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第6章脉冲反射法超声检测通用技术超声波检测通用的技术:•探测条件•耦合与补偿•仪器的调节•缺陷的定位、定量、定性。基本步骤:a.检测前的准备;b.仪器、探头、试块的选择;c.仪器调节与检测灵敏度确定;d.耦合补偿;e.扫查方式;f.缺陷的测定、记录和等级评定;g.仪器和探头系统复核。6.1检测面的选择和准备1.检测面的选择原则当一个确定的工件存在多个可能的声入射面时,首先要考虑缺陷的最大可能取向。根据缺陷的可能取向,选择入射超声波的方向,使声束轴线与缺陷的主反射面接近垂直。•检测面的选择应该与检测技术的选择相结合:锻件:纵波垂直入射检测,检测面选与锻件流线相平行的表面;棒材:入射面为圆周面,纵波检测位于棒材中心区的、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷;横波检测位于表面附近垂直于表面的裂纹,或沿圆周延伸的缺陷。•多个检测面入射检测:─变形过程使缺陷有多种取向;─单面检测存在盲区;─单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时。2.检测面的准备保证检测面能提供良好的声耦合。6.2仪器和探头的选择正确选择仪器和探头对于有效地发现缺陷,并对缺陷定位、定量和定性是至关重要的。实际检测中根据工件结构形状、加工工艺和技术要求选择仪器与探头。6.2.1检测仪器的选择探伤要求仪器性能•定位要求高水平线性误差小•定量要求高垂直线性好,衰减器精度高•大型零件检测灵敏度余量高,信噪比高,功率大•发现近表面缺陷和盲区小,分辨率好区分相邻缺陷能力强•室外现场检测重量轻,显示屏亮,抗干扰能力强,便携式。6.2.2探头的选择根据被检对象的形状、声学特点和技术要求来选择探头。选择包括:探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头K值。1.探头型式:一般根据工件形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择,使声束轴线尽量与缺陷垂直。•纵波直探头:波束轴线垂直于探测面。主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷。•横波斜探头:通过波型转换来实现横波检测。主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷。•纵波斜探头:利用小角度的纵波进行检测,或在横波衰减过大的情况下,利用纵波穿透能力强的特点进行斜入射纵波检测。•双晶探头:探测薄壁工件或近表面缺陷。•聚焦探头:用于水浸探测管材或板材。2.探头频率超声波检测频率范围为0.5~10MHz,选择频率时应考虑的因素:a.检测灵敏度:检测灵敏度约为1/2λ,频率高可提高检测灵敏度。b.分辨力:频率高,脉冲宽度小,分辨力高。c.声束指向性:,频率高,半扩散角小,声束指向性好,能量集中,检测灵敏度高,相对的检测区域小。d.近场区长度:,频率高,近场区长度增加。e.衰减:αs=C2Fd3f4,频率高,衰减增加,信噪比下降。f.缺陷反射指向性:面积状缺陷,频率太高会形成显著的反射指向性。•频率的高低对检测有较大影响,实际检测中要全面分析考虑各方面的因素,合理选择频率以取得最佳平衡。•对于小缺陷、厚度不大的工件,晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件,一般选择较高频率(2.5~10MHz);对于大厚度工件、高衰减材料选择较低频率(0.5~2.5MHz)。Dsin1.220arc4DN23.探头带宽•宽带探头:脉冲宽度较小,深度分辨率好,盲区小,灵敏度较低;•窄带探头:脉冲较宽,深度分辨率变差,盲区大,灵敏度较高,穿透能力强。4.探头晶片尺寸:晶片面积≤500mm2,圆晶片≤φ25mm。•晶片大小影响:声束指向性、近场区长度、近距离扫查范围、远距离缺陷检出能力。•选择晶片尺寸时应考虑的因素:a.声束指向性;b.近场区长度;c.扫查范围。•大晶片探头:提高检测效率,检测厚工件时有效发现远距离的缺陷;•小晶片探头:检测小工件时提高缺陷定位、定量精度,检测表面不太平整或曲率较大工件时减少耦合损失。Dsin1.220arc4DN25.横波斜探头K值:•横波检测中,斜探头K值影响缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线方向,一次波的声程。•实际检测中,工件厚度较小时,应选用较大K值,工件厚度较大时,应选用较小K值。•焊缝检测中,K值的选择应考虑可能产生的与检测面的角度,并保证主声束能扫查整个焊缝截面。检测根部未焊透应考虑端角反射率问题.6.3耦合剂的选用6.3.1耦合剂•超声耦合:超声波在检测面上的声强透射率。•耦合剂作用:排除探头与工件表面之间的空气,使超声波有效的传入工件,达到检测的目的。6.3.2影响声耦合的主要因素1.耦合层厚度:厚度为λ/4的奇数倍时,透声效果差;为λ/2的整数倍或很薄时,透声效果好。2.工件表面粗糙度:对声耦合有明显的影响,要求工件检测面Ra≤6.3μm。3.耦合剂声阻抗:对耦合效果有较大的影响。4.工件表面形状:平面耦合效果最好,凸曲面次之,凹曲面最差。曲率半径大,耦合效果好。6.4纵波直探头检测技术6.4.1检测设备的调整•调整内容:a.仪器的扫描速度调整;b.检测灵敏度调整。•调整目的:保证在确定的检测范围内发现规定尺寸的缺陷,并确定缺陷的位置和大小。1.时基线的调整•调整目的:a.使时基线显示的范围足以包含需检测的深度范围b.使时基线刻度与在材料中声传播的距离成一定比例,以便准确测定缺陷的深度位置。•调整内容:a.根据所需扫描声程范围确定时基扫描线比例;b.零位调节,将声程零位设置在选定的水平刻度线上。•调整方法:根据检测范围,利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射波,通过调节仪器的扫描范围和延迟旋钮,使两个信号的前沿分别位相应的水平刻度处。注意:调节扫描速度用的试块应与被检工件具有相同的声速。2.检测灵敏度的调整•检测灵敏度: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。•调整目的:发现工件中规定大小的缺陷,并对缺陷定量。•调节方法:试块调整法和工件底波调整法。(1)试块调整法:根据工件的厚度和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反射体,调整仪器,使示波屏上人工反射体的最高反射回波达到基准高度。•注意问题:a.工件厚度x3N或不能获得底波情况时,较为适宜。b.试块表面状态和材质衰减是否与被检工件相近,应考虑两者的差异引起的反射波高差异值,并对灵敏度进行补偿。(2)试块计算法:对于厚度x≥3N的工件,可选用一块材质与工件相同(衰减系数相同)的平底孔试块(孔埋深xj≥3N)来调节不同工件的检测灵敏度。调节时要计算试块基准平底孔与检测灵敏度所要求埋深与孔径的平底孔的回波声压分贝差。不同直径不同埋深的平底孔翻身回波的声压分贝差为:Pf——检测灵敏度所要求的平底孔的回波声压;Pj——试块基准平底孔的回波声压;df——检测灵敏度所要求的平底孔的孔径;dj——试块基准平底孔的孔径。ΔdB为检测灵敏度的调节量,计算值为负值时需要提高仪器增益,计算值为正值时需要降低仪器增益。考虑试块与受检工件表面状态的差异,应需要预先测定传输修正值,并在调节增益时进行补偿。jffjjfddxxlg40PP20lg•如果基准平底孔与检测灵敏度要求的平底孔埋深相差较大,在计算调节量时还应考虑材质衰减的影响,试块计算法要求试块衰减系数与工件相同,因此采用下式计算总的增益调节量:α——被检材料和试块的衰减系数。例题:用f=2.5MHz、D=20mm的纵波探头检测,钢件厚度x为500mm,传输修正值为3dB,工件与试块的材料衰减系数α=0.005dB,如何利用埋深200mm的φ2mm平底孔试块按φ3mm平底孔调节检测灵敏度?(钢中CL=5900m/s)解:①试块中的平底孔埋深和工件厚度均大于3N,可用试块计算法来调节检测灵敏度。②检测灵敏度调节量为:加上传输修正值3dB,共需增益15dB。③调节仪器:将试块中平底孔的最大回波调到规定高度,再增益15dB。mm424DN2dBdBdBxxddxfjjffj1239500200005.0223500200lg40xlg40fjjffjjfxxddxxlg40PP20lg(3)工件底波调整法: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ΔdB为定值的原理进行的。ΔdB理论计算公式:(x≥3N)式中:x──工件厚度,mm;Df──要求探出的最小平底孔尺寸,mm。注意问题:只能用于厚度x≥3N的工件,要求工件具有平行底面或圆柱底面,且底面光洁干净。3.传输修正值的测定在利用试块调节检测灵敏度时,当工件表面状态和材质衰减与对比试块存在差异时采取的一种补偿措施。•测定方法:通过试块的底波与工件底波进行比较,取其比值的分贝值。•要求:试块与工件均有相互平行的大平底表面。2ffBDλx2lg20PP20lg•测定方法:(1)试块和工件厚度相同:使试块的一次底面回波B1和工件的一次底面回波B2达到同一基准高度时的衰减器读数为V1(dB)和V2(dB)。ΔdB=V1-V2(衰减型)ΔdB=V2-V1(增益型)(2)试块和工件厚度不同:按上述步骤测得ΔdB,再测得试块与工件的声程不同引起的底波高度的分贝差V3:式中:x──工件厚度,mm;xj──试块厚度,mm。传输修正值为:ΔdB+V3。j3xxlg20V4.工件材质衰减系数的测定•目的:在检测大厚度工件的情况下,用计算法调整灵敏度和评定缺陷当量时,计算材质衰减引起的信号幅度差。•方法:在工件无缺陷完好区域,选取三处检测面与底面平行且有代表性的部位测定第一次底面回波(B1或Bn)幅度和第二次底面回波(B2或Bm)幅度为同一基准高度时的衰减器读数的dB差值,按下列公式计算衰减系数。(1)当x≤3N时:(2)当x≥3N时:6.4.2扫查•扫查:移动探头是声束覆盖到工件上需检测的所有体积的过程。•扫查方式:探头移动方式、扫查速度、扫查间距。•扫查灵敏度:为了保证缺陷的检出,防止因耦合不稳使缺陷显示幅度过低而漏检,扫查时将调整好的一起灵敏度在再增益4~6dB。)nm(x2/)mnlg20BB(mnx2/)6BB(21(1)扫查方式:按探头移动方向、移动轨迹来描述。•扫查方式选择依据:考虑声束覆盖范围;根据受检工件的形状、缺陷的可能取向和延伸方向,尽量使缺陷能够重复显现,并使动态波形容易判别。a.全面扫查:对工件全部体积进行扫查。b.局部扫查:以间隔较大的间距进行扫查,或只扫查工件的某些部位。c.分区扫查:将工件分成几个部分(区)分别进行扫查。d.双晶探头检测:扫查方式考虑扫查方向与隔声层方向平行或垂直进行。(2)扫查速度:探头在检测面上移动的相对速度。扫查速度v为:式中:D──探头的有效直径f──重复频率n──一般取3以上的数值(3)扫查间距:相邻扫查线之间的距离。根据探头的最小声束宽度来衡量。•探头有效声束宽度的测定方法:nDfv6.4.3缺陷的评定•评定内容:缺陷位置:缺陷平面位置和埋藏深度。缺陷尺寸:缺陷回波幅度、当量尺寸、延伸长度(或面积)的测量。1.缺陷位置的确定缺陷平面位置的确定:缺陷波最大幅度的位置处,通常位于探头的正下方。缺陷埋藏深度的确定:xf=nτf2.缺陷尺寸的评定(1)回波高度法:根据回波高度给缺陷定量的方法。1)缺陷回波高度法:在调定的灵敏度下,缺陷回波峰值相对于荧光屏垂直满刻度的百分比,或用回波峰值下降或上升至基准高度所需衰减(或增益)的分贝数来表示缺陷回波的高度。2)底面回波高度法:底面回波高度的降低的多少与缺陷的大小有关。①B/BF法:在一定的检测灵敏度条件下,用无缺陷时的工件底面回波高度B与有缺陷时的工件底面回波高度BG相比较来确定缺陷相对大小的方法。②F/BF法:用缺陷回波的高度F与缺陷处工件底面回波的高度BG相比较来确定缺陷相对大小的方法。③F/B法:用缺陷回波的高度F与无缺陷处工件底面回波的高度B相比较来确定缺陷相对大小的方法。•优点:不需要对比试块和复杂的计算,可利用缺陷的阴影对缺陷大小进行评价有助于检测因缺陷形状、反射率等原因使反射信号较弱的大缺陷。•缺点:不能明确地给出缺陷的尺寸,位考虑缺陷深度、声束直径等对检测结果的影响。不适用于对形状复杂而无底面回波的工件进行检测。
本文标题:第6章_脉冲反射法超声检测通用技术
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