超声波检测缺陷自身高度的测定

1、超声波检测缺陷自身高度的测定设备的安全可靠性除与缺陷长度有关外，还与缺陷自身高度有关。在脆性断 裂破坏中，有时缺陷高度比长度更为重要。然而缺陷高度测定比长度困难更大。 迄今为止，缺陷高度测定，还处于研究阶段。虽然测定方法较多，但实际应用时， 测量精度不高，误差较大。下面介绍几种用得较多的方法。这里的缺陷包括表面开口和未开口缺陷，表面开口缺陷又分为上表面开口和 下表面开口两种情况。1表面波波高法如图6.31所示，表面波入射到上表面开口缺陷时，会产生一个反射回波， 其波高与缺陷深度有关。当缺陷深度较小时，波高随缺陷深度增加而升高。实际 探测中，常加工一些具有不同深度的人工缺陷试块，利用试块比较法来

2、确定缺陷 的深度。图6.32单探头表面波时延法图6.32单探头表面波时延法图6.31表面波波高法.2表面波时延法(1)单探头法：如图6.32所示，仪器按表面波声程1：n调节比例，表面 波在缺陷开口 A处和尖端B处产生A、B两个反射回波。根据A、B波前沿所对的 水平刻度值T a、T b确定缺陷深度h。h =巫二)(6.19)2这种方法只适用于深度较大的开口缺陷。深度太小，难以分辨。缺陷表面过于粗糙，测试误差增加。如果缺陷中充满了油或水，误差会更大。(2)双探头法：如图6.33所示。仪器按表面波声程1：n调节比例，先将 两个一发一收的表面波探头置于无缺陷处的工件表面，这时示波屏上出现一个波H1，记

3、录该波前沿的刻度值T 1和两探头之间距a，然后将两探头置于缺陷两测， 间距保持不变，这时发射探头发出的表面波绕过缺陷被接收探头接收，示波屏上 出现一个波.，其水平刻度值为r2这时缺陷的深度h为:(6.20)泌T ) h 2L(6.20)2图6.33图6.33双探头表面波时延法这种方法只适用于测量表面开口缺陷。实验室测试误差可达土 1mm。但当缺 陷内含油或水等液体时，表面波有可能跨越缺陷开口，使测试误差大大增加。此 外，缺陷端部太尖锐，接收到的波低甚至接收不到。还有缺陷表面过于粗糙，接 收回波低，且误差增大。.3端部回波峰值法如图6.34所示，当横波斜探头主声束轴线打到缺陷端部时，产生一个较高

4、 的回波F。根据探头前沿至缺陷的距离a和探头的K盘)值可得缺陷深度h为:(6.21)式中1探头前沿长度。图6.34横波端部回波峰值法试验表明，缺陷深度的测试误差与探头的K （乃）值有关。当K值大于1.0 时误差较大。当K=1.0时误差较小。利用端部回波峰值法还可测定表面未开口缺陷的高度，如图6.35所示。当 声波主声束轴线入射到缺陷中部时，由于缺陷表面凹凸不平，示波屏上将产生回 波F。当探头前后移至1、2处时，波束轴线打到缺陷上、下端点，产生较强的 回波F、F，据1、2处的声程x、x和探头的K（p）值可求得缺陷自身高度h：1212h = x cos P, h = x cos Ph = h h

5、= （x x ）cos P（ 6.22）利用探头1、2处的间距a也可求得h：h =三=-（6.23）tgP K图6.35端部回波峰值法测未开口缺陷当缺陷倾斜时，根据缺陷端部回波声程和探头的K （乃）值，利用有关的几 何关系同样可以求得缺陷的尺寸。具体方法这里不再赘述。这种方法对于上端点至表面的距离小于5mm和缺陷，测试困难大。横波端部回波峰值法是目前应用较广的一种方法，其测试误差较小。特别是 采用点聚焦探头来测试，精度更是明显提高。.4横波端角反射法如图6.36（a）所示，横波入射到下表面开口缺陷时产生端角反射回波，其 回波高与缺陷深度h同波长X之比h/K有关。如图6.36（b）所示，缺陷深度

6、 在2mm内，波高随h/X的变化不是单调的，而是起伏变化。特别是探头（） 值较大，这种起伏变化更大。因此实测中常用对比试块来测定缺陷的深度。这种 方法用于测试下表面开口缺陷深度。h/ X（b）矩形糟回波专曲关系h/ X图6.36横波端角反射法（a）矩形槽试块（b）矩形槽回波与h 关系.5横波串列式双探头法如图6.37所示，对于表面光洁且垂直于探测面的缺陷,单探头接收不到缺陷 反射波。需用两个K （乃）值相同的斜探头进行串列式探测来测定缺陷的高度。 这时两个探头作一发一收，当工件中无缺陷时，接收探头接收不到回波。当工件中 存在缺陷时，发射探头发出的波从缺陷反射到底面，再从底面反射至接收探头， 在

7、示波屏上产生一个回波。该回波位置固定不动。两探头前后平行扫查，确定声 束轴线入射到缺陷上下端点时的位置A、A，和B、B。然后根据探头A、B处的 距离Ab和K（6 ）值求得h：(6.24)h _ ab _ ab _ h _ h _ tgg _ k 2k 2(6.24)式中H1探头A、A位置的间距；H2探头B、B位置的间距。图6.37横波串列式双探头法图6.38串列式扫查死区(6.25)(6.25)串列式双探头法测定缺陷下端点时，存在一个探测不到的死区，如图6.38所 示。死区高度h取决于两探头靠在一起时两入射点的距离b （即探头长度）h =上 2tgP探头的折射角，K=tg6。这种方法用于测试表

8、面未开口缺陷高度。.6相对灵敏度10dB法如图6.39所示，先用一次波找到缺陷最高 回波，前后移动探头，确定缺陷回波下降10dB 时探头的位置A、B。最后根据A、B位置的声 程xx2和K（6 ）求得h：h = % cos P 一 % cos P（6.26）2211式中66 2声束轴线声压下降10dB时 的折射角，可用试块上的人 工缺陷测定。相对灵敏度法也可采用6dB、20dB法测定，测试方法同10dB法。目前国内 处用得较多的是10dB。.7衍射波法图6.39.7衍射波法10dB如图6.40所示，将两个K（6 ）值相同的斜探头置于缺陷两侧，作一发一 收。发射探头发出的波在缺陷端部产生衍射。被接

9、收探头接收，平行对称移动探 头找到最高回波。这是缺陷深度h为：图6.40衍射波法aa h =(6.27)aa h =(6.27)2tgP2 K这种方法适用于检测高度N3mm的表面开口缺陷。测试误差约1 2mm。.8 6dB 法如图6.41所示，当横波斜探头主声束轴线打到缺陷端部时，产生一个较高 的回波F。，当F。降为半波高度（6dB法）时，探头前沿至缺陷的距离a和探头（6.28）的K （乃）值可得缺陷深度h为:（6.28）tgPK式中：l 探头前沿长度。图6.41横波端部回波峰值法利用、6dB法还可测定表面未开口缺陷的高度，如图6.42所示。当声波主 声束轴线入射到缺陷中部时，由于缺陷表面凹凸不平，示波屏上将产生回波F。， 探头前后移动波束轴线打到缺陷上、下端点，产生较强的回波F、F，当F、F1212降为半波高度（6dB法）时，探头位于