焊縫超聲波探傷(第三節(jié)焊縫超聲波探傷定位)

1、.第四章 焊縫超聲波探傷第三節(jié) 焊縫超聲波探傷定位超聲波探傷定位的方法是利用已知尺寸的試塊(或工件)作為反射體來調(diào)節(jié)探傷儀的時間軸，然后根據(jù)反射波出現(xiàn)在時間軸上的位置，確定缺陷的位置。一、斜探頭定位與直探頭定位的區(qū)別縱波探傷時定位比較簡單，如探測100mm厚的工件，可把底面回波調(diào)在10格，則每格代表工件中的聲程(或垂直距離)為100/10=10(mm)。(因耦合層極薄，可忽略不計)。探傷時，若在6格出現(xiàn)缺陷波，則缺陷離工件表面的距離為6×10=60mm。圖47 橫波探傷定位示意圖橫波探傷時的定位比較復雜(見圖57所示)，與縱波探傷相比有三點區(qū)別： 超聲波射到底面時無底面回波(故時間軸

2、需在試塊上預先調(diào)節(jié))； 有機玻璃斜楔內(nèi)一段聲程OO¢(稱斜探頭本體聲程)在中薄板焊縫探傷定位時不能忽略，必須加以考慮。 超聲波的傳播路線為O¢OAB(或O¢OB)折線，定位時，必須得用三角公式進行計算。二、斜探頭探傷定位基本原理焊縫探傷前，一般先進行斜探頭入射點和折射角的測定，以及時間軸的調(diào)節(jié)。故入射點O和折射角b是已知的，示波屏上掃描線每格所代表的距離(可以是水平距離、垂直距離或聲程)也是可知的。這樣，在直角三角形中，知道一只角、一條邊、則其他兩條邊也可求出，故缺陷位置(缺陷離探頭入射點的水平距離和深度)便可確定。根據(jù)時間掃描線調(diào)節(jié)方法的不同，可分三種定位法：1

3、. 水平定位法即時間掃描線與水平距離成相應的比例關(guān)系。2. 垂直定位法即時間掃描線與深度距離成相應的比例關(guān)系。3. 聲程定位法即時間掃描線與聲程距離成相應的比例關(guān)系。一般板厚24mm時，用水平定位法、板厚32mm時用垂直定位法。時間軸的調(diào)節(jié)，其最大測定范圍應在1S1.5S之間(1S為一個跨距的聲程距離)。三、焊縫超聲波探傷定位的常用方法多年來，不少廠礦企業(yè)中的檢測人員根據(jù)自己產(chǎn)品的特點，經(jīng)過不斷摸索、反復實踐，已總結(jié)出了好多簡便、有效的定位方法，下面僅介紹幾種常用的定位方法。圖48 計算法定位原理1. 計算法計算法定位是應用得比較早的一種方法。由于采用計算法定位比較麻煩，故目前已很少應用。但此

4、法是探傷定位的基礎(chǔ)，掌握其原理后，在實際探傷中將有很大幫助，故作為一種方法介紹。其定位原理見圖48所示。圖中：A橫孔；d孔深；O入射點；b折射角；l橫波在鋼中聲程；l0有機玻璃本體聲程；S1入射點到橫孔的水平距離；x0探頭中縱波聲程在示波屏上所占格數(shù)；x1鋼中橫波聲程在示波屏上所占格數(shù)；x整個聲程所占的格數(shù)；l¢0有機玻璃中本體聲程轉(zhuǎn)換成相當于鋼中橫波聲程。根據(jù)聲速比則有：從圖中可看出： 則示波屏上每格所代表的水平距離為： (44)當使用探頭折射角b=67°、l0=12mm、x取5格，則根據(jù)式(44)可求得不同板厚時的Sx值，見表43：表43 不同板厚時的Sx值板厚T(mm

5、)12141618202224262830Sx(mm)8.39.210.211.212.113.014.014.915.916.3探傷時，若已知缺陷波在波屏上的格數(shù)x¢，則缺陷離探頭入射點的水平距離為：同理，當采用深度定位法時，則每格所代表的垂直距離Sy為： (45)當采用聲程定位法時，則每格所代表的聲程距離為： (46)計算法水平定位步驟如下： 測入射點O； 測折射角b； 掃射孔深等于板厚的橫孔A，找到最高回波，調(diào)至5格(x=5)； 按式(44)計算Sx值，或查表Sx值； 探傷中出現(xiàn)缺陷波，其缺陷水平距離； 缺陷深度。例如，用上述探頭探測板厚(T)為20mm的焊縫，探傷中在示波屏4

6、格出現(xiàn)一個缺陷波，求缺陷到探頭入射點的水平距離。解：缺陷到探頭入射點的水平距離式中：x=5，=4；則=47(54)×12.135 mm答：缺陷離探頭入射點的水平距離為35 mm。計算法定位具有如下優(yōu)點：a. 定位原理比較清楚；b. 底波位置明確；c. 一次底波調(diào)到5格時，示波屏最大測定范圍肯定大于1S；d. 調(diào)節(jié)時間軸可用試塊，也可在工件上進行調(diào)節(jié)；e. 對于厚度較大的工件，如T=200mm以上，則斜探頭本體聲程l0可忽略，其定位方法和直探頭相似。例如工件厚度T=200mm，將一次底波調(diào)到10格，則每格就代表深度20mm。探傷時若5格出現(xiàn)缺陷波，則缺陷的深度即為100mm。2. 圓弧

7、面試塊比較法由于此法調(diào)節(jié)時間軸比較簡便，故目前應用最普遍。時間掃描線調(diào)節(jié)可利用下述圓弧面試塊：IIW試塊的R100圓弧面和圓心槽口；IIW2試塊的R25和R50圓弧面；CSKIA的R50、R100圓弧面，以及半圓試塊的兩個圓弧面等。調(diào)節(jié)時只要將探頭入射點對準圓心，通過調(diào)節(jié)儀器的水平和細調(diào)，將圓弧面反射波(和圓心處槽口的反射波)調(diào)到所需要的位置。時間軸調(diào)節(jié)方法舉例如下：例題1：要求用K2探頭在CSKIA試塊上以水平11調(diào)節(jié)時間軸。調(diào)節(jié)方法如下： 探頭入射點對準圓心(見圖49所示)； 分析可能產(chǎn)生的圓弧面反射波(R50、R100)； 計算圓弧面的水平距離；S1=R50·sin63.4&#

8、176;=44.7mm，S2=R100·sin63.4°=89.4mm或，。 要求水平11，表示每格代表水平距離10mm，則將兩圓弧面反射波通過水平、細調(diào)分別調(diào)到格和格； 此時，斜探頭本體聲程已移出，從入射點開始，示波屏每格代表水平距離10mm。圖49 水平和垂直11調(diào)節(jié)法例題2：要求K2斜探頭在CSKIA試塊上，以垂直11調(diào)節(jié)時間軸。調(diào)節(jié)方法如下： 探頭入射點對準圓心； 分析可能產(chǎn)生的圓弧面反射波(R50、R100)； 計算圓弧面的垂直距離；H1= R50·cos63.4°22.3mm，H2= R100·cos63.4°=44.7m

9、m或， 要求垂直11，表示每格代表垂直距離10mm，則將兩圓弧面反射波通過水平和細調(diào)分別調(diào)到格和格(見圖49所示)； 此時，斜探頭本體聲程已移出，從入射點開始，示波屏每格代表垂直距離10mm。例題3：要求K2斜探頭在R33.3的半圓試塊上，以水平11調(diào)節(jié)時間軸。調(diào)節(jié)方法如下： 探頭入射點對準圓心； 分析可能產(chǎn)生的圓弧面反射波(R33.3和R33.3×3)； 計算圓弧面的水平距離：圖410 半圓試塊水平11調(diào)節(jié)示意圖S1= R33.3·sin63.4°30mm；3S1=3R33.3·sin63.4°90mm； 將兩個回波分別調(diào)到3格和9格(見圖4

10、10所示)； 此時，斜探頭本體聲程已移出，從入射點開始示波屏每格代表水平距離10mm。各種試塊調(diào)節(jié)時間軸的方法見圖411所示。a. 聲程12(或測定范圍為200mm)每格代表聲程20mmb. 聲程11(或測定范圍為100mm)每格代表聲程10mmc. 測定范圍：125mm聲程11.25d. 垂直11(每格代表垂直距離10mm)例題1：用K2斜探頭，以水平11調(diào)節(jié)時間軸，探測厚度為20mm的工件，探傷時，在3格和6格出現(xiàn)兩個缺陷波，求這兩個缺陷的位置。解：因為是水平11調(diào)節(jié)時間軸，缺陷波在3格，即表示缺陷離探頭入射點的水平距離為30mm，缺陷距探測面深度為：。缺陷波在6格，表示缺陷離探頭入射點的

11、水平距離為60mm，則缺陷深度為：。顯然HT，表示超聲波經(jīng)過底面反射到缺陷，此時，缺陷離工件表面的深度為：2TH=2×2030=10mm(a) 聲程12(或測定范圍為200mm) (b) 聲程11(或測定范圍為100mm)第格代表聲程20mm 第格代表聲程10mm(c) 測定范圍：125mm聲程11.25 (d) 垂直11(第格代表垂直距離10mm)圖411 各種試塊調(diào)節(jié)時間軸的方法示意圖例題2：用K2斜探頭，以垂直11調(diào)節(jié)時間軸，探測厚度為40mm的工件，探傷時，在3格和6格出現(xiàn)兩個缺陷波，求這兩個缺陷的位置。解：因為是垂直11，故缺陷波1在3格出現(xiàn)，表示缺陷深度為30mm。缺陷1

12、離探頭入射點的水平距離為：圖412 薄板試塊及其時間軸的調(diào)節(jié)l1=K·H=2×30=60mm。缺陷波2在6格出現(xiàn)，表示缺陷2的計算深度為60mm，此時，HT，則缺陷2的實際深度為：2TH=2×4060=20mm。缺陷2離探頭入射點的水平距離為：l2=K·H=2×60=120mm。3. 薄板試塊11法薄板試塊的尺寸及時間軸調(diào)節(jié)方法見圖412所示。薄板試塊的尺寸為3×20×150mm，距試塊兩端30mm，各鉆了一個f1的柱孔和一個f1的橫孔。時間軸調(diào)節(jié)方法如下：將探頭前沿與試塊f1柱孔對齊，適當提高靈敏度，此時熒光屏上會同時出現(xiàn)

13、兩個反射波，前面一個是f1柱孔回波，后面一個是板邊反射回波。通過調(diào)節(jié)水平和細調(diào)旋鈕將這兩個反射回波分別解在3格和6格上，這時，時間軸就調(diào)成水平11關(guān)系，即示波屏每一格代表水平距離10mm(3格開始，從前沿算起)。對于一般規(guī)格的斜探頭，其探頭前沿距離和本體聲程相加，基本接近鋼的水平距離30mm，此時始波接近零位。對于大尺寸斜探頭，其探頭前沿距離和本體聲程相加，大于鋼中水平距離30mm，此時始波不在零位，而是偏左。對于小尺寸斜探頭，則始波在零位右邊。定位方法舉例：用K2斜探頭(前沿距離為18mm)以薄板試塊11調(diào)節(jié)時間軸，探測工件厚度為16mm的焊縫，若在6格出現(xiàn)一個缺陷回波，求此缺陷離探頭入射點

14、的水平距離和垂直距離。解：缺陷波在6格出現(xiàn)一個缺陷回波，表示缺陷離探頭前沿的水平距離為30mm，則缺陷離探頭入射點的水平距離為：l=30+18=48mm缺陷深度為T， 缺陷離工件表面深度為：2TH=2×1624=8mm。答：此缺陷離探頭入射點的水平距離為48mm；離工件表面的深度為8mm。4. 橫孔試塊比例法橫孔試塊比例法是用兩個不同孔深的橫孔作為反射體來調(diào)節(jié)時間軸，使水平距離或被探測深度與示波屏刻度板上反射波位置成一定比例，前者為水平定位法，后者為垂直定位法，見圖413所示。用橫孔試塊比例調(diào)節(jié)時間軸時，由于A孔和B孔反射回波不會同時出現(xiàn)在示波屏上，所以需前后反復校驗。從以上介紹的幾

15、種不同定位方法來看，圓弧面試塊比例法比較簡便，故應重點掌握。要求能夠在給定任何型式試塊、任何探頭時，均能調(diào)到指定要求的比例，同時，還要求在探測不同聲速材料時，能進行正確定位。例題1：用K2斜探頭，要求在IIW試塊上以水平11調(diào)節(jié)時間軸解：根據(jù)圓弧面試塊比例法的調(diào)節(jié)方法如下： 探頭入射點對準圓心 分析可能產(chǎn)生的反射回波(R100和圓心槽口)； 計算反射回波的水平距離：S1= R100·sin63.4°=89.4mm，S2=2 R100·sin63.4°=178.8mm； 要求水平11，表示每格代表水平距離10mm，則應將兩個反射回波分別調(diào)在格和格； 由于示波屏只有10格，無法看到17.88格，為此，需借助儀器的延遲開關(guān)先將R100的圓弧面反射波調(diào)到0格，槽口反射波調(diào)在8.94格，然后，通過延遲開關(guān)將R100圓弧面反射波調(diào)到8.94格，這樣，槽口反射波就在17.88格；見圖414所示。 此時斜探頭本體聲程已移出，從入射點開始，示波屏每格代表水平距離10mm，即達到水平11的要求。 圖413 橫孔試塊比例法 圖414 延遲法調(diào)節(jié)時間軸例題2儀器測距標度已校準為每格相當于鋼(Cs=3230m/s)的橫波聲程20mm，現(xiàn)用K1斜探頭探測厚度為40mm，橫波聲速為4100m/s的板材，發(fā)現(xiàn)一缺陷回波顯示于標度6格