超声波检测中的非缺陷回波信号

超声波检测中的非缺陷回波信号

0非缺陷回波信号如果无法正确识别焊接螺钉的非缺陷回波信号，则会导致误判。在通用的超声波探伤教材中,介绍了一些常见的非缺陷回波,如迟到波、61°反射和三角反射等,教材中对这些非缺陷回波信号产生的原因及其在示波器上的显示特性都做了详细的分析。掌握这些非缺陷回波信号的特征,对于提高超声波探伤水平,减少误判,具有十分重要的意义。在日常超声波检测中,我们发现在长横孔反射波的后面,还存在着另外一个回波信号。我们推测这个回波信号为非缺陷回波信号,是由长横孔引起的固有的未知变形波信号,但是在通用的超声波教材中并未提及。为了弄清这个未知回波信号产生的原因,我们进行了大量的试验,并对试验结果进行了分析研究。1回波信号的分析利用横波对焊缝进行超声波检测时,通常需要利用对比试块来制作距离—波幅曲线。在利用长横孔制作距离—波幅曲线过程中,从仪器显示屏上经常可以看到,在长横孔反射波的后面存在一个未知的回波信号。如图1所示,图a中高度为81%的回波是RB-3试块上40mm深的D3横孔的反射波,紧跟其后的就是本文所要讨论的未知回波;图b是把未知回波自动增益到80%波高时的图像。(仪器CTS1008,探头2.5P13×13K1)通过分析认为,未知回波是长横孔反射时的固有变形波,为了验证这一想法,我们进行了大量试验。在所有针对长横孔的试验中,都发现了这个回波信号,其波高比长横孔反射波的波高要低12～25dB。因此说明,这个未知的回波信号确是长横孔反射时的固有变形波。试验数据如表1所示:2反射波的检测算法从表1可以看出,当采用2.5P13×13K1探头时,变形波与长横孔反射波的深度差近似等于长横孔直径,也就是说变形波的产生不是偶然的,而是与长横孔的直径有直接关系。为此,我们期望寻求理论上的支持,来解释变形波产生的原因,以排除它对实际工作的干扰。当横波垂直入射到长横孔孔壁上时,入射角为0°,在继续向前传播的过程中,横波的前进方向与孔壁的夹角不断变化,直到变成相切状态,入射角为90°,这时横波波前和孔壁垂直,形成通常所说的掠入射。如果孔壁是个平面,那么横波波前将继续垂直于平面壁前进。对于圆孔而言,入射横波的波前同样垂直于圆形孔壁前进,只不过它的前进方向随孔壁的法线方向不断调整,表现为环孔绕行。如果把横波入射声束经过的区域叫做照射区,把长横孔遮挡了入射声束的区域叫做阴影区,那么当波前绕过阴影区之后,便会重新被探头接收,在屏幕上形成回波,这就是我们所看到的长横孔反射波后的变形波。为了验证我们的想法,建立如图2所示的模型。那么,按照简单的几何计算方法,长横孔反射波声程为(L-R);文献表明,横波沿圆孔壁绕行的速度是入射横波声速的0.86倍,则变形波声程为(L1+L22×0.86)(L1+L22×0.86),此处除以0.86的原因是:数字仪器显示的声程是根据事先设定好的声速以及信号发射与接收的时间差算出来的。因为L、L1>R,L2=L21+R2,所以L≈L1‚L22≈πR2L≈L1‚L22≈πR2。那么变形波与反射波的声程差ΔL为:ΔL=L22×0.86+L1−(L−R)=L22×0.86+R=πR2×0.86+RΔL=L22×0.86+L1-(L-R)=L22×0.86+R=πR2×0.86+R即:ΔL=2.8265R(1)从公式(1)中可以看出:变形波在超声波仪器上的显示特性,是由长横孔的半径决定的。在表2中,把根据公式(1)计算的声程差与实测值进行了比较。从表2中可以看出,实测结果与理论计算结果的误差均小于0.3mm,误差在可以接受的范围以内。因为在实际超声波检测的过程中,对相同的缺陷,操作者不同,其定量结果会有差异。即使同一个人对同一个缺陷做两次定量,其结果也会有一定的差异。所以,可以确定我们的理论推测是正确的。对于回波信号的定位,数字式超声波仪器都采用简单的几何算法。所以,若横波探头的入射角度为β,那么变形波与反射波的深度差ΔH为:ΔH=[(L-R)+2.8265R]·cosβ-(L-R)·cosβ即:ΔH=2.8265R·cosβ(2)当β=45°时,ΔH=2.8265R·cos45°=2R,所以当采用K1探头时,仪器显示的深度差近似等于长横孔直径。表3为采用K1探头时,利用公式(2)计算所得深度差值与实测深度差值的比较。另外,根据超声波的反射理论可知,在入射横波与长横孔孔壁的夹角成90°之前,会产生反射纵波,并且当这个夹角大于或等于第三临界角(对钢来说是33.2°)的时候,纵波将沿着反射面传播。对于长横孔孔壁界面而言,根据前面的分析,纵波也会绕孔壁爬行。所以,有人可能认为,超声波检测系统应该能够接收到纵波绕孔壁爬行以后的信号。文献表明,变形纵波绕孔壁爬行时,衰减很快,仅爬行1/4～1/2周就将全部消失。因此,纵波绕孔壁爬行的信号无法被超声波检测系统接收到。3超声波检查中的变形波分析横波检测时,长横孔反射波后面的未知波是一个固有的变形波,该变形波为横波。变形波产生的原因就是横波以切向入射到圆孔的边缘时发生了沿孔绕行的现象,绕过圆孔后从圆孔的另一侧切向发射出去