超聲波檢測中對缺陷高度的測定

1、超聲波測量缺陷高度的探討 王云昌內(nèi)容摘要： 本文論述了壓力容器不同程度地存在著裂紋類缺陷，斷裂力學(xué)研究證明，帶有尖銳邊緣的平面缺陷（如裂紋）危險性最大。同時還證明受壓部件中平面缺陷穿過壁厚的徑向長度、缺陷距表面及與其它缺陷的距離等都是關(guān)鍵性的重要尺寸，而平行于部件表面的裂紋長度是次要的。據(jù)統(tǒng)計鍋爐壓力容器的損壞大部分是由于工件內(nèi)部裂紋的擴展所引起的，英國曾對10萬個容器進行調(diào)查，運行一年共發(fā)生132件破壞事故，按事故原因統(tǒng)計，由于裂紋擴展造成的破壞占總數(shù)的比例高達89.3%。因而對裂紋的檢驗和監(jiān)控顯得極為重要。主題詞：超聲波 測量 缺陷高度正文：缺陷高度的超聲檢測方法6db法6db法是超聲測量

2、長度的傳統(tǒng)方法，通常是探頭找到最大峰值后向相反的二個方向水平移動使回波峰值下降一半時的波束中心線距離即為長度，該長度稱為指示長度但并非裂紋的真實長度。這種方法可以用來測高，但是誤差較大。表面波延時法對表面開口的裂紋可采用表面波延時法來測量裂紋深度，該法主要是通過裂紋對表面波的延時作用來計算裂紋的深度。但當缺陷內(nèi)含油或水等液體時，表面波有可能跨越缺陷開口，使測試誤差大大增加。此外，缺陷的端部太尖銳接收到超聲波信號很低甚至接收不到。缺陷表面過于粗糙也會造成誤差增大。端點衍射波法超聲波入射到裂紋面上時，根據(jù)惠更斯原理，在裂紋尖端會形成次波源而產(chǎn)生衍射稱為衍射波，超聲端點衍射法是通過測量裂紋端點衍射回

3、波的延遲時間差值來求得裂紋高度的。但是衍射波的強度很弱難發(fā)現(xiàn)，所以用衍射波測量裂紋高度有較大的難度。端點反射波法入射波入射到裂紋的端點，有一部分將沿著原路反射，稱為端點反射回波如圖1所示。端點反射回波法是通過測量主聲束入射到裂紋頂端時，所產(chǎn)生的端點回波聲程計算裂紋的高度，從方法上說是比較正確較為可行的方法。端點反射波法的應(yīng)用現(xiàn)狀在模擬超聲探傷儀上用端點反射法測量裂紋的高度，通常采用深度校準即利用回波聲程在垂直方向上的投影長度進行定位。操作工藝的特點是要用試塊進行深度線性校準，其實質(zhì)是一種同高比較法因此其準確度與儀器線性、試塊精度和操作工藝有很大的關(guān)系。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，將回波信號數(shù)字化能得

4、到回波聲程的精確量值。通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型能得到包括垂直高度在內(nèi)的各種數(shù)值，這是本文研究的主題。2 數(shù)字信號處理端點回波聲程測量裂紋自身高度方法的研究21 數(shù)字處理端點回波聲程的原理和應(yīng)用常規(guī)超聲檢測對回波聲程的測定是通過屏幕上回波所處位置的水平量值來換算的，由于波形的跳動、波形峰值的判斷誤差、線性調(diào)節(jié)精度等原因，測定的聲程值誤差很大。數(shù)字信號處理端點回波聲程(w)是通過計算機A/D轉(zhuǎn)換，將回波的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，根據(jù)聲速和樣點數(shù)精確計算得到的。我們研制了超聲信號分析儀和分析軟件，能將常規(guī)探傷儀的回波模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，建立了計算不同狀態(tài)下裂紋自身高度的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了數(shù)字化處理得到了

5、裂紋自身高度精確的測量結(jié)果。22 不同狀態(tài)裂紋自身高度的計算方法221 垂直表面開口裂紋如圖2所示，對于垂直表面開口裂紋，其自身(垂直)高度為h，端點回波與根部回波聲程分別為w1、w2，探頭折射角為，工件厚度為T，則：h=（w2-w1）cos=（w2-w1） （T/w2）=（1-w1/w2）T-（1）不用值，表面開口裂紋自身高度用（1）式計算可得到較高的精度。222 垂直表面的內(nèi)部裂紋如圖3所示，對于垂直表面的內(nèi)部裂紋，如果上端點和下端點都是由一次波探測到（如圖3，A），一次波聲程分別為W1和W2，則其自身高度h為：h=（w2-w1）cos-（2）如果上端點是由一次波探測到，而下端點是由二次波

6、探測到（如圖3，B），設(shè)一、二次波的總聲程為L2。如果工件厚度為T，那么L2中一次波聲程為：T/ cos； 二次波聲程為：L2-（T/ cos）；則：W2=L2-2（L2-（T/cos） -（3）223 傾斜的內(nèi)部裂紋如圖4所示，對于有傾角的的內(nèi)部裂紋，如果上端點和下端點都是由一次波探測到（如圖4，A），一次波聲程分別為W1和W2，則其自身高度h為：h= （w2-w1）cos-（4）如果上端點是由一次波探測到，而下端點是由二次波探測到（如圖4，B），且工件厚度為T，那么總聲程L2中一次波聲程為：T/cos；總聲程L2中二次波聲程為：L2-（T/cos）；則：W2=L2-2（L2-（T/cos）

7、 -（5）h=（w2-w1）cos利用公式（1）-（5）進行聲程的數(shù)字化處理，為提高h 的測量精度，工件厚度T和探頭K值必須精確測量。15#試塊焊縫根部裂紋表面開口狀態(tài)十分復(fù)雜底部反射波很雜，操作者較難正確判斷缺陷波，故造成較大的操作誤差。結(jié)束語采用聲程數(shù)字處理技術(shù)的端點反射回波法，對提高裂紋自身（垂直）高度測量精度是非常有效的。具有原理簡單、測量重復(fù)性好、操作方便快捷和實用性強等優(yōu)點。對于自身（垂直）高度大于等于2mm的平面型缺陷（裂紋類），其測量精度（平均絕對誤差）可控制在1mm以內(nèi),相對誤差隨高度的變化而變化。其精度優(yōu)于模擬超聲探傷儀的深度定位法1；自行研制的超聲信號分析儀和分析軟件不僅具有模擬超聲儀器和一般數(shù)字式超聲儀器的功能，還具有頻譜分析、強大的數(shù)據(jù)管