焊縫超聲波檢測時DAC曲線的制作與應用

1、哈爾濱理工大學學士學位論文焊縫超聲波檢測時曲線的制作與應用摘要在超聲波檢測時，為了避免漏檢，超聲檢測人員通常用較高的靈敏度（二次波或三次波的靈敏度）作為掃查靈敏度。當在掃查過程中發(fā)現(xiàn)缺陷時，根據(jù)缺陷波距一次波、二次波（三次波）的水平位置遠近選用水平差值最小的波次的靈敏度對缺陷進行定量。因此在超聲波檢測時應用DAC曲線，不僅可靈敏的監(jiān)測出缺陷的位置所在，而且簡單方便。本文分析了超聲波檢測在檢測時對檢測結果的分析，應用DAC曲線和DAC曲線的多種制作方法，并對比分析了各種DAC曲線的制作方法優(yōu)缺點如：直線連接法；最小二乘擬合法；拉格朗日擬合曲線法等，并且還介紹了增益型波檢測DAC曲線與衰減型檢測D

2、AC曲線。DAC曲線在實際工程中的應用很是廣泛。其中本文以TC4大直徑鈦合金棒材超聲波探傷為例證明DAC曲線可以對保證準確的靈敏度及建立曲線進行聲程補償，可有效解決材料探傷雜波較高的問題，保證大直徑棒材的有效檢測，以保證探傷結果的準確性、可靠性。關鍵詞 超聲波檢測；DAC曲線；缺陷定量；評定依據(jù)Production and Application of DAC Curve in Ultrasonic Testing of WeldsAbstractIn ultrasonic testing, in order to avoid detection, ultrasonic testing per

3、sonnel usually with high sensitivity (sensitivity of two times wave or three times the wave ) as the scanning sensitivity. When the find defects during scanning process, according to the distance of defect wave from a wave, the two wave (the three wave) level location select the least level differen

4、ce between wave sensitivity as the quantify defects. The application of DAC curve in ultrasonic testing, not only can sensitively detect the location of defects,but also be simple and convenient. This paper analyzed the ultrasonic testing in the detection of the analysis on the test results, making

5、a wide variety of applications of DAC curve and DAC curve, and analyzed the advantages and disadvantages of various methods of DAC curve analysis such as: linear connection method; least squares fitting; Lagrange fitting curve method, and also introduces the gain wave detection of DAC curve and DAC

6、curve of attenuation measurement. Application of DAC curve in engineering practice is very extensive. Which based on the TC4 large diameter titanium alloy bars-ultrasonic testing as an example to demonstrate that DAC curve can be used for acoustic sensitivity to ensure the accuracy of compensation a

7、nd establishment of curve, which can effectively solve the problem of high material testing noise, ensure the effective detection of large diameter bars, in order to guarantee the accuracy, reliability of testing results.Keywords Ultrasonic testing; DAC curve; Defect quantitative; Assessment basis目錄

8、摘要IAbstractII第1章 緒論- 1 -1.1 課題背景- 1 -1.2 超聲波檢測時應用曲線- 2 -1.2.1 焊縫超聲波檢測時DAC曲線- 2 -1.2.2 焊縫超聲波檢測時AVG曲線- 3 -1.3 我國超聲波檢測時曲線的現(xiàn)狀及發(fā)展- 6 -1.4 本文主要研究內(nèi)容- 6 -第2章 超聲波檢測DAC曲線的制作- 7 -2.1 DAC曲線分類- 7 -2.1.1 dB-S曲線（實測DAC曲線）- 7 -2.1.2 DAC面板- 8 -2.2 各種繪制方法在標準中的使用- 8 -2.2.1 直接連線法- 9 -2.2.2 最小二乘法曲線擬合- 9 -2.2.3 拉格朗日插值法- 1

9、0 -2.2.4 結論- 12 -2.3 衰減型和增益型探傷DAC曲線繪制- 12 -2.3.1 衰減型DAC曲線的繪制- 12 -2.3.2 增益型數(shù)字超聲探傷儀DAC曲線的繪制- 16 -2.4 繪制DAC曲線注意事項- 17 -2.5 本章小結- 18 -第3章 DAC曲線在大直徑鈦合金棒材超聲檢測中的應用- 19 -3.1 簡介- 19 -3.2 探傷原理- 19 -3.3 探傷工藝的選擇- 20 -3.3.1 探傷儀- 20 -3.3.2 探頭- 20 -3.3.3 對比試塊- 20 -3.3.4 掃查- 22 -3.4 試驗過程- 22 -3.4.1 前期試驗- 22 -3.4.2

10、 不同探頭對比試驗- 22 -3.4.3 DAC曲線試驗- 24 -3.4.4 實驗結果- 25 -3.5 本章小結- 25 -結論- 26 -致謝- 27 -參考文獻- 28 -附錄- 29 - - 45 - 第1章 緒論1.1 課題背景無損檢測即NDT（Non-destructive testing），就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質和數(shù)量等信息，進而判定被檢對象所處技術狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術手段的總稱。常用的無損檢測方法：射線照相檢驗（RT）、超聲檢測(UT）、磁粉檢

11、測(MT）和液體滲透檢測(PT) 四種。其他無損檢測方法：渦流檢測(ET）、聲發(fā)射檢測（AT）、熱像紅外（TIR）、泄漏檢測（LT）、交流場測量技術（ACFMT）、漏磁檢驗（MFL）、遠場測試檢測方法（RFT）等。在工業(yè)中，超聲檢測(UT）是常用無損檢測的方法之一。超聲波在媒質中傳播會產(chǎn)生衰減、反射、聲阻抗等，而超聲檢測技術就是利用超聲波在媒質中的這些傳播特性對被測對象進行濃度、密度、強度、硬度、溫度和缺陷等這些非聲學量的測定。超聲波因其波長短、分辨率高，所以能探測到0.02毫米以下的內(nèi)部缺陷，材料內(nèi)部缺陷的聲學性質對超聲波的傳播具有一定的影響，而超聲檢測就是利用者一點，在不破壞原材料或元件的

12、前提下，探測材料內(nèi)部如裂紋、夾渣、氣泡等這些內(nèi)部和表面缺陷，并探測出它們的大小、形狀和分布情況，以及測定材料的性質。超聲波檢測所用到的設備比較簡單，價格低廉，使用條件和安全性能也很好1。超聲波檢測是無損檢測的主要方法之一。它因靈敏度高、穿透力強、檢測速度快、成本低、設備簡單輕便和對人體無害等一系列優(yōu)點廣泛應用于工業(yè)實際。近年來，超聲無損檢測技術的廣泛應用和計算機技術的飛速發(fā)展，對超聲檢測技術提出了一些新的要求。一方面制造業(yè)中結構件的組合化，要求把可檢性預測和檢測工藝設計應用于早期的結構設計，在設計周期短和成本降低的同時提高質量水平；另一方面，超聲無損檢測的數(shù)學模型由于廣泛的工業(yè)應用興趣正發(fā)展為

13、一個方興未艾的學科分支，大容量高速度的個人計算機也逐步普及，這些都為選擇合適的模型進行超聲無損檢測的模擬仿真和可視化研究提供了可能和方便。超聲波檢測技術由于其自身的檢測手段和方法的優(yōu)勢，在焊縫探傷中得到了成功的應用。不僅在中厚板焊縫探傷中，而且現(xiàn)在在薄板焊縫探傷中，缺陷定量的曲線也廣泛使用。因此，在焊縫探傷前，必須完成繪制缺陷定量曲線。由于電腦超聲波探傷儀具有記憶功能，所以制作缺陷定量曲線更加簡單方便。同時，借助于微處理器的計算和處理，缺陷定量曲線的繪制也有多種方法.本文將簡要介紹使用廣泛的缺陷定量曲線的繪制方法。1.2 超聲波檢測時應用曲線 在超聲波檢測探傷過程中，對缺陷當量大小取值方法，目

14、前主要應用兩類方法：DAC曲線和AVG曲線為主的兩種方法。對焊縫的超聲波橫波探傷中，通常會用到 DAC曲線，對缺陷當量大小常用 DAC+dB或者SL+dB的方法來表示（SL線為定量線）。而對鍛、鑄件的超聲波縱波探傷中，通常會用到AVG（DGS）曲線，于是，很多人認為DAC曲線就是橫波斜探頭制作的曲線，而AVG（DGS）曲線就是縱波直探頭制作的曲線。其實，這種看法并不全面，比如：鑄鋼件探傷中，也需要用直探頭制作DAC曲線的方法來調整靈敏度。為此在這里分別簡單介紹一下DAC曲線和AVG曲線。1.2.1 焊縫超聲波檢測時DAC曲線1.2.1.1 DAC概念DAC（distance amplitude

15、 curve ）距離波幅曲線是描述某一確定反射體回波高度隨距離變化的關系曲線。因此，AVG 曲線和 DAC 曲線都有縱波、橫波制作的曲線，并不是簡單地由縱波、橫波來劃分何為 AVG曲線、何為 DAC曲線，更不是由直探頭、斜探頭來劃分的。1.2.1.2 制作方法評定線（RL） DAC曲線以橫坐標表示距離（斜探頭通常表示深度，直探頭通常表示聲程），縱坐標表示規(guī)則反射體波幅。DAC曲線只是一種特定尺寸規(guī)則反射體的曲線，如圖1-1所示。波幅 / dB距離/mmDAC曲線（3*40）判廢線（RL）定量線（SL）圖1-13mm的橫孔 DAC曲線3mm的橫孔 DAC曲線規(guī)則反射體有很多種，例如，斜探頭常用橫

16、孔做DAC曲線，直探頭常用平底孔、大平底制作 DAC曲線。而某些特殊構件，如鋼板、鋼鍛件超聲橫波檢測、無縫鋼管軸向橫波檢測、奧氏體鋼鍛件斜探頭檢測通常需要制作 V 形槽對比試塊，DAC 曲線通過V 形槽的反射波來制作。1.2.1.3 DAC曲線的實際應用 DAC曲線應用非常的廣泛，例如：在大型鑄鐵件進行超聲波檢測時應用DAC曲線進行缺陷定量；大型直徑棒狀材料超聲波檢測；船體全焊透T型接頭超聲波檢測應用DAC曲線進行缺陷定量；鑄鋼件應用DAC曲線進行缺陷修正；鋁制母線焊接接頭超聲波檢測DAC曲線；石油化工管道焊縫超聲檢測DAC修正以及不銹鋼超聲檢測時DAC曲線的應用。所以，在大多數(shù)的超聲波檢測都

17、會應用到DAC曲線。1.2.2 焊縫超聲波檢測時AVG曲線1.2.2.1 AVG的概念 A、V、G 是德文距離、增益和大小字頭的縮寫，其英文縮寫為 DGS（distance gain size）。AVG 曲線是描述規(guī)則反射體的距離、回波高度及當量大小之間關系的曲線。AVG 曲線按照通用性分為通用AVG和實用 AVG；按照波型不同分為縱波 AVG和橫波 AVG；按照反射體不同分為平底孔 AVG 和橫孔 AVG等。1.2.2.2 AVG曲線的制作 AVG曲線有通用AVG曲線和實用AVG曲線不同的制作方法。通用 AVG曲線采用歸一化距離A 和歸一化缺陷當量大小G 來表示。規(guī)則反射體以平底孔為例，如圖

18、1-2所示。圖1-2平底孔通用 AVG曲線當A1時，由于波的干涉，使平底孔回波聲壓出現(xiàn)極大極小值；在A3的區(qū)域內(nèi)，由于理論公式不適用，因此該區(qū)域內(nèi)的曲線一般不繪出或由實測得到。由公式可以看出，A 與反射體至探頭距離x、近場區(qū)距離 N 有關；G 與反射體直徑Df、波源直徑Ds有關。因此，通用 AVG 可以適用于不同規(guī)格的探頭，通用性好。 實用 AVG曲線以橫坐標表示實際聲程，縱坐標表示規(guī)則反射體相對波高，用來描述距離、波幅、當量大小之間的關系，以平底孔為例，圖1-3右上角標出了探頭型號、尺寸。實用 AVG 曲線與通用 AVG 曲線 一樣，X3N 部分，可用理論公式計算得到；而x3N的部分需要通過

19、實際測得。由于實用 AVG 曲線是由特定探頭實測和計算得到的，實用 AVG 曲線也只適用于特定探頭，因此，一定要在實用 AVG 曲線中要注明探頭的尺寸和頻率2。圖1-3平底孔實用 AVG曲線1.2.2.3 AVG曲線的應用AVG 曲線，即：DGS曲線。以KK的探頭和儀器為例，KK 的探頭都會附帶一張實用 DGS曲線圖。該曲線是此探頭對各種尺寸反射體（各種孔徑的平底孔和大平底）的 DAC曲線的綜合，這些曲線是該探頭在多種尺寸的反射體上實測出來，并通過大量的數(shù)據(jù)歸納總結，最終得出代表性的3，如圖1-4圖1-5所示。圖1-4直探頭 MB2 S（E）圖1-5斜探頭 MWB4 54（E）1.3 我國超聲

20、波檢測時曲線的現(xiàn)狀及發(fā)展目前，國外超聲波檢測對于缺陷當量的繪制主要以模擬和仿真研究一方面集中在以解析方法為主開發(fā)工業(yè)應用的軟件系統(tǒng)，進行超聲波檢測工藝及可行性、可靠性分析，以降低檢測成本，提高效率；另一方面是采用數(shù)值方法進行模擬和仿真，針對現(xiàn)代工業(yè)廣泛使用的各向異性材料和特殊結構件進行超聲檢測研究，以提高檢測精度，拓寬超聲波檢測的應用范圍。八十年代以來，計算機技術在我國超聲檢測中得到了廣泛的應用，主要集中在超聲信號的采集、量化和處理及超聲成像系統(tǒng)和自動超聲探傷系統(tǒng)的研制上。九十年代以來浙江大學還開發(fā)出了無損檢測工藝制定專家系統(tǒng)（CAPPNDT），冶金部壓力容器檢測站研制了無損檢測專用軟件NDT

21、S。但新技術的研究和開發(fā)中計算機技術的應用是我國無損檢測的薄弱環(huán)節(jié)，目前我國超聲波檢測模擬和仿真方面的研究進行的很少。在加入WTO后的今天，我國超聲檢測要實現(xiàn)跨越式發(fā)展，就必須加緊自主研究和開發(fā)，加快超聲波檢測模擬和仿真研究。隨著超聲檢測技術的不斷發(fā)展，超聲檢測過程的模擬成為研究熱點。超聲波聲場關系到缺陷的定位定量以及檢測精度和靈敏度，了解聲場結構及分布特征對于提高檢測可靠性、準確性以及提高檢測效率至關重要，所以超聲波焊縫檢測DAC曲線技術具有重要地位。 科學計算可視化（簡稱可視化），是計算機圖形學的一個新領域，指的是運用計算機圖形學和圖像處理技術，將科學計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結果轉換成圖

22、形或圖像，并在屏幕上顯示出來等一系列交互處理的理論、方法和技術。由于電腦超聲波探傷儀具有記憶功能于，此同時借助于微處理器的計算和處理技術使得制作DAC曲線更加簡單方便快捷。1.4 本文主要研究內(nèi)容 在超聲波聲場中聲壓隨距離的增大而減小，因而當被探對象的距離變化時，須作距離(Distance)一波一隔(Amplitude)校正(Correction)，以獲得相同的當量靈敏度。所以在許多鍛件和焊縫探傷標準中都使用DAC曲線。 本文的主要研究內(nèi)容有：1. 學習各種DAC曲線的制作方法，并分析。2. 描述DAC曲線的在實際過程中的具體應用。第2章 超聲波檢測DAC曲線的制作在焊縫超聲波探傷中，對于性質

23、和大小相同的缺陷，由于深度（聲程)的不同，缺陷反射的回波高度也不同。對于傳統(tǒng)的靈敏度調節(jié)方法是根據(jù)探頭K值和工件厚度計算一次波、二次波水平位置（因為鋼管壁厚小，通常采用水平調節(jié)法調整掃描比例，工件厚度較小時還需計算三次波水平位置），在它們對應的水平位置附近找N5刻槽或直徑1.6mm豎通孔的最高波，分別記下一次波、二次波達到基準波高（滿屏的80%）時的幅值。為了避免漏檢，超聲檢測人員通常用較高的靈敏度（二次波或三次波的靈敏度）作為掃查靈敏度。當在掃查過程中發(fā)缺陷時，根據(jù)缺陷波距一次波、二次波（三次波）的水平位置遠近選用水平差值最小的波次的靈敏度對缺陷進行定量。這種傳統(tǒng)靈敏度調節(jié)方法在對缺陷定量的

24、過程中存在兩個不足，一、因為怕漏檢，超聲檢測人員通常用較高的二次波靈敏度（工件厚度較小時用三次波靈敏度）作為掃查靈敏度，這樣不僅示波屏上雜波增多，而且增大了近場區(qū)尤其是緊鄰始波后面一段區(qū)域缺陷漏檢的幾率。因為在高靈敏度下始波占寬變大，再加上近場區(qū)聲壓極大值、極小值的影響，使一些缺陷回波湮沒在始波中，導致不能識別造成漏檢。二、傳統(tǒng)靈敏度調節(jié)和缺陷定量方法操作步驟繁多，每發(fā)現(xiàn)一處可疑回波就得把儀器增益調至相近位置的靈敏度進行比較，無形中增大了超聲檢測人員的工作量4。因此采用曲線DAC缺陷定量，該方法克服了傳統(tǒng)靈敏度調節(jié)方法的不足，使不同聲程處的缺陷回波都有自己的靈敏度評定依據(jù)，而且簡化了超聲檢測人

25、員的操作過程，不用每發(fā)現(xiàn)一處可疑回波就調一次儀器，大大減小超聲檢測人員的工作量。2.1 DAC曲線分類DAC曲線中的縱坐標(幅度)可以用線性值或對數(shù)值dB表示。本文將縱坐標為dB的實測DAC曲線特稱為dB-S曲線。而把縱坐標為波高線性值的DAC曲線特稱為DAC面板。由于：dB-S曲線縱坐標是dB值，與波高不成線性關系，在實際探傷時使用回波為墓準波高時的dB值更方便，從而在實際操作上與DAC面板法(曲線可直接畫在螢光屏面板上)有明顯區(qū)別。2.1.1 dB-S曲線（實測DAC曲線）dB-S曲線的制作可以有計算法和實測法兩種。而實際測定可以分為現(xiàn)場測定和按種類測定。現(xiàn)場測定指每次探傷前用所使用的儀器

26、和探頭等作現(xiàn)場測定，按種類測定是指一種規(guī)格的探頭和儀器組合，一般只作一次測定。探傷人員在每次探傷時，只要探頭和儀器規(guī)格不變，可使用原先測定的dB-S曲線。其關鍵差別是按類測定承認同類儀器和同規(guī)格探頭可有互換性。忽略其差異及隨時I時間的變化。對這點許多標準(如JDll52-81，GB11345-89等)并未作明確規(guī)定。2.1.2 DAC面板DAC面板的制作也可有計算法和實測法兩種。德國Krautkramer在70年代和80年代初供應的超聲探傷儀可以提供不同探頭的DAC面板，我國汕頭超聲儀器廠也曾提供過部分DAC面板，它們都由計算所得。由于計算的DAC面板得到多數(shù)標準的采用，同的隨數(shù)字化超聲探傷儀

27、的出現(xiàn)，儀器的距離-波幅補償功能已非常完善，不同聲程的同當量回波幅度可以完全相同，因此現(xiàn)在儀器廠提供DAC面板已經(jīng)沒有必要。至于現(xiàn)場測定法則直接將測得的DAC曲線畫在儀器顯示面板上(以下簡稱DAC面板法)5，6。從而可得以下分類結果：理論的AVG曲線部分修正的計算的DAC曲線其他計算法（TOCT14782-86使用另外的計算公式計算的DAC面板實際測定的dB-S曲線（A）現(xiàn)場測定實際測定的dB-S曲線（B）按種類測定DAC面板計算法實測法2.2 各種繪制方法在標準中的使用DAC曲線的繪制也有多種方法，本文將主要介紹使用在電腦探傷儀上三種DAC曲線的繪制方法。2.2.1 直接連線法直接連線是最簡

28、單的繪制DAC 曲線方法。它將采樣后記錄在電腦的采樣點， 按照距離遠近和幅度大小次序用直線連接起來。 雖然在國標、部標和行業(yè)標準中，DAC曲線都是光滑的曲線， 但是，由于人工徒手繪制時， 很難繪制出一條光滑的DAC 曲線，因此使用直接連線的DAC曲線繪制方法更容易掌握和實行。圖2-1 是使用直接連線法繪制的DAC曲線， 從圖上可以明顯地發(fā)現(xiàn)直接連線法造成的折線痕跡和標準的DAC 曲線相距甚遠， 誤差較大。雖然如此， 由于這種方法的簡便易行， 因此，在許多手工情況下，這種方法依然得到廣泛應用7。0.0 19.4 38.8 58.3 77.6圖2-1直接連線法繪制DAC 曲線2.2.2 最小二乘法

29、曲線擬合曲線擬合有許多種方法，通過最小二乘準則，可以將測量的離散點用一條光滑的曲線來代替。這條光滑曲線并非經(jīng)過所有測量點，而是使得該曲線能夠盡可能地靠近所有的測量點。在超聲檢測中，聲波幅度和傳播距離存在一定的函數(shù)關系。在理想狀態(tài)下，聲波幅度在傳播過程中呈指數(shù)衰減，但是，由于實際材料內(nèi)部結構的影響。這種規(guī)律遭到破壞，我們假定其幅度已雙曲線規(guī)律衰減，選擇方程為：Y=k/X-b其中Y代表超聲波振幅；X代表距離；k和b表示待確定系數(shù)。設有n組測量值，分別為： X1、X2、Xn Y1、Y2、Yn 設定n組第i個測量點的測量誤差為Vi，則有Vi=k/Xi-b-Yi全部n個測量點的誤差平方和為由最小二乘法原

30、理可知，通過選擇最佳參數(shù)k和b?？赡苁沟弥底钚　４藭r兩個參數(shù)值滿足解出方程求出k和b，后根據(jù)原始方程Y=k/X-b求出曲線各點的數(shù)據(jù)。圖2-2表示曲線擬合法所得到的DAC曲線結果。從圖2-2不難發(fā)現(xiàn)，雖然擬合后的DAC曲線比較光滑，但是你和后的DAC曲線不能兼顧到五個采樣點，他們和DAC曲線間存在較大的誤差。0.0 19.4 38.8 58.3 77.6圖2-2 雙曲線擬合法繪制DAC曲線出現(xiàn)這種情況的原因是由于曲線擬合方法的限制。雖然最小二乘法能夠實現(xiàn)各采樣點距離曲線的誤差平方和最小，但是如果曲線本身選擇的不夠精確，其結果就會帶來很大的誤差。從最終曲線擬合效果看。這種方法有一定的缺陷。盡管如

31、此，當采樣點的最高波尋找出現(xiàn)誤差時，最小二乘法可以幫助修正由此而造成的DAC曲線偏差，這是該方法的優(yōu)點。2.2.3 拉格朗日插值法為了更好地擬合DAC曲線，是曲線既能兼顧各個采樣點，又能夠光滑，采用拉格朗日插值法。拉格朗日插值法根據(jù)已有若干測量點，采用外插或內(nèi)插求的任意的波幅值，它的基本特點是精度高，通過所有的采樣點，擬合曲線光滑，曲線走勢考慮整體采樣點的分布。設有（n+1）個測量數(shù)據(jù)X1、X2、Xn、 Xn+1Y1、Y2、Yn、Yn+1則通過這些點的多項式可以表達為：=其中Li（x）為n次多項式所以DAC曲線方程為：Y=L0（x）Y0+L1（x）Y1+L2（x）Y20.0 19.4 38.8

32、 58.3 77.6圖2-3拉格朗日插值法擬合曲線在電腦超聲波探傷儀上一般采用三點拉格朗日插值法。三點拉格朗日插值法考慮了插值區(qū)域前后采樣點，曲線比較光滑，同時，在擬合曲線時，計算比較簡便。圖2-3表示使用拉格朗日插值法曲線擬合結果。從圖2-3可以知道，使用拉格朗日插值法的曲線擬合結果比較好，和實際情況比較吻合。圖2-4表示根據(jù):JB4730-94超聲波檢測標準繪制的測長線、定量線和判廢線。其中測長線DAC-9dB 定量線為DAC-3dB 判廢線為DAC-5dB0.0 19.4 38.8 58.3 77.6圖2-4拉格朗日播值法繪制的定量線、測長線和判廢線2.2.4 結論在電腦超聲波探傷儀上.

33、 由于使用了微處理器， 它可以進行相當復雜的運算， 因此可以選擇比較好的方法來克服人工繪制造成的誤差。比較上面三種繪制DAC 曲線方法后， 可以發(fā)現(xiàn)， 拉格朗日插值法是比較好的繪制方法， 使用這種方法繪制的DAC曲線不僅光滑， 而且經(jīng)過各個采樣點， 是比較理想的曲線擬合方法8。2.3 衰減型和增益型探傷DAC曲線繪制2.3.1 衰減型DAC曲線的繪制2.3.1.1 在坐標紙上繪制DAC曲線采用衰減型超聲波探傷儀(如CTS-22型)在坐標紙上繪制DAC曲線。當檢測厚度T=15 mm的對接焊縫時，DAC曲線繪制方法如下：1先測定探頭的入射點(前沿長度)和K值，根據(jù)檢測板厚選擇按照水平方式調節(jié)掃描速

34、度。2將探頭置于CSK-IIIA試塊上，調節(jié)增益旋鈕，使深度為10 mm的1 mm6 mm孔的最高回波顯示為滿屏的80%以此作為基準波高，記錄衰減器讀數(shù)。保持增益不變，調節(jié)衰減器，記錄不同深度的1 mm6 mm孔在最高回波為80%滿刻度時的衰減器讀數(shù)。3JB/T 4730.32005標準要求對表面耦合損失和材質衰減進行補償。此處不考慮材質衰減，僅補償表面耦合損失4 dB。4以孔深為橫坐標，幅值為縱坐標，按照表2-1規(guī)定的靈敏度在坐標紙上繪出評定線、定量線和判廢線，標出I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)，注明所用探頭的編號、頻率、晶片尺寸和K值(圖2-1)。判廢線定量線評定線2.5P10*10K2 t=30

35、mm60幅值 /mm4020判廢線定量線評定線區(qū)區(qū)區(qū) 0 10 20 30 40 50距離/mm圖2-1 衰減型探傷儀DAC曲線2.3.1.2 在顯示器面板上繪制DAC曲線實際工作中，在使用模擬式衰減型超聲波探傷儀時，因為將DAC曲線直接繪制在儀器顯示器面板上的方法簡單、直觀、使用方便、定量準確且不受外界環(huán)境的影響，因而應用較多。1工件厚度在815 mm時，將探頭置于CSK-IIIA試塊上，使主聲束對準10 mm深的1 mm6 mm短橫孔，波幅達到最高時，調節(jié)衰減器和增益旋鈕，使回波幅度最高點達滿屏的100%，用彩色筆在面板上標記最高點，記錄此時dB值。保持靈敏度和dB值不變，分別測試不同深度

36、的15 mm時，繪制出的一條曲線不一定能全部覆蓋半波程和全波程，且JB/T4730.32005標準第5.1條規(guī)定：如果DAC曲線繪制在熒光屏上，則在檢測范圍內(nèi)不低于熒光屏滿刻度的20%。因而需要采用分段繪制的方法，在面板上繪制兩段或多段曲線(圖2-3)。A dB-4dB-6dB幅值 /mm1000 20 40 60 80 100距離/mm圖2-3 T40120 mm時多段面板曲線3在熒光屏上直接繪制DAC曲線時，應注意達到基準波高后，每次均應使衰減器調節(jié)到原基準靈敏度。2.3.2 增益型數(shù)字超聲探傷儀DAC曲線的繪制 增益型數(shù)字式超聲波探傷儀已經(jīng)越來越多地應用于無損檢測工作中。由于不同制造廠家

37、設計的操作界面和軟件不同，所以DAC曲線的繪制方法也不盡相同。使用國產(chǎn)數(shù)字式超聲波探傷儀在坐標紙上繪制DAC曲線時，需要遵循以下步驟：2.3.2.1使用自動增益或增益按鈕，使不同深度孔的最高反射波幅均達到某一基準波高(如滿屏的80%)，分別記錄示波屏上顯示的幅值。2.3.2.2考慮表面補償4 dB，計算出評定線、定量線和判廢線值，由此繪制出如圖2-4所示DAC曲線。80幅值 /mm6040評定線區(qū)區(qū)定量線區(qū)判廢線 0 10 20 30 40 50距離/mm圖2-4 增益型探傷儀DAC曲線2.3.2.3將坐標紙反轉，形成圖2-5曲線。距離/mm2040幅值 /mm6080判廢線區(qū)定量線區(qū)區(qū)評定線

38、2.5P10*10K2 T=30mm圖2-5 反轉曲線比較圖2-1，2-4和2-5可見，經(jīng)過以上轉換，增益型數(shù)字式超聲波探傷儀顯示的DAC曲線與衰減型數(shù)字式超聲探傷儀繪制出的DAC曲線走向相同10，11。2.4 繪制DAC曲線注意事項1繪制DAC曲線時的探頭應與實際探傷時用的探頭一致，且探頭移動的壓力和使用的耦合劑，應與實際檢測時相同。2采用直接繪制還是分段繪制方法，應根據(jù)被檢焊縫厚度而定。當采用單面雙側檢測時需滿足全波程檢測覆蓋要求，當采用雙面雙側檢測時需滿足半波程檢測覆蓋要求。3應根據(jù)檢驗標準對儀器和探頭進行復核，每次檢測前對DAC曲線的校核不應少于3點，當誤差超過要求時，必須進行靈敏度修

39、正或重新繪制。4DAC曲線繪制在熒光屏上時，在檢測范圍內(nèi)的曲線幅度不得低于熒光屏滿刻度的20%。5衰減型超聲探傷儀的DAC曲線的表面補償為負值，增益型為正值；且兩種探傷儀的靈敏度數(shù)值相反，因此在坐標紙上顯示的區(qū)域也存在很大的區(qū)別。6因增益型與衰減型DAC曲線區(qū)域的不同，所以在工作中讀出的缺陷波幅值應與DAC曲線的區(qū)域相對應。2.5 本章小結本章通過與傳統(tǒng)缺陷定量方法對比引入DAC曲線方法。DAC曲線在超聲波領域的曲線當量靈敏度很是實用。由于電腦超聲波探傷儀具有記憶功能，同時，借助于微處理器的計算和處理，DAC曲線的繪制也有多種方法。例如：直線連接法、最小二乘曲線擬合法、拉格朗日插值法。由于超聲

40、波數(shù)字探傷儀主要分為增益型和衰減型，因此又對增益型和衰減型的DAC曲線制作方法進行分別的介紹。第3章 DAC曲線在大直徑鈦合金棒材超聲檢測中的應用超聲波檢測技術由于其自身的檢測手段和方法的優(yōu)勢，在焊縫探傷中得到了成功的應用。焊縫探傷DAC曲線在中厚板和薄板廣泛使用。例如：DAC曲線在大直徑鈦合金棒材超聲檢測中的應用。TC4大直徑鈦合金棒材超聲波探傷時若以全聲程探測方法調節(jié)靈敏度，雜波水平一般較高，有時雜波水平信號幅度大于標準所規(guī)定的平底孔當量回波幅度，此時當量平底孔反射信號被湮沒在雜波中，無法實施探傷。為了解決TC4大直徑棒材檢測時雜波水平過高的問題，我們通過探頭對比試驗，合理選擇了探傷工藝參

41、數(shù)，確定了最佳檢測工藝，針對水浸聚焦探頭制作了DAC曲線，減少了雜波對探傷結果的影響，提高了檢測信噪比12。3.1 簡介大規(guī)格棒材由于曲率影響，在直接接觸法探傷時探頭與工件呈線性接觸，使探傷靈敏度比平面工件下降很多，同時接觸法探傷受人為因素影響較大，無法保證產(chǎn)品質量。近年來為了滿足客戶需求，建立了100mm以上大直徑棒材水浸自動探傷系統(tǒng)，為保證產(chǎn)品質量起到了一定作用。但在檢測工藝技術上，仍采用了國內(nèi)較為流行的方法，即用一個探頭進行全區(qū)域掃查，該方法易造成棒材不同檢測區(qū)域的靈敏度有較大差異。實際檢測時，為了提高大聲程處的檢測靈敏度不得不采用提高增益的方法，此方法造成信噪比下降，直接影響了探傷效果

42、。近年來隨著棒材規(guī)格尺寸的不斷加大，解決大規(guī)格棒材探傷信噪比帶來的不利因素，尋求合理的檢測工藝，就成為我們急需解決的問題。3.2 探傷原理由于棒材加工經(jīng)過鍛造變形，產(chǎn)生的缺陷一般具有一定的方向性。通常冶金缺陷的分布和方向與鍛造流線方向有關，棒材的變形流線是沿著軸線方向的，產(chǎn)生缺陷方向與軸線平行。因此為了得到最好的檢測效果，棒材檢測時一般要求超聲聲束從圓周面垂直入射，掃查需沿著圓周面進行。我們采用水浸法實現(xiàn)自動檢測，棒材原地旋轉，探頭沿軸向直線移動。檢測掃查圖見圖3-1圖3-l棒材掃查示意圖國外一般采用分區(qū)檢測解決該問題。而現(xiàn)有系統(tǒng)為兩通道，故要進行分區(qū)掃查檢測還需選購更先進的探傷儀器，探傷通道

43、增加為四通道。該解決方法成本很高，所以試驗階段我們采用了制作DAC曲線的方法。在使用一定的頻率和晶片直徑及規(guī)定的探傷靈敏度情況下，測得某個反射體在不同距離時產(chǎn)生回波的高度變化所構成的曲線，稱為距離-波幅曲線，亦稱DAC曲線。DAC曲線的制作需把適當?shù)臉藴试噳K或對比試塊中的人工缺陷或底面回波高度調整至預定值。通?？捎靡欢ㄒ?guī)格的探頭探測一組試塊，將不同聲程時規(guī)定的平底孔。回波高度畫成距離一幅度曲線或進行時間一增益補償修正，供現(xiàn)場探傷時使用。根據(jù)缺陷回波高度與用試塊法取得的DAC曲線上相應高度之比的dB值，按波高與缺陷大小對應的關系可得出缺陷當量大小。但需進行試塊與工件表面粗糙度及材質不同而引起的衰

44、減修正。試驗中采用了水浸聚焦縱波法13。3.3 探傷工藝的選擇3.3.1 探傷儀方法試驗時，水浸自動探傷我們采用了進口德國KK公司的USD15型及美國SONIN138型探傷儀。3.3.2 探頭方法試驗中采用了頻率為5MHz、2.5MHz；晶片尺寸為10mm、14mm、20mm的直探頭和帶有不同曲率的線聚焦探頭做了大量對比試驗。3.3.3 對比試塊對比試塊采用同規(guī)格同材質的棒材加工制作而成。前期試驗中無對比試塊的棒料檢測一直采用大平底計算法。試驗后期，根據(jù)被檢棒材的尺寸，結合相關檢測方法，設計制作了幾種大規(guī)格對比試塊。試塊中平底孔埋深分別為l/4D、1/2D、3/4D(D為棒材直徑)，不同深度處

45、制作三個平底孔，孔徑分別為小1.2mm、2.0mm、3.2mm。對比試塊的外型尺寸見圖3-2。平底孔的埋深及尺寸見表3-1。 水浸聚焦縱波法 試塊l/4D、1/2D、3/4D埋深處不同直徑的試塊3-3.23-2.03-1.215相同孔深不同孔徑的試塊圖3-2對比試塊外形示意圖表3-1對比試塊標準孔的有關數(shù)值試塊直徑（mm）孔深（mm）孔徑（mm）埋深（mm）210151.22.03.255105195250151.22.03.2631252353.3.4 掃查檢測掃查中應注意保證聲軸線通過圓心，掃查間距不能大于有效聲束的一半或至少不大于探頭直徑，并應注意全周面360度掃查以保證發(fā)現(xiàn)各種取向的缺

46、陷。實際應用時，可根據(jù)被檢棒材直徑大小，探頭聲束有效直徑，選擇合適的傳動輥旋轉速度與探頭小車運行速度，以滿足聲束100%掃查要求。3.4 試驗過程實驗過程包括：前期試驗、不同探頭對比試驗、DAC曲線試驗。3.4.1 前期試驗前期試驗中的檢測系統(tǒng)采用了美國STAVELEY公司生產(chǎn)的SONIC138P/VFD型超聲波探傷儀，探頭主要以5P14的直探頭為主。針對大直徑棒材檢測時雜波水平過高的問題，分別采用全聲程法和半聲程法進行了有關對比試驗。實驗結果表明：采用半聲程法雜波水平明顯低于全聲程法，信噪比好。故試驗確定在滿足信噪比要求的情況下，對于不大于150mm的棒材探傷采用全聲程法，而對150mm以上

47、的棒材探傷，為有效發(fā)現(xiàn)棒材中的缺陷，提高信噪比，則采用半聲程法。此系統(tǒng)建立后，已完成批量供貨。3.4.2 不同探頭對比試驗在用普通的水浸平直探頭檢測時，由于水中聲速顯著低于金屬棒材中的聲速，因此聲束從水中通過凸曲面進入棒材時將嚴重發(fā)散，不但使聲能分散，而且容易產(chǎn)生干擾。聚焦探頭有利于聲能高度集中，從而明顯提高穿透性，指向性和分辨率以及信噪比。為了尋求更好、更穩(wěn)定的實驗結果，我們分析相關探頭參數(shù)，選擇聚焦探頭及平直探頭進行了不同型式探頭的對比試驗，其試驗結果見表3-2。試驗條件：儀器：Sonic138探頭：5p10(直探頭)、5P20xJ(線聚焦)、5P14xJ(線聚焦)被檢材料： 220mmT

48、c4棒靈敏度校準：大平底計算法針對2.0mm平底孔需增加32.3dB。表3-2不同型式探頭比對試驗底波80%2.0mm（全聲程）2.0mm（半聲程）060mm6090mm90120mm120220mm5P14XJ增益（dB）69.2101.289.2雜波水平80%2.0+060%70%40%50%20%10%20%2.026dB5P20XJ增益（dB）47.679.667.6雜波水平30%60%2.039dB30%60%20%40%20%10%20%2.069dB5P10增益（dB）56.387.576.5雜波水平60%2.03dB40%70%30%50%30%50%20%30%2.039dB

49、注:增益量均為孔反射波高達80%時的靈敏度。 通過試驗可以得出：使用5P20XJ探頭檢測結果較好，雜波水平為半聲程中2.0-6dB9dB。SP20XJ探頭比5P14xJ探頭靈敏度高出20dB，探傷顯示信噪比明顯變好。采用高靈敏度儀器、高靈敏度探頭(帶一定聚焦)可使檢測信噪比提高3dB。在合適水距下，聚焦探頭的不同曲率造成焦點在棒材中的位置不同，導致聲場分布不同，探傷結果有所差異，故又做了不同焦距的聚焦探頭比對試驗，試驗結果見表3。試驗條件：儀器：USD15探頭：2.5P20 R50、2.5P20 R100、2.5P30 R150、2.5P30 R200、5P20XJ被檢材料：180試塊(編號TA15(BT20)-180-01)其中平底孔埋深為165mm、90mm、45mm孔徑為3.2mm、2.0mm、1.2mm表3-3不同焦距的聚焦探頭比對試驗埋深165mm埋深90mm埋深45mm3.22.01.23.22.01.23.22.01.22.5P20R50增益（dB）70/6366.550.55662雜波水平40%/20%40%50%10%35%70%2.5P20R100增益（dB）586367475461.533.54251.5雜波水平20%40%50%10%25%60%5%20%40%2.5P20R150增益（dB