超声仪参考块的设计

超声仪参考块的设计

6.3距离波幅曲线rc的方法6.3.1类试件随机对照试验的要求是，在检测时间间隔内，有几种不同声程的反射体。试块和反射体的最小尺寸及布置,详见附录B。附录B给出的技术条件通常适用于Ⅰ类试件,如认为可以,也可用于Ⅱ-Ⅴ类试件。注意,由于死区影响或近场干扰,还有短于最小声程距离无法正常评价信号的区域。DAC参考试块可为:(1)通用试块,其衰减小而均匀,具有规定的表面粗糙度,且Tb=±10%To(Tb:试块厚度;To试件厚度);(2)专用试块,其声学特性、表面粗糙度、几何形状和表面曲率与试件相同。当为第一种情况时,在DAC可直接应用前,应先对衰减、曲率和耦合损失进行修正。6.3.2电子稳定性测量方法距离波幅曲线如下所述,可直接绘在仪器示波屏面板上,或绘在单独的坐标纸上。可用电子方法支持。使用带时控增益(TCG,也称“扫描增益”)的仪器时,增益调整能使DAC变成一条水平线。6.3.2.标准增益值试块方案2先将时基线调到要用的最大声程距离,再将增益调到使一组反射体的回波为20%～80%满屏高。当为斜探头时,反射体可用一次波(0s～0.5s),也可用二次波(0.5s～1.0s)探。然后,在增益值不变的情况下,将各最大回波的峰值位置标在示波屏面板上,再将各点连成距离波幅曲线。若最大回波和最小回波高度不在满屏高20%～80%范围内,也可将DAC分开绘制,即用不同的增益值绘出分开的曲线,并将两曲线之间的增益差标明在示波屏面板上。另外,绘制DAC的增益值,也可参照其它反射体的回波,如平底面探头用上述1号校正试块R100mm的90°圆弧面,或Ø3mm横孔的回波。根据标出的增益值,以后不用参考试块,也可重新调整。图9所示为超声仪面板分割式距离波幅曲线。6.3.2.平均回波的测定在单独的坐标纸上绘制距离波幅曲线时,一般程序与6.3.2.1所述相似,但各个反射体的最大回波都要调到同一高度(通常是80%满屏高),记下增益值,并在坐标纸上绘出与声程距离的关系。6.3.2.适当修正和传播修正对按6.3.2.1和6.3.2.2作出的距离波幅曲线,要根据6.5测出的传输损失,进行适当修正。传输修正可任选以下一种方法:(1)在制作过程中修正DAC;(2)绘出第二条修正过的DAC;(3)在评定过程中应用适当的修正值。要考虑与声程有关的衰减修正时,宜用方法(1)和(2);而方法(3)仅适用于传输补偿不变的情况。6.3.3使用评估信号6.3.3.回波体积测定探伤灵敏度应如下调整:移动探头,使DAC参考试块中某一参考反射体的回波高度最大,再调整增益,使回波峰值达到DAC。若传输修正值未计入DAC[以上方法(1)和(2)],则应在相应的声程距离上,按传输补偿值提高增益。或者,距离波幅曲线的增益已根据其它反射体作了调整,那也可用相应的增益修正值取代。然后,按相关标准或工艺规程规定的数值,在扫查前将增益提高或降低。6.3.3.加回波高度应标对所得回波高度差,可如下评价:当增益调节值需从原始值增大XdB时,则回波高度应标为参考水平-XdB;当增益调节值需从原始值减小YdB时,则回波高度应标为参考水平+YdB。6.3.4回波的比较和求解用此法时,缺陷回波高度要与相同或较大声程距离的参考反射体的回波进行比较。将两信号分别用增益调节值Vu和Vr调至相同屏高(即参考高度)。参考高度应为40%～90%满屏高。回波高度差△Hu即可用下式求出:Hu=Vr-Vu(11)6.4距离放大法dgs6.4.1回波高度dgsDGS法是利用理论上推导出的圆盘形反射体的距离波幅曲线,来评价未知反射体的回波高度的。在通用DGS图中,距离和反射体尺寸要标准化。因而,此图与探头(压电元件)尺寸和频率无关。它将距离表示为探头近声场长度Neff的倍数,而将反射体尺寸表示为探头压电元件直径Deff的倍数(见图10和附录D)。由此通用DGS图,可对常用探头型式导出钢的专用DGS图。借此,不用计算就能直接读出当量反射体的尺寸(见图11)。反射体的回波高度可表示为:(1)特定反射体直径在DGS曲线图上的±dB数;(2)在理想条件下,同声程距离时,能给出相同回波高度的圆盘形反射体直径(即当量圆盘形反射体)。6.4.2dgs法测量传输损失用DGS法调整探伤灵敏度时或记录回波高度时,应使用附录B规定的一种参考试块。目的是将DGS图所示增益值与相应参考反射体的回波高度联系起来。校正试块有时也可作参考试块用。斜探头的参考试块尺寸应足够大,以便用双探头V形反射法测量传输损失。参考试块的所有检测面应有相同的粗糙度。可借助于圆弧面反射(如1号校正试块或2号校正试块)用DGS法校正灵敏度,只要已知探头对这些试块的校正系数△Vk。由此△Vk可对圆弧面与平底面之间的声能反射差进行补偿。若△Vk符号为正,则表示探伤增益必须提高△Vk;反之,则表示探伤增益必须降低△Vk。为防止声束在曲面参考试块或试件上产生全反射,试块或试件的曲面直径应满足下列条件:De>Deff·[(C2S/C1L)(1-sinβ)-1](12)式中Deff—换能器有效直径C2S—试件中横波声速C1L—延迟块中横波声速U—探头折射角例如,对换能器有效直径20mm的45°斜探头,钢试件的曲面直径De应大于82mm。6.4.3图像dgs的应用6.4.3.回波高度的修正进行扫查的记录增益Vr(即扫查灵敏度—译注)由下式计算:Vr=Vj+△V+△Vk+△Vt(13)式中Vj—参考反射体回波高度调到满足附录B的要求(即不低于20%满屏高)时所需增益dB值V—在最大声程距离(Smax)上,对应于最小圆盘形反射体的DGS曲线(即记录水平)与实际声程距离(Sj)上测出的参考反射体之间的增益dB差Vk—用凹面参考反射体时的dB差值(见6.4.2)Vt—传输修正dB差值(见6.5)扫查过程中,凡达到或超过示波屏上参考高度的回波高度,均应如下评价:记下回波调到参考高度所需的增益值Vu。随后,将代表参考高度的一条线绘在DGS图上,并在相应声程距离(Su)上标出该回波偏离参考高度的增益差△V=Vu-Vt(见图12)。若标记点在DGS曲线的记录限值以上,则应将回波高度差△H记为同声程上超过DGS曲线的dB值。6.4.3.回波的记录和调整DGS图上与记录界限相应的曲线,应作为参考线从DGS图转到示波屏面板上。注意,DGS图在不同声程时的增益差(△V)是对数,而示波屏面板上的相应刻度则是线性值,即V(dB)=-20lg(h1/h2)(14)式中h1、h2—示波屏上的实际波高(满屏高的%值)在相同声程距离时,参考反射体回波与对应于记录限值的DGS曲线之间的增益差(△V),可在DGS图上求出。随后,使参考反射体的回波高度达到最大,调节增益,将示波屏上的回波峰值调到一定高度。在此位置作出标记,并由此引出转换的DGS曲线。此参考线应为20%～80%满屏高。为做到这一点,参考线和记录增益可在特定区段升高或降低(如图9所示),然后,改变增益(包括△V及6.4.3.1所述各项修正),进行扫查。在扫查过程中,凡观测到等于或超过已修正的DGS曲线的回波,应作如下记录:(1)同声程距离时,超过已修正的DGS曲线的dB数;(2)DGS图上示出的当量圆盘形反射体直径[对应于以上(1)所测出的回波高度差]。6.4.4表面活性剂的要求只有当探头楔块不需要作接触面修正(见3.4)时,才能用DGS法评价回波高度。附录B对参考试块给出的条件,也可用于相关表面的试件。作回波高度评价时,标准化距离A应满足下列条件(A的计算见附录D):A≥0.7(15)而用无延迟声程的直探头作扫查,以及用斜探头作扫查时,壁厚T也应分别满足下列条件:T≥0.7Neff(16)式中Neff—近声场有效长度T≥5λ(17)式中λ—试件中波长6.5传输值的测量6.5.1传输修正值的测定除非探伤灵敏度是在声特性与试件相同的试块上调整外,一般应作传输修正值的测定。修正值用于探伤灵敏度的调整及回波高度的测定。传输修正值由以下两部分组成:(1)接触面上的耦合损失,它与声程距离无关;(2)材料衰减,它与声程距离有关。这里,列举两种测定方法:一种是简单的固定声程法,只对耦合损失作补偿,而对衰减则作最大声程距离时的补偿;另一种是比较法,对耦合损失和衰减同时作补偿。6.5.2回波达到同规格、斜接头的测试环境此法只适用于衰减引起的声能损失比耦合损失较小时的情况,或用于靠近试件底面的反射体,其回波高度要作测定。用直探头时,要测出参考试块和试件的第一次底面回波在示波屏上达到同高度时,所需增益的dB值(分别为Vtt和Vtr)。用斜探头时,要测出同规格的双探头以一发一收形式(声束成V字形)产生相同回波高度时的dB差值。两回波因声程距离不同而产生的dB差理论值(△Vs),应在DGS曲线图上对照大平底测出,而传输修正值△Vt则由下式求出:V=Vtt-Vtr-△Vs(18)6.5.32种方法6.5.3.两直线间的转换先将探头放在参考试块上,记下一次底波和二次底波达到同高度时所需增益调节值(图13中VA1,VA2)。再根据声程距离,在坐标图上标出两点,并将两点连成一直线(图13中直线2)。然后将探头放在试件上,重复上述顺序,得出图13中VB1和VB2两点,也连成一直线(图中直线1)。当声程距离为Su时,传输修正值△Vt即可由两直线之间的增益dB差给出,见图13所示。注意,通过VB1和VB2两点所得直线斜率,并不能给出试件中的实际衰减,因未考虑声束扩散,亦未考虑在检测面上由多次反射传入探头的能量损失。附录E给出了多次反射中接触传输损失的测试方法。6.5.3.双接头增益调节试验此法与直探头测试方法大体上相同,但斜探头是用同规格的双探头,以一发一收的形式测试。双探头的频率与试件探伤用的探头相同。将双探头放在DAC参考试块上,先令声束以V字形传播,再令声束以W字形传播,记下示波屏上回波达到同高度时所需增益调节值(分别为VA1和VA2)。然后,按同样方式,将双探头放到试件上,重复以上顺序(分别得增益调节值VB1和VB2)。在坐标图上,按声程距离标出增益值,连点成线。由一定声程处两线之间的增益差,即可求出传输修正值△Vt。6.5.4测量传播修正如怀疑在受检范围内传输修正值有局部变化,应在有代表性的多个位置作传输修正。若传输修正值高低变化不大于6dB,应对所有测量值取其平均值作为△Vt;若高低变化大于6dB,应采用以下一种方法进行修正:(1)在平均传输修正值△Vt上再加一个等于△V～的数值,此△V～为所有大于△Vt的测量值的平均值。此传输修正新值(Vt+V～)应施用于整个受检范围。(2)将受检范围分成若干区域,使各区传输修正值变化不大于6dB,然后对每个区域施用单独的△Vt值。用斜探头扫查时,应使用直通波信号而不用底面回波。附加a规范c.1入射角诺模图如图C.1所示。c、2.3在外部表面突出表面上扫描并确定声音S=M-(M2-4TN)1/2(C.1)式中M=DecosβN=De-T图1.2.2从外表面用二次波扫查时,声程距离的确定如图C.2所示。St=(1-Q)[M-(M2-4TN)1/2](C.2)式中St—二次波缺陷声程Q=H/2T确定有助于解决目标的图2.3.3的规定从外表面用一次波扫查时,声程距离的确定如图C.3所示。St=Q[M-(M2-4TN)1/2](C.3)式中St—一次波缺陷声程c、3在内部表面凹面上进行扫描，确定音程距离S=-2{Ycosβ-[(Ycosβ)2+TN]1/2}(C.4)式中Y=De/2-Tc.4特征分析从内表面用二次波扫查时,声程距离的确定如图C.4所示。St=-2(1-Q){Ycosβ-[(Ycosβ)2+TN]1/2}(C.5)式中St—二次波缺陷声程确定每相线上所需资源的确定从内表面用一次波扫查时,声程距离的确定如图C.5所示。St=-2Q{Ycosβ-[(Ycosβ)2+TN]1/2}(C.6)回波高度与声程距离通用DGS图通用DGS图是根据理论推导出的曲线图,适用于所有的单探头——有已知自然焦点(即有效近场长度Neff)的直探头或斜探头。该图示出了一系列圆盘形反射体的回波高度或增益dB值与声程距离(用使用探头近场长度的倍数表示)的关系。反射体大小用它与使用探头有效直径的比值表示。通用DGS图示于图10。试验件材料s—D.1距离标准化距离由下式给出:A=(S+Sd)/Neff(D.1)Sd=ld(C1L/C2S)(D.2)式中S—反射体声程距离Sd—探头延迟块的钢中等效声程Neff—探头在试件材料中的近场长度ld—延迟声程长度C1L—延迟块中纵波声速C2S—试件中横波声速对无延迟块的直探头,公式可简化为:A=S/Neff(D.3)回波高度的确定增益V表示示波屏上两回波高度之比的对数:一个是面对探头的大平底回波高度H1,另一个是声程距离为A的圆盘形反射体的回波高度H2,即:V=-20lgH1/H2(D.4)通常,两回波之间的增益差V△是通过观测示波屏上两回波调到同波高时所需改变的增益值来确定的。实际直径ue010与使用接头换能器有效直径deff之比反射体的标准化尺寸是用圆盘形反射体的实际直径ue001φ与使用探头换能器有效直径Deff之比来表示的,即:G=O/Deff(D.5)附属设施其他设施接触传输修正系数的测定扩散损失vd通常,增益V的分贝值由下式给出:V=-20lgA/A0(E.1)式中A、A0—信号幅度声波在传播过程中会遭到三种损失:(1)由探头和材料引起的扩散损失VD。声压随距离增大而减小,如DGS图中曲线所示(图10)。(2)由试件材料引起的衰减损失VA(包括吸收和散射)。通常声压随距离增大呈指数衰减。(3)因探头通过耦合剂与试件接触而引起的接触耦合损失VCT。每当反射声波通过这一耦合层时,一部分能量进入探头,另一部分能量则又返回,引起多次回波(见图E.1)。平板厚度的影响为测定这些并不固定而相关于距离的接触耦合损失,必须设法排除扩散损失VD和衰减损失VA。为使VA和VD在测试过程中保持不变,至少要用三块同材质的平板,用同一探头在不变的耦合条件(耦合剂、负载、静止时间、温度)下进行测试。这三块平板的厚度有如下关系:T3=2T2=4T4。对厚度为T1的平板1,记下所得四回波幅度:即V1((T1),V1(2T1),V1(3T1),V1(4T1)。同样,对厚度为T2的平板2,记下所得两回波高度:即V2(T2),V2(2T2