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说明:这里所举出的测试方法是用于工作现场的简易测试方法,实际上超声系统性能的测试方法很多,也不局限于这里所提到的试块,以及随着数字式智能化超声波探伤仪及自动化探伤系统应用的日益普及,现场确定诊断超声系统性能的方法和项目也更新更多,这里介绍的方法仅供参考.
(一)探头回波频率的测定
1.标准方法:测量系统的连接如左图上
探伤仪置"单探头"工作状态(用于单直探头和单斜探头)或"双探头"工作状态(用于组合双晶探头).
在示波器上观察试块底面回波的扩展波形(左图中):在此波形中以峰点值P为基准,读取前一周期和後两周期共计三个周期的时间T3,则回波频率:
fe=3/T3
根据已计算出的fe和探头标称频率f0可以计算回波频率误差:
Δf=[(fe-f0)/f0]x100%
注:必要时也可以只读取峰点前后各一周期共计两个周期的时间T2,则:fe=2/T2
2.简易方法:
直接用带有射频显示(不检波显示)的超声探伤仪(水平线性误差越小越好)和黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com 已知声速的薄板型试块(5-10mm),可简易测定直探头的回波频率:
首先将被测探头与探伤仪连接,以检波显示(视频显示)在试块上定标(尽量取大比例),得到水平刻度代表的距离后换算成传递时间(注意这是双声程),然后将显示转成射频显示.
观察试块底波波形,按左图中的方法读取三个周期(或两个周期)所占刻度值,换算成时间得到T3(或T2),再按fe=3/T3或fe=2/T2得出回波频率.
本方法的实质是直接将探伤仪当作示波器使用,其测量准确性的影响因素有:试块已知声速的准确性,定标的精确程度及探伤仪水平线性的好坏,读数准确性--在读数时灵敏度(增益)不宜太高,以免波形杂乱而干扰辨认读取的准确性,波形显示聚焦状态也影响读数的准确性.
3.直探头回波频率的简单估算
基本原理:依据公式
Δ=20lg(πXBφ2/2λXf2)(dB)和f=c/λ
采用相同材料,相同冶金状态和表面状态,声程大于三倍近场长度的两块试块,一为平底试块(厚度XB),另一为标准平底孔试块(Xf=XB),如左图下.试块的声速为已知.
方法:测出平底孔回波高度与平底面回波高度相差分贝(dB)值,代入前式求得波长,再代入后式求得回波频率.
影响测量准确性的因素:平底孔的加工精度,Xf与XB的尺寸精度,已知声速的准确性,接触耦合差异(最好采用水浸法),分贝值精确度
(二)超声波速度的测定
1.标准介质比较法
方法:利用公式V未知=V水(L/L0),在探伤以上置"单探头"工作状态(但是双发双收),调整水距使两个反射脉冲重合,即可按上式计算未知声速.
注意:水中纵波声速随水温变化,水温为t℃时,水中声速修正值:
V水=1557-0.0245(74-t)2米/秒
2.脉冲回波比较法
首先用已知声速(V0)和厚度(d0)的平面试块对探伤仪示波屏的水平刻度进行定标(最好1:1定标),然后测量未知声速的平面试件,读出显示厚度d2,用游标卡尺或千分尺量出其实际厚度d1,则未知声速V未知=V0(d1/d2)
影响因素:探伤仪水平线性误差,刻度板上的读数精度,回波脉冲前沿陡峭程度,波形聚焦效果
3.横波速度的测定
当已知纵波速度VL时,采用迟到波法测量迟到波的迟到时间Δt,再根据下式求得横波速度VS:Δt=D(VL2-VS2)1/2/VLVS
式中:D为已知纵波速度VL的圆柱形试块的直径.在探伤仪上应先按时间对水平刻度定标(以微秒作单位)
(三)超声探伤仪垂直线性的测定
探伤仪的"抑制"与"深度补偿"关闭,衰减器上应至少留有30dB的衰减余量.无损检测资源网调节"增益",使直探头在试块上找到的最大平底孔回波高度为100%满刻度.固定探头位置与接触压力,调节衰减器,依次将每衰减2dB时平底孔回波幅度的百分数记入下表,并与理论波高值比较,取最大正偏差Δ+与负偏差最大值｜Δ-｜之和为垂直线性误差:
Δ=[｜Δ+｜+｜Δ-｜](%)
(四)超声探伤仪水平线性的测定
测试时调节探伤仪的"增益","衰减器","水平"(或"零位","延迟"),"深度"(粗调与细调)旋钮.
1.五次底波法
使第一次底波B1前沿对准水平刻度的"20",第五次底波B5前沿对准水平刻度"100",在相同回波幅度(如50%满刻度)下读取B2,B3,B4前沿各自偏离"40","60","80"刻度的偏差值并填入下表,最大偏差Δmax按下式计算水平线性误差:Δ=[｜Δmax｜/0.8L]x100%(L为水平刻度线全长)
2.六次底波法
使第一次底波B1前沿对准水平刻度的"0",第六次底波B6前沿对准水平刻度"100",在相同回波幅度(如50%满刻度)下读取B2,B3,B4,B5前沿各自偏离"20","40","60","80"刻度的偏差值并填入下表,最大偏差Δmax按下式计算水平线性误差:Δ=[｜Δmax｜/L]x100%(L为水平刻度线全长)
(五)超声探伤仪电噪声的测定
在探伤仪空载(不接探头)的情况下,将探伤仪灵敏度开至最大,包括"增益"最大,"发射强度"最大,"衰减器"为零,"抑制"关闭,"深度粗调"最大,"重复频率"最低...等,且仪器周围应无高频或强磁场干扰,读取水平扫描线上电噪声平均幅度在垂直刻度上的百分数(波高)作为电噪声电平.
(六)超声探伤仪动态范围的测定
测定方法的布置如垂直线性测定中的示图,调节最大平底孔回波为100%满刻度,调节衰减器读取平底孔回波从100%满刻度下降到1%(或1mm)时,所需要的衰减量dB值即为探伤仪在该探头给定工作频率下的动态范围.一般动态范围的测试可与垂直线性的测定同时进行.
(七)超声探伤仪衰减器精度的测定
测定方法的布置如垂直线性测定中的示图,首先使衰减器置"零"dB,调节"增益"使最大平底孔回波为100%满刻度,调节衰减器以1dB(或2dB)增量增加到21(或22)dB,把每次衰减后的回波高度记入下表A栏.再使衰减器置"10"dB,重新调节"增益",使最大平底孔回波仍为100%满刻度,同样调节衰减器以1dB(或2dB)增量增加到31(或32)dB,把每次衰减后的回波高度记入下表B栏.
A对B波高相差dB值按下式计算:Δ=20lg(HA/HB)(dB)
衰减器精度表示方法:
1.以1dB表示
将0-21(10-31)dB各次测定误差dB绝对值之和除以22,得出平均每dB误差(±)值
2.以2dB表示
将0-22(10-32)dB各双数dB衰减测定的误差dB绝对值之和除以12,得出平均每2dB误差(±)值
3.以12dB表示
将12(22)dB测定的误差值作为每12dB误差(±)值
(八)超声探伤仪与直探头的综合性能测定
1.探伤灵敏度余量S
如垂直线性测定中的示图配置,试块为φ2-200mm钢试块,仪器上"增益"和"发射强度"置最大,"抑制"和"深度补偿"关闭,"重复频率"最低,调整衰减器使水平扫描线上的电噪声在10%满刻度以下(≤10%),以此时的衰减器读数为S0(如电噪声始终不大于10%时,衰减器可为零),再调节衰减器使最大平底孔回波降到50%满刻度时,其读数为S1,则探伤灵敏度余量在该探头和仪器组合情况下为:S=S1-S0(dB)
2.相对灵敏度Sr
把与探伤仪连接的直探头耦合在IIW1试块的厚度100mm平面上,按探伤灵敏度余量S的方法测定将第一次最大底波B1降到50%满刻度所需衰减量SB(dB),换接同频率石英晶片固定试块,用同样方法测出第一次最大底波下降到50%满刻度所需衰减量S石英(dB),则被测探头相对灵敏度为:Sr=SB-S石英(dB)
3.X分辨力
如图左所示,适当调整仪器"增益"和"衰减器"(至少预储存30dB)及探头位置,使试块上声程85和91mm的两个回波高度同为40%(或30%)满刻度,以此为基准波高,调节衰减器至两个回波间的波谷升到波峰原来的基准高度(及测量波峰与波谷的波高差),所需dB值即为X分辨力4.始波占宽
将直探头耦合在IIW1试块的厚度100mm平面上,调整仪器按1:2定标,然后按垂直线性测定中的示图配置在φ2-200mm钢制平底孔试块上,调节探伤灵敏度,使最大平底孔回波为50%满刻度,然后提高灵敏度12dB,读取从水平刻度零点至始波后沿与垂直刻度20%线交点对应的水平距离W1(mm),即为该直探头在此条件下的负载始波占宽,如左图所示.
测出负载始波占宽后,拿起探头置空气中,擦净探头表面耦合剂,此时从水平刻度零点至始波后沿与垂直刻度20%线交点对应的水平距离W0(mm),即为该直探头在此条件下的空载始波占宽
(九)超声探伤仪与斜探头的综合性能测定
1.相对灵敏度
连接被测斜探头置于IIW1试块上宽度25mm的长侧面,使声束方向朝向R100曲面,前后移动和左右摆动探头,找到该曲面的最大回波,此时探伤仪"增益"和"发射强度"置最大,"抑制"和"深度补偿"关闭,"重复频率"最低,仅调整衰减器使该回波下降到50%满刻度,此时衰减器读数为S0,换上频率与被测探头相同的石英晶片固定试块,以同样条件调节衰减器使石英晶片固定试块上的第一次最大底波下降到50%满刻度,此时衰减器读数为S1,则该被测斜探头与该仪器组合条件下的相对灵敏度为:Sr=S0-S1
2.分辨力
将被测斜探头如左图所示放置在CSK-IA试块上.通过调整"增益"和"无损检测资源网衰减器"(应至少预先储存30dB),并适当移动探头,使φ50和φ44mm两个有机玻璃圆柱面回波高度同为40%(或30%)满刻度作为基准,然后衰减器数值至两回波间的波谷上升到波峰原来的基准高度,即测出波峰对波谷相差dB值,表示该斜探头对声程差3mm的两个反射体的分辨力,同样也可以对φ44和φ40mm两个有机玻璃圆柱测出对声程差2mm的两个反射体的分辨力(参见上面直探头X分辨力测定)
3.始波占宽
将探伤仪"发射强度"置中档,"衰减器"上预先储存40dB,被测斜探头置CSK-IA试块上宽25mm的长侧面上,使声束朝向R50和R100曲面,利用这两个曲面回波做出声程1:1定标,然后调节"增益"使R100曲面最大回波下降到50%满刻度(必要时再加大衰减器值),再将衰减器释放40dB(即增益提高40dB),然后将探头提起置空气中,擦净探头表面的耦合剂,读取从水平刻度线零点至始波后沿与垂直刻度20%线交点对应的水平距离W0mm即为该斜探头在此条件下的空载始波占宽(参见上面直探头的示波占宽测定)
4.声轴线偏斜
将被测斜探头置IIW1或CSK-IA等试块上厚25mm的平面上,使声束指向棱边,对于K值≤1的探头,声束经底面反射指向上棱角,K值＞1的探头,声数指向下棱角,前后移动和左右摆动探头,使所测棱角回波幅度最高,然后用量角器测量斜探头侧面与试块端面法线的夹角θ,即为声轴线偏斜角,读数应精确到0.5°,或者在斜探头侧面以入射点为端点(由探头前沿长度确定),用钢板尺测量该点到棱边的垂直距离H和沿探头侧面延伸到棱边的距离S,则声轴线偏斜角θ=arccos(H/S)
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