超声波脉冲反射法探测辊身几何形状

超声波脉冲反射法探测辊身几何形状

超声脉冲反射法用于铸造辊的超声检测。在进行全轴向穿透时,轧辊的特殊几何形状引起了超声波的变型、反射和衍射,产生了与缺陷显示相混淆的非相关显示,从而影响了探伤工作的顺利进行,甚至引起错判和误判,造成经济损失。1试验确定与非相关指示的位置1.1辊颈尺寸试验系统(1)选择优质铸钢轧辊为研究对象,要求轧辊的表面粗糙度≤6.3μm。(2)测出轧辊各部位尺寸(图1),即辊颈直径d1、辊身直径d2、辊颈长度L1、辊身长度L2和轧辊全长L。(3)连接USM3S探伤仪和B0.5SL探头,接通电源,待性能稳定后即可进行试验。(4)根据辊身直径d2在辊身上调节好水平线性比例。(5)进行全轴向穿透,读出非相关显示的位置,并记录。1.2辊身或辊身底波统计大量的试验结果发现,轧辊全轴向穿透时有三处非相关显示,它们位于辊身的变径附近以及另一端的辊径上,如图2所示,E1,E2和E3表示非相关反射信号,其声程相当于辊身的位置(图2),图中B1为辊身底波,B2为全轴向底波。对不同规格的轧辊进行批量试验,得出各类轧辊非相关显示的位置,见附表。2u3000辊身底波后置波3和3位置非相关显示是由于超声波的传播特性引起的。在变径附近产生E1是由于超声波具有绕射特性,当超声波到达变径位置时,会发生绕射,从而使侧面产生回波,即非相关显示E1,如图3。绕射角度β与变径曲率半径D有关β=70D(rad)(1)β=70D(rad)(1)E2,E3在辊身底波B1和全轴向底波B2之间产生,即在另一端辊颈上产生。它们是由狭长工件侧壁造成波型转换而使辊身底波后置引起的,多次波型转换后的辊身后置波会落在全轴向底波之后,这时无须考虑。另外,由于工件狭长,波型转换位置的前后声程的影响可以忽略。如图4所示,声波在直径为d的狭长工件内传播,假设在A点发生全反射,由反射定律可得sinαsinθ=CSCLsinαsinθ=CSCL式中CL——工件中的纵波声速CS——工件中的横波声速由于工件狭长,θ→90°,则sinα≈CSCLsinα≈CSCL由于在AB段内传播横波所用时间t1为t1=ABCSt1=ABCS又由于AB=d/cosα,则t1=dCS⋅cosα=dCS1−sin2α√=dCS1−(CSCL)2√t1=dCS⋅cosα=dCS1-sin2α=dCS1-(CSCL)2当声波直接到达工件底面时,在CB段所用时间t2为t2=d⋅tgαCL=d⋅sinαCL⋅cosα=d⋅CSC2L1−(CSCL)2√Δt=t1−t2=dCS1−(CSCL)2√−d⋅CSC2L1−(CSCL)2√=dCS1−(CSCL)2√=dCL(CLCS)2−1√t2=d⋅tgαCL=d⋅sinαCL⋅cosα=d⋅CSCL21-(CSCL)2Δt=t1-t2=dCS1-(CSCL)2-d⋅CSCL21-(CSCL)2=dCS1-(CSCL)2=dCL(CLCS)2-1其置后声程为S=CL×Δt2=dCL(CLCS)2−1√×CL2=0.5d(CLCS)2−1−−−−−−−−−√(2)S=CL×Δt2=dCL(CLCS)2-1×CL2=0.5d(CLCS)2-1(2)取钢中的声波CL=5900m/s,CS=3230m/s,代入式(2)得S=0.76d(3)S=0.76d(3)将辊颈直径d1、辊身直径d2分别代入式(3)可得到轧辊辊身底波的后置波E2和E3的位置。E1的位置可按声波到变径处并发生圆周绕射所经历的总声程来计算,即LE1=L1+(d2−d1)×π4(4)LE1=L1+(d2-d1)×π4(4)改变声波频率和发射重复频率对以上讨论的非相关显示没有影响,但其它某些非相关显示如幻象波(phantasmwave)、假信号等一般与声波频率和发射重复频率有关,本文不再进行讨论。3非相关证明的确认3.1果进行对比附通过计算得出各类轧辊非相关显示的位置,并与试验结果进行对比(附表)。可知,E2和E3的位置是相吻合的,但由于变径的曲率直径难以确定,使E1的位置计算误差较大,但可从理论上确定产生非相关显示的位置。3.2辊身表面核心显示利用一发一收两个探头进行探伤,将发射探头置于辊颈端面,接收探头先后置于辊身表面和辊身端面B1处,辊身表面会接收到一个信号,它代表着E1;同时辊身端面B1处会接收到三个信号,它们分别代表底波B1和非相关显示E2,E3。当用反射法探伤发现非相关显示时,用油刷拍打变径处的辊身表面,E1会随之跳动;拍打辊身端面时,E2,E3也会随底波B1跳动,则可证明E1,E2和E3为非相关显示。否则,E1为辊身缺陷显示,E2,E3为辊颈缺陷显示。4非相关显示(1)非相关显示分别在轧辊E1,E2和E3位置出现(图2),可根据轧辊规格准确计算出它们出现的位置。(2)非相关显