超声波探测.doc

6mm-10mm厚铝合金板材超声波探伤方法的研究时间：2006-9-26 0:00:00中国废旧物资网免费注册赢积分 分享到： | 更多 超声波无损检测由于具有操作简单，易设置报警闸门等优点，在航空航天工业领域得到越来越多的应用，它也是铝合金研究和生产中的重要检测手段。我国变形铝合金超声波探伤标准规定的检测范围是厚度等于或大于10mm以上的轧制板材，对6mm10mm厚度范围的板材没有作出规定。但近年来航天工业、核工业等部门的用户均要求对6mm10mm厚度铝合金板材进行纵波A级或B级探伤，而我公司直是采用横波方法探伤。由于我们没有做过相关试验，同时超声波在近场区内有声压极大值和声压极小值的存在，位于近场区内的缺陷往往得不到真实反映，即缺陷尺寸与其反射波高无一定规律。而且仪器与探头组合匹配存在上下盲区的问题，采用纵波探伤时，缺陷不易检出，因为其板厚往往在盲区内，而在盲区内缺陷是无法发现的，根据上述情况，经查找相关资料进行分析，最后确定采用小盲区、高分辨力的大角度，TR双晶组合探头对6mm10mm厚度铝合金板材进行纵波超声波探伤。同时，将小盲区超声波探伤方法推广应用，对及时、准确地发现各类较薄的铝合金材料中存在的缺陷也有重要意义。1 TR探头的适用性TR探头是为了克服般直探头盲区大、分辨力低的缺点而设汁的。采用直探头探伤，由于加在探头上的发射脉冲均具有定宽度，工作时几百伏的发射脉冲电压在激励探头压电晶片的同时，也直接加到接收放大器的输入端，使放大器形成“阻塞”，始脉冲宽度进一步加大，在靠近发射脉冲的段时间范围内，所要求发现的缺陷往往不能检出。因此，对于近表面缺陷采用一般直探头即使使用延迟块，由于发射脉冲与延迟块之间形成反射杂波，缺陷仍很难探出。而TR探头将发射和接收分开，发射脉冲不再直接加到接收放大器的输入端，从而无“阻塞”现象，同时，由于TR探头的前端加有延迟块，缩短厂工件中的近场区长度，使始脉冲移到了延迟块内，而不占据探测区在荧光屏上的位置，加卜有机玻璃延迟块之间隔声层的作用，使得界面波的强度大为减少，从而减小了探伤盲区。而延迟块的声束入射平面均带有定的倾角，倾角的大小取决于：所要探测的工件厚度。TR探头的研制难点主要是探伤焦点O的位置选择和隔声材料隔声性能的好坏。2 TR探头的设计和制作21 最大探伤范围的确定TR探头(图1)主要由两个晶片、两块有机玻璃块和隔声材料组成。从结构看，它相当于两个普通直探头的组合，但由于双晶探头将压电品片的收发分离，其工作特性与单直探头有很大差异。当缺陷位于菱形区abcd的某一位置时，若能使反射波完全返回到接收晶片，则回波相对要强；若只有部分入射波返回到接收晶片，则回波相对要弱。这个菱形区的长度d就是所谓的探测范围。在探伤中TR探头的回波高度正比于接收到的入射波到不同界面上的反射声能的大小(如图2)，但在有效探测范围以外部位的灵敏度显著下降。每种双晶探头与仪器的组合都有一定的探测范围，同样的工件如果位于探测范围外，缺陷就不能被探出。而在有效探测范围内，能量的大小也是不均匀的，能量最强的位置就是我们通常所说的双晶探头的焦点O的位置。从O点到板材表面距离F值的大小对探伤范围有很大影响，它主要由晶片尺寸、倾角(入射角)和延迟块的大小决定。F值的大小通常可以通过改变入射角允来调整，增大则F值减小，菱形abcd向表面移动，在水平方向变扁。减小则F值增大，菱形向内部移动，在垂直方向变扁。对于较薄的工件来说，如果入射角选择不当(如图3所示)，角度过小，焦点O落在较薄工件的下半部。由于声能集中于下部，下盲区很小，但上盲区却可能较大。因此，在设计、制作TR探头时，不但要保证探头的外部尺寸、F值和频率，还要将从探头接触面到所需检查的最大深度范围设计得落在反射声能区内，从而保证TR探头有足够的缺陷探测灵敏度和较小的盲区。根据相关的技术资料，TR探头的最大探测范围dmax1.5F。22 F值的选择F值的计算公式：F=(LHtg)(C2C1)sin (1)式中：L一晶片中心至隔声层中心的距离；地Cl一有机玻璃纵波传播速度；C2一工件中纵波传播速度；一入射角。在设计探头时，由于双晶探头的入射角度不同，有效探测区(聚焦区)也不同，取H=10 mm，C1=2 730ms，C2=6 300ms，由公式(1)可得F值与入射角入、晶片中心至隔声层中心距离L关系，见表1。23 TR探头的制作与测试在上述主要参数选定的情况下，对制作TR探头所用的晶片和隔声材料进行选择，制作晶片，经研磨、焊接、粘接等工艺制成探头。对其性能进行测试和实际探伤应用，使用CTS-26型、CTS-32型超声波探伤仪，用制作的TR探头在不同的缺陷深度，不同的探伤深度的试块上进行探伤，上下盲区均在1 mm1.5mm范围内，取得了满意的探伤效果。3 仪器与试块31 仪器试验所用的仪器是生产现场检测用的仪器，这样就保证了本次探伤方法研究成果能在生产中应用。32 仪器灵敏度的调节灵敏度是表示仪器与探头匹配时能够发现最小缺陷的能力。灵敏度高意味着在一定声程范围内能探测出较小的缺陷，但灵敏度过高会使仪器的噪声增大，同时许多允许存在的小缺陷被检出，增加了判伤的工作量，影响探伤进度。因此，必须根据用户对铝合金板材的质量要求，选择相应的对比试块，将探头对准试块的人工孔，示波屏上的人工缺陷的最大波高达到基准波高，这时仪器灵敏度就调好了。33 试块试块是用来校验仪器的各项性能指标和调整仪器系统灵敏度及评定缺陷大小的主要依据。由于6mm10mm板材的探伤区处在近场区范围，缺陷往往得不到真实反映，缺陷不能简单地根据其反射波高来评定，必须用缺陷的反射波高与同声程的对比试块的平底孔反射波高相比较；当无相应深度的对比试块时，可用与缺陷深度相近的两个对比试块，用插入法来比较评定。由于6mm-10mm厚度板材在变形铝合金超声波探伤标准中没有规定，也没有相应的对比试块。在本试验研究中采用的试块是我们自己制作的，所做的对比试块的各项数据见表2。4 应用效果利用研制的皿探头，对用超声波横波检测的6mm10mm厚度铝合金板材所发现的缺陷部位，用超声波纵波探伤方法A级复探，所有缺陷均能检出，复探结果与横波检测的结果完全吻合。另外，曾用超声波纵波检验方法，对本公司生产的七批3 616kg 6mm10mm厚度铝合金板材进行检验，用户对检验结果无任何异议，取得了较好的检测效果。5 结 论(