德国Krautkramer公司关于DGS曲线图的解说

1、德国Krautkramer公司关于DGS曲线图的解说（夏纪真2005/09选译自德国Krautkramer公司超声探头产品数据手册中的解说部分第17节） 17.DGS曲线图 DGS曲线图是DGS方法的基础，各个字母的意义是：D=距离，mm；G=增益差，dB；S=当量反射体尺寸（圆片，直径Df，mm）。在DGS曲线图中，距离与来自“大反射体”和“小反射体”回波幅度的从属关系是按无衰减介质（=0dB/m）情况下画出的。因此，DGS曲线图精确地描述了“距离规律”仅与声束和反射体的形状相关。17.1 当量反射体尺寸（Df）利用无损检测方法确定不连续性的“真实尺寸”是非常困难的，因此，一种方法就是采用“

2、当量反射体尺寸Df”来描述不连续性。“当量反射体尺寸”表达了关于小的材料缺陷的形状、位置和反射特性的概念。如果在测量时给定了当量反射体尺寸，而不考虑与“真实尺寸”的偏差，其优点是可以得到可重现的结果。可重现性（例如经由一个检验者重复验证的结果）是每种无损检测的一个基本的要求，以保证置信度与可靠性。图20按照DGS方法，当量反射体是一种圆片形状的反射体，声束的声轴线垂直入射到它的中心，并且100%反射（图21）。根据DGS方法确定的“缺陷尺寸”是指在不连续性所在位置上确定的圆片反射体的尺寸，其回波振幅与实际不连续性的回波振幅相等。圆片反射体尺寸的量值用反射圆片的直径Df表示。 17.2 回波振幅

3、比较利用超声波确定当量反射体尺寸是基于两个回波振幅的比较。把来自 未知反射体的回波与已知反射体或参考反射体的回波作比较。未知的不连续性用经确定的当量反射体尺寸表示。在试验实践中，可以利用不同类型的反射体作为参考 反射体。于是，当利用直波束和TR探头进行试验时，通常利用一个声波垂直入射的平底面。它既可以是被检测工件本身的底面，也可以是参考试块的底面。作为一 个规则，在使用角波束探头时，是不能得到与声束垂直的底面的。因此，常常使用标准参考试块K1(DIN54120)和K2(DIN54122)的圆柱表面 作为参考反射体。底面是“大反射体”。其回波遵循底面回波或者来自无限延伸的大平表面的距离曲线-在D

4、GS曲线图中用符号标示。除了底面回波曲线以外，DGS曲线图包含了不同直径(mm)的圆片（当量反射体）的距离曲线。借助DGS曲线图中回波振幅曲线，我们可以得出两个随意的反射体在随意的距离上回波之间的振幅差异，以增益V（分贝dB）表示（图24）。图21例G：探伤仪 USIP11探头 MB2S-N，D系列试样 钢ST-52-3，70x70x140mm，具有直径1mm，深度40mm和10mm，以及直径0.5mm，深度40mm的平底钻孔（图22）。任务G1：第一和第二次底面回波振幅之间的差异是多少dB？（位置） 任务G2：底面回波（位置）与埋深30mm，直径1mm的当量反射体回波（位置）之间相差多少dB

5、？任务G3：底面回波（位置）与埋深30mm，直径0.5mm的当量反射体回波（位置）之间相差多少dB？任务G4：埋深30mm和60mm，直径1mm的两个当量反射体回波（位置和）之间相差多少dB？图22任务G5：埋深30mm，直径1mm和0.5mm的两个当量反射体回波之间相差多少dB？答案：参见上述探头数据页中的数据和DGS曲线图。任务G答案（图23）： 任务G1：V1=6dB任务G2：V2=28dB任务G3：V3=40dB任务G4：V4=12dB任务G5：V3-V2=40dB-28dB=12dB例G注解：任务G1的解决方案是讲述远场中对于同一底面的回波在两倍距离（两倍的试样厚度）情况下导致回波振

6、幅降低6dB（“大平面反射体”的距离规律）。任务G4的解决方案是讲述远场中对于同一圆片形状缺陷的回波在两倍距离情况下导致回波振幅降低12dB（圆片反射体的距离规律）。任务G5的解决方案是讲述远场中对于两倍的圆片直径导致回波振幅增加12dB（圆片面积与回波振幅之间的线性关系）。17.3 根据DGS曲线图确定当量反射体尺寸（Df）如果圆片反射体的直径和“埋深”为已知，则可以图23从DGS曲线图读出该当量反射体与一定的底面回波的回波振幅差（增益差V dB）。如果知道两个当量反射体（不连续性）的距离以及它们的当量反射体尺寸Df，它们之间的增益差V也是可以确定的。如果其中一个不连续性的当量反射体尺寸Df

7、为未知，但是知道两个不连续性之间的距离和作为回波振幅差的定量值增益差V，则该探查的不连续性的当量反射体尺寸Df（圆片直径，mm）可以根据这些来获得（图24）。 例H：试样为锻件，直径200mm，长250mm，声衰减可以忽略。任务H1：使用探头B2S-N，D系列进行试验。以底面回波达到2/5荧屏高度时的增益设置=26dB。界面回波位置=200mm深度。不连续性界面回波达到2/5荧屏高度时的增益设置=40dB。该不连续性的当量反射体尺寸是多少？任务H2：使用TR探头MSEB4H，D系列进行试验。厚度30mm锻制钢板回波达到2/5荧屏高度时的增益设置=12dB。不连续性回波的位置=20mm埋深，该不

8、连续性界面回波达到2/5荧屏高度时的增益设置=26dB。该不连续性的当量反射体尺寸是多少？图24任务H3：使用斜探头WB45-2，E系列进行试验。来自参考试块K1圆弧的回波达到2/5荧屏高度时的增益设置=18dB。不连续性位于声程=270mm处，该不连续性回波达到2/5荧屏高度时的增益设置=52dB。该不连续性的当量反射体尺寸是多少？ 答案：参见上述探头数据页中的数据和DGS曲线图。任务H1（图25）：不连续性的当量反射体尺寸是8mm直径。任务H2（图26）：不连续性的当量反射体尺寸是2mm直径。任务H3（图27）：注释：参考试块K1的圆柱表面（象限）并非17.2节中解释的“底面”，因为它是一

9、个大的曲面反射体。此外，参考试块很窄（25mm厚），以至声束受到侧 面的限制-取决于所用探头的类型。因此，来自参考试块K1的100mm象限的回波振幅不能等同于垂直入射到平底面的回波振幅。如果在斜探头的DGS曲线图 中直接把参考试块K1(或K2)的圆柱表面回波如同底面回波当作参考回波*处理，以增益dB测量参考回波与不连续图25性回波的振幅差，则在计算增益差时需要加上振幅修正值Vk*予以修正，这已经在斜探头DGS曲线图右上角标示区域中体现出来了。对于WB45-2，E系列的斜探头，其振幅修正值Vk1(R100)=-0.5dB是很小的负值，因此在这里可以不予考虑。故而任务H3的答案是：不连续性的当量反

10、射体尺寸为直径3mm。*参考回波见第14节“增益余量Vr”*振幅修正值Vk.表示来自参考试块K1（R=100mm，Vk1）或K2（R=25mm，Vk2）圆柱表面的回波比相同距离的平底面回波大多少dB（Vk=+.dB）或者小多少dB（Vk=-.dB）。在斜探头DGS曲线图中给出的振幅修正值Vk基本上都是必须考虑的。对于E或D系列斜探头关联 DGS刻度板MAD32(WB.)；MAD42(MWB2.)，MAD44(MWB4.)或 LAD32(WB.)，LAD42(MWB2.)以及LAD44(MWB4.)不需要考虑这些振幅修正值，因为这些修正值已经在相应的调整指 令中并入了！图26图2717.4 缩短

11、的投影距离（a） 在E系列斜探头WB.和MWB.的数据页中，您可以发现DGS曲线图带有两种距离刻度，距离刻度a(mm)和b(mm)。距离a(图28)代表从探头入射点开始的声路，沿声束的声轴线前进直到反射体。为了确定当量反射体尺寸，通常不需要其他的距离刻度。图28图29鉴于简单定位方法的需要，首先从声路确定投影距离a'，然后据此得到“缩短的投影距离”b(所选择的字母是任意的；例如E系列按文献常用的s代替a，a'代替b)。探头（探头楔块）前沿与不连续性位置在试样表面投影点之间的距离就是缩短的投影距离。对于任务H3的补充问题：声路a=270mm时，不连续性位置的缩短的投影距离b是多少

12、？答案：参见图29。下拉一条垂线通过当量反射体尺寸为3mm直径的不连续性直到a=270mm再到缩短的投影距离刻度，结果是：b=170mm。对于任务H3的补充：自然，如果从荧屏刻度上不是以声路而是以缩短的投影距离b读出至不连续性的距离，它也可以确定当量反射体尺寸。图3017.5 测量声衰减（）在超声检测中，材料中的衰减常常扮演次要的角色，即它小至可以忽略（例如用2MHz纵波检测锻件）。但是它并不是可以永远忽略的！因此在这里所描述的方法是借助DGS曲线图，使得有可能确定声衰减系数，在大多数情况下，对于超声检测的准确性是足够的了-探头上的反射损失因为很小而可以忽略*。如果试样的厚度至少等于三倍近场长

13、度，则这种应用是优先近似的。* 具有“硬保护膜”的探头是不适合的，因为它们的反射损失是不能被忽略的。17.5.1 垂直声束被检测材料为两面平行的工件时将产生一个底波序列，工件厚度为“d”（图30）。采取良好的耦合，测量前面两次回波的振幅dB差，表示为Vg（图31）。根据大反射体（底面）的距离规律，在曲线图上距离“d”和“2d”的回波之间必然存在一个振幅差Ve（图32）。如果“d”等于或大于三倍近场长度N（d3N！），则Ve应该总是6dB。近场长度N：见第二节和所述探头的数据页。由于衰减导致增益变化的计算如下：Vs=Vg-Ve，则衰减系数由下式获得：=Vs/2d图31图32例K：厚度d=300m

14、m的两面平行的钢参考试块。 任务K1：使用直探头B4S-N，D系列，测量衰减。来自距离300mm的第一次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=28dB；来自距离2x300mm的第二次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=40dB；确定声衰减系数！任务K2：使用直探头B2S-N，D系列，测量声衰减。来自距离300mm的第一次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=30dB；来自距离2x300mm的第二次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=36dB；确定声衰减系数！任务K1答案（图33）：Vg=40dB-28dB=12dBVe=6dBVs=12dB-6dB=6dB=6dB/600mm=0.01dB/mm 或 10

15、dB/m图33任务K2答案（图34）：Vg=36dB-30dB=6dBVe=6dBVs=6dB-6dB=0dB=0 K2答案的注释：该结果意味着利用给定的方法不能测量出衰减。作为规则，对于实际相关的超声检测，就意味着衰减可以忽略。17.5.2 倾斜声束这里使用两个具有相同折射角的斜探头（参见第7节）。斜探头相互正对置于具有平行面的被检测材料工件表面上，把探伤仪开关转换成TR工作状态，一个探头作为发射探头S，另一个探头作为接收探头E，有相继的两个位置E1和E2（图35）。使第一次直通波达到最大（此时接收探头的位置在E1！），调整到一定的参考高度（例如3/5荧屏高度，图36）。记下此时增益V1的d

16、B值和距离S1（应预先精确调整脉冲回波的工作范围）。现在使第二次直通波达到最大（此时接收探头的位置在E2），借助dB增益控制调节到上述的参考振幅（图37）。图34记下所调节增益V2的dB值和距离S2。计算增益差：Vg=V1-V2（dB）。计算距离差：S=S2-S1（mm）。根据DGS曲线图（图38）得到距离S1和S2之间的回波振幅差，符合大反射体（曲线=底面=直通波）的“距离规律”，这个差值是Ve。由于衰减造成的增益变化计算如下：Vs=Vg-Ve图36图35图37图38则得到声衰减系数的结果是：=Vs/2·S 例L：平行面的钢参考试块任务L1：使用两个WB45-2，E系列的斜探头测量

17、声衰减。第一次直通波的声路S1=200mm，第二次直通波的声路S2=400mm；第一次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=42dB，第二次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=51dB。确定衰减系数！任务L2：使用两个MWB70-4，E系列的斜探头测量声衰减。第一次直通波的声路S1=50mm，第二次直通波的声路S2=100mm；第一次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=12dB，第二次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=21dB。确定声衰减系数 ！任务L1答案（图39）：Vg=51dB-42dB=9dBVe=5dBVs=9dB-5dB=4dBS=400mm-200mm=200mm=4dB/400

18、mm=0.01dB/mm 或 10dB/m任务L2答案（图40）：Vg=21dB-12dB=9dB图39Ve=4dBVs=9dB-4dB=5dBS=100mm-50mm=50mm=5dB/100mm=0.05dB/mm 或 50dB/m 17.6 考虑衰减的缺陷可探测性如果衰减很小以至可以忽略，借助增益余量Vr，根据DGS曲线图（见第14章）可以确定各种距离的缺陷的可探测性（当量反射体尺寸）。图40图41图42如果存在的衰减不容忽略，则在DGS曲线图中标注的衰减曲线给出衰减影响当量反射体尺寸可识别性的有关信息。必须输入相应的增益Vs变化，并且由于声衰减，要按这样的公式计算：Vs=2S·

19、;不管是已知的还是计算得到的衰减系数，对于S，任意选择距离值S1到S6（图41）。在Vr线（理想的缺陷探测线）上相应的距离处输入对应的Vs值（Vs1.Vs6）。声衰减曲线K将从当量反射体尺寸范围分割出可辨识的当量反射体尺寸范围（K曲线上方）和不可辨识的当量反射体尺寸范围（K曲线下方）。 例M：探伤仪：USL32探头：MWB70-4，E系列声衰减系数：0.06dB/mm任务M1：一个当量反射体尺寸Df=1mm，声轴线上距离a=100mm的不连续性还能够被清楚地探测到吗？任务M2：一个当量反射体尺寸Df=1mm，缩短投影距离b=300mm的不连续性还能够被清楚地探测到吗？任务M1答案（图42）：可

20、以，因为在距离a=100mm处作垂线与当量反射体尺寸Df=1mm的曲线交点清楚地位于=0.06dB/mm的衰减曲线的上方范围。任务M2答案（图43）：不可以，因为在缩短投影距离b=300mm处作垂线与当量反射体尺寸Df=1mm的曲线交点清楚地位于 =0.06dB/mm的衰减曲线的下方范围。17.7 考虑衰减的当量反射体尺寸的确定在确定当量反射体尺寸的时候，考虑衰减影响的最可靠的方法是首先确定不考虑衰减时的当量反射体尺寸Df1（见17.3节）。然后确定底面回波振幅因为衰减而减少的值，作为Va2。再计算不连续性因为衰减造图44图43成的回波振幅的减少，作为Va1。比较底面回波和不连续性回波之间由于

21、衰减作用导致的虚假值是：Va=Va2-Va1确定的当量反射体尺寸Df1是不正确的，因为至今尚未考虑衰减的影响。正确的当量反射体尺寸应该是从Df1点作垂线下降（Va0）或上升（Va0）。 例N：任务N1：直径200mm，长250mm的铸钢试样。2MHz纵波时的声衰减系数=0.02dB/mm。试验用探头为B2S-N，D系列。来自250mm的底面回波（2/5荧屏高度）增益设置=42dB。不连续性的界面回波位置在深度100mm，回波振幅（2/5荧屏高度）的增益设置=62dB。该不连续性的当量反射体尺寸是多少？任务N1的答案（图45）：Vg=62dB-42dB=20dB因为没有考虑衰减，该不连续性不正确

22、的当量反射体尺寸Df1=3mm；衰减修正：根据Va=2·S，钢铸件底面回波得到：Va2=2x0.02dB/mmx250mm=10dB；深度100mm处的不连续性：Va1=2x0.02dB/mmx100mm=4dB；则：Va=10dB-4dB=6dB衰减修正Va导致实际当量反射体尺寸Df2=约2mm任务N2：试验对象是厚度25mm的焊缝。4MHz横波时的声衰减系数=0.06dB/mm。试验用探头为MWB70-4，E系列。来自参考试块K2的R=25mm圆柱面回波（2/5荧屏高度）的增益设置=18dB；圆柱表面回波振幅修正值VK2,R25=2dB（根据第17.3节H3）。于是：来自25mm

23、声路的底面回波增益设置=20dB（圆柱表面回波修正后）。不连续性回波位于声路150mm处，不连续性回波（2/5荧屏高度）的增益设置=62dB。该不连续性的当量反射体尺寸是多少？任务N2的答案（图46）：Vg=62dB-20dB=42dB因为没有考虑衰减，该不连续性不正确的当量反射图45图46体尺寸Df1=1.3mm；衰减修正：根据Va=2 ·S，来自参考试块K2的声路25mm的底面回波得到：Va2=2x0.06dB/mmx25mm=3dB；声路150mm处的不连续性：Va1=2x0.06dB/mmx150mm=18dB；则：Va=3dB-18dB=-15dB。声衰减修正Va导致实际当

24、量反射体尺寸Df2=3mm。N2答案的注释：负数的Va意味着对Df1的向上提升修正，因为衰减导致Df1表现太小。17.8 借助DGS曲线图的传输修正图47DGS曲线图的所有应用都是基于两个回波振幅的比较。曲线图仅仅是给出“大反射体”和“圆片反射体”的距离规律。如果有明显的材料衰减，则如所说明的，必须考虑附加量。现在的问题是还有没有其他未考虑的影响存在能够明显地降低结果。试样的表面特性有可能存在值得注意的影响，因为探头与试样的耦合质量与其相关。图48如果是在相同耦合状态下进行回波比较（例 如来自相同试样的底面回波和缺陷回波，图47A），则参考回波与评估回波的表面影响是相同的并因此对测量不会有任何

25、影响。但是，如果底面回波来自具有光滑 平坦的表面（图47B，图48D），而缺陷回波来自具有粗糙平表面的试样（图47C，图48E），则缺陷回波将由于耦合损失变得很小，导致比较得到的结果 不正确。如果试样的表面粗糙并且还存在曲面(图48F)，则缺陷回波将会小很多，使得比较的结果完全无用。如果仍然希望或者必须从具有不同表面质量的参考试块和试样进行比较，则需要尽可能精确地测量耦合差。在从大多数情况下具有理想的表面质量的试块过渡到大多数情况下低于理想表面质量的试样上时，必须考虑耦合差异（传输修正）。 17.8.1 垂直波束的传输修正图49由于底面回波可以来自试样，因此通常可以 是不需要的。即便底面粗糙，

26、也不会对波峰至波谷高度未达到波长数量级的回波振幅产生显著影响。如果试样的孔径大于所用探头近场长度大约3.7倍，则整个圆 柱试样（图49A）可以与平底面试样进行比较-即把曲面底面看作是一个纯正的“大反射体”（同样使用非圆底面的探头！）。但是，如果把钻制的圆柱形试样内 孔作为参考反射体（图49B和C），则钻孔回波不能用作当量的底面回波。利用钻孔的回波增益设置将会太高。在这种情况下，要从诺模图（图50）获得利用钻孔时的增益dB减少值。诺模图提供的近似值在试验频率24MHz时能得到良好的结果。 例O：探头：B2S-N，D系列试样：200mm直径的钢圆柱体任务O1：利用直径100mm的中心钻孔作为当量反射体。借助该钻孔回波设置增益应减少多少dB？任务O2：利用直径50mm的中心钻孔作为当量反射体。借助该钻孔回波设置增益应减少图50多少dB？ 任务O1答案（图