第五章 超声检测工艺.pdf

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1、中国机械工程学会无损检测分会中国机械工程学会无损检测分会 UT培训讲义UT培训讲义 本讲义由学会常务委员 晏荣明编写 （仅供参考） 中国机械工程学会无损检测分会深圳市无损检测人员培训中心 电话：021-65550277 电话：13538291001 邮箱：chsndt2008 邮箱：yanrongming 第五章 超声检测工艺第五章 超声检测工艺 CHAPTER 5 ULTRASONIC TESTING PROCEDURE 内容内容CONTENTS 了解被检对象情况了解被检对象情况 IMFORMATION ABOUT TEST OBJECT 选择检测技术选择检测技术TECHNIQUES SEL

2、ECTION 选择检测条件选择检测条件PARAMETERS SELECTION 调整仪器状态调整仪器状态EQUIPMENT ADJUSTION 传输修正和衰减系数测量传输修正和衰减系数测量 TRANSMISSION CORRECTION AND ATTENUATION MEASURING 检验检验EXAMINATION 评定不连续性评定不连续性DISCONTINIUTY EVALUATION 记录与报告记录与报告RECORDS & REPORTS 了解被检对象情况了解被检对象情况 IMFORMATION ABOUT TEST OBJECT 材质、结构、形状和尺寸 制造工艺及其可能存在的不连续性

3、 检测要求 检测和验收标准 选择检测技术选择检测技术 TECHNIQUES SELECTION 检测任务检测任务 显示方式显示方式 工件形状、材质、尺寸工件形状、材质、尺寸 不连续性取向、位置不连续性取向、位置 选择检测条件选择检测条件 PARAMETERS SELECTION 探头探头Transducers 检测仪检测仪Instrument 耦合剂耦合剂Couplant 入射方向入射方向Incident Direction 检测时机检测时机Inspection Stage 试块试块Blocks 探头探头Transducers 频率 晶片尺寸 形式 探头探头Transducers频率频率 灵敏

4、度 分辨率 近场 指向性 衰减 探头探头Transducers晶片尺寸晶片尺寸 晶片尺寸声束在近场的覆盖范围（近场定位 越不准）、声束在远场的覆盖范围（探头指向性 ，横向分辨率，远场定位越准）、辐射功率 （穿透性，对大厚度工件和粗晶材料的检测越有 利）、近场长度（对一定厚度工件进行计算法调 灵敏度和当量评定越不利） 晶片尺寸声束在近场的覆盖范围（近场定位 越准）、声束在远场的覆盖范围（探头指向性， 横向分辨率，远场定位越不准）、辐射功率 （穿透性，对大厚度工件和粗晶材料的检测越不 利）、近场长度（对一定厚度工件进行计算法调 灵敏度和当量评定有利）。 探头探头Transducers形式形式 单晶

5、/双晶：盲区、信噪比； 宽带/窄带：分辨率、信噪比； 普通/聚焦：灵敏度、信噪比、分辨率。 检测仪检测仪Instrument 灵敏度余量 发射功率 频率范围 重复频率 类型：数字式/模拟式 耦合剂耦合剂Couplant 作用：排除探头与工件间的间隙 要求：无腐蚀、无毒 常用耦合剂：机油、甘油、化学浆湖 入射方向入射方向Incident Direction 扫查面和入射方向的选择原则： 保证超声波的声束可到达工件中每个可能 存在不连续性的部位。 声束轴线与不连续性的可能取向垂直。 检测时机检测时机Inspection Stage 机械加工之前、热加工之后； 在渗透检测和磁粉检测之后； 在目视检测

6、之后。 试块试块Blocks 试块的选择依据根据检测标准和检测程序。 标准试块校验系统性能； 参考试块调整仪器状态。 参考试块 材质应与被检工件具有相同或相似的声学性能。 调整仪器状态调整仪器状态 EQUIPMENT ADJUSTION 调整时基线（定标）调整时基线（定标） Time Base Line Calibration 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 调整时基线（定标）调整时基线（定标） Time Base Line Calibration 声程定标 深度定标 水平定标 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块比较法试

7、块比较法 平底孔试块 孔径由验收标准规定 工件 表 面 相 同 材 质 相 同 80% T F B 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块比较法试块比较法 例5某钢锻件长宽高尺寸为100mm80mm40mm，每个面的加工余量为10mm，三个互相 垂直的面都要求扫查。用纵波法进行超声检测，验收标准规定，凡大于2mm当量的平底孔 的不连续性不可验收， 试块与工件的传输修正值为4dB（试块表面更光滑， 材质衰减更小） ， 试用试块比较法调整检测灵敏度。 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块比较法试块比较法 解： 选择埋深为工件最大

8、探测厚度，即100mm，直径为2mm的平底孔试块； 把探头稳定耦合在试块上，找到最高回波，调节衰减和增益旋钮，将回波调整到基准 波高（如80满刻度） ，记录此时衰减器的总数； 因试块和工件的表面和衰减有差异，还应作传输修正。具体操作如下：由于测量的 dB为正数， 即工件的表面损失和材质衰减比试块更严重， 所以应在上述衰减器总数基础上再 增益（对于模拟式超声探伤仪，使读数减小，对于数字机则应使分贝数增加，即波高提高） 4dB。 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块计算法试块计算法 dB 基准试块 孔径已知 平底孔试块 孔径由验收标准规定 工件 80% 增益dB

9、 表 面 相 同 材 质 相 同 表 面 相 同 材 质 相 同 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块计算法试块计算法 例6 用频率为2.5MHz、 晶片直径为20mm的纵波探头检测某钢锻件， 锻件的厚度为500mm， 测得工件和试块的表面补偿为3dB， 验收标准为3mm平底孔当量。 如何利用埋深为200mm， 孔径为2mm平底孔试块来调节灵敏度？（已知钢中5900 / L cm s，锻件和试块的衰减忽 略不计。 ） 解： 首先判断是否符合计算法的适用条件： 22 6 6 20 42 5.9 104 4 2.5 10 D Nmm 因此， 试块中的平底孔埋深和

10、试件厚度均大于3N， 可以用试块计算法来调节检测灵敏度。 检测灵敏度调节量为： 2003 40lg40lg9 5002 j j x d dBdB xd 计算结果表明，埋深为500mm，直径为2mm的平底孔（要求的灵敏度）比基准试块平 底孔回波低9 dB，加上工件表面补偿3dB，所以共需增益12dB。 操作：用直探头耦合到试块的表面，找到试块中平底孔的最大回波，并调到规定基准高 度，调节仪器的衰减器，增益12dB。 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块计算法试块计算法 例7 上例中，如果工件和试块的衰减系数均 为0.005 dB/mm，则如何利用埋深为 200

11、mm，孔径为2 mm平底孔试块来调节灵 敏度？ 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 试块计算法试块计算法 解： 检测灵敏度调节量为： 2003 40lg2 0.005 (200500)9312 5002 dBdB 计算结果表明，考虑衰减后二者相差12，再加上工件表面补偿3dB，所以共需增益15dB。 操作方法与上例同。 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 底波计算法底波计算法 dB 工件 T B 增益 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 底波计算法底波计算法 例8：用2.5P20Z直探头检测厚度为3

12、00mm 的某钢锻件，按验收标准规定直径为2mm 平底孔当量以上的缺陷不能验收，试用底 波计算法调整检测灵敏度（已知钢锻件纵 波声速为5850m/s）。 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 底波计算法底波计算法 解： 623 22 2.5 1020 /4 5850 1042() 3.14 2 20lg20lg20lg41() 22 2.34 300 d B cmm x pd dBdB px 22 第一步：判断是否满足用底波计算法调整灵敏度的条件 近场长度为：N=D /4 fD /4 所以锻件厚度3N， 满足用底波计算法调整灵敏度的条件 第二步：调整灵敏度 根据：

13、 操作：在工件表面质量完好处找到最大底波，调整至基准波高，然后增益41dB. 调整检测灵敏度调整检测灵敏度Sensitivity Setting 例9 上例中用2.5P20直探头对该钢质工件进行超声检测， 同样要求当量不小于2mm直径的平底孔缺陷不能验收，试 用AVG 法调整检测灵敏度。 解： 第一步：计算工件厚度的归一化声程A 22 20 42.7() 5.85 4 4 2.5 /300/42.77 D Nmm Ax N 第二步：计算验收灵敏度要求的归一化缺陷尺寸G /2/200.1Gd D 第三步：通过查阅AVG曲线找出灵敏度调节量。如图4-14所示，通过查阅AVG曲线可 得，在归一化声程

14、为7（即300mm）处归一化缺陷尺寸为0.1，即直径为2mm反射体与底面 回波幅度差异为41dB。 第四步：操作，操作方式与上例相同。 可见，用AVG曲线法调整灵敏度的结果与底波计算法相同。 传输修正和衰减系数测量传输修正和衰减系数测量 TRANSMISSION CORRECTION AND ATTENUATION MEASURING 传输修正测量传输修正测量 TRANSMISSION CORRECTION MEASURING 衰减系数测量衰减系数测量 ATTENUATION MEASURING 传输修正测量传输修正测量 TRANSMISSION CORRECTION MEASURING 直束

15、纵波检测技术直束纵波检测技术 表面相同表面不同 底面不同底面相同 平底孔 试块 测试试块工件 传输修正测量传输修正测量 TRANSMISSION CORRECTION MEASURING 斜束横波检测技术斜束横波检测技术 单探头法 双探头法 试块 工件 表面不同 底面相同 表面不同 底面相同 衰减系数测量衰减系数测量 ATTENUATION MEASURING 62dBdBHT 例1：某锻件两表面光滑且平行，厚度为400mm，用直探头试 验，测得第一、二次底波分别为60和20，反射损失为 0.5dB，试求该锻件的衰减系数。 衰减系数测量衰减系数测量 ATTENUATION MEASURING

16、12 (20lg(B / B )6dB H )/ 2x (20lg(60/ 20)60.5)/ 2 4000.037(/) 0.037/ dB mm dB mm 解： 根据： 所以，该锻件的衰减系数为。 衰减系数测量衰减系数测量 ATTENUATION MEASURING 例2：某钢板两表面光滑且平行，厚度为 10mm，用5P20直探头试验，测得第二、五 次底波分别为80和40，每次反射损失 为0.5dB，试求该钢板的衰减系数。 衰减系数测量衰减系数测量 ATTENUATION MEASURING (20lg(B / B )H )/ 2(n m)x (20lg(80/ 40)0.5 3)/ 2

17、 (52) 100.075(/) 0.075/ mn dB mm dB mm 解： 根据： 所以，该钢板的衰减系数为。 检验检验Examination 扫查扫查Scanning 波形鉴别Wave Interpretation 扫查扫查Scanning 扫灵敏度：比检测灵敏度高36dB； 扫查方向：至少两个互相垂直方向； 扫查速度：应低于120mm/s； 扫查间距：一定比例重叠。 扫查扫查Scanning 双晶探头：检测细长形不连续性时，应使 探头隔声层与不连续性主延伸方向平行， 探头垂直于不连续性主延伸方向移动。测 定不连续性纵向长度时，探头隔声层应与 缺陷主延伸方向垂直放置，并沿不连续性 的

18、纵向移动。 扫查方式：前后、左右、摆动、环绕。 波形鉴别波形鉴别Wave Interpretation 迟到波迟到波 底面迟到波 不连续性迟到波 波形鉴别Wave Interpretation 61和和45反射波反射波 波形鉴别Wave Interpretation 轮廓回波轮廓回波 评定不连续性评定不连续性 DISCONTINUITY EVALUATION 定位 定量 定性 定位定位 定位：确定不连续性的三维坐标。 方法：通过定标。 定量定量 当量评定法 试块对比法、 计算法、 AVG曲线法。 当量 : 工件 平底孔直径 试块 表 面 相 同 材 质 相 同 T F B T F B 定量定量

19、 例3 某锻件超声纵波检测时，在检测灵敏度 下发现埋深为100mm处不连续性的波高为 80，与工件材质和表面状况相同、直径 为2mm的平底孔的试块，其孔的埋深也是 100mm，其波高为80，则： 该不连续性的当量表示为：直径2mm平底 孔当量。 定量定量 例4 上例中的锻件，如果测得工件表面补偿 为3 dB，且测得该2mm平底孔回波高度为 40，则该不连续性的当量为： 直径2mm3 dB（表面补偿）6dB（不 连续性比平底孔回波高20lg80/406 dB） 直径2mm9 dB。 定量定量 例10：使用模拟式仪器，用直探头接触法 探测某锻件，在50mm发现一个不连续性回 波，其波幅为40dB，

20、现有一个埋深为 50mm，孔径为2mm的平底孔试块，用直 探头探测该平底孔的波幅为35dB，已知工 件与试块表面补偿为2dB，忽略试块与锻件 的声衰减，试求该不连续性的当量。 定量定量 解： 试块的平底孔埋深与不连续性的埋深相同， 不连续性的波幅比平底孔高40-355dB 考虑到表面补偿，所以不连续性的波幅应 为：5dB2dB7dB，所以，该不连续性的 当量为：27dB。 定量定量 例11 用2.5P14Z直探头，对厚度为350mm的钢工件探伤，发现距探测面200mm处有一反 射体，此反射体回波高度比平底孔试块150/2（即埋深为150mm，孔径为2mm）的平底孔 回波高度高11dB，忽略材质

21、衰减，求该反射体的当量平底孔尺寸。 定量定量 解： 因为 222 2 14 20 444 5.85 DfD Nmm c 所以，反射体和平底孔的埋深均大于3N，故可以用当量计算法进行评定。 将x=200mm， j x=150mm， j d=2mm，dB=11dB，=0, 代入式4-7，可得： 11 4040 2 200 10105() 150 dB j j d x dmm x 即此反射体的当量平底孔直径为5mm。 定量定量 例16 用2.5MHz、14直探头对厚度420mm的钢质工件进行检测，在210mm处发现一反 射体，此反射体回波比工件底波低26dB，如图4-19所示，求此反射体的当量尺寸。 （已知钢 中纵波声速为5850m/s） 定量定量 测长法 半波高度法、端部峰值法。 定性定性 定性 回波特性 经验积累 记录与报告记录与报告 RECORDS & REPORTS 记录 报告