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超聲檢測技術(shù)(Ⅱ級(jí)講稿)

超聲檢測技術(shù)(Ⅱ級(jí)講稿)
彭玉橋
北京華海恒輝科技有限公司無損檢測技術(shù)培訓(xùn)中心
 
 
 
3    檢測技術(shù)及它們的局限性
3.1  檢測方法
3.1.1 穿透法
l 穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法,如圖所示。
l 穿透法常采用兩個(gè)探頭,一個(gè)作發(fā)射用,一個(gè)作接收用,分別放置在試件的兩側(cè)進(jìn)行探測,圖中顯示三種情況:無缺陷時(shí)的波形;缺陷阻擋部分聲束時(shí)的波形;缺陷阻擋全部聲束時(shí)的波形。
3.1.2 脈沖反射法
超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi),根據(jù)反射波的情況來檢測試件缺陷的方法,稱為脈沖反射法。
如圖:深度100mm底面發(fā)射波; 左圖顯示一次反射回波,熒光屏100小格代表100mm,此為1:1;
右圖顯示二次反射回波,熒光屏100小格代表200mm,此為1:2;
 
1.斜探頭缺陷回波探傷:
    根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進(jìn)行判斷的方法,稱為缺陷回波法。該方法是反射法的基本方法。圖示是斜探頭缺陷回波探傷法的基本原理,當(dāng)試件完好時(shí),超聲波可順利傳播到達(dá)底面。若試件中存在缺陷,在探傷波形中,底面回波前有缺陷回波和底面回波兩個(gè)信號(hào)。
2.直探頭缺陷回波探傷::當(dāng)透入試件的超聲波能量較大,而試件厚度較小時(shí),超聲波可在探測面與底面之間往復(fù)傳播多次,示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3······。如果試件存在缺陷,則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗,底面回波次數(shù)減少,在底面回波之間出現(xiàn)缺陷回波F1、F2、F3······。如圖 #
3.1.3 共振法
 一、原理
      若聲波(頻率可調(diào)的連續(xù)波)在被檢工件內(nèi)傳播,當(dāng)工件的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時(shí),將引起共振,儀器顯示出共振頻率,若工件內(nèi)存在缺陷則共振頻率發(fā)生變化,利用共振頻率之差,判斷工件內(nèi)部狀態(tài)。
 二、膠接件的聲振動(dòng)檢測
     航空航天器上常用膠接結(jié)構(gòu),脫膠處常用聲振檢測方法檢測。 #
3.1.4 自動(dòng)和半自動(dòng)法
一、鋼管自動(dòng)檢測線
     原理、方法與應(yīng)用照片
二、相控陣技術(shù)
   (1)原理:通過對(duì)陣列式換能器發(fā)射脈沖相位控制實(shí)現(xiàn)平面波斜入射、聲波聚焦、聚焦斜入射等目的。
       ① 相控陣平面波發(fā)射示意圖
       ② 相控陣聲波聚焦示意圖
       ③ 相控陣聚焦斜入射示意圖
④ 相控陣聲波發(fā)射和返回示意圖
(2)應(yīng)用
三、焊縫多探頭檢測技術(shù)
(1)原理:每個(gè)探頭檢測固定的被檢區(qū)域,全部探頭檢測全部被檢區(qū)域;
(2)優(yōu)點(diǎn):縮短了檢測時(shí)間、減少漏檢幾率。
 
3.2   探頭
3.2.1 探頭的基本知識(shí)
一、壓電效應(yīng)與壓電材料
    某些單晶體和多晶體陶瓷材料在應(yīng)力(壓縮力和拉伸力)作用下產(chǎn)生異種電荷向正反兩面集中而在晶體內(nèi)產(chǎn)生電場,這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。相反,當(dāng)這些單晶體和多晶體陶瓷材料處于交變電場中時(shí),產(chǎn)生壓縮或拉伸的應(yīng)力和應(yīng)變,這種效應(yīng)稱為負(fù)壓電效應(yīng),如圖所示。
    負(fù)壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波,正壓電效應(yīng)接收超聲波并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
   常用的壓電單晶有石英又稱二氧化硅(SiO2)、硫酸鋰(LiS04H20)、碘酸鋰LiIO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)等,除石英外,其余幾種人工培養(yǎng)的單晶制造工藝復(fù)雜、成本高。 #
    常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇(BaTi03)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛(PbTiO3)、偏鈮酸鉛(PbNb2O4)等。
二、探頭的編號(hào)方法
 2.5      P     20      Z                5       Q   6×6     K3
   |       |      |        |                |        |      |       |
 頻率    材料  直徑  直探頭           頻率    材料  矩形    K=3
材料: P-鋯鈦酸鉛;B-鈦酸鋇;T-鈦酸鉛;L-鈮酸鋰;I-碘酸鋰;N-其他
探頭類型: Z-直探頭;      K-斜探頭;     SJ-水浸探頭;
           FG-分隔探頭;BM-表面探頭;KB-可變角探頭;
                                          
三、探頭的基本結(jié)構(gòu)
    壓電超聲探頭的種類繁多,用途各異,但它們的基本結(jié)構(gòu)有共同之處,如圖所示。它們一般均由晶片、阻尼塊、保護(hù)膜(對(duì)斜探頭來說是有機(jī)玻璃透聲楔)組成。此外,還必須有與儀器相連接的高頻電纜插件、支架、外殼等。
3.2.2 直探頭
一、直探頭的保護(hù)膜
l    壓電陶瓷晶片通常均由保護(hù)膜來保護(hù)晶片不與工件直接接觸以免磨損。常用保護(hù)膜有硬性和軟性兩類。氧化鋁(剛玉)、陶瓷片及某些金屬都屬于硬性保護(hù)膜,它們適用于工件表面光潔度較高、且平整的情況。用于粗糙表面時(shí)聲能損耗達(dá)20~30dB。
l    軟性保護(hù)膜有聚胺酯軟性塑料等,用于表面光潔度不高或有一定曲率的表面時(shí),可改善聲耦合,提高聲能傳遞效率,且探傷結(jié)果的重復(fù)性較好,磨損后易于更換,它對(duì)聲能的損耗達(dá)6~7dB。
l    保護(hù)膜材料應(yīng)耐磨、衰減小、厚度適當(dāng)。為有利于阻抗匹配,其聲阻抗Zm應(yīng)滿足一定要求。
l    試驗(yàn)表明:所有固體保護(hù)膜對(duì)發(fā)射聲波都會(huì)產(chǎn)生一定的畸變,使分辨率變差、靈敏度降低,其中硬保護(hù)膜比軟保護(hù)膜更為嚴(yán)重。因此,應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用需要選用探頭及其保護(hù)膜。與陶瓷晶片相比,石英晶片不易磨損,故所有石英晶片探頭都不加保護(hù)膜。 #
 
二、直探頭的吸收塊
   為提高晶片發(fā)射效率,其厚度均應(yīng)保證晶片在共振狀態(tài)下工作,但共振周期過長或晶片背面的振動(dòng)干擾都會(huì)導(dǎo)致脈沖變寬、盲區(qū)增大。為此,在晶片背面充填吸收這類噪聲能量的阻尼材料,使干擾聲能迅速耗散,降低探頭本身的雜亂的信號(hào)。目前,常用的阻尼材料為環(huán)氧樹脂和鎢粉。 #
   
3.2.3 斜探頭
一、結(jié)構(gòu)與類型
 
二、透聲楔
    斜探頭都習(xí)慣于用有機(jī)玻璃作斜楔,以形成一個(gè)所需的聲波入射角,并達(dá)到波型轉(zhuǎn)換的目的。一發(fā)一收型分割式雙直探頭和雙斜探頭也都以有機(jī)玻璃作為透聲楔,這是因?yàn)橛袡C(jī)玻璃聲學(xué)性能良好、易加工成形,但它的聲速隨溫度的變化有所改變又易磨損,所以對(duì)探頭的角度應(yīng)經(jīng)常測試和修正。水浸聚焦探頭常以環(huán)氧樹脂等材料作為聲透鏡材料。
三、晶片的厚度
    壓電晶片的振動(dòng)頻率f即探頭的工作頻率,它主要取決于晶片的厚度T和超聲波在晶片材料中的聲速。晶片的共振頻率(即基頻)是其厚度的函數(shù)??梢宰C明,晶片厚度T為其傳播波長一半時(shí)即產(chǎn)生共振,此時(shí),在晶片厚度方向的兩個(gè)面得到*大振幅,晶片中心為共振的駐點(diǎn)。 #
 
三、晶片的厚度
    通常把晶片材料的頻率f和厚度T的乘積稱為頻率常數(shù)Nt,若T=λ/2,則
               Nt = f T = C/2                         
    式中:C為晶片材料中的縱波聲速。常用晶片材料如PZT的Nt =1800~2000m/s,石英晶片的Nt=285Om/s,鈦酸鋇晶片的Nt=2520m/s,鈦酸鉛晶片的Nt=2120m/s。
    由式(2.65)可知,頻率越高,晶片越薄,制作越困難,且Nt小的晶片材料不宜用于制作高頻探頭。 #
 
3.2.4 特殊探頭
一、水浸聚焦探頭
二、可變角探頭
三、充水探頭
四、雙晶探頭
五、表面波探頭
 
3.3 超聲檢測技術(shù)
3.3.1   串列技術(shù)
用超聲波檢查板厚100mm以上的焊縫中垂直表面的裂紋,*有效的方法是采用串列法。
3.3.2  聚焦探頭技術(shù)
一、平面聲波聚焦和發(fā)散的條件
l 平面聲波聚焦和發(fā)散的原因是聲波在介質(zhì)分界面的折射;
l 介質(zhì)分界面二邊的聲速?zèng)Q定了平面聲波是聚焦還是發(fā)散;
l 聚焦的條件
 聲波進(jìn)入凹面:入射介質(zhì)內(nèi)聲速C1<折射介質(zhì)內(nèi)聲速C2
 聲波進(jìn)入凸面:入射介質(zhì)內(nèi)聲速C1>折射介質(zhì)內(nèi)聲速C2
l   發(fā)散的條件
聲波進(jìn)入凹面:入射介質(zhì)內(nèi)聲速C1> 折射介質(zhì)內(nèi)聲速C2
聲波進(jìn)入凸面:入射介質(zhì)內(nèi)聲速C1<折射介質(zhì)內(nèi)聲速C2 #
二、聲透鏡
三、聚焦探頭:直探頭 + 聲透鏡 (楔塊聲透鏡或壓電體聲透鏡)
3.3.3  雙晶探頭技術(shù)
一、雙晶探頭的種類
l雙晶縱波探頭
l雙晶橫波探頭(縱波全反射)
 
二、應(yīng)用:板材探傷 / 分層缺陷 / 發(fā)現(xiàn)焊縫近表面氣孔
 
 
三、優(yōu)點(diǎn):
l靈敏度高
l雜波少、盲區(qū)小
l近場區(qū)長度小
 
3.3.4  表面波探頭技術(shù)
一、表面波的產(chǎn)生     入射角大于**臨界角時(shí)產(chǎn)生表面波。
二、表面波傳播特征
(1)只在厚度遠(yuǎn)大于波長的光滑表面?zhèn)鞑ィ?/div>
(2)傳播體表面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性,運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓;
(3)表面波振幅隨深度的衰減很快,離表面一個(gè)波長以上的地方很微弱;
(4)表面波在曲率半徑較大(約大于5個(gè)波長)的棱邊可以全部跨過繼續(xù)前進(jìn);
(5)表面波在尖銳棱邊(缺陷)會(huì)原路反射,曲率愈大,反射愈強(qiáng)烈。
三、表面波技術(shù)的應(yīng)用
 (1)表面波能夠檢測到表面或近表面的缺陷;
(2)工件表面應(yīng)**油污、毛刺等雜物;
(3)用沾有油的手指點(diǎn)擊表面會(huì)引起表面波的反射,用此探測表面波的存在;
 
3.3.5  液浸技術(shù)
一、一般技術(shù)
l 探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進(jìn)行探傷的方法,稱為液浸法。耦合劑可以是水,也可以是油。當(dāng)以水為耦合劑時(shí),稱為水浸法。
l 液浸法探傷時(shí),探頭不直接接觸試件,所以此方法適用于表面粗糙的試件,探頭也不易磨損,耦合穩(wěn)定,探測結(jié)果重復(fù)性好,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷。
l 液浸法按探傷方式不同又分為全浸沒式和局部浸沒式。
l 根據(jù)探頭與試件探測面之間液層的厚度,液浸法又可分為高液層法和低液層法。 #
 
二、充水法與水層計(jì)算
l如圖,由于水層關(guān)系水界面一次回波(S)先于鋼板底面回波(B);
l鋼板底面**回波(B1)與水界面二次回波(S2)重合稱為一次重合法 ;
l鋼板底面**回波(B2)與水界面二次回波(S2)重合稱為二次重合法 ;
l水界面一次回波(S1)由于聲程差無法與鋼板底面回波重合;
 水層厚度計(jì)算
         C      δ           C水、 C鋼: 縱波速度
H=n------- δ=n-------                    n: 重合次數(shù)
         C       4                    δ: 鋼板厚度
 
例:水浸法探30毫米厚的鋼板,采用4次重合法水層厚度應(yīng)為多少?
解:       δ       30
      H=n-------δ=4------= 30 毫米
           4        4
5 檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)
5.1   設(shè)備的校準(zhǔn)
5.1.1   水平線性
一、定義:儀器水平線性是示波屏上時(shí)基線的水平刻度與實(shí)際聲程之間成正比的程度,即示波屏上多次底波等距離的程度。水平線性對(duì)缺陷定位有較大的影響。
   水平線性用水平線性誤差表示。
二、測試步驟:
(1)將直探頭置于CSK--1A試塊的25mm厚大平底面上;
(2)通過[微調(diào)][水平][脈沖位移]等按鈕,使屏上出現(xiàn)5次底波 B1--B5,當(dāng)?shù)撞˙1和B5的幅度分別為50%滿刻度時(shí),將它們的前沿分別對(duì)準(zhǔn)刻度2.0和10.0。B1和B6的前沿位置在調(diào)整中如相互影響,則應(yīng)反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。
    a2、a3、a4分別為B2、B3、B4與4.0、6.0、8.0的偏差。
(3)水平線性誤差計(jì)算:
            |amax|                   amax: a2、a3、a4中的*大值
        δ=--------×100%             b為示波屏水平滿刻度值
            0.8b
      *   ZBY230--84規(guī)定:儀器的水平線性誤差≤2%
例:用IIW或CSK-1A試塊測儀器的水平線性,現(xiàn)測得B1對(duì)準(zhǔn)2.0,B5對(duì)準(zhǔn)10.0時(shí),B2、B3、B4與4.0、6.0、8.0的偏差分別為0.5、0.6、0.8;求其水平誤差為多少?
解:          0.8
        δ=--------------×100%=1%
            0.8×100
 
 
5.1.2   垂直線性
一、定義:儀器垂直線性是示波屏上波高與探頭接收的信號(hào)幅值之間成正比的程度。它取決于儀器放大器的性能。垂直線性用垂直線性誤差表示。垂直線性影響缺陷的檢出和定量。   
二、測試步驟:
 (1)[抑制]至零,[衰減器]保留30dB衰減余量;
 (2)將直探頭置于CSK--1A試塊的25mm厚大平底面上,      恒定壓力壓?。?/div>
 (3)調(diào)節(jié)儀器使試塊上某次底波位于示波屏中央,并達(dá)到100%幅度,作為“0”dB;
   (4)固定[增益]和其他旋鈕,調(diào)衰減器,每次衰減2dB,并記下相應(yīng)的波**填入表中,直到底波消失;
 
                       Hi(衰減△idB后波高)
上表中:實(shí)測相對(duì)波高%=----------------------------×100%
                       H0(衰減0dB后波高)
                                                        
      理想相對(duì)波高是△i=2、4、6dB……時(shí)的波高比(如△i=6dB時(shí)的理想相對(duì)波高是50.1%)
三、計(jì)算垂直線性誤差
        D=( |d1|+|d2| )
 式中: d1--實(shí)測值與理想值的*大正偏差
              d2--實(shí)測值與理想值的*大負(fù)偏差
*   ZBY230--84規(guī)定:儀器的垂直線性誤差D≤8%
 
5.2 探頭的驗(yàn)證
5.2.1 試塊
一、試塊的用途
l    測試或校驗(yàn)儀器和探頭的性能;
l    確定探測靈敏度和缺陷大??;
l    調(diào)整探測距離和確定缺陷位置;
l    測定材料的某些聲學(xué)特性。
二、試塊的分類(主要分二類)
l     標(biāo)準(zhǔn)試塊
l     對(duì)比試塊(參考試塊)
l     其他叫法:校驗(yàn)試塊、靈敏度試塊;平底孔試塊、橫孔試塊、槽口試塊;鍛件試塊、焊縫試塊等。
三、試塊簡介
1. 荷蘭試塊
l 1955年荷蘭人提出;1958年國際焊接學(xué)會(huì)通過并命名為IIW試塊;ISO組織推薦使用。
l 類似的有:中國CSK-IA、日本STB-A1、英國BS-A、西德DIN54521……
2.   IIW2試塊(三角形試塊、牛角試塊)
l   適用于現(xiàn)場檢驗(yàn)(體積小、輕、方便);
l   用途較IIW少
3.   CSK-IA試塊:中國的改型試塊
三、試塊簡介
1. 荷蘭試塊
l 1955年荷蘭人提出;1958年國際焊接學(xué)會(huì)通過并命名為IIW試塊;ISO組織推薦使用。
l 類似的有:中國CSK-IA、日本STB-A1、英國BS-A西德DIN54521……
2.   IIW2試塊(三角形試塊、牛角試塊)
l   適用于現(xiàn)場檢驗(yàn)(體積小、輕、方便);
l   用途較IIW少
3.   CSK-IA試塊:中國的改型試塊
l CSK-IA試塊的主要用途:
① R50、R100圓?。?/div>
    - 斜探頭入射點(diǎn)、前沿測定;
    - 掃描線比例校準(zhǔn);
② 上下表面刻度:斜探頭K值校準(zhǔn);
③ φ50、φ44、φ40孔:斜探頭分辨率測定;
④ 89、91、100mm 臺(tái)階:直探頭分辨率測定;
⑤ φ50孔:盲區(qū)測定。
4.   CS-1和CS-2
l 1986年通過,CS-1全套26塊,CS-2全套66塊;
l 要求:
   (1)D/L比不能太小,否則產(chǎn)生側(cè)壁效應(yīng);
   (2)平底孔應(yīng)足以分辨;
   (3)材質(zhì)衰減要小。
      注:鑄鋼件試塊與此形狀相同、尺寸不同
5. CSK-IIA / CSK-IIIA
6.  RB-1、RB-2、RB-3
7. 鋼板試塊
8.  半圓試塊
9.  管子試塊
10. 其它試塊
 
5.2.2   探頭靈敏度
一、調(diào)節(jié)靈敏度的幾個(gè)旋鈕
l[發(fā)射強(qiáng)度] 調(diào)節(jié)發(fā)射脈沖的輸出幅度,發(fā)射強(qiáng)度大靈敏度高,但分辨率低;
l[增益] 調(diào)節(jié)接收放大器的放大倍數(shù),增益大靈敏度高;
l[抑制] 限制檢波后信號(hào)的輸出幅度,主要用于抑制雜波、提高信噪比。使用[抑制]會(huì)使儀器的垂直線性變壞,動(dòng)態(tài)范圍變小。 [抑制]增加,靈敏度降低,盡量不要用[抑制];
l[衰減器] 電路內(nèi)專用器件,用于定量地調(diào)節(jié)示波屏上的波高,它是步進(jìn)旋鈕。分:[粗調(diào)][細(xì)調(diào)]二檔, [粗調(diào)]步長10-20dB, [細(xì)調(diào)]步長1-2dB。CTS-6型總衰減量50db;CTS-22型則為80dB;
調(diào)節(jié)靈敏度的幾個(gè)旋鈕
l《ZB Y230--84 A型脈沖反射超聲探傷通用技術(shù)條件》中規(guī)定:總衰減量不小于60dB;衰減誤差:1dB / 12dB.
 
二、靈敏度和靈敏度余量概念
*       靈敏度:超聲波在規(guī)定反射體上的回波振幅(即回波高度)即靈敏度。
*       靈敏度余量:使超聲波在規(guī)定反射體上的回波振幅達(dá)到一定高度(即基準(zhǔn)波高)時(shí)所需的衰減總量稱為靈敏度余量。
 
 
三、直探頭 + 儀器的靈敏度余量測試
l探頭對(duì)準(zhǔn)200 / Φ2平底孔;
l[抑制]:0; [發(fā)射強(qiáng)度] [增益]:*大;
l提起探頭,用[衰減器]將電噪聲電平衰減到10%以下,這時(shí)衰減量為N1dB;
l調(diào)[衰減器]使Φ2孔*高回波達(dá)滿刻度的50%(基準(zhǔn)高),這時(shí)衰減量為N2dB;
l靈敏度余量    N=N1-N2(dB);
 直探頭的靈敏度余量要求≥30dB

四、斜探頭 + 儀器的靈敏度余量測試
l探頭對(duì)準(zhǔn)IIW試塊R100園弧面;
l[抑制]:0; [發(fā)射強(qiáng)度] [增益]:*大;
l提起探頭,用[衰減器]將電噪聲電平衰減到10%以下,這時(shí)衰減量為N1dB;
l調(diào)[衰減器]使R100回波達(dá)滿刻度的50%(基準(zhǔn)高),這時(shí)衰減量為N2dB;
l靈敏度余量    N=N1-N2(dB);
 斜探頭的靈敏度余量要求≥40dB
 
五、探頭盲區(qū)測定
 1 概念
l盲區(qū)是指從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷處的*小距離,即始脈沖寬度覆蓋區(qū)的距離。
l盲區(qū)與近場區(qū)的區(qū)別:盲區(qū)是始脈沖寬度與放大器引起的,而近場區(qū)是波的干涉引起的。盲區(qū)內(nèi)缺陷一概不能發(fā)現(xiàn),而近場區(qū)內(nèi)缺陷可以發(fā)現(xiàn)但很難定量。
 2 測定方法
   方法(1):
l先將直探頭在靈敏度試塊上用φ1平底孔調(diào)80%基準(zhǔn)高。
l將直探頭放于盲區(qū)試塊上,能獨(dú)立顯示φ1平底孔回波的*小深度為盲區(qū)。
方法(2):
l用IIW試塊估算
l將直探頭放于IIW上方:能獨(dú)立顯示回波的,盲區(qū)≤5mm。無獨(dú)立回波的,盲區(qū)>5mm。
l將直探頭放于IIW左側(cè):能獨(dú)立顯示回波的,盲區(qū)5~10mm。無獨(dú)立回波的,盲區(qū)>10mm。
 
5.2.3   探頭分辨率
一、概念:示波屏上區(qū)分相鄰二缺陷的能力,能區(qū)分的相鄰二缺陷的距離愈小,分辨率就愈高。分辨率與儀器和探頭的質(zhì)量有關(guān)。
二、縱波直探頭分辨率測定
l直探頭放于IIW試塊85、91、100處,[抑制]為0,左右移動(dòng)探頭,使屏上出現(xiàn)A、B、C波;
l若A、B、C不能分開,先將A、B等高,并取a1、b1值
     求:      a1
        X=20 lg----   (dB)
               b1
    然后用[衰減器]使B、C等高,取相應(yīng)的a2、b2值
     求:      a2
        Y=20 lg----   (dB)
               b2
X、Y值愈大分辨率愈高,一般X、Y ≥ 15dB
三、橫波斜探頭分辨率測定
l如圖,平行移動(dòng)探頭,使A、B等高則分辨率:
           h1
    X=20lg------- (dB)
           h2
l平行移動(dòng)探頭,使B、C等高則分辨率:
           h3
    Y=20lg------- (dB)
           h4
要求:X或Y≥ 6dB
實(shí)測時(shí),[衰減器]將h1衰減到h2即為X值,將h3衰減到h4即為Y值。
 
5.2.4 斜探頭的校準(zhǔn)
一、入射點(diǎn)、前沿測試
l 如圖,斜探頭入射到R100圓弧上,左右移動(dòng)探頭找到*大反射回波;如果試塊上有圓心刻度,則刻度對(duì)應(yīng)處為入射點(diǎn);如果試塊上無圓心刻度則用鋼尺量,使鋼尺100處對(duì)準(zhǔn)試塊圓弧端,鋼尺0點(diǎn)即為入射點(diǎn);使鋼尺0點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)探頭前端點(diǎn),差值即為前沿。
二、斜探頭K值測試
l 如圖,斜探頭分別入射到試塊的二個(gè)圓上,左右移動(dòng)探頭找到*大反射回波;探頭入射點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的刻度即K
l 探頭K值的選擇原則:
     (1)聲束掃查到整個(gè)焊縫截面;
     (2)聲束盡量垂直于主要缺陷;
     (3)有足夠的靈敏度和信噪比;
     (4)有利于防止出現(xiàn)偽缺陷波。
 
三、聲束偏轉(zhuǎn)角測定
l 概念:主聲束中心線與聲軸間的夾角稱為聲軸偏轉(zhuǎn)角。
l 測定:探頭置于試塊面上,旋轉(zhuǎn)移動(dòng)找到*大回波,測定探頭中心線與試塊上表面垂線間的夾角。
    錄象:入射點(diǎn)、前沿、斜探頭K值測試
5.3 對(duì)曲面工件的校準(zhǔn) (略)
 
5.4   距離-波幅曲線及校準(zhǔn)
一、概念:
    描述同一反射體在不同聲程時(shí),其反射回波幅值關(guān)系的曲線稱為距離-波幅曲線。
二、距離-波幅(分貝)曲線的繪制
 1.測探頭入射點(diǎn)、K值。調(diào)掃描速度(通常調(diào)深度1:1);
 2.衰減器值定52dB(設(shè)定),在CSK-IIIA試塊上調(diào)[增益]使10mm深的φ1×6孔的*高回波達(dá)基準(zhǔn)的60%,依次測20、30…,填入下表,并依次數(shù)據(jù)畫出曲線
三、距離-波幅(面板)曲線的繪制
1.測探頭入射點(diǎn)、K值。調(diào)掃描速度(通常調(diào)深度1:1);
2. 在CSK-IIIA試塊上調(diào)[增益]找到10mm深的φ1×6孔的*高回波達(dá)基準(zhǔn)的100%,在面板上標(biāo)記①,記下dB值(例如選定30dB)。
3.固定[增益][衰減器],分別測得20、30、40…90處的φ1×6孔的*高回波并標(biāo)注出相應(yīng)的②③…,連接各點(diǎn)便成面板曲線。該曲線為φ1×6缺陷。
4. [衰減器]值調(diào)到30-9=21dB,為評(píng)定線即φ1×6 - 9
5. [衰減器]值調(diào)到30-3=27dB,為定量線即φ1×6 - 3
6. [衰減器]值調(diào)到30+5=35dB,為判廢線即φ1×6+5
四、距離-波幅曲線的校準(zhǔn)
l 掃描量程的復(fù)核
    如果距離--波幅曲線上任意一點(diǎn)在掃描線上的偏移超過掃描讀數(shù)的10%,則掃描量程應(yīng)予以修正,并在檢測記錄中加以標(biāo)明。
l 距離--波幅曲線的復(fù)核
   復(fù)核時(shí),校核應(yīng)不少于3點(diǎn)。如曲線上任何一點(diǎn)幅度下降2dB,則應(yīng)對(duì)上一次以來所有的檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)檢;如幅度上升2dB,則應(yīng)對(duì)所有的記錄信號(hào)進(jìn)行重新評(píng)定。
 
5.4   AVG(DGS)曲線
一、概念
    表示回波聲程、幅度(dB)和缺陷之間關(guān)系的曲線稱為AVG曲線??捎糜阱懠z測時(shí)缺陷的面積當(dāng)量計(jì)算。
    聲程以直探頭的近場區(qū)為單位,用A表示
   缺陷以探頭的直徑為單位,用G表示
    幅值以初始波高為單位,用V表示
               --缺陷回波幅值    Vf
               --大平底回波幅值 Vb
     換算關(guān)系為:
     
      
  
 
二、AVG曲線的類型
 (1)通用AVG
       按以上計(jì)算公式算得一組數(shù)據(jù)做出的曲線圖稱為通用AVG曲線。
  (2)實(shí)用AVG
       實(shí)用AVG曲線是在通用AVG曲線的基礎(chǔ)上經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后得到的。
       實(shí)用AVG曲線的坐標(biāo)均以十進(jìn)制。  
三、AVG曲線的應(yīng)用
例:
5.6 耦合介質(zhì)
一、概念
l為了排除探頭與工件表面之間的空氣,在探頭與工件表面之間施加的一層透聲介質(zhì)稱為耦合劑。
l耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣,使超聲波能有效地傳入工件達(dá)到探傷的目的。此外耦合劑還有減少摩擦的作用。
二、耦合效果與聲阻抗有關(guān),聲阻抗大耦合性能好。
三 、耦合介質(zhì)的種類
l甘油聲阻抗高,耦合性能好,常用于一些重要工件的**探傷,但價(jià)格較貴,對(duì)工件有腐蝕作用。
l水玻璃的聲阻抗較高,常用于表面粗糙的工件探傷,但清洗不太方便,且對(duì)工件有腐蝕作用。
l水的來源廣,價(jià)格低,常用于水浸探傷,但易使工件生銹。
l機(jī)油和變壓器油粘度、流動(dòng)性、附著力適當(dāng),對(duì)工件無腐蝕、價(jià)格也不貴,因此是目前應(yīng)用*廣的耦合劑
l超聲波探傷中常用耦合劑有機(jī)油、變壓器油、甘油、水、水玻璃等。它們的聲阻抗Z 如下:
      耦合劑     機(jī)油           水玻璃      甘油
   Z×106kg/m2·s 1.28     1.5       2.17        2.43
l  此外,近年來化學(xué)漿糊也常用來作耦合劑,耦合效果比較好。
l 影響耦合的主要因素有:耦合層的厚度,耦合劑的聲阻抗,工件表面粗糙度和工件形狀。
 
7. 法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件和規(guī)程
7.1 與超聲檢測特別有關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件
(1)GB/T 11345-89 鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果的分級(jí)
(2)JB4730-94 壓力容器無損檢測(將修訂為鍋爐、容器和管道標(biāo)準(zhǔn))
l壓力容器原材料和另部件的超聲檢測,共有六個(gè)標(biāo)準(zhǔn):鋼板、鍛件、復(fù)合鋼板、高壓無縫鋼管、高壓螺栓、奧氏體鋼鍛件
l壓力容器焊縫的超聲檢測,共有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn):
   鋼焊縫、不銹鋼堆焊層焊縫、鋁焊縫
 (3)GB/T 15830-95 鋼制管道對(duì)接環(huán)焊縫超聲波探傷方法和檢驗(yàn)結(jié)果的分級(jí)
 (4)GB/T6402-1991 鋼鍛件超聲波檢驗(yàn)方法
     
與超聲檢測特別有關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件
 (5)ZBJ 04 001 A型脈沖反射式超聲探傷系統(tǒng)工作性能測試方法
 (6)ZBY 230 A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術(shù)條件
 (7)ZBY 231 超聲探傷用探頭性能測試方法
 (8)ZBY 232 超聲探傷用1#標(biāo)準(zhǔn)試塊技術(shù)條件
7.2 缺陷評(píng)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
 (1)焊縫:JB 4730-94 標(biāo)準(zhǔn)P45:9.1.6---9.1.8.4
 
“ 9·1·6      缺陷定量檢測
   9·1·6·1 靈敏度應(yīng)調(diào)到定量線靈敏度。
   9·1·6·2 對(duì)所有反射波幅超過定量線的缺陷,均應(yīng)確定其位置、*大反射波幅和缺陷當(dāng)量。
 
9·1·6·3 缺陷定量
       應(yīng)根據(jù)缺陷*大反射波幅確定缺陷當(dāng)量直徑或缺陷指示長度。
 a· 缺陷當(dāng)量直徑,用當(dāng)量平底孔直徑表示,主要用于直探頭檢測,可采用公式計(jì)算,距離--波幅曲線和試塊對(duì)比來確定缺陷當(dāng)量尺寸。
 b·缺陷指示長度的測定采用以下:
    (1)當(dāng)缺陷反射波只有一個(gè)高點(diǎn),且位于II 區(qū)時(shí),用6dB法測其長度。
    (2)當(dāng)缺陷反射波峰值起伏變化,有多個(gè)高點(diǎn),且位于II 區(qū)時(shí),應(yīng)以端點(diǎn)6dB法測其長度。
    (3)當(dāng)缺陷反射波峰位于 I 區(qū),如認(rèn)為有必要記錄時(shí),將探頭左右移動(dòng),使波幅降到評(píng)定線,以此測定缺陷指示長度。
 
9·1·7缺陷評(píng)定
9·1·7·1   超過評(píng)定線的信號(hào)應(yīng)注意其是否具有裂紋等 危害性缺陷特征,如有懷疑時(shí),應(yīng)采取改變探頭K值 、增加檢測面、觀察動(dòng)態(tài)波型并結(jié)合結(jié)構(gòu)工藝特征判定,如對(duì)波型不能判斷時(shí),應(yīng)輔以其它檢測方法作綜合判定。
9·1·7·2   缺陷指示長度小于10mm時(shí)按5mm計(jì)。
9·1·7·3   相鄰兩 缺陷在一直線上,其間距小于其中較小缺陷長度時(shí),應(yīng)作為一條缺陷處理,以兩 缺陷長度之和作為其指示長度(不考慮間距)。
9·1·8    缺陷等級(jí)評(píng)定
9·1·8·1不容許存在下列缺陷:
      a· 反射波幅位于判廢線及III 區(qū)的缺陷;
      b· 檢測人員判定為裂紋等危害性的缺陷。
9·1·8·2 *大反射波幅位于II 區(qū)的缺陷,根據(jù)其缺陷指示長度按表9-6的規(guī)定予以評(píng)級(jí)。
9·1·8·3 *大反射波幅低于定量線的非裂紋類缺陷,均評(píng)為 Ⅰ 級(jí)。
9·1·8·4 不合格的缺陷應(yīng)予以返修。返修部位及熱影響區(qū)仍按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測和等級(jí)評(píng)定。
              表9--6見書本                               
缺陷評(píng)定舉例:     
 
例1 焊縫厚度T=40mm,在500mm長的焊縫內(nèi)發(fā)現(xiàn)位于Ⅱ區(qū)的缺陷,其指示長度為14mm 一個(gè),7mm 一個(gè),3mm 一個(gè),缺陷間距如圖所示。試評(píng)定該焊縫符合JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)幾級(jí)?
解:根據(jù)JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:該缺陷在Ⅱ區(qū),需要按指示長度定級(jí)。
先按Ⅰ級(jí)判定:
    ∵ 1/3T=13.3   而單個(gè)缺陷14>13.3    ∴不符合Ⅰ級(jí);
按Ⅱ級(jí)判定:
   ∵ 2/3T=26.6   而單個(gè)缺陷14<26.6    ∴單個(gè)缺陷符合   Ⅱ級(jí);再看累積指示長度總和
   ∵ Ⅱ級(jí)焊縫在4.5T焊縫長度范圍內(nèi),多個(gè)缺陷的累積指示長度總和L不應(yīng)超過T,按照“缺陷指示長度小于10mm,按5mm計(jì)”的規(guī)定,指示長度總和應(yīng)為:
   L=14+5+5=24mm, 24mm<40mm(T) 符合Ⅱ級(jí)規(guī)定。
 答:該缺陷符合標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ級(jí)要求。
 
 
例2   焊縫厚度T=100mm,在1000mm焊縫內(nèi)發(fā)現(xiàn)波幅為
φ1×6 + 2dB 的缺陷三個(gè),其指示長度14mm、7mm、3mm,缺陷之間的間距如圖所示。試評(píng)定該焊縫符合JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)幾級(jí)?
解:根據(jù)JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:φ1×6 + 2dB該缺陷在Ⅱ區(qū),需要按指示長度定級(jí)。
 先按Ⅰ級(jí)判定:
    ∵ 1/3T=33.3    而14與7之間的間距4小于7    ∴ 單個(gè)缺陷為19(14+5)<33.3     符合Ⅰ級(jí);
     單個(gè)缺陷符合Ⅰ級(jí);再看累積指示長度總和
 ∵ Ⅰ 級(jí)焊縫在9T焊縫長度范圍內(nèi),多個(gè)缺陷的累積指示長度總和L不應(yīng)超過T,
       按照“缺陷指示長度小于10mm,按5mm計(jì)”的規(guī)定,指示長度總和應(yīng)為:
    L=19 + 5 = 24mm, 24mm<100mm (T) 符合Ⅰ級(jí)規(guī)定。
l 答:該缺陷符合標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)要求。
 
 
(2)鍛件:JB 4730-94 標(biāo)準(zhǔn)P28:8.2.7
                     GB/T6402-1991: 6
(3)鑄件:GB 7233-87 鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評(píng)級(jí)方法  
                     標(biāo)準(zhǔn)匯編(I) P151
                     JB 5439-91 壓縮機(jī)球墨鑄鐵零件的超聲波探傷 
                     標(biāo)準(zhǔn)匯編(II) P112
 
7.3 檢測規(guī)程
7.3.1 檢測規(guī)程制定和執(zhí)行程序
① 無損檢測工程師和無損檢測 III 級(jí)人員具有制定檢測規(guī) 程的資格;
② 制定-審核-批準(zhǔn)-使用         修定-審核-批準(zhǔn)-使用
7.3.2 檢測規(guī)程類型
① 通用規(guī)程:     內(nèi)容    實(shí)例
被檢件相關(guān)參數(shù)
檢測與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
人員資格
設(shè)備與器材(儀器型號(hào)、探頭、耦合劑等)
方法與技術(shù)(采用、掃查方式)
其他事項(xiàng)
 
7.3.3 工藝卡 
   ①專用工藝規(guī)程
       針對(duì)某一具體檢測對(duì)象制定的工藝程序      實(shí)例
   ②工藝卡
 
 
一、工藝卡的生成      
       表格形式集中顯示專用工藝規(guī)程中的工件參數(shù)、工藝參數(shù),驗(yàn)收依據(jù)等數(shù)據(jù),是操作者的工作依據(jù)。
        實(shí)例
二、工藝卡的執(zhí)行和修訂
8.結(jié)果的記錄和評(píng)定
8.1 記錄:記錄實(shí)際操作的工藝參數(shù)   表格的填寫
8.2 評(píng)定:      
8.3 報(bào)告:                         表格的填寫
l         工藝卡、檢測記錄、檢測報(bào)告是體現(xiàn)無損檢測工藝控制和檢測質(zhì)量的文件。
 
9 特殊技術(shù)
9.1   自動(dòng)和半自動(dòng)技術(shù)
 
9.2    數(shù)字技術(shù)
一、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
l   模擬信號(hào):振幅隨時(shí)間連續(xù)變化的脈沖信號(hào)稱為模擬信號(hào)
l   數(shù)字信號(hào):按一定時(shí)間間隔記錄脈沖幅值的一組數(shù)據(jù)稱為數(shù)字信號(hào)
l   模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換---A/D轉(zhuǎn)換
二、數(shù)字(智能)超聲儀
lA型儀的特點(diǎn)
顯示:模擬量(連續(xù)波);定位:線性對(duì)比;定量:當(dāng)量法。
優(yōu)點(diǎn):操作方便;成本低;實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
局限:檢測結(jié)果不能保存;定位、定量誤差較大。
l數(shù)字儀的特點(diǎn)和功能
顯示:數(shù)字量(連續(xù)波);定位:數(shù)學(xué)計(jì)算;定量:數(shù)學(xué)計(jì)算。
優(yōu)點(diǎn):檢測結(jié)果能保存;定位、定量誤差較小。
局限:操作復(fù)雜;成本較高;
l超聲信號(hào)數(shù)字處理技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用
9.3    A、B、C掃描和顯示技術(shù)
概念:
 1. 掃描:探頭在工件表面的移動(dòng)稱為掃描。掃描過程中完成了超聲檢測的三個(gè)步驟:壓電晶片在電信號(hào)激勵(lì)下發(fā)射超聲波;超聲波進(jìn)入工件并接觸到反射體(如缺陷);從反射體產(chǎn)生的回波被晶片吸收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。回波信號(hào)的顯示有三種方法,即A顯示、B顯示、C顯示。
 2. A顯示:回波信號(hào)以波形方式的顯示稱為A顯示。
 3. B顯示:回波信號(hào)通過計(jì)算機(jī)處理后顯示工件垂直剖面的顯示稱為B顯示,實(shí)現(xiàn)這種顯示的掃描稱為B掃描。
 4. C顯示:回波信號(hào)通過計(jì)算機(jī)處理后顯示工件水平剖面的顯示稱為C顯示,實(shí)現(xiàn)這種顯示的掃描稱為C掃描。
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