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超聲波探傷儀的現(xiàn)場應(yīng)用

一、超聲波探傷可靠性的實現(xiàn)
       超聲波探傷儀的可靠性和穩(wěn)定性非常重要。開展超聲波探傷儀的檢定工作時,依據(jù)JJG746-2004《超聲探傷儀檢定規(guī)程》,對超聲波探傷儀的主要性能:垂直線性、水平線性、衰減誤差、動態(tài)范圍以及最大使用靈敏度等進(jìn)行檢定。另外對比試塊材料與受檢件的成分,組織聲學(xué)特性應(yīng)一致或相似。
       對比試塊材料的內(nèi)部純凈度利用入射角為0°的直射超聲波,在規(guī)定的工作頻率和靈敏度下進(jìn)行掃查,不得有大于或等于比受檢件材料允許的噪聲低6dB的任何信號。對比試塊應(yīng)每5年檢定一次。
      二、超聲波探傷穩(wěn)定性的實現(xiàn)
      1.探傷方法
      探傷方法是保證探傷結(jié)果準(zhǔn)確的前提。因此應(yīng)根據(jù)工件的形狀、缺陷特點、材料性質(zhì)及探傷要求,準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行探傷。
      2.耦合劑的影響
       耦合是實現(xiàn)聲能傳遞的必由途徑,耦合劑是探頭聲源與工件這兩種固體之間實現(xiàn)聲能傳遞、保證軟接觸所必需的傳聲介質(zhì),它在二者界面上具有排除空氣,填充不平的凹坑和間隙,并兼有防磨損,方便移動的功能。耦合損耗與耦合層厚度d及耦合層中超聲波波長λ有關(guān)。圖12.25MHz直探頭用錠子油作耦合劑時測得耦合層厚度與回波高度之間關(guān)系曲線。從圖1中可以看出,在d<λ/4范圍內(nèi),隨d/λ的增大,耦合損耗增大;在d=λ/4時,耦合損耗最大。在d=(2n-1)λ/4時,耦合損耗均較大,聲能透過率較??;當(dāng)d=nλ/2時,聲能透過率較大,耦合損耗較小。常用的耦合劑有機(jī)油、柴油、變壓器油、錠子油、水、甘油、糨糊等。


1 耦合層厚度與回波高度之間的關(guān)系
       3.檢驗面的要求
        探測面的粗糙度也是影響耦合損耗的因素。圖2為使用不同聲阻抗耦合劑時,工件表面粗糙度對回波高度的影響,橫坐標(biāo)為表面粗糙度的平均高度Rz,它決定了耦合層的厚度,即d=Rz。



2 表面粗糙度、耦合劑聲阻抗對耦合損耗的影響
       由圖2可知,耦合劑聲阻抗越大,越接近于晶片和工件的聲阻抗,工件表面粗糙度越小即光潔度越高,則耦合損耗越小,透聲性能越好。探傷的工件表面加工粗糙度:接觸法對于A級檢驗應(yīng)等于或優(yōu)于Ra3.2μm,對于B級檢驗應(yīng)等于或優(yōu)于Ra6.3μm,液浸法粗糙度應(yīng)等于或優(yōu)于Ra25μm。
       4.工作頻率的選擇
       工作頻率的選擇是由被測材料的性質(zhì)和探傷要求決定的,對鑄鐵、未鍛件等可選用較低頻率,如1.25MHz;對晶粒度細(xì)的材料,如鍛鋼、拉拔鋁制件等則用2.5MHz、5MHz甚至10MHz。工作頻率高,則探傷靈敏度高、方向性好、分辨能力強(qiáng)和始波寬度小等,有利于發(fā)現(xiàn)和評定缺陷;但頻率高,不易穿透晶粒度較粗的工件。而工作頻率低,則分辨力也較低,但穿透力強(qiáng),有利于克服材料的衰減。一般常用工作頻率為2.5MHz5MHz。[pagebreak]
      5.探頭類型的選擇
       探頭類型的選擇應(yīng)根據(jù)工件可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向、工件的幾何形狀和探測面情況進(jìn)行選擇。探頭晶片尺寸較大時,探頭入射至反射體的能量也大,即有p=p0πD2/4λS;又因θ=sin-11.22λ/D,故D大時指向角較小、聲束指向性好,能量相對集中,發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離小缺陷能力強(qiáng),即遠(yuǎn)場檢測靈敏度較高,適于厚度工件探傷。反之,晶片尺寸較小時,近場短,且近距離聲束較窄,有利于缺陷定位。但遠(yuǎn)場聲束擴(kuò)散大,故宜用于較小厚度工件探傷,如圖3所示。



3 不同晶片尺寸所產(chǎn)生的聲場擴(kuò)散情況
       三、AVG線圖的應(yīng)用
       1.通用AVG線圖的應(yīng)用
      AVG曲線描述了距離-增益量-缺陷尺寸三者之間的關(guān)系,它能方便地用來進(jìn)行缺陷當(dāng)量的計算,所以它是一種主要的缺陷定量方法。相對缺陷距離A,是以探頭近場長度N為單位來衡量的反射體距離,即A=N/S。通用AVG線圖中以A作為橫坐標(biāo),并用常用對數(shù)刻度。相對缺陷尺寸G,是以探頭晶片直徑D為單位來衡量的反射體直徑,即G=Φ/D。通用AVG線圖中對應(yīng)一個G就有一條相應(yīng)的曲線,相鄰G值之間的變化也是常用對數(shù)規(guī)律。波幅增益量V(dB)表示反射聲壓相對于起始聲壓的dB值。通用AVG線圖中以V(dB)作為縱坐標(biāo),采用十進(jìn)制常用坐標(biāo)。由圖4可見,在A<1,即近聲場內(nèi),難以據(jù)超聲反射幅度判斷缺陷當(dāng)量,而在A>1,即遠(yuǎn)聲場,超聲回波幅度隨距離單調(diào)下降。
      2.實用AVG線圖的應(yīng)用
       實用AVG線圖是在通用AVG線圖基礎(chǔ)上經(jīng)坐標(biāo)變換得到的,它是針對某一確定的探頭晶片和探測頻率制作的,實用AVG線圖的橫坐標(biāo)為反射體實際聲程讀數(shù),以厘米或毫米作為單位;縱坐標(biāo)為dB讀數(shù),圖中每一條曲線直接表示某一相應(yīng)反射體當(dāng)量尺寸。下面用圖4舉例說明實用AVG線圖用于校正探測靈敏度和確定缺陷當(dāng)量的用法。用2.5MHz、Φ20直徑探頭探測厚度為300mm的鍛鋼件,要求大于Φ3當(dāng)量缺陷不漏檢,問利用工件底面如何校正探測靈敏度?以此靈敏度探測時發(fā)現(xiàn)距探測面200mm處有一缺陷,其波高為19dB,求此缺陷當(dāng)量?
       解:(1)使用相應(yīng)于2.5MHz,Φ20直徑探頭的實用AVG線圖(見圖4)。由題意可知:S=SB=Sf=300mm,Φf=3mm。



4 2.5MHz、Φ20直徑探頭實用AVG線圖
       從圖4中橫坐標(biāo)S=300mm處作其垂線交B線于點P,同時交Φf=3mm曲線于Q點,分別從P、Q作縱坐標(biāo)垂線,得到VB(dB)=57dB,Vf(dB)=22dB
       靈敏度調(diào)整量ΔdB=Vf(dB)-VB(dB)=22-57=-35dB。
       (2)由題意可知,用300/Φ3靈敏度(Q點為靈敏度基準(zhǔn)點)探測的缺陷聲程為Sf=200mm,ΔdB=19dB,因此只要從Q點向上平移19dB,并與橫坐標(biāo)Sf=200mm處的橫坐標(biāo)垂線交于Q′,則此Q′點對應(yīng)的當(dāng)量曲線值Φf=6mm就是所求缺陷。


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