衍射时差法超声探伤仪校准规范

1本规范适用于采用超声波衍射时差法(time-of-flightdiffraction,TOFD)原理的超声探伤仪(以下简称探伤仪)的校准。JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1034—2005声学计量名词术语及定义GB3102.7—1993声学的量和单位GB/T12604.1无损检测术语超声检测GB/T23902—2009无损检测超声检测超声衍射声时技术检测和评价方法GB/T27664.1—2011无损检测超声检测设备的性能与检验第1部分：仪器NB/T47013.10承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。JJF1001—2011和JJF1034—2005、GB/T12604.1和JB/T4730.1～4730.6界定3.1衍射时差法(TOFD)timeofflightdiffraction,TOFD利用缺陷端点的衍射波信号发现缺陷和测定缺陷尺寸的一种超声检测方法。3.2TOFD图像TOFDTOFD扫查数据的二维显示，由扫查过程中采集的A扫描信号连续拼接而成。同组两个TOFD探头之间在平面或曲面上以最短路径传播的声波。从发射探头经底面反射到接收探头的超声波。3.5探头中心间距(PCS)probecenterseparation,PCS[NB/T一组探头对的两只探头入射点之间的距离。2缺陷上、下端点间的距离。3.9缺陷长度缺陷沿焊缝长度的距离。3.10盲区deadzone[GB/T23902—2009,3.1]由于声源信号干涉，指示可能模糊的区域。4概述TOFD技术是一种依靠从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的“端角”和“端点”处得到的衍射波来检测缺陷的方法，也叫“裂纹端点衍射法”或“尖端反射法”。一般由主机、一对带有楔块的探头、编码器及扫查装置组成。发射探头和接收探头按一定间距相向放置，尽可能使被校缺陷处于两探头间距中点正下方，然后使发射探头向被校焊缝发出一束指向角足够大的斜射纵波声束，折射角(即楔角)宜在40°~75°之间。此声束可充分覆盖整个板厚范围内的焊缝体积。若在缺陷上、下端点能产生衍射波并被同尺寸、同频率的接收探头接收到，则根据沿探测面传播的直通波与由缺陷上下端点产生的衍射波以及底面回波(简称底波)到达接收探头的传播时间差与声速的关系，即可准确地测出缺陷(如裂纹)的埋藏深度和自身高度。探伤原理示意图见图1。缺陷深度计算见公式(1)。t——从发射到接收的传播时间，其中应去除超声信号在探头内部的传播时间(即探头的延迟时间),s3s——两探头人射点间距的一半，mm。5.1接收器带宽接收器带宽一般在探头-6dB带宽的(0.5～2)倍的范围内。5.2发射脉冲上升时间发射脉冲上升时间一般小于可能使用的最高探头标称频率所对应周期的0.25倍。5.3上表面盲区上表面盲区应满足厂家提出的技术要求。5.4缺陷深度、高度及长度测量误差缺陷深度、高度及长度测量误差应满足厂家提出的技术要求。环境温度：0℃~50℃;6.2测量标准及其他设备正弦信号发生器，频率范围100kHz~30MHz,幅值测量误差不超过±1%。带宽DC～100MHz,上升时间不小于3.5ns,时间准确度不超过±0.5%,幅值测量误差不超过士1.5%。最大允许误差不超过±0.5Ω。6.2.4标准衰减器最小步进不大于1dB、总衰减量不小于100dB、输出阻抗为50Ω,且任一10dB6.2.5窄脉冲探头1)中心频率范围：(1～15)MHz;2)-6dB频带相对宽度大于或等于60%;3)两个探头应具有相同的标称中心频率，其中心频率偏差不超过20%。探头夹持部分应能调整和设置探头中心间距，在扫查过程中中心间距和相对角度不变；为超声设备提供探头位置信息，以生成与位置相关的B扫描显示；其驱动部分可以采用马达或人工驱动；参考线(如焊缝的中心线)中心的导向精度宜保持在探头中心间距±10%内。4对比试块应采用与工件声学性能相同或相似的材料制成，其材料中不得有大于或等于φ2mm平底孔当量直径的缺陷；对比试块的外形尺寸应能代表工件的特征和满足扫查装置扫查要求，其厚度应为工件厚度的(0.9～1.3)倍且两者间最大差值不超过25mm;对比试块中的缺陷位置应具有代表性，至少应包含上表面、下表面和内部。本规范采用的对比试块中反射体的形状、尺寸和数量见附录C。6.2.8直尺测量范围(0～500)mm,最大允许误差±0.5mm。6.2.9耦合剂应用有效且适用于对比试块的介质作为超声耦合剂。一般可选水、含添加剂的水(润湿剂、防冻液或防腐剂)、连结剂、油、脂、含水的纤维素糊等。7校准项目和校准方法7.1校准项目探伤仪校准项目见表1。项目名称1接收器带宽2发射脉冲上升时间3上表面盲区47.2校准方法7.2.1校准前的检查探伤仪的外观应完好，无影响正常工作的机械损伤。7.2.2接收器带宽被校被校TOFD超声探伤仪标准衰减器θ输入任意波形O输出1)所用校准设备与被校探伤仪的连接方式如图2所示。将探伤仪置“双”探头工作方式，调节信号发生器使探伤仪的输入正弦信号的峰-峰值电压为1V。52)依次选取不同频带，调节信号发生器改变输入信号的频率，记录探伤仪显示的最大信号幅度所对应的频率fm。3)利用标准衰减器调节上述最大信号幅度，使其在探伤仪上显示为一个全屏幅值100%信号回波。70.7%所对应的频率，该频率即为上限频率fu。70.7%所对应的频率，该频率即为下限频率ft。6)接收器带宽即为上限频率fu和下限频率ft差的绝对值△f。7.2.3脉冲上升时间t,1)所用校准设备与被校探伤仪的连接方式如图3所示。将探伤仪置“双”探头工作方式，发射输出插座连接一个50Ω无感电阻，连接示波器至探伤仪的发射端。2)将探伤仪脉冲重复频率调至最大，调整示波器为下降沿触发状态。3)用示波器测量发射脉冲幅度的10%与90%间对应的时间，图4中的t,为发射脉冲上升时间。4)设置不同发射强度、脉冲重复频率、最大及最小阻尼挡位，按1)、2)、3)步骤重复校准。7.2.4扫查成像前准备7.2.4.1校正编码器1)按仪器说明书要求连接编码器与主机。在开机界面点击编码器进入编码器校正界面。在对比试块上用直尺量好300mm,起始点标记为0mm,结束点标记为300mm,在扫查器上找好一个基准点对准0mm,按照相关被校仪器的操作说明进行62)向前推动扫查器，当基准点对准300mm时，停止推动扫查器，按被校仪器的3)确认后，将自动进入编码器测试界面，推动编码器行走一段距离，若屏幕中显示的数值与实际行走距离误差不超过±3%,表明编码器校正成功，并保存编码器名称，7.2.4.2TOFD参数设置按照被校仪器操作说明，进入TOFD成像参数设置界面。1)基础参数：声速：5930m/s,显示延迟：0mm,抑制：0%。2)激发参数：对带有感抗开关的探伤仪应关闭感抗，激发模式设置为双品。波调节，使用矩形脉冲，其宽度宜在(25～500)ns范围内。一般设置为探头频率周期的一半，对5MHz探头，脉冲宽度设置为100ns,也可根据探头实际情况调节，以获得较小的直通波的周期，并减少脉冲上升时间，提高信噪比。重复频率的设置应与探头移动速度相匹配，若扫描间隔为1mm,每个扫描间隔记录2个A扫数据，扫查速度最快按100mm/s设置，则重复频率至少设置为200Hz,3)接收参数：滤波器带宽一般为最小范围是(0.5～2)倍的探头中心频率。对5MHz的探头，如果其-6dB带宽为3MHz,中心频率为5MHz,则可将低通滤波器设为8MHz,高通滤波器设为2MHz,也可将低通滤波器设为5.75MHz,高通滤波器设为4.25MHz;探头频率范围视探头频率进行选择，对5MHz探头，频率范围宜选择为(0.35~4)测量参数：测量参数以产品说明书方法设定，测量方式为前沿点、探头延迟设定为零点校准7.2.4.3测定探头延迟及楔块前沿距离将两探头相对，找到最大回波，读取声波在楔块中的传播时间，迟，然后按图5所示，用尺子测量两楔块重合距离1,l/2就是楔块的前沿距离。77.2.4.4两探头楔块前端间距1)两探头楔块前端间距设置如图6所示，并按公式(2)计算探头中心间距dg——两探头中心间距，mm;D——工件厚度，mm;θ——楔角，()。按公式(3)计算两探头楔块前沿点间距离L——两探头楔块前沿点间距，mm;dgo——两探头中心间距，mm;l——两探头楔块前沿距离，mm。2)固定两探头，按公式(3)中计算出的距离调整两探头楔块前沿点间距L。3)通过调整探伤仪的声程范围和显示延迟，使屏幕上按标准要求显示直通波(直通波起点位于屏幕最左端)、底波和变形波。7.2.4.5灵敏度设置探头置于对比试块同一侧，使直通波中最高波的波幅达到满屏的40%～80%之间。7.2.5上表面盲区成像扫查校准用盲区试块结构、尺寸等见附录C。1)依据对比试块的厚度确定探头频率、晶片尺寸、楔块角度。2)按7.2.4步骤进行测试前准备。3)将探头放置于试块上无缺陷位置，两探头中心对准所测量埋藏深度的横通孔，按图7所示移动探头并记录图像，当图像结果如图8所示可清晰分辨直通波和横通孔信号时，即可得到上表面盲区小于该盲区距离。8v图8盲区B扫图像4)若图像结果不能清晰分辨直通波和横通孔信号，那么应测试下一个埋藏深度的横通孔，若图像结果仍然不能清晰分辨直通波和横通孔信号，则遵循由浅入深，直到某一个埋藏深度的横通孔的信号能与直通波清晰分辨，该探头组合的近表面盲区为这一横注意：扫查过程中若通耦合不好或图像记录不清晰时，可倒回编码器，覆盖扫查，图像与编码5)扫查完成后，按照被校仪器的程序停止扫查，再按保存键保存测试数据及图像。7.2.6缺陷深度、缺陷高度及缺陷长度测量误差成像扫查1)按7.2.4准备完毕后进行测量。所用校准设备与被校探伤仪的连接方式如图72)当对比试块D≤50mm时，可采用一组探头对测试。当对比试块D>50mm时，应在厚度方向分成若干区域，采用相应的探头对在各区域进行检测。具体厚度分区参考见附录D。3)依据对比试块的厚度，确定被测探头频率、晶片尺寸、楔块角度。4)将探头放置于试块上无缺陷位置，两探头中心对准埋藏缺陷的横通孔，按图7所示移动探头并记录图像。若图像结果可清晰分辨直通波和横通孔信号，则可以保存95)依据被校衍射时差法超声探伤仪操作说明选择测量功能，分别测量所测缺陷的6)按公式(4)计算被校衍射时差法超声探伤仪缺陷的深度测量误差：a被检衍射时差法超声探伤仪缺陷深度测量平均值；d——标准试块中缺陷深度标称值。按上述6)分别计算被校衍射时差法超声探伤仪缺陷的高度和长度测量误差。所有的数据应先多位计算后修约，出具的校准数据均保留一位小数。8.2校准证书经校准的探伤仪应出具校准证书，校准证书至少应包括以下信息：b)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);e)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识；f)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校探伤仪g)如果与校准结果的有效应用有关时，应对被校探伤仪样品的抽样程序进行说明；h)校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k)校准结果及其测量不确定度的说明；1)对校准规范的偏离的说明；m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；n)校准结果仅对被校对象有效的声明；o)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。推荐的校准证书的内页格式参见附录B。8.3校准结果的测量不确定度评定探伤仪校准结果的测量不确定度按JJF1059.1—2012的要求评定，测量不确定度9复校时间间隔探伤仪的复校时间间隔建议为2年。然而，由于复校时间间隔的长短是由探伤仪的使用情况、使用者、探伤仪本身质量等诸多因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。推荐的探伤仪校准记录的内容(°)、探头中心间距(PCS)123校准的技术依据：JJF1447—2014衍射时差法超声探伤仪校准规范校准所使用的标准装置的名称、溯源性及有推荐的超声探伤仪校准证书内页格式发射脉冲上升时间/ns缺陷深度测量误差/mm缺陷高度测量误差/mm缺陷长度测量误差/mm测量不确定度典型的对比试块C.120mm厚对比试块举例见图C.1。C.28mm厚盲区试块举例见图C.2。比对试块≤400mm厚钢的探头推荐性选择深度范围晶片直径1112345附录E衍射时差法超声探伤仪缺陷深度测量误差不确定度的评定实例衍射时差法超声探伤仪缺陷深度测量误差受声束传输时间、轴偏移、探头间距和耦合剂厚度变化、声速变化、声速入射点偏移等因素的影响。下列就衍射时差法超声探伤仪缺陷深度误差测量进行不确定度评定。E.1测量模型8=d-d式中：8——被校衍射时差法超声探伤仪缺陷深度测量误差；a——被校衍射时差法超声探伤仪缺陷深度测量平均值；d——标准试块中缺陷深度标称值。E.2方差及灵敏系数由于f(d,d)中的d,d互不相关，故其合成方差为：u²(δ)=c²(a²)u²(a)+c²(d²)u式中灵敏系数为：E.3单次测量结果不确定度的A类评定不确定度的A类评定由统计的方法获得。用探伤仪对标准试块进行6次重复测量，测量数据如表E.1所示。测量重复性所引入的不确定度分量，即缺陷深度实验标准偏差的最大值为vA=s₁=0.18标称探头角度(厚度测量设定：0～28)5(厚度测量设定：21～70)5E.4不确定度的B类评定E.4.1