超声探伤仪时基线调整的实验研究

超声探伤仪时基线调整的实验研究

时间基准是指根据时间和噪音距离校正显示的轨迹（通常是水平）。与一些教材上称为扫描速度或时基扫描线比例不同,其是荧光屏上时基扫描线的水平刻度值与实际声程的比例关系(如1∶2或1∶n等)。时基线调整是A型显示超声波探伤仪最基本的操作技能。其直接关系到缺陷定位、定量、定性的准确性和检测结果的可靠性。在实际工作中,发现有些检测人员在数字式超声波探伤仪时基线调节时,时基线调整误差较大,影响检测结果的准确性。本文采用模拟超声波探伤仪和数字式超声波探伤仪,两种探伤仪操作手法相结合;对横波斜探头的K值,采用标准上的测量方法;时基线调节反射体为孔的表面,并进行距离修正。这样调试出的时基线精确,深度距离偏差小于0.1mm,水平距离偏差小于等于0.5mm。1一般k值测量方法(1)边界问题方法把探头在试块上前后移动找出边角的最大反射波,量出探头入射点到试块边缘的水平距离,然后用已知试块厚度,求出K值。(2)大反射回波计算把探头放在横孔试块上,利用φ1×6mm短横孔,前后移动探头找出最大反射回波,量出入射点到孔的水平距离,已知孔的深度,然后利用三角几何公式求出K值;长横孔φ3×40mm的方法(有些孔直径和长度也有所不同),其操作方法和计算K值的公式与短横孔方法相同,不再赘述。(3)k值的检测方法在标准JB/T9214-1999A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法;JB/T10062-1999超声探伤用探头性能测试方法。使用φ50mm孔作为反射体,求K值。这种方法是目前最常用的方法之一。该方法介绍如下:如图1所示。当K≤1.5时,探头放在如图1A位置,观察φ50mm孔的回波;1.5<K≤2.5时,探头放在如图1B位置观察φ50mm孔的回波;K>2.5时,则观察图1C的φ1.5mm横通孔的回波。通过公式计算K值。如K≤1.5的计算公式:K=tanβS=L−l0−3570(1)Κ=tanβS=L-l0-3570(1)式中L—探头前沿至试块端面的距离;l0—探头前沿长度。当1.5<K≤2.5时,K值的计算公式:K=tanβS=L−l0−3530(2)Κ=tanβS=L-l0-3530(2)K>2.5时的计算公式,可以用三角几何公式进行推导(推导过程略)。K值的测量方法有几种,重点介绍了第三种方法,即采用试块上φ50孔对K值进行测试。与标准上的测试方法相同,建议在横波探伤测试K值时,应采用该方法。2数字超声探伤仪时基线调节的介绍横波时基线的调节在模拟超声波探伤仪上有许多方法,主要有三种:声程调节法、水平调节法、深度调节法。如:深度调节法是使荧光屏上的水平刻度与反射体深度成比例,这时荧光屏水平刻度值直接显示深度距离。可在CSK-ⅠA试块、半圆试块、横孔试块等试块上调节。数字式超声波探伤仪,目前教材上并没有时基线调节的介绍,只有数字超声波探伤仪使用说明书介绍的一些使用方法。荧光屏上同时显示距离声程、水平声程、深度声程。可以根据自己的习惯选择。并不需要考虑水平刻度线充分利用问题。一些多年使用模拟超声波探伤仪的探伤人员改为使用数字机时,在调节时往往不太适应。因此,在使用数字式探伤机时,可以与模拟机的一些操作手法相结合(对于刚使用数字式探伤机的新手也可采用)。如:前沿、K值(用上述介绍的测试方法)。时基线的调节在CSK-ⅢA试块φ1×6、深20mm短横孔上进行(JB/T4730.3-2005标准,厚度≤120mm)。反射体为孔的表面,并进行距离修正。见图2。水平修正值:△L1=R×sinβ(3)深度修正值:△H1=R×cosβ(4)在深度调节法调节时,零点调试深度距离H′:H′=H-△H1(5)式中R—孔的半径;β—探头横波折射角;H—孔中心至检测面的距离。在零点调试完成后,即可在数字式探伤仪荧光屏上进行制作距离-波幅曲线。3未进行深度修正的误差及分析以下用2.5P13×13K2为例说明制作步骤:(1)前沿长度:方法与模拟机相同,为9mm。(2)K值:用上述的测量方法(标准上用的方法),用公式(2)计算K值为1.83(旧探头)。(3)设置有关参数测试零点,在CSK-ⅢA试块φ1×6、深20mm短横孔上进行,但是,深度应修正,通过公式(4)得:△H1≈0.24mm;H′=19.76mm,调试时H′偏差应小于0.1mm,(其他孔也相同);测得零点为3.78μs。(4)距离-波幅曲线制作。用深度距离10、20、30、40、50、60、70φ1×6短横孔,可以测得一组数据见表1。从表1中可以看出,理论计算简化水平距离、探伤仪荧光屏上显示的简化水平距离、实测简化水平距离,相当吻合,在0.2mm～0.5mm之间。而理论计算简化水平距离、探伤仪荧光屏上显示的简化水平距离,最大偏差小于等于0.3mm。如果未进行深度修正,用相同的方法,得到一组数据见表2。测得零点为4.23μs。从表2中可以看出,理论计算简化水平距离、探伤仪荧光屏上显示的简化水平距离相当吻合,最大小于等于0.4mm。但是,简化水平距离(荧光屏)与实测简化水平距离偏差较大,最大相差1.9mm。比未进行深度修正的大好几倍。分析原因主要有以下几点:(1)由于未进行深度修正,会产生水平偏差,由公式(3)得:0.44mm。(2)楔块中产生入射点至波源的距离时间误差:4.23-3.78=0.45μs;楔块中入射点至波源的距离之差X′:X′=2730×0.45≈1.23mm依据反射、折射定律:sinαLCL1=sinβSCS2(6)sinαLCL1=sinβSCS2(6)式中αL—纵波入射角;βS—横波折射角,61.35°;CL1—第一介质中的纵波波速,2730m/s;CS2—第二介质中的横波波速,3230m/s。将上述数据代入公式(6)得αL=47.88°由楔块中入射点至波源的水平距离之差X′所产生的水平误差X,见图3所示。由三角几何关系:sinαL=XX′sinαL=XX′;X=sinαL×X′,将数据代入公式得:X≈0.91mm。(3)从以上二条中可以看出,未进行深度修正,所产生的误差达1.35mm(△L1+X),还有测量误差、量具误差、目测产生的误差、理论和实际横波波速产生的误差等,所以,产生较大的误差也是情理之中(进行深度修正也会产生误差,但是,深度水平偏差、楔块中水平距离之差接近于零,水平偏差将大大减小)。在距离-波幅曲线制作过程中,简化水平距离(荧光屏)与实测简化水平距离偏差应≤0.5mm。否则,应重新修正K值,重新计算深度修正。使简化水平距离(荧光屏)与实测简化水平距离偏差≤0.5mm为止。以上只分析直径等于1mm的孔,对于其他标准试块,有些直径等于2mm或直径等于3mm,不考虑深度修正,将会产生更大的水平偏差。使缺陷定位不准确,会造成缺陷的漏检或误判。从上述分析可以看出:距离-波幅曲线制作,有些参数是用模拟机的一些操作方法测量得到,有些参数是用数字机的测试方法获取。该方法方便、快捷、时基线的调试精度高。对于一些探伤年限长、习惯使用模拟机的检测人员,改为使用数字机时往往会不习惯;但是,在使用数字机后就会发现其与模拟机比较有很多优点,数字超声波探伤仪其精度达0.1mm、检测精度高、免去了深度和水平距离之间的计算等等。因此,在探伤过程中,K值应按标准的方法进行测量,应进行距离修正,精确校正时基线。4探测方向-波幅曲线(1)横波探头的K值,是探头的重要参数之一,其测量准确与否,决定了整个探伤的可靠性。提出了K值的测量应与标准检测的方法相一致的观点。(2)提出了零点测试应采用反射面至检测面的距离来进行。