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技术文章
如何定性定量定位超声波检测的缺陷
2016-12-26
如何定性定量定位超声波检测的缺陷
如何定性定量定位超声波检测的缺陷
 
 

1、缺陷的定量

缺陷的定量指已测定缺陷的大小和数量,缺陷大小包括缺陷的面积、长度和深度。由于缺陷的大小主要根据荧光屏上缺陷波的高度来确定,而缺陷波的高度又受着缺陷的方向、距离、起点及仪器的工作状态等多种因素影响,因而不易准确地判断缺陷大小。

1. 1 当量法缺陷定量

当量法缺陷定量是以对比试块上人工缺陷(如平底孔)来衡量缺陷大小,即实际缺陷相当于多大面积的人工缺陷。

  • 试块比较法

在相同的探测条件下,将工件中缺陷小组高度、位置与材质相同的试块上人工缺陷(平底孔或横通孔)反射波进行比较,当两者位置相同、高度相等或相近时,则工件中缺陷大小相当于该人工缺陷的直径大小,称作当量直径。直探头探伤常以平底孔试块比较,斜探头以横通孔试块比较。

  • “距离-波幅”曲线和“面积-波幅”曲线当量法

缺陷波的高低与缺陷的面积(大小)及距离(深度)有关,距离相等的缺陷,面积越大,反射波愈高;面积相等的缺陷,距离越近,反射波愈高。因此,可通过数组距离相同、面积不同和距离不同、面积相同的人工缺陷试块,作出“面积-波幅”曲线和“距离-波幅”曲线。探伤时根据缺陷波的高度及缺陷波在时间扫描线上的位置通过曲线确定缺陷大小。

如果利用衰减器将人工缺陷反射波高度全部调到荧光屏满幅的80%,读出衰减器读数(增加或减小的分贝值dB)并以此作出的曲线称用“面积-分贝”曲线和“距离-分贝”曲线,实际探测缺陷时,调节衰减器使缺陷波高也达满幅的80%,则根据缺陷的距离和衰减器上分贝读数直接从曲线上查出缺陷当量大小。“距离波幅”曲线在焊缝斜角探伤中应用较广。

实际探伤使用“距离波幅”曲线由评定线、定量线和判废线三条组成,评定线与定量线之间(包括评定线)为I区,定量线与判废线之间(包括定量线)为II区,判废及其以上为III区。RL全称reference level,SL全称recording level,EL全称evaluation level,定义可以参考ISO 11666。下图来自CBT 4559-2011。

如何定性定量定位超声波检测的缺陷

图1 DAC曲线簇

1. 2 以波束指向性为基础的定量法

当缺陷面积大于声束面积时,无法用当量法判断缺陷大小(即无法根据反射波高低判断缺陷大小),如图2所示。虽然A、B两缺陷大小不同,但缺陷反射波高度却相同,这是由于缺陷面积大于声束面积后,随着缺陷面积的增大,缺陷反射波不再增高的缘故,因此无法根据波高判断其大小。以波束指向性为基础的定量法是通过移动探头探测大缺陷的边缘(根据荧光屏上缺陷波高度变化)确定缺陷大小的一种方法,当探头声束中心位于缺陷中心时,缺陷波*高;当声束中心偏离缺陷中心时,缺陷波降低;当声束不与缺陷相遇时,缺陷波消失。具体有以下两种:

如何定性定量定位超声波检测的缺陷

图2 测定缺陷当量的误差

  • 半波高度法

此方法就是文献中提到的6dB Drop method无论纵波探伤还是横波探伤,发现缺陷后首先找出*高波的探头位置,如图3所示位置4,然后移动探头,直至声束中心恰好在缺陷的边缘(声束只有一半射在缺陷上),此时反射波高度降低为原来的一半,即图中探头1、2位置,此时探头中心之间的距离为b即为缺陷在该方向的尺寸;再将探头沿不同方向重复上述操作,由探头中心各位置构成的轨迹所围面积,即为缺陷的指示大小。由于受缺陷的取向、形状及表面状态等因素影响,指示大小和缺陷的真实大小往往有一定误差。横波探伤用半波高度法测定缺陷长度与之相同,如图3所示。

如何定性定量定位超声波检测的缺陷

  • 全波消失法

探伤发现缺陷后,由缺陷波量*高位置向各方向移动探头,分别记下缺陷波刚刚消失时探头的中心位置,这些探头中心位置围成的面积为缺陷的大致范围,再经简单计算可得缺陷大小。如图5所示,探头在位置3时缺陷波*高,位置1、2时缺陷波刚刚消失。

如何定性定量定位超声波检测的缺陷

图5 全波消失法测定缺陷大小

设1、2位置探头中心间距离为L,探头半扩散角为θ,缺陷深度h,缺陷长度b,探头半径为r,则:

b = L - 2C =L - 2 ( r + htgθ) = L - 2 rhtgθ

θ= arcsin1. 22λ/D

式中 λ:波长;D:探头直径。

1. 3 AVG曲线法

AVG曲线又称“距离-波幅-缺陷当量”曲线,它是根据不同尺寸的人工缺陷在不同声程处的反射,计算出反射波高并按一定比例作出的各条缺陷当量曲线,通常刻制在有机玻璃板上,直接在荧光屏上使用,探伤时根据被探工件厚度调节时间扫描线,当荧光屏上出现缺陷波后,根据其距离(深度)和波高由曲线板上确定缺陷当量大小。AVG曲线板一般与探伤仪配套,也可根据实际生产情况自行制作。该法与“距离-波幅”曲线和“面积-波幅”曲线本质上没有什么差别,但使用更方便,定量也比较准确,在生产中得到广泛应用。

2、缺陷的定性

超声波探伤除确定缺陷位置及大小外,还必须确定缺陷的性质,即定性。为了定性准确,探伤前必须对被探工件的结构、材质、组织状态、加工工艺及制造过程中容易产生的缺陷有所了解,再将实测缺陷的位置、大小、方向与理论上可能产生缺陷的位置、大小等情况综合分析。对缺陷的准确定性要经过反复认识和长期实践经验的积累。主要可从以下几方面考虑。

2. 1 根据缺陷的大小、形状判断

  • 单个较小体积缺陷多为气孔、夹渣;

  • 密集分布的较小点状缺陷多为白点、气池;

  • 尺寸较大的线性或条状缺陷多为裂纹、未焊透;

  • 尺寸较大、形状不规则的缺陷多为约定俗成孔、疏松、夹渣等。

2. 2 根据缺陷所处位置判断

  • 缩孔、疏松、气泡、砂眼等多位于铸件的浇冒口处;

  • 未焊透多在焊缝中或根部;

  • 未熔合在母材与沓缝交界处;

  • 裂纹多在应力较大部位;

  • 气孔、夹渣可存在于焊缝中各部位。

2. 3 根据缺陷波波形特征判断

缺陷波波高能够表明,缺陷密度与工件材料密度相关愈大,其反射波愈高。如气孔、裂纹、未焊透、缩孔、白点等反射波较高,面非金属夹杂物、夹渣等反射波较低。

Tips总结

  • 缺陷波的形状,对气孔、未焊透、未熔合等缺陷波形的形状有影响,其尖锐、陡直、波根部清晰;裂纹的波形尖锐、陡峭,且有波形交错;夹渣、疏松等波形较宽,波低,有明显树枝状。

  • 缺陷波的敏感性,对白点、气孔等单个缺陷,探头平行移动或转动时缺陷波迅速消失,很敏感,而探头围绕缺陷转动时,缺陷波变化不大;对裂纹,探头平行移动时缺陷波陷波波形会发生一定变化,探头移动到一定程度缺陷波才逐渐减幅直至消失,而转动探头时缺陷波会迅速降低甚至消失,很敏感;对开头不规则的疏松、夹渣等探头平行移动和转动时缺陷波变化都较迟缓。

  • 缺陷波的清晰度表明,白点、气孔、裂纹等缺陷小组清晰度较好,而非金属夹杂物、疏松等波形较宽,高低不同的波峰彼此相连不易分开的、清晰度差。

  • 根据底波高度变化判断,单个白点、气孔对底波高度影响较小,非金属夹杂物会使底波高度降低,大面积、近表面缺陷(缩孔、疏松、裂纹等)出现很强的缺陷波时其底波降低甚至消失。


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