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UT檢測縱波實用AVG曲線的計算、制作和使用

更新時間:2016-7-8 16:33:26
應用脈沖反射法進行超聲波探傷時,使用當量試塊或通用AVG曲線對缺陷定性、定量分析均存在一定困難。為提高探傷效率,針對一定的使用條件,通過理論計算繪制出實用AVG曲線。使用該曲線能直觀方便地得出缺陷當量,可方便地調節探傷靈敏度并可對缺陷進行定性、定量評估。 在缺陷定量中,當量試塊比較法需制作大量試塊,成本高,不易攜帶,操作復雜,目前很少采用;通用AVG法計算缺陷當量,需在通用AVG曲線上反復查找,現場使用也不方便;而實用AVG曲線法操作簡單,能直觀方便地得出缺陷當量,應用較廣。 2 實用AVG曲線   描述反射體至波源的距離、反射信號的波幅(習慣上用儀器的增益值表示)、反射面積當量大小之間相互關系的曲線稱為AVG曲線,又稱為距離-波幅-當量曲線。由設定的探頭及規則反射體,根據不同的探測距離(大于100mm)所得到的儀器分貝增益值與距離及當量大小之間的關系曲線,稱為實用AVG曲線。 2.1 靈敏度曲線計算   以平底孔為例:當x不小于3N時,平底孔回波聲壓為: PФ=P0FFФ/(λx)2e-2ax/8.68 (1) 不考慮介質衰減時: PФ=P0FFФ/(λx)2 (2) 式中 F——聲源面積;   FФ——平底孔缺陷面積;   Ф——平底孔直徑;   x——平底孔至波源的距離。   大平底與大實心圓柱體底面回波聲壓: PB=P0F/2λx (3) 當x不小于3N時,同距離大平底與平底孔回波聲壓分貝差為: △B=[B]-[Ф]=20lg(HB-HФ)=20lg(PB/PФ) (4) 將公式(2)和(3)代入(4)式,可得同距離的大平底與直徑為Φ的平底孔之間的分貝差: △B/Ф=20lg(2λx/πФ2) (5) 設實際探傷過程的條件如下: (1)被探工件材質:鋼; (2)直探頭頻率f:2.5MHz; (3)直探頭直徑D:20mm; (4)Ф2:直徑2mm平底孔當量靈敏度; (5)超聲波在鋼中聲速c:5900m/s。 則波長λ(c/f)為2.36mm,近場長度N(D2/4λ)為42.4mm。   將以上參數代入公式(5),得同距離大平底與Φ2當量平底孔分貝差為: △B/Ф2=20lgx-8.5 (6) 因此,可根據公式(6)求得同距離的大平底或大實心圓柱體曲底面對Ф2當量的靈敏度曲線。x不同,則△B/Ф2不同,計算結果見表1。 表1 不同深度Ф2當量靈敏度增益分貝值 dB x/mm 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1100 1200 △B/Ф2 31.5 35.0 37.5 39.5 41.0 42.4 43.5 44.6 45.5 46.3 47.1 47.8 48.4 49.6 50.6 51.5 52.3 53.1 注: △B/Ф2表示不同深度Ф2當量靈敏度的增益分貝值。 2.2 缺陷當量的定量計算   一次反射波在時基掃描線指示長度刻度10的范圍內,不同距離的平底孔缺陷Фx對Ф2當量靈敏度的分貝值可按下式計算: △Фx=[Фx]-[ Ф2]=20lg(PФx /PФ2) (7) 設時基掃描線一刻度所代表的長度為c(常數),調整Ф2當量靈敏度,則:   x2=10×c   Фx所對應的距離:    x1=nc(n為1~10)   公式(7)可寫為: △Фx=40lg(Фx x2/Ф2x1)=40lg(10Фx/n Ф2) (8) 式中 n——缺陷Фx在超聲波探傷儀示波屏上的刻度值;   x1——缺陷Фx的聲程;   x2——最大聲程;   Фx——在超聲波探傷儀示波屏不同刻度上所顯示的缺陷;   △Фx——缺陷Фx與Ф2當量靈敏度的分貝差。   由公式(8)可求出不同距離的Фx所對應的△Фx的分貝值,由此可判定不同距離處的平底孔Фx的大小,計算結果列于表2。 表2 缺陷Фx在x1處時與最大聲程時Ф2的分貝差 dB n 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 △Ф2 40 33 28 24 21 18 16 14 12 10 9 8 6 5 4 3 2 1 △Ф3 47 40 35 31 28 25 23 21 19 17 16 15 13 12 11 10 9 8 △Ф4 52 45 40 36 33 30 28 26 24 22 21 20 18 17 16 15 14 13 △Ф6 52 47 43 40 37 35 33 31 29 28 27 25 24 23 22 21 20 △Ф8 52 48 45 42 40 38 36 34 33 32 30 29 28 27 26 25 2.3 實用AVG曲線的繪制   在選用2.5MHz的直探頭對鋼材進行探傷時,根據表1、表2的計算結果,繪制實用AVG曲線如圖1所示。在圖1中,曲線部分表示探傷靈敏度曲線的選擇。圖中的縱坐標表示不同的最大檢測深度其探傷靈敏度為Φ2當量時的分貝增益值。圖1下部表示如何對發現的缺陷進行定量。 圖1 實用AVG曲線及缺陷當量定量表 3 AVG曲線圖表的使用   AVG曲線圖表可用來調節探傷靈敏度和對發現的小于聲束截面的缺陷進行評定。 3.1 調節探傷靈敏度  。1)根據探件大小,確定好探測范圍;  。2)置探頭于工件探測面上,找到工件完好部位的大平底回波(底面與探測面須平行)或大實心圓柱體底波,將其調到一定高度;  。3)查曲線即得到所對應長度的分貝值,再增益其分貝值,即得所對應的Ф2當量靈敏度。另外可查表得到其他靈敏度。 3.2 確定缺陷當量  。1)找出缺陷回波的最高峰,增加儀器分貝值使之處于所定的某一高度,則儀器分貝增加值已知;  。2)根據此缺陷波所處的位置及分貝增加值,查表可得缺陷的當量大小。 3.3 實用AVG曲線與衰減系數   一般對碳素鋼類鍛件等衰減系數很小的材料,使用時不必修正,可直接使用此曲線。但對衰減系數較大的材料,應考慮其衰減修正。 4 結 論 4.1 與試塊法和通用AVG曲線法相比較,實用AVG曲線使用方便,操作簡單,可根據工件情況及要求調整靈敏度。在檢測中能直觀方便地得出缺陷的當量大小,大大減少了不必要的繁瑣程序。 4.2 實用AVG曲線對材料的形狀有一定的局限性,底面與探測面須平行或大的實心圓柱體、對衰減因素不明顯的碳素鋼等材料可不考慮衰減因素
 

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