脉冲反射法超声检测工作通用技术应用

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1、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

2、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

3、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

4、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 2 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 s C2Fd 3f 4 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

5、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 3 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 25mm 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

6、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 5 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

7、2 影响声耦合的主要因素 1 耦合层厚度 厚度为 4的奇数倍时 透声效果差 为 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 3 m 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

8、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

9、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x 3N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 P

10、j 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 dB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 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 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 0 005dB

11、 如何利用埋深200mm的 2mm平底孔试块按 3mm平底孔调节检测灵敏度 钢中CL 5900m s 解 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 检测灵敏度调节量为 加上传输修正值3dB 共需增益15dB 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 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 dB为定值的原理进行的 dB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

12、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 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 dB V1 V2 衰减型 dB V2 V1 增益型 2 试块和工件厚度不同 按上述步骤测得 dB 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 dB V3 4 工件材质衰减系数的测

13、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 1 扫查方式 按

14、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

15、6 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 x f n f 2 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 B BF法 在一定的检测灵敏度条件下 用无缺陷时的工件底

16、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 F 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 F 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 2 当量评定法 将缺陷的回波幅度与规则形状的人工反射体的回波幅 度进行比较的方法 适用于面积小于声束截面的缺陷的尺寸评定 缺陷的当量尺寸 缺陷与规则形状的人工反射体的埋深相同 反射波 高相等 则称该人工反射体的反射面尺寸为缺陷的当量尺寸 注意 通常情况下实际缺陷的实际尺寸要大于当量尺寸 1 试块对比法 将缺陷波幅度直接与对比试块中同声程的人工反射体 回波幅度相比较 两者相等时以该人工反射体尺寸作为缺陷当量 注意 采用试块对比法给缺陷定量时 要保持检测条件 试块的材质 表面粗糙