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      單晶直探頭檢測靈敏度調(diào)整方法比較

      2019-01-26 05:23:48侯英麟
      中國設(shè)備工程 2018年24期
      關(guān)鍵詞:調(diào)整法波源聲壓

      侯英麟

      (淄博市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所,山東 淄博 255000)

      1 相關(guān)概念及公式

      (1)檢測靈敏度。檢測最小缺陷的能力,一般以有效檢出工件中某一規(guī)定尺寸的缺陷作為度量。檢測靈敏度過低過高都不利于檢測。靈敏度過低,不能有效檢出缺陷,容易出現(xiàn)漏檢;靈敏度過高,雜波過多,影響缺陷判斷。

      (2)近場區(qū)及近場區(qū)長度。波源附近由于波的干涉而出現(xiàn)一系列聲壓極大極小值的區(qū)域,稱為近場區(qū)。波源軸線上的聲壓隨距離變化的情況如圖1中實線所示。

      圖1 圓盤源軸線上聲壓分布

      波源軸線上最后一個聲壓極大值至波源的距離稱為近場區(qū)長度,用N 表示。

      (3)遠(yuǎn)場區(qū)。波源軸線上至波源的距離>N 的區(qū)域稱為遠(yuǎn)場區(qū)。遠(yuǎn)場區(qū)軸線上的聲壓隨距離增加單調(diào)減小。當(dāng)≥3N 時,聲壓與距離成反比,近似球面波規(guī)律。

      (4)平底孔回波聲壓。在≥3N 的圓盤波源軸線上存在一平底孔(圓片形)缺陷,假設(shè)波束軸線垂直于平底孔,超聲波在平底孔上全反射,平底孔直徑較小,表面各點聲壓近似相等。根據(jù)惠更斯原理可以把平底孔當(dāng)做一個新的圓盤源,其起始聲壓就是入射波在平底孔處的聲壓,則探頭接收到的平底孔回波聲壓為:

      (5)大平底回波聲壓。當(dāng)x ≥3N 的時,超聲波在與波束軸線垂直、表面光潔的大平底面上的反射就是球面波在平面上的反射,其回波聲壓為:

      2 試塊調(diào)整法

      (1)調(diào)整方法。①根據(jù)工件被檢部位的厚度和靈敏度要求選擇相應(yīng)的CS-2 對比試塊。當(dāng)工件檢測面曲率半徑小于等于250mm 時,還應(yīng)采用曲面對比試塊(試塊曲率半徑在工件曲率半徑的0.7 ~1.1 倍范圍),或采用CS-4 對比試塊來測定由于曲率不同而引起的聲能損失。②依次測試不同距離的標(biāo)準(zhǔn)平底孔(至少3 個)。制作單晶直探頭的距離-波幅曲線。③實測試塊與工件表面因粗糙度不同引起的耦合補償,以及試塊與工件因材質(zhì)衰減不同引起的反射波高差異等。④進(jìn)行相應(yīng)的靈敏度補償,補償后的曲線作為基準(zhǔn)靈敏度。例如用超聲波直探頭檢測厚度為100mm 的餅形鍛件,檢測靈敏度要求:不允許存在Φ2mm 平底孔當(dāng)量大小的缺陷,傳輸修正值4dB。檢測靈敏度的調(diào)整方法為:選取CS-2 對比試塊中帶有Φ2mm 平底孔且滿足所檢工件厚度范圍的1 號、4 號、7 號、10 號試塊,通過依次測試25mm、50mm、75mm、100mm 處Φ2mm 平底孔,繪制距離波幅曲線-波幅曲線,增益4dB 進(jìn)行傳輸修正,檢測靈敏度調(diào)整完成。

      (2)試塊調(diào)整法優(yōu)點。①適用于底面不規(guī)則,不能獲得底波的工件。實際檢測過程中,多數(shù)工件是不規(guī)則的,表面粗糙也無法保證,試塊法不需要借助底面回波來進(jìn)行計算,對底面要求不高,因而能夠用來有效調(diào)整底面不規(guī)則試件的檢測靈敏度。②檢測范圍不受三倍探頭近場區(qū)長度限制。采用試塊法調(diào)整,能有效檢出距離工件表面三倍近場區(qū)長度范圍內(nèi)的缺陷,避免該區(qū)內(nèi)域缺陷的漏檢、誤檢。

      (3)試塊調(diào)整法缺點:①需要大量不同聲程、不同當(dāng)量尺寸的試塊,成本高,攜帶不便。實際檢測過程中如果全部采用試塊法,需要針對不同規(guī)格試件使用大量對比試塊進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié),這樣既降低了工作效率,又增加了成本。同時由于試塊多,分量重,不易攜帶,給現(xiàn)場檢驗的實施帶來不便。②需要考慮工件與試塊因耦合和衰減不同而進(jìn)行必要的傳輸修正。傳輸修正值的測定方法是通過試塊底波與工件底波進(jìn)行比較,取比值的分貝差。因此,要求試塊與工件均具有相互平行的大平底。若不具備平行表面時,則不能進(jìn)行傳輸修正,要求試塊與工件表面狀態(tài)和材質(zhì)基本一致。

      3 工件底波調(diào)整法

      (1)調(diào)整方法:①確認(rèn)工件被檢部位的厚度≥3N。②計算工件底面反射回波與同深度人工缺陷(平底孔)反射回波分貝差:

      利用工件底波調(diào)整靈敏度的方法如下。

      ①確認(rèn)能否用大平底調(diào)節(jié)靈敏度,

      (2)底波調(diào)整法的優(yōu)點:①不需要加工任何試塊。底波調(diào)整法直接利用工件的大平底進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié),避免了試塊調(diào)整法中大量依賴對比試塊的作法,方便快捷,經(jīng)濟(jì)實用。②不需要進(jìn)行傳輸修正。底波調(diào)整法的對比試塊就是工件本身,靈敏度調(diào)整和實際檢測過程中表面耦合狀況,材質(zhì)衰減基本一致,無需進(jìn)行傳輸修正值的測定,準(zhǔn)確高效。

      (3)底波調(diào)整法的缺點:①工件被檢部位的厚度必須大于等于三倍近場區(qū)長度。被檢部位的厚度<3N時,聲壓分布不均,近場區(qū)內(nèi)由于波的干涉還會出現(xiàn)一系列聲壓極大極小值;被檢部位的厚度≥3N 時,聲壓與距離成反比,近似球面波規(guī)律。②工件底面應(yīng)足夠大。采用底波調(diào)整法的前提是超聲波在工件底面全反射,因此必須保證工件底面大于探頭聲場直徑。③工件必須具有平行底面或圓柱曲底面,且底面光潔干凈。當(dāng)?shù)酌娲植诙炔粔蚧蛴杏臀?、水時,將使底面反射率降低,底波下降,這樣調(diào)整的靈敏度偏高。④底波應(yīng)在工件完好部位取得。當(dāng)工件中存在缺陷時,一般應(yīng)在遠(yuǎn)離缺陷的完好區(qū)域取得底波,如果在靠近缺陷的無缺陷完好區(qū)域取得底波,將使檢測靈敏度提高。因為靠近缺陷處的無缺陷完好區(qū)域底波一般比遠(yuǎn)離缺陷的完好區(qū)域底波高度低。

      4 綜合比較

      總的來說,試塊法基本不受工件底面狀況、缺陷深度影響,適用范圍較廣。但所用試塊多,效率低,成本高。底波法不用試塊,不考慮傳輸修正,效率高,成本低。但適用范圍受限,只能檢測距離工件表面三倍近場區(qū)長度之外的缺陷,同時對工件底面狀況的要求較高。

      因此,在工件底面滿足要求且被檢部位的厚度≥3N 時,一般采用底波法調(diào)整檢測靈敏度。當(dāng)工件底面無法滿足要求或被檢部位的厚度<3N 時,采用試塊法調(diào)整檢測靈敏度。

      5 結(jié)語

      以上兩種方法各有優(yōu)缺點,使用過程中要綜合考慮,合理運用,在保證檢測靈敏度的前提下,提高效率,降低成本。

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