超聲探傷系統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)研究

于航 王菲菲 張浩

摘 要：對(duì)超聲探傷系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，在分析超聲探傷系統(tǒng)工作原理的同時(shí)，對(duì)超聲探傷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器法和標(biāo)準(zhǔn)試塊法進(jìn)行校準(zhǔn)方案分析，且繪制測(cè)量數(shù)據(jù)線(xiàn)性圖，總結(jié)了超聲探傷系統(tǒng)的校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：超聲探傷系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)儀器；標(biāo)準(zhǔn)試塊

超聲檢測(cè)技術(shù)是特種工藝檢測(cè)中不可缺少的手段之一，超聲探傷系統(tǒng)由模塊化的精密檢測(cè)儀器、自動(dòng)化的機(jī)械位移裝置以及計(jì)算機(jī)控制中心組成，超聲探傷系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各大軍工企業(yè)，它被應(yīng)用于各機(jī)型研制生產(chǎn)過(guò)程中金屬材料、復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)，超聲探傷系統(tǒng)的計(jì)量特性直接影響超聲檢測(cè)結(jié)果，所以進(jìn)行規(guī)范的校準(zhǔn)是確保超聲探傷系統(tǒng)能滿(mǎn)足使用要求的重要技術(shù)手段。

1 國(guó)內(nèi)外超聲探傷系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)超聲探傷設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有JJG 746《超聲探傷儀檢定規(guī)程》和 JJF1294《超聲換能器校準(zhǔn)規(guī)范》，沒(méi)有系統(tǒng)評(píng)價(jià)超聲探傷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和方法；歐洲大多數(shù)國(guó)家如英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利等都采用EN 12668《無(wú)損檢測(cè)- 超聲檢測(cè)設(shè)備的表征及驗(yàn)證》來(lái)評(píng)價(jià)超聲探傷系統(tǒng)的性能，該方法包含三個(gè)部分： 儀器、探頭和組合設(shè)備。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)有兩項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E317《不采用電子測(cè)量?jī)x器評(píng)價(jià)脈沖回波式超聲檢測(cè)系統(tǒng)性能特性的方法》——用于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)具有A 型脈沖回波顯示功能的超聲檢測(cè)系統(tǒng)的性能特性；ASTM E1324《評(píng)價(jià)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的某些電參數(shù)性能的方法》——用于具有顯示功能的脈沖回波式超聲探傷系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)。

2 超聲探傷系統(tǒng)的工作原理

由聲源產(chǎn)生的脈沖波被引入被檢測(cè)的試件中后，若材料是均質(zhì)的，則聲波沿一定的方向，以恒定的速度向前傳播。當(dāng)遇到兩側(cè)聲阻抗有差異的界面時(shí)，則部分聲能被反射，這種界面可能是材料中某種缺陷（不連續(xù)），如裂紋、分層、孔洞等，也可能是試件的外表面與空氣或水的界面。反射的程度取決于界面兩側(cè)聲阻抗差異的大小，在金屬與氣體的界面上幾乎全部反射。通過(guò)檢測(cè)和分析反射脈沖信號(hào)的幅度、位置等信息，可以確定缺陷的存在，評(píng)估其大小、位置。水浸超聲探傷系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖1。

3 校準(zhǔn)方案分析

3.1標(biāo)準(zhǔn)儀器法

接收電路中影響垂直線(xiàn)性的有衰減器、高頻放大器等，標(biāo)準(zhǔn)儀器法是將信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)衰減器按照?qǐng)D2工作原理圖接入超聲探傷系統(tǒng)接收和發(fā)射的接口，從而實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。主要根據(jù)波高理論導(dǎo)出理論波高與

標(biāo)準(zhǔn)增益值之間的關(guān)系，計(jì)算

出標(biāo)準(zhǔn)的波高理論值，用信號(hào)發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)衰

減器進(jìn)行對(duì)超聲探傷系統(tǒng)增益衰減，實(shí)際測(cè)量值與波高理論值之差就是垂直線(xiàn)性誤差。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)試塊法

根據(jù)不同的超聲系統(tǒng)正確選擇匹配的探頭，設(shè)置超聲探傷系統(tǒng)增益、時(shí)基等參數(shù)，選擇同時(shí)可以產(chǎn)生振幅比為2：1的兩個(gè)無(wú)干擾信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)試塊，準(zhǔn)確識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)試塊的平底孔缺陷后，孔A 的反射波高HA與孔B的反射波高HB之比為顯示屏滿(mǎn)刻度的60%：30%，波高比例見(jiàn)圖3，調(diào)節(jié)超聲探傷系統(tǒng)的增益，使HA以顯示屏滿(mǎn)刻度5%增、減量變化，記錄HA及相應(yīng)HB的波高。

4數(shù)據(jù)處理

4.1標(biāo)準(zhǔn)儀器法數(shù)據(jù)分析

對(duì)LS200型超聲探傷系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)儀器法進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)繪制線(xiàn)性圖4，根據(jù)圖形檢定員

只需要輸入測(cè)量數(shù)據(jù)就可判定該項(xiàng)參數(shù)是否合格，而且可以看出該參數(shù)的線(xiàn)性偏差，可以提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

4.2標(biāo)準(zhǔn)試塊法數(shù)據(jù)分析

對(duì)LS200型超聲探傷系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試塊法進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)繪制線(xiàn)性圖5。

5 結(jié)論

綜上所述，如果標(biāo)準(zhǔn)儀器可以與被測(cè)超聲探傷系統(tǒng)設(shè)備相連接，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)儀器法，該測(cè)量方法穩(wěn)定性較好，測(cè)量不確定度較小。如果標(biāo)準(zhǔn)儀器無(wú)法與水浸超聲探傷系統(tǒng)設(shè)備相連接，可以按上述標(biāo)準(zhǔn)試塊法進(jìn)行校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]梁菁，GJB 1580A-2004《變形金屬超聲檢驗(yàn)方法》，北京，國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部出版，2004。

作者簡(jiǎn)介：

于航（1984-），男，遼寧沈陽(yáng)，漢族，本科，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量測(cè)試.