒体可探测的内外半径范围定为r/R≥80%。 横波周向探测筒体工件时缺陷定位计算将在后面的管材检测、锻件检测和焊缝检测中得到应用。 缺陷大小的测定缺陷定量包括确定缺陷的大小和数量，而缺陷的大小指缺陷的面积和长度。 目前，在工业超声波检测中，对缺陷的定量的方法很多，但均有一定的局限性。 常用的定量方法有当量法、底波高度法和测长法三种。 当量法和底波高度法用于缺陷尺寸小于声束截面的情况，测长法用于缺陷尺寸大于声束截面的情况。 当量法采用当量法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸。 常用的当量法有当量试块比较法、当量计算法和当量AVG曲线法。 当量试块比较法是将工件中的自然缺陷回波与试块上的人工缺陷回波进行比较来对缺陷定量的方法。 加工制作一系列含有不同声程不同尺寸的人工缺陷（如平底孔）试块，检测中发现缺陷时，将工件中自然缺陷回波与试块上人工缺陷回波进行比较。 当同声程处的自然缺陷回波与某人工缺陷回波高度相等时，该人工缺陷的尺寸就是此自然缺陷的当量大小。 利用试块比较法对缺陷定量要尽量使试块与被探工件的材质、表面光洁度和形状一致，并且其他探测条件不变，如仪器、探头，灵敏度旋钮的位置，对探头施加的压力等。 当量试块比较法是超声波检测中应用最早的一种定量方法，其优点是直观易懂，。