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超聲檢測技術(shù)(Ⅱ級講稿)

超聲檢測技術(shù)(Ⅱ級講稿)
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
 
 
1 綜合知識(另稿)
 
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 穿透法常采用兩個探頭,一個作發(fā)射用,一個作接收用,分別放置在試件的兩側(cè)進行探測,圖中顯示三種情況:無缺陷時的波形;缺陷阻擋部分聲束時的波形;缺陷阻擋全部聲束時的波形。
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,超聲波可順利傳播到達底面。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信號。
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,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,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 自動和半自動法
一、鋼管自動檢測線
     原理、方法與應(yīng)用照片
二、相控陣技術(shù)
   (1)原理:通過對陣列式換能器發(fā)射脈沖相位控制實現(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:縮短了檢測時間、減少漏檢幾率。
 
3.2   探頭
3.2.1 探頭的基本知識
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,產(chǎn)生壓縮或拉伸的應(yīng)力和應(yīng)變,這種效應(yīng)稱為負壓電效應(yīng),如圖所示。
    負壓電效應(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。
   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、保護膜(對斜探頭來說是有機玻璃透聲楔)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、直探頭的保護膜
l    壓電陶瓷晶片通常均由保護膜來保護晶片不與工件直接接觸以免磨損。常用保護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。用于粗糙表面時聲能損耗達20~30dB。
l    軟性保護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,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,它對聲能的損耗達6~7dB。
l    保護膜材料應(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    試驗表明:所有固體保護膜對發(fā)射聲波都會產(chǎn)生一定的畸變,使分辨率變差、靈敏度降低,其中硬保護膜比軟保護膜更為嚴(yán)重。因此,應(yīng)根據(jù)實際使用需要選用探頭及其保護膜。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干擾都會導(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。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)慣于用有機玻璃作斜楔,以形成一個所需的聲波入射角,并達到波型轉(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玻璃作為透聲楔,這是因為有機玻璃聲學(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即產(chǎn)生共振,此時,在晶片厚度方向的兩個面得到*大振幅,晶片中心為共振的駐點。 #
 
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)分界面二邊的聲速決定了平面聲波是聚焦還是發(fā)散;
l 聚焦的條件
 聲波進入凹面: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:
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**臨界角時產(chǎn)生表面波。
二、表面波傳播特征
(1)只在厚度遠大于波長的光滑表面?zhèn)鞑ィ?/div>
(2)傳播體表面質(zhì)點運動狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性,運動軌跡為橢圓;
(3)表面波振幅隨深度的衰減很快,離表面一個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個波長)的棱邊可以全部跨過繼續(xù)前進;
(5)表面波在尖銳棱邊(缺陷)會原路反射,曲率愈大,反射愈強烈。
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)用沾有油的手指點擊表面會引起表面波的反射,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,稱為水浸法。
l 液浸法探傷時,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,便于實現(xiàn)自動化探傷。
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基線的水平刻度與實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,將它們的前沿分別對準(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對準(zhǔn)2.0,B5對準(zhǔn)10.0時,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??;
 (3)調(diào)節(jié)儀器使試塊上某次底波位于示波屏中央,并達到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:實測相對波高%=----------------------------×100%
                       H0(衰減0dB后波高)
                                                        
      理想相對波高是△i=2、4、6dB……時的波高比(如△i=6dB時的理想相對波高是50.1%)
三、計算垂直線性誤差
        D=( |d1|+|d2| )
 式中: d1--實測值與理想值的*大正偏差
              d2--實測值與理想值的*大負偏差
*   ZBY230--84規(guī)定:儀器的垂直線性誤差D≤8%
 
5.2 探頭的驗證
5.2.1 試塊
一、試塊的用途
l    測試或校驗儀器和探頭的性能;
l    確定探測靈敏度和缺陷大?。?/div>
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     對比試塊(參考試塊)
l     其他叫法:校驗試塊、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(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(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圓弧:
    - 斜探頭入射點、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)靈敏度的幾個旋鈕
l[發(fā)射強度] 調(diào)節(jié)發(fā)射脈沖的輸出幅度,發(fā)射強度大靈敏度高,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] 限制檢波后信號的輸出幅度,主要用于抑制雜波、提高信噪比。使用[抑制]會使儀器的垂直線性變壞,動態(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,它是步進旋鈕。分:[粗調(diào)][細調(diào)]二檔, [粗調(diào)]步長10-20dB, [細調(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到一定高度(即基準(zhǔn)波高)時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探頭對準(zhǔn)200 / Φ2平底孔;
l[抑制]:0; [發(fā)射強度] [增益]:*大;
l提起探頭,用[衰減器]將電噪聲電平衰減到10%以下,這時衰減量為N1dB;
l調(diào)[衰減器]使Φ2孔*高回波達滿刻度的50%(基準(zhǔn)高),這時衰減量為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探頭對準(zhǔn)IIW試塊R100園弧面;
l[抑制]:0; [發(fā)射強度] [增益]:*大;
l提起探頭,用[衰減器]將電噪聲電平衰減到10%以下,這時衰減量為N1dB;
l調(diào)[衰減器]使R100回波達滿刻度的50%(基準(zhǔn)高),這時衰減量為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:能獨立顯示回波的,盲區(qū)≤5mm。無獨立回波的,盲區(qū)>5mm。
l將直探頭放于IIW左側(cè):能獨立顯示回波的,盲區(qū)5~10mm。無獨立回波的,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,平行移動探頭,使A、B等高則分辨率:
           h1
    X=20lg------- (dB)
           h2
l平行移動探頭,使B、C等高則分辨率:
           h3
    Y=20lg------- (dB)
           h4
要求:X或Y≥ 6dB
實測時,[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、前沿測試
l 如圖,斜探頭入射到R100圓弧上,左右移動探頭找到*大反射回波;如果試塊上有圓心刻度,則刻度對應(yīng)處為入射點;如果試塊上無圓心刻度則用鋼尺量,使鋼尺100處對準(zhǔn)試塊圓弧端,鋼尺0點即為入射點;使鋼尺0點對準(zhǔn)探頭前端點,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圓上,左右移動探頭找到*大反射回波;探頭入射點所對應(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、前沿、斜探頭K值測試
5.3 對曲面工件的校準(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,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、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、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,校核應(yīng)不少于3點。如曲線上任何一點幅度下降2dB,則應(yīng)對上一次以來所有的檢測結(jié)果進行復(fù)檢;如幅度上升2dB,則應(yīng)對所有的記錄信號進行重新評定。
 
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測時缺陷的面積當(dāng)量計算。
    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)實用AVG
       實用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。
       實用AVG曲線的坐標(biāo)均以十進制。  
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,但價格較貴,對工件有腐蝕作用。
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,且對工件有腐蝕作用。
l水的來源廣,價格低,常用于水浸探傷,但易使工件生銹。
l機油和變壓器油粘度、流動性、附著力適當(dāng),對工件無腐蝕、價格也不貴,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
(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 鋼制管道對接環(huán)焊縫超聲波探傷方法和檢驗結(jié)果的分級
 (4)GB/T6402-1991 鋼鍛件超聲波檢驗方法
     
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,可采用公式計算,距離--波幅曲線和試塊對比來確定缺陷當(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高點,且位于II 區(qū)時,用6dB法測其長度。
    (2)當(dāng)缺陷反射波峰值起伏變化,有多個高點,且位于II 區(qū)時,應(yīng)以端點6dB法測其長度。
    (3)當(dāng)缺陷反射波峰位于 I 區(qū),如認為有必要記錄時,將探頭左右移動,使波幅降到評定線,以此測定缺陷指示長度。
 
9·1·7缺陷評定
9·1·7·1   超過評定線的信號應(yīng)注意其是否具有裂紋等 危害性缺陷特征,如有懷疑時,應(yīng)采取改變探頭K值 、增加檢測面、觀察動態(tài)波型并結(jié)合結(jié)構(gòu)工藝特征判定,如對波型不能判斷時,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時按5mm計。
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,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    缺陷等級評定
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)定予以評級。
9·1·8·3 *大反射波幅低于定量線的非裂紋類缺陷,均評為 Ⅰ 級。
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)進行檢測和等級評定。
              表9--6見書本                               
缺陷評定舉例:     
 
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,7mm 一個,3mm 一個,缺陷間距如圖所示。試評定該焊縫符合JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)幾級?
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。
先按Ⅰ級判定:
    ∵ 1/3T=13.3   而單個缺陷14>13.3    ∴不符合Ⅰ級;
按Ⅱ級判定:
   ∵ 2/3T=26.6   而單個缺陷14<26.6    ∴單個缺陷符合   Ⅱ級;再看累積指示長度總和
   ∵ Ⅱ級焊縫在4.5T焊縫長度范圍內(nèi),多個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”的規(guī)定,指示長度總和應(yīng)為:
   L=14+5+5=24mm, 24mm<40mm(T) 符合Ⅱ級規(guī)定。
 答:該缺陷符合標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ級要求。
 
 
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,其指示長度14mm、7mm、3mm,缺陷之間的間距如圖所示。試評定該焊縫符合JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)幾級?
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。
 先按Ⅰ級判定:
    ∵ 1/3T=33.3    而14與7之間的間距4小于7    ∴ 單個缺陷為19(14+5)<33.3     符合Ⅰ級;
     單個缺陷符合Ⅰ級;再看累積指示長度總和
 ∵ Ⅰ 級焊縫在9T焊縫長度范圍內(nèi),多個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”的規(guī)定,指示長度總和應(yīng)為:
    L=19 + 5 = 24mm, 24mm<100mm (T) 符合Ⅰ級規(guī)定。
l 答:該缺陷符合標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級要求。
 
 
(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)量評級方法  
                     標(biāo)準(zhǔn)匯編(I) P151
                     JB 5439-91 壓縮機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    實例
被檢件相關(guān)參數(shù)
檢測與驗收標(biāo)準(zhǔn)
人員資格
設(shè)備與器材(儀器型號、探頭、耦合劑等)
方法與技術(shù)(采用、掃查方式)
其他事項
 
7.3.3 工藝卡 
   ①專用工藝規(guī)程
       針對某一具體檢測對象制定的工藝程序      實例
   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),驗收依據(jù)等數(shù)據(jù),是操作者的工作依據(jù)。
        實例
二、工藝卡的執(zhí)行和修訂
8.結(jié)果的記錄和評定
8.1 記錄:記錄實際操作的工藝參數(shù)   表格的填寫
8.2 評定:      
8.3 報告:                         表格的填寫
l         工藝卡、檢測記錄、檢測報告是體現(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   自動和半自動技術(shù)
 
9.2    數(shù)字技術(shù)
一、模擬信號與數(shù)字信號
l   模擬信號:振幅隨時間連續(xù)變化的脈沖信號稱為模擬信號
l   數(shù)字信號:按一定時間間隔記錄脈沖幅值的一組數(shù)據(jù)稱為數(shù)字信號
l   模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換---A/D轉(zhuǎn)換
二、數(shù)字(智能)超聲儀
lA型儀的特點
顯示:模擬量(連續(xù)波);定位:線性對比;定量:當(dāng)量法。
優(yōu)點:操作方便;成本低;實時性強。
局限:檢測結(jié)果不能保存;定位、定量誤差較大。
l數(shù)字儀的特點和功能
顯示:數(shù)字量(連續(xù)波);定位:數(shù)學(xué)計算;定量:數(shù)學(xué)計算。
優(yōu)點: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稱為掃描。掃描過程中完成了超聲檢測的三個步驟:壓電晶片在電信號激勵下發(fā)射超聲波;超聲波進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?;夭ㄐ盘柕娘@示有三種方法,即A顯示、B顯示、C顯示。
 2. A顯示:回波信號以波形方式的顯示稱為A顯示。
 3. B顯示:回波信號通過計算機處理后顯示工件垂直剖面的顯示稱為B顯示,實現(xiàn)這種顯示的掃描稱為B掃描。
 4. C顯示:回波信號通過計算機處理后顯示工件水平剖面的顯示稱為C顯示,實現(xiàn)這種顯示的掃描稱為C掃描。
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