零件缺陷与伪缺陷波识别

零件缺陷与伪缺陷波识别

0物理和机械设备广泛用于重型机械、能源、冶金、采矿、武器、航空、航空航天、石油、化工等行业的重要设备。它常用于承受复杂应力、冲击振动和重负载荷的零部件,这些零部件如果失效或损坏将会产生严重后果,轻则导致系统功能失效、重则会危及人身安全、造成重大经济损失。如何正确识别锻件的缺陷和伪缺陷回波,对指导锻件生产具有重要意义。1常见零件误差回波识别1.1金相线型缺陷回波无明显差异加对于平面状缺陷,从不同方向探测,缺陷回波高度显著不同。在垂直于缺陷方向探测,缺陷回波高,在平行于缺陷方向探测,缺陷回波低,甚至无缺陷回波。一般来说裂纹、夹层、折叠等属于这种缺陷。对于点状缺陷从不同方向探测,缺陷回波无明显变化。一般包括气孔(单个气孔和密集气孔)和点状夹渣。气孔和点状夹渣的缺陷回波高度低,波形较稳定,从各方向探测,反射波高大致相同,但稍一移动探头就消失。但两者也有所不同,其原因主要是其内含物声阻抗的不同。白点、气孔等内含气体,声阻抗小,反射率更高,波形陡直尖锐,而金属夹渣或非金属夹渣声阻抗较大,反射回波低。另外不同类型的缺陷反射波形状也有差别,气孔表面平滑,界面反射率高,波形陡直尖锐,而夹渣表面粗糙,界面反射率低,波形宽大并带有锯齿如图1所示。1.2动态波形法的分析动态波形指探头在探测面上移动时缺陷波的变化情况。常见缺陷的动态波形如图2所示。2缺陷波的原因分析在锻件超声波探伤检测中,示波屏上除了始波、底波和缺陷波外,还会出现其他的信号的伪缺陷波,主要有迟到波、三角反射波、61°反射波,仪器及探头引起的杂波、工件轮廓回波、幻像回波、草状回波及其他原因引起的伪缺陷波。伪缺陷波并非工件中缺陷所造成的反射信号,但这类波的存在影响了对缺陷波的正确判别,下面我们主要阐述伪缺陷波特点及识别方法。2.1不迟离波的识别当纵波直探头置于细长工件或试块上时,扩散纵波波束在侧壁产生波形转换,转换为横波,此横波在另一侧面又转换为纵波,最后经过底面反射回到探头,被探头接收从而在示波屏上出现一个回波。由于转换的横波声程长,波速小,传播时间较直接从底面反射的纵波长,因此转换后的波总是出现在第一次底波B1之后,故称未迟到波。又由于变形横波可能在两侧壁产生多次反射,每反射一次就会出现一个迟到波,因此迟到波往往有多个,如图3中的H1,H2……迟到波之间的纵波声程差(单程)是特定的,由图可知L斜入射钢/空气界面,当αL=70°左右,αs=33°左右时,变形横波很强,由此可以算出Δx为:式中:Δω为迟到波H1与底波B1的波程差(双程);D为试件的直径或厚度。迟到波总是位于底波之后并且位置固定,而缺陷波一般位于之前,因此,一般情况下迟到波不会干扰缺陷波的判别。2.2角反射波场纵波直探头径向探测实心圆柱体时,由于探头平面与柱面接触面积小,使波束扩散角增加,这样扩散波束就会在圆柱面上形成三角反射路径,从而在示波屏上出现三角反射波,人们把反射称为三角反射。纵波扩散波束在圆柱面上不发生波型转换,形成等边三角形反射,其回波声程为:如图4所示。纵波扩散波束在圆柱面上发生波型转换,即L—S—L,形成等腰三角形反射,其声程为:由αs=90°-2αL和反射定律得:对于钢可求出,αL=35.6°,αs=18.8°由以上计算可知,两次三角反射波总是位于第一次底波B1和第二次底波B2之间,而且位置特定,分别为1.3d和1.67d,而缺陷波一般位于B1之前,因此三角波一般也不会干扰缺陷波的判别。2.36波屏特定位置上的反射在直角三角形试块上若纵波人射角α与横波反射角β的关系为α+β=90°,则会在示波屏特定位置上出现反射波,如图5所示:β=90°-α可得:sinβ=cosα.由发射定律可得:可得α=61°。所以这种反射称为61°反射。61°反射声程为:当探头在AB边上移动时,反射波的位置不变,其声程恒等于直角三角形61°所对直角BC。2.4沟槽引起的波1)探头杂波。当探头吸收块吸收不良时,会在始波后出现一些杂波,当斜探头有机玻璃斜楔设计不合理时,声波在有机玻璃内的反射回到晶片,也会引起一些杂波。还有双晶直探头探测厚壁工件时,由于入射角比较小,声波在延迟块内的多次反射也可能产生一些非缺陷信号,干扰缺陷回波的判别。2)工件轮廓回波。表面沟槽引起的反射波,当超声波扫查到表面形成的一道道沟槽时,会引起沟槽反射。这种波一般出现在一、二次波处或稍偏后位置,波形特点为不强烈迟钝。3)幻像回波。幻像回波的出现与脉冲重复频率有关。对于锻件超声波检测,当重复频率过高时,第一个同步脉冲回波没来得及出现,第二个同步脉冲又重新扫描,如果材料透声性较好,就会在屏幕上出现幻像波,影响对缺陷波的判别。出现此幻像波现象可以通过脉冲重复频率、声速和检测范围计算出它的位置和出现的个数,即幻像波的出现也是有规律可循的,实际检测时,对锻件只要将脉冲重复频率调低一些,一般不会出现幻像波。4)草状回波。超声波在锻件中传播,遇到声阻抗不同的界面产生散乱反射引起衰减,散射衰减与材质的晶粒密切相关,当材质晶粒粗大时,散射衰减严重,被散射的超声波沿着复杂的路径传播到探头,在示波屏上引起草状回波,使信噪比下降,严重时会湮没缺陷波,给超声波探伤带来许多困难,草状回波常出现在奥氏体不锈钢的粗晶钢中,奥氏体不锈钢草状出现回波时,常在锻造、轧制或固溶后进行超声波探伤,此时锻件晶粒较细小,均匀,有