附錄　B

(規(guī)范性附錄)

串列檢測

B．1　概述

串列檢測使用兩個折射角為45°的斜探頭，一個探頭用于發(fā)射超聲波，一個探頭用于接收超聲波。當(dāng)焊縫厚度大于160mm時，可選用不同晶片尺寸的探頭，以確保在檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)得到相同截面尺寸的聲束。

受檢測對象幾何條件的限制，可使用折射角不為45°的斜探頭，但要避免產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換。

兩個斜探頭應(yīng)置于同一直線上，以保證前一探頭發(fā)射的聲束經(jīng)底面反射后能斜入射檢測區(qū)域的某一顯示，該顯示的反射聲束能被后一探頭接收。

斜探頭間距(y)、聲束軸線交叉點(diǎn)檢測深度(tm)和檢測區(qū)域高度(tz)之間的關(guān)系見圖B．1。

 

當(dāng)檢測兩平行端面的工件時，探頭間距由下式?jīng)Q定：

y=2tana(d-tm)

如a=45°：

Y=2(d-tm)

可選用下列任一方法進(jìn)行掃查：

——兩探頭沿工件表面以固定探頭間距(y)移動。

此方法一次只能檢測一定深度的檢測區(qū)域。需要調(diào)整探頭間距，以覆蓋整個深度截面的檢測區(qū)域。

——兩探頭同時移動，保持它們聲軸平面交叉距離之和不變(聲軸要垂直焊縫軸)，從而在一個連續(xù)運(yùn)動中掃查整個厚度范圍。

B．2　時基線調(diào)節(jié)

基本上所有相關(guān)回波都顯示相同聲程距離，且都符合V聲程路徑。建議把V聲程路徑回波調(diào)在一固定位置，如時基線8格上。

B．3　靈敏度設(shè)定

用以下反射體設(shè)定靈敏度：

平行面：底面反射波形成V路徑反射波；

平底孔：垂直掃查面，在聲軸交叉處；

橫孔：在聲軸交叉處且在檢測區(qū)域邊緣。

B．4　檢測區(qū)域計(jì)算

劃分相等的檢驗(yàn)區(qū)域以確保靈敏度不降低。檢驗(yàn)區(qū)域高度的計(jì)算：檢驗(yàn)區(qū)邊緣的靈敏度與聲軸交叉處的靈敏度相比不低于6dB，見圖B．2。

 

檢測區(qū)域高度(tz)可用參考試塊上不同深度反射體來測定，或用接近對面最大聲程結(jié)合聲束有效直徑來計(jì)算：

tz≈[l(d-15mm)]/(sina·cosa·Deff)

如a=45°：

tz≈[2·l(d-15mm)]/Deff

式中：

Deff——晶片有效直徑。

檢測區(qū)域數(shù)量按下式計(jì)算：

ntz=|[(d-30mm)/tz]+1|，ntz=1,2,3

調(diào)整探頭間距離y(見圖B．1)，使聲軸交叉點(diǎn)在每一個檢測區(qū)域中心。檢測區(qū)域的寬度和數(shù)量用比例圖或6dB聲束有效直徑計(jì)算。

B．5　靈敏度修正

設(shè)定靈敏度時需對傳輸和衰減損耗進(jìn)行修正。除此之外，由于側(cè)壁干擾引起的靈敏度降低也要作補(bǔ)償。可用6dB法或測量檢測區(qū)域邊緣平底孔值的方法來設(shè)定靈敏度修正。

附錄　C

(資料性附錄)

設(shè)備技術(shù)參數(shù)

本附錄給出了超聲檢測儀器和探頭的常用技術(shù)參數(shù)，這些技術(shù)參數(shù)由制造商提供。如果制造商與客戶同意，可刪減和／或增加本附錄給出的技術(shù)參數(shù)內(nèi)容。

C．1　超聲儀器

C．1．1一般特性參數(shù)包括：

a)尺寸；

b)重量；

c)使用電源類型；

d)探頭插頭型號；

e)電池工作時間(新電池在最大功耗情況下)；

f)溫度和電壓(電源和／或電池的)范圍(在給定的技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)進(jìn)行工作)，如需預(yù)熱則說明預(yù)熱時間；

g)低電壓(超聲儀器不能正常工作時)的顯示方式；

h)電池正常放電和充電過程中、在電池電壓范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)恒定信號的幅度和水平基線位置的變化的百分?jǐn)?shù)；

i)脈沖重復(fù)頻率(PRF)(開關(guān)位置和／或可變范圍)；

j)可(通過插座)輸出不檢波(RF)和／或檢波信號；

k)提供閘門信號輸出(即：go／no go和／或比例輸出以及輸出響應(yīng)時間、線性，比例輸出的最大電流驅(qū)動能力和穩(wěn)定性。go／no go閘門的閾值遲滯和精度以及開關(guān)輸出的保持時間)。

C．1．2顯示器的特性參數(shù)包括：

a)顯示刻度區(qū)域的尺寸；

b)垂直和水平方向的主、子刻度線的數(shù)量；

c)儀器內(nèi)置的、操作人員無法控制的抑制；

d)時基的速度、延遲范圍，時基線性。

C．1．3發(fā)射器的特性參數(shù)包括：

a)發(fā)射脈沖波形(即方波，單向或雙向)，必要時還包括極性；

b)在50W無感電阻輸出負(fù)載條件下脈沖強(qiáng)度設(shè)置及脈沖重復(fù)頻率：

1)發(fā)射脈沖電壓(峰—峰電壓)；

2)脈沖上升時間；

3)脈沖寬度(對方波，脈沖寬度可調(diào)范圍)；

4)脈沖下降時間(僅方波)；

5)有效輸出阻抗(有誤差)；

6)脈沖回響幅度；

7)頻譜圖。

C．1．4放大器與衰減器的特性參數(shù)包括：

a)校準(zhǔn)衰減器的特性(又稱為“增益控制”)，如dB范圍、步進(jìn)、精度；

b)未校準(zhǔn)可變增益(例dB范圍)的特性；

c)與屏幕刻度相關(guān)的垂直線性；

d)每個頻帶設(shè)置(給出誤差值)的中心頻率及帶寬(在一3 dB點(diǎn)之間)，衰減器設(shè)置的影響；

e)發(fā)射脈沖后的盲區(qū)，包括脈沖強(qiáng)度、阻尼、衰減器／增益控制和頻帶設(shè)置的影響；

f)所有頻率設(shè)置時的輸入等效噪聲(微伏)；

g)在所有規(guī)定頻率范圍內(nèi)屏幕高度10％的最小輸入電壓；

h)在所有規(guī)定頻率范圍內(nèi)超聲儀器的動態(tài)范圍；

i)在規(guī)定頻率范圍內(nèi)超聲儀器的等效輸入阻抗；

j)距離幅度校準(zhǔn)功能包括：動態(tài)范圍、最大校準(zhǔn)斜率(分貝／微秒)、校準(zhǔn)形式、DAC控制的影響。

C．1．5數(shù)字超聲儀器除上述以外還包括：

a)數(shù)模轉(zhuǎn)換；

b)A型顯示的像素?cái)?shù)量；

c)數(shù)據(jù)輸出及存貯設(shè)備；

d)打印輸出；

e)校準(zhǔn)存貯設(shè)備；

f)顯示與存取設(shè)備；

g)自動校準(zhǔn)；

h)顯示器的類型及其響應(yīng)時間。

必要時，還導(dǎo)括使用的采樣率、采樣率和響應(yīng)時間對脈沖重復(fù)頻率顯示范圍的影響、顯示數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)原理、安裝軟件的版本。

C．2　超聲探頭

超聲探頭的特性參數(shù)包括：

a)制造商名稱；

b)探頭類型；

c)探頭重量、尺寸；

d)接頭類型；

e)TR連接線(發(fā)—收)，可更換的；

f)換能器材料；

g)換能器形狀、尺寸；

h)楔塊材料、延遲；

i)耐磨片材料；

j)耐磨允許公差；

k)串?dāng)_衰減；

l)脈沖波形(時間和頻率)；

m)中心頻率、帶寬；

n)脈沖回波靈敏度；

o)距離幅度曲線；

p)阻抗靜電容；

q)探頭入射點(diǎn)；

r)聲束角；

s)擴(kuò)散角；

t)聲束軸線偏移；

u)偏向角；

v)焦距、近場；

w)焦點(diǎn)寬度；

x)焦點(diǎn)長度；

y)外觀。

 

附錄　D

(規(guī)范性附錄)

曲面工件實(shí)際折射角計(jì)算

D．1　縱向曲面磨弧探頭

探頭的入射角度(ad)可從已測量的聲束折射角(a)與一條線之間來計(jì)算，一條線可從探頭入射點(diǎn)與平行于入射聲束來得到，并將線在探頭一側(cè)做記號，如圖D．1所示。

 

入射角度可從下式來得出：

ad=arcsin[(cd/ct)/sina]

式中：

cd——探頭斜楔縱波聲速(通常有機(jī)玻璃縱波聲速為2730m／s)；

ct——被檢工件橫波聲速(一般鋼橫波聲速為3255m／s±15m／s)。

修整后的探頭入射點(diǎn)將會沿著標(biāo)記線移動，并且它的新位置可以用手工方法直接在探頭外殼上測定，如圖D．1所示。

探頭折射角可通過滿足要求的橫孔最大回波來測定，也可在工件、參考試塊或者是在比例圖紙上直接測定，如圖D．2所示。

 

或者折射角可以用手工方法在參考試塊上測量的聲程長度來計(jì)算出來，使用下式來計(jì)算：

 

圖D．2中示意了方程式中各符號的含義。

校準(zhǔn)所用表面的曲率半徑與被檢工件相比，誤差應(yīng)控制在±10％之內(nèi)。

D．2　橫向曲面磨弧探頭

橫向曲面磨弧探頭修整后，探頭入射點(diǎn)位置的變化量(Dx)如圖D．3所示。

Dx=gtan(ad)

有機(jī)玻璃斜楔(cd=2730m／s)，非合金鋼被檢件(ct=3255m／s)，探頭入射點(diǎn)位置的變化量(Dx)，三個最常用的聲束角度和修正深度(g)可從圖D．4中讀出。

 

修整時不能改變聲束角度。如果聲束角度變化是未知的，或者修正深度沿著探頭長度的有任何變化時，應(yīng)在一塊合適的修整后的參考試塊上利用橫孔來測定。聲束角度由以下決定：

a)在比例圖紙上，在橫孔與探頭入射點(diǎn)之間畫一條直線：或者

b)按圖D．5所建立的方程式來進(jìn)行計(jì)算。

a=arctan[(A¢+x-q)/t]

 

D．3　折射角變化規(guī)律

見圖D．6

 

D．4　當(dāng)從外圓面掃查時的聲程

 

D．4．1全跨距

 

 

D．4．2半跨距

 

D．5　當(dāng)從內(nèi)圓面掃查時的聲束路徑

 

D．5．1全跨距

 

D．5．2半跨距

 

 

附錄　E

(規(guī)范性附錄)

時基線和靈敏度設(shè)定

E．1　概述

使用脈沖波技術(shù)，應(yīng)在示波屏上設(shè)置超聲時基線。一束透射聲束的聲程距離、深度、水平距離、或者扣除前沿的水平距離的坐標(biāo)，見圖E．1。除非另有注明，下述所提及設(shè)定時基線工藝是指聲束傳播的聲程距離(一個回波等于兩次的傳播路徑)。

 

時基線的設(shè)定應(yīng)使用兩個已知時間或距離的參考回波進(jìn)行。根據(jù)預(yù)定的校準(zhǔn)值，能得知各自的聲程，深度，水平距離，或者扣除前沿的水平距離。該技術(shù)能夠確保通過延時塊(如探頭楔塊)的聲束傳播自動校準(zhǔn)。假設(shè)參考試塊聲速可知，在該情況下設(shè)備的電子時基線通過一個回波就可以校準(zhǔn)。在時基線范圍內(nèi)的兩參考回波之間距離可等同于實(shí)際距離。運(yùn)用時基線掃描控制旋鈕將最高回波的波的前沿對應(yīng)于屏幕上預(yù)定的水平刻度值。準(zhǔn)確的校準(zhǔn)可用一個檢查信號來驗(yàn)證，檢查信號不一定與之前校準(zhǔn)設(shè)置的信號顯示在示波屏的同一位置，但能顯示在示波屏適當(dāng)?shù)奈恢谩?span lang="EN-US">

E．2　參考試塊和參考反射體

對于鐵素體鋼的檢測建議使用GB／T 19799．1中規(guī)定的l號校準(zhǔn)試塊或GB／T 19799．2中規(guī)定的2號校準(zhǔn)試塊。只要已知參考試塊或被檢工件本身的探測面至反射體的聲程距離就可以用其來校準(zhǔn)時基線。參考試塊與被檢工件的聲速誤差應(yīng)在±5％之內(nèi)，否則應(yīng)進(jìn)行修正。

E．3　直探頭調(diào)節(jié)技術(shù)

E．3．1單反射體調(diào)節(jié)

參考試塊的厚度不得超過時基線設(shè)定范圍。可從1號校準(zhǔn)試塊厚度為25mm或100mm處得到合適的底面回波，或從2號校準(zhǔn)試塊的12.5mm處得到。也可選擇已知厚度的被檢工件，試塊與工件應(yīng)有相同的平表面或曲面，且試塊與工件的聲速應(yīng)相同。

E．3．2多反射體調(diào)節(jié)

要求參考試塊(或組合試塊)應(yīng)有不同聲程的兩個反射體(如橫孔)，重復(fù)地不斷移動探頭位置找到每個反射體各自的最高回波；再通過調(diào)節(jié)時基線掃描控制旋鈕將相鄰兩個反射體的回波設(shè)置到準(zhǔn)確的位置來進(jìn)行時基線校準(zhǔn)。

E．4　斜探頭調(diào)節(jié)技術(shù)

E．4．1試塊圓弧面調(diào)節(jié)

用1號校準(zhǔn)試塊或2號校準(zhǔn)試塊的圓弧面來設(shè)定時基線。

E．4．2縱波探頭調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換

橫波探頭時基線可通過縱波探頭在1號校準(zhǔn)試塊的91mm厚度處設(shè)置，相對于住鋼中50mm的橫波聲程。完成時基線設(shè)定之后，通過檢測時所用的探頭和已知聲程距離的反射體，僅用零點(diǎn)校準(zhǔn)旋鈕就可以來進(jìn)行時基線的設(shè)置。

E．4．3參考試塊調(diào)節(jié)

這與E．3．2中針對直探頭的調(diào)節(jié)原理相似。

然而要達(dá)到足夠精確，就必須找到最高回波，在試塊表面標(biāo)出聲束入射點(diǎn)，然后用手工方法測量反射體與相應(yīng)的標(biāo)記之間的距離。對所有后面的時基線校準(zhǔn)，探頭應(yīng)在這些標(biāo)記重新定位。

E．5　斜探頭時基線的設(shè)置

E．5．1平面

平面工件檢測時，深度和水平距離主要取決于給定的聲束角度，可參照比例圖或以下公式：

深度(t)：t=s·cosat

水平即離(a)：a=s·sinat

扣除前沿的水平距離(a¢)：a¢=(s·sinat)-x

E．5．2曲面

E5．1中闡述的時基線設(shè)置的原理在這里仍適用，但深度和水平距離不再是線性的。非線性標(biāo)度比例的建立，可在聲程距離比例圖上通過一系列的位置來繪出，或由適當(dāng)的公式計(jì)算出，或可從曲面試塊上得到一系列反射體的最高回波來確定標(biāo)度，中間值可通過插值法獲得。見圖E．2。

 

E．6　靈敏度設(shè)定和回波高度評定

E．6．1概述

在校準(zhǔn)完時基線之后，超聲設(shè)備的靈敏度(增益調(diào)節(jié))應(yīng)按以下任一技術(shù)進(jìn)行設(shè)定：

a)單反射體技術(shù)

當(dāng)評定的回波與參考反射體回波的聲程距離相同，即可利用單個參考反射體作參考。

b)距離波幅曲線(DAC)技術(shù)

DAC曲線是通過得到參考試塊上一系列不同聲程的相同反射體(例如：橫孔或平底孔)回波來繪制的。

c)DGS技術(shù)

該技術(shù)是使用一系列理論上與聲程、增益、與聲束軸線垂直的平底孔尺寸相關(guān)的導(dǎo)出曲線。

E．6．2角度影響

當(dāng)利用斜探頭二次波(例如：在半跨距之后)探測曲面工件時，由底面引起的入射角度的變化(例如角度影響)應(yīng)予以考慮。當(dāng)探頭在外圓面對筒體型工件進(jìn)行掃查時，由于內(nèi)表面是曲面，經(jīng)內(nèi)表面反射之后將使聲束角度變大。反之，當(dāng)探頭在內(nèi)圓面進(jìn)行掃查時，由于外表面是曲面的原因，經(jīng)外表面反射之后將使聲束角度變小。

E．6．3距離波幅曲線(DAC)技術(shù)

制作DAC曲線所使用的參考試塊，應(yīng)具有一系列不同聲程距離的反射體，且試塊上反射體的深度應(yīng)大于被檢工件的高度。表E．1詳細(xì)給出間距、試塊最小尺寸和反射體的具體要求。

對不同回波波高的評價，按以下要求執(zhí)行：

如果回波波高通過增加XdB到達(dá)參考線時，回波波高記錄為(參考水平－X)dB。如果回波波高通過降低YdB到達(dá)參考線時，回波波高記錄為(參考水平+Y)dB。

 

 

 

 

附錄　F

(規(guī)范性附錄)

傳輸修正

除非設(shè)定檢測靈敏度時所用試塊的聲學(xué)性能能代表被檢工件，否則在設(shè)定檢測靈敏度或評定不連續(xù)性回波波高時，都應(yīng)考慮傳輸修正。

傳輸修正DV1由2個參數(shù)組成：

1)檢測表面的耦合損耗，與聲程無關(guān)；

2)材質(zhì)衰減，與聲程有關(guān)；

兩種方法的名稱描述：一種叫固定聲程法，即補(bǔ)償量由耦合損耗和僅在最大聲程處材質(zhì)衰減組成。另一種叫比較法，即補(bǔ)償量由這2個參數(shù)共同組成。

F．1　固定聲程法

這種方法僅用于聲能衰減小于耦合損耗，或反射體的回波靠近工件底部時的情況。使用直探頭時，分別將參考試塊和工件的第一次底面回波，調(diào)整至示波屏的同一高度，并記下相應(yīng)的dB值(用Vt,t和Vt,r表示)。使用斜探頭時，用2個相同的探頭，一發(fā)一收，同時作V型放置來得到相應(yīng)的回波。若兩個底面回波的聲程不同，2回波之間的聲程差(DVs)可通過DGS曲線來得到，傳輸修正(DVt)可根據(jù)下式計(jì)算：

DVt=Vt,t-Vt,r-DVs

F．2　比較法

F．2．1直探頭

將探頭置于參考試塊上，分別將第一次和第二次底波調(diào)整至示波屏的同一高度，并記下相應(yīng)的增益值(VA1，VA2見圖F．1)。依據(jù)增益值與聲程距離的關(guān)系繪制出圖G．1中的線2。然后將探頭重新置于工件上，重復(fù)上述步驟得到(VB1，VB2和圖F．1中的線1)。對應(yīng)適當(dāng)?shù)穆暢?span lang="EN-US">(su)，通過兩線得出增益差值，即傳輸修正(DVt)，見圖F．1。

 

注：通過VB1和VB2所畫的斜線不能給出工件的真實(shí)衰減情況，因?yàn)槠渲袥]有考慮聲束擴(kuò)散和檢測面上多次反射對探頭聲能的影響。

F．2．2斜探頭

除了要用2個相同斜探頭且為一發(fā)一收外，斜探頭測試方法在原理上與直探頭相似。測試所用探頭頻率應(yīng)與檢測工件所用探頭頻率相同。將探頭置于DAC參考試塊上，首先作V型放置，接著作W型放置，調(diào)節(jié)增益使所得的回波顯示在示波屏的同一高度，并記下相應(yīng)的增益值(用VA1和VA2表示)。然后將探頭置于工件上，重復(fù)上述步驟得到(VB1和VB2)。依據(jù)增益值與聲程距離的關(guān)系繪制出線。對應(yīng)適當(dāng)?shù)穆暢蹋ㄟ^兩線得出增益差值，即傳輸修正(DVt)。

F．3　傳輸修正對局部變化進(jìn)行補(bǔ)償

如果有理由懷疑在被檢區(qū)域上存在局部變化需進(jìn)行傳輸修正時，傳輸修正應(yīng)選在一些具有代表性的位置進(jìn)行測定。如果傳輸修正的變化量值在±6dB之內(nèi)，應(yīng)將所有測試所得的值進(jìn)行平均，均值為DVt。如果變化量值超過6dB時，應(yīng)使用下面(a)或(b)的方法：

a)所有超過DVt以上的測試值與DVt的差值相加，得出均值DV～。修正后的傳輸修正(DVt+DV～)將被用于整個區(qū)域的檢查。

b)檢測部位分區(qū)，使得每個區(qū)域的傳輸修正的變化量值就不超過6dB。將DVt值分開應(yīng)用于各自區(qū)域。

對于斜探頭測試時，應(yīng)將串列式所得的信號來代替底面回波。