超聲波探傷第7講

1、§4.6缺陷大小的測定在超聲波探傷中,確定工件中缺陷的大小和數(shù)量,稱為缺陷定量。而缺陷的大小則包括缺陷的面積和長度。常用的定量方法有當量法、底波高度法和測長法。一、當量法當缺陷尺寸小于聲束截面時,一般采用當量法來確定缺陷的大小，常用的當量法有當量試塊比較法,當量計算法和AVG曲線法。1.當量試塊比較法當量試塊比較法是將缺陷回波與試塊上人工缺陷回波進行比較來對缺陷定量的方法。探傷中發(fā)現(xiàn)缺陷時,將工件中自然缺陷的回波與試塊上人工缺陷因波比較,當同聲程處的自然缺陷與某人工缺陷回波等高時,該人工缺陷的尺寸就是此自然缺陷的當量大小。利用試塊比較法對缺陷定量要盡量使試塊與工件的材質(zhì)、表面粗糙度和

2、形狀一致,并且其他探測條件不變,如儀器、探頭、靈敏度旋鈕的位置、對探頭的壓力等。 優(yōu)點：直觀易懂,當量概念明確,定量比較穩(wěn)妥可靠。缺點：但需要制作大量的試塊,成本高、攜帶不方便,操作也比較煩瑣。2.當量計算法當x3N時,規(guī)則反射體的回波聲壓變化規(guī)律基本符合理論回波聲壓公式。當量計算法就是利用各種規(guī)則反射體的理論回波聲壓公式進行計算來確定缺陷當量尺寸的定量方法。當x3N,并考慮介質(zhì)衰減時,大平底與平底孔回波聲壓為： 式中：-波源起始聲壓； -波源面積，； -平底孔缺陷面積，； -大平底至探測面積的距離； -平底孔缺陷至探測面的距離； -波長； -介質(zhì)的衰減系數(shù)； -自然對數(shù)的底，=2.73。 不

3、同距離處大平底與平底孔回波分貝差為： 不同距離不同直徑兩平底孔回波分貝差為： 根據(jù)探傷中測得的大平底與平底孔缺陷回波的分貝差或平底孔缺陷與靈敏度基準平底孔回波分貝差,利用(4.18)式、(4.19)式可以算出缺陷的平底孔當量大小。例1：用2.5P14Z (2.5MHz14直探頭)探傷厚為420mm的工件,鋼中=5900m/s,=0,靈敏度為420/2。探傷中在210mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷,其回波比底波低26dB。求此缺陷的平底孔當量大小。由己知得 210（）故可以應用當量計算法定量。由，得此缺陷的當量大小為： 例2：用2.5P20Z探頭徑向探傷500的實心圓柱體, =5900m/s,=0.01dB/

4、mm,靈敏度為500/2,探傷中在400mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷,其回波比500mm處t2高22dB,求此缺陷的當量大小。由已知得 400故可以利用當量計算法定量。又由已知得 即 即此缺陷的當量平底孔尺寸為5.1mm.3.當量AVG曲線法 當量AVG曲線法是利用通用AVG或?qū)嵱肁VG曲線來確定工件中缺陷的當量大小。 下面舉例說明之。 例1：條件同當量計算法例1，用通用AVG定量；由已知條件得 例2：條件向當量計算法例2,用實用AVG定量。實用AVG曲線圖4.24未考慮介質(zhì)衰減,因此這里也應扣除介質(zhì)衰減的分貝差=22-2在圖4.24中,由=500作垂線交2曲線于點,由a向上數(shù)20dB至b點,過b點作水平

5、線交過=400所作垂線于C點,C點對應的當量大小為5,即此缺陷的當量尺寸為5mm二、測長法當工件中缺陷尺寸大于聲束截面時,一般采用測長法來確定缺陷的長度。測長法是根據(jù)缺陷波與探頭移動距離來確定缺陷的尺寸。按規(guī)定的方法測定的缺陷長度稱為缺陷的指示長度。由于實際工件中缺陷的取向、性質(zhì)、表面狀態(tài)等都會影響缺陷回波高,因此缺陷的指示長度總是小于或等于缺陷的實際長度。1、相對靈敏度測長法相對靈敏測長法是以缺陷最高回波為回基準、沿缺陷的長度方向移動探頭,降低一定的dB值來測定缺陷的長度。降低的分貝值有3dB、6dB、l0dB、12dB、20dB等幾種。常用的是6dB法和端點6dB法。(1)6dB法（半波高

6、度法)由于波高降低6dB后正好為原來的一半,因此6dB法又稱為半波高度法。半波高度法具體做法是：移動探頭找出缺陷的最大反射波(不能達到飽和)然后沿缺陷方向左右移動探頭,當缺陷被高降低一半時,探頭中心線之間距離就是缺陷的指示長度。6dB法的具體做法是：移動探頭找出缺陷的最大反射波后,調(diào)節(jié)衰減器,使缺陷波高降至基準波高。然后,用衰減器將儀器靈敏度提高6dB,沿缺陷方向移動探頭,當缺陷波高降至基準波高時,探頭中心線之間距離就是缺陷的指示長度。如圖4.25所示。 (2)端點6dB法(端點半波高度法)當缺陷各部分反射波高有很大變化時,測長采用端點6dB法。端點6dB測長的具體做法是：當發(fā)現(xiàn)缺陷后，探頭沿

7、著缺陷方向左右移動，找出缺陷兩端的最大反射波,分別以這兩個缺陷反射波高為基準,繼續(xù)向左、向右移動探頭,當缺陷反射波高降低一半時(或6dB時),探頭中心線之間的距離即為缺陷的指示長度。如圖4.26所示。2、絕對靈敏度測長法絕對靈敏度測長法是在儀器靈敏度一定的條件上,探頭沿缺陷長度方向平行移動，當缺陷波高降到規(guī)定位置時(如圖4.27所示B線,探頭移動的距離,即為缺陷的指示長度。三、底波高度法底波高度法是利用缺陷波與底波之比來衡量缺陷的相對大小。當工件中存在缺陷時,由于缺陷反射,使工件底波下降。缺陷愈大,缺陷波愈高,底波就愈低,缺陷波高與底波高之比就愈大。1.F/B法F/B法是在一定的靈敏度條件下,

8、以缺陷波高F與缺陷處底波高B之比來衡量缺陷的相對大小。如圖4.28()。2.F/法F/ 法是在一定的靈敏度條件下,以缺陷波高F與無缺陷處底波高之比來衡量缺陷的相對大小。如圖4.28(b )。 §4.8缺陷性質(zhì)的分析超聲波探傷除了確定工件中缺陷的位置和大小外，還應盡可能判定缺陷的性質(zhì)。不同性質(zhì)的缺陷危害程度不同,例如裂紋就比氣孔、夾渣危害大得多。因此,缺陷定性十分重要。缺陷定性是一個很復雜的問題,目前的A型超聲波探傷儀只能提供缺陷回波的時間和幅度兩方面的信息。探傷人員根據(jù)這兩方面的信息來判定缺陷的性質(zhì)是有困難的。實際探傷中常常是根據(jù)經(jīng)驗結(jié)合工件的加工工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波情況來

9、分析估計缺陷的性質(zhì)。一、根據(jù)加工工藝分析缺陷性質(zhì)工件內(nèi)所形成的各種缺陷與加工工藝密切相關(guān)。在探傷前應查閱有關(guān)工件的圖紙和資料,了解工件的材料、結(jié)構(gòu)特點、幾何尺寸和加工工藝,這對于正確判定估計缺陷的性質(zhì)是十分有益的。例如焊接過程中可能產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等缺陷。鑄造過程中可能產(chǎn)生氣孔、縮孔、疏松和裂紋等缺陷。鍛造過程中可能產(chǎn)生夾層、折疊、自點和裂紋等缺陷。二、根據(jù)缺陷特征分析缺陷性質(zhì)缺陷特征是指缺陷的形狀、大小和密集程度。對于平面形缺陷,在不同的方向上探測,其缺陷回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向探測,缺陷回波高,在平行于缺陷方向探測,缺陷回波低,甚至無缺陷回波。一般的裂紋、夾層

10、、折疊等缺陷就屬于平面形缺陷。對于點狀缺陷,在不同的方向探測,缺陷回波無明顯變化。一般的氣孔、小夾渣等屬于點狀缺陷。對于密集形缺陷,缺陷波密集互相彼連,在不同的方向上探測,缺陷回波情況類似。一般白點、疏松、密集氣孔等屬于密集形缺陷。三、根據(jù)缺陷波形分析缺陷性質(zhì)缺陷波形分為靜態(tài)波形和動態(tài)波形兩大類。靜態(tài)波形是指探頭不動時缺陷波的高度、形狀和密集程度。動態(tài)波形是指探頭在探測面上的移動過程中,缺陷波的變化情況。1、靜態(tài)波形缺陷含物的聲阻抗對缺陷回波高度較大的影響。白點、氣孔等內(nèi)含氣體,聲阻抗很小,反射回波高。非金屬或金屬夾渣聲阻抗較大,反射回波低。另外,不同類型缺陷反射波的形狀也有一定的差別。例如氣

11、孔與夾渣,氣孔表面較平滑,界面反射率高,波形陡直尖銳。而夾渣表面粗糙,界面層射率低,如圖4.32。單個缺陷與密集缺陷的區(qū)分比較容易。一般單個缺陷回波是獨立出現(xiàn)的,而密集缺陷則是雜亂出現(xiàn),且互相彼連。2、動態(tài)波形超聲波入射到不同性質(zhì)的缺陷上,其動態(tài)波形是不同的。動態(tài)波形圖橫坐標為探頭移動距離,縱坐標為波高。常見不同性質(zhì)的缺陷的動態(tài)波形如圖4.33所示。不同性質(zhì)的密集缺陷的動態(tài)波形對探頭移動的敏感程度不同。白點對探頭移動很敏感，只要探頭稍一移動，缺陷波立刻此起彼伏，十分活躍。但夾渣對探頭移動不太敏感，探頭移動時,缺陷波變化遲緩。四、根據(jù)底波分析缺陷的性質(zhì)工件內(nèi)部存在缺陷時、,超聲波被缺陷反射使射達

12、底面的省能減少，底波高度降低，甚至消失。不同性質(zhì)的缺陷，反放面不同，底波高度也不一樣，因此在某種情況下可以利用底波情況來分析估計缺陷的性質(zhì)。當缺陷波很強，底波消失時，可認為是大面積缺陷，如夾層、裂紋等。當缺陷波與底波共存時,可認為是點狀缺陷(如氣孔、夾渣)或面積較小的其他缺陷。當缺陷波為互相彼連高低不同的缺陷波，底波明顯下降時，可認為是密集缺降,如白點、疏松、密集氣孔和夾渣等。當缺陷波和底被都很低,或者兩者都消失時,可認為是大而傾斜的缺陷、或是疏松。若出現(xiàn)"林狀回波",可認為是內(nèi)部組織粗大。§4.9非缺陷回波的判別超聲波探傷中,示波屏上常常除了始波T、底波B和缺陷

13、波F外,還會出現(xiàn)一些其他的信號波,如遲到波，三角反射波, 反射波以及其他原因引起的非缺陷回波,影響對缺陷波的正確判別。因此,分析了解常見非缺陷回波產(chǎn)生的原因和特點是十分必要的。一、遲到波如圖4.34所示,當縱波直探頭置于細長(或扁長工件或試塊上時,擴散縱波波束在側(cè)壁產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為橫波,此橫波在另一側(cè)面又轉(zhuǎn)換為縱波,最后經(jīng)底面反射回到探頭,被探頭接收,從而在示波屏上出現(xiàn)一個回波。由于轉(zhuǎn)換的橫波聲程長，波速小,傳播時間較直接從底面反射的縱波長,因此,轉(zhuǎn)換后的波總是出現(xiàn)在第一次底波之后,故稱為遲到波。又由于變型橫波可能在兩側(cè)壁產(chǎn)生多次反射,每反射一次就會出現(xiàn)一個遲到被,因此遲到波往往有多個，如

14、圖4.34中的遲到波之間的縱波聲程差（單程）是特定的。由圖1.28可知，在鋼中左右時，變型橫波很強，由此可以算出為： 式中：w-遲波波之間的聲程差雙程；d-試件的直徑或厚度。由于遲到波總是位于之后,并且位置特定，而缺陷波一般位于之前,因此,遲到波不會干擾缺陷波的判別。實際探傷中,當直探頭置于IIW或CSK-I A試塊上并對準100mm厚的底面時,在各次底波之間出現(xiàn)一系列的波就是這種遲到波。二、反射當探頭置于圖4.35所示的直角三角形試件上時,若縱波入射角與橫波反射角的關(guān)系為：+=90·,則會在示波屏上出現(xiàn)位置特定的反射波。由得： 又由反射定律得： 對于鋼, ,即，所以這種反射稱為反射

15、。反射的聲程為三、三角反射如圖4.38所示,縱波直探頭徑向探傷實心圓柱體時,由于探頭平面與柱面接觸面積小,使波束擴散角增加,這樣擴散波束就會在圓柱面上形成三角反射路徑,從而在示波屏上出現(xiàn)三角發(fā)射波,人們把這種反射稱為三角反射。如圖4.38()所示,縱波擴散波束在圓柱面上不發(fā)生波形轉(zhuǎn)換,形成等邊三角形反射,其回波聲程為： 式中：d一圓柱體直徑。如圖4.38(b )所示,縱波擴散波束在圓柱面上發(fā)生波型轉(zhuǎn)換,即LSL,形成等腰三角形反射,其聲程為：由和反射定律得由以上計算可知,兩次三角反射波總是位于第一次底波波之后,而且位置特定,分別為1.3d和1.67d,而缺陷波一般位于之前,因此三角反射波也不會

16、干擾缺陷波的判別，如圖4.38(c)所示。第五章超聲波探傷的應用以幾種常見的典型零部件z鋼板、鋼管、鍛件和焊縫等為例來說明超聲波探傷在這些部件探傷中的應用。§5.1板材探傷根據(jù)板材的材質(zhì)不同,將板材分為鋼板、鋁板、銅板等。實際生產(chǎn)中鋼板應用最廣,因此這里以鋼板為例來說明板材的超聲波探傷工藝。一、鋼板加工及常見缺陷鋼板是由板坯軋制而成的,而板坯是由鋼機軋制或連續(xù)澆鑄而成的。鋼板中常見缺陷有分層、折疊、白點等，如圖5.1 分層是鋼板中有明顯分離層。分層是板坯中的縮孔、夾渣等在軋制過程中未焊合(未壓合)而形成的。分層破壞了鋼板的整體連續(xù)性,影響鋼板承受垂直于板面的拉應力作用的強度。折疊是鋼

17、板表面局部形成互相折合的雙層金屬。白點是鋼板在軋制后的冷卻過程中氫原子來不及擴散而形成的微小裂紋，其裂面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于40mm的鋼板中。 根據(jù)鋼板的厚度不同,將鋼板分為薄板和中厚板。一般薄板厚度T<6mm,中厚板T6mm(與板T=640mm,厚板T>40mm)。二、中厚板探傷(一)中厚板常用探傷方法中厚板常用垂直于板面的縱波探傷法,簡稱垂直探傷法。1.接觸法探頭與工件探測面通過薄層耦合劑實現(xiàn)耦合的探傷方法,稱為接觸法。 如圖5.2所示,探頭位于完好區(qū)時,示波屏上顯示多次等距離的底波。探頭位于缺陷處時,如果缺陷較大,則缺陷波較高,并有多次反射,底波明顯下降,次數(shù)減少,甚至消

18、失,如果缺陷較小,缺陷波與底波共存,底波無明顯變化。值得注意的是,當板厚較薄,板中缺陷較小時,各次底波之前的缺陷波開始幾次逐漸升高,然后再逐漸下降,這是由于不同反射路徑聲波互相疊加的結(jié)果,因此稱為疊加效應,如圖5.3所示。圖中只有一條路徑, 比多3條路徑, 比多5條路徑。路徑多,疊加能量多,2.水浸法(充水耦合法)水浸法探頭不直接與鋼板接觸,而是通過一層水來耦合。這時水層界面(水/鋼)多次回波與鋼板底波互相干擾,不利探傷。調(diào)整水層厚度,使水層界面回波分別與底波重合,從而使示波屏上波形清晰,便于探傷。這種方法稱為多次重合法。當界面各次回波分別與鋼板底波一一重合時,稱為一次重合法。當界面各次回波分

19、別與第二、四次底波重合時,稱為二次重合法。三、四次重合法依次類推。根據(jù)鋼和水中的聲速，可得各次重合法水層厚度H與鋼板厚度T的關(guān)系為： 式中：n一一重合波次數(shù),如n=1,為一次重合法,n=2為二次重合法。實際探傷中常用四次重合法。例：用水浸四次重合法探測T=4厚的鋼板,其水層厚度為多少?解：由(5.1)式得水層厚度為：（二)探頭與掃查方式的選擇1.探頭的選擇探頭的選擇包括探頭頻率、直徑和結(jié)構(gòu)形式的選擇。由于鋼板晶粒比較細,為了獲得較高的分辨力,宜選用較高的頻率,一般為2.55.0MHz。鋼板面積大,為了提高探傷效率,宜選用較大直徑的探頭。但對于厚度較小的鋼板,探頭直徑不宜過大。一般探頭直徑范圍為

20、1030毫米。探頭的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)板厚來確定。板厚較大時,常選用單晶直探頭。板厚較薄時可選用盲區(qū)很小的聯(lián)合雙直探頭。2.掃查方式的選擇根據(jù)鋼板用途和要求不同,探傷鋼板時采用的掃查方式分為：全面掃查、列線掃查、邊緣掃查和格子掃查等幾種。（1）全面掃查對鋼板作100的掃查,每相鄰兩次掃查應有10的重復掃查面。探頭移動方向一般垂直于壓延方向。全面掃查用于重要的、要求高的鋼板探傷。（2）列線掃查在鋼板上劃出等距離的平行的列線,探頭沿列線掃查。一般列線間距為100毫米，并壓延方向，列線掃查用于一般鋼板探傷。（3）邊緣掃查在鋼板邊緣的一定范圍內(nèi)作全面掃查,如圖5.5(b )。邊緣掃查用于對鋼板邊緣要求高

21、的情況,如鋼板焊口兩側(cè)常要求在25m范圍內(nèi)作邊緣掃查。(4)格子掃查在鋼板邊緣5范圍內(nèi)作全面掃查,其余按200×200mm的椅子線掃查,如圖5（c)。格子掃查常用于邊緣要求高于其余部分的情況。(四)缺陷的判別與測定1.缺陷的判別鋼板探傷中,一般根據(jù)缺陷波和底波來判別鋼板中的缺陷情況。下列情況之一均作為缺陷判定：（1)無底波,只有缺陷的多次反射。(2)缺陷波與底波共存。 (3)無底波,只有多個紊亂的缺陷波。(4)既無底波,又無缺陷波.2.缺陷的測定探傷中發(fā)現(xiàn)缺陷以后,要測定缺陷的位置、大小、并估判缺陷的性質(zhì)。(1)缺陷位置的測定鋼板中缺陷位置的測定包括確定缺陷的深度和平面位置,前者可根

22、據(jù)缺陷波對應的水平刻度值和掃描速度來確定,后者可根據(jù)發(fā)現(xiàn)缺陷時探頭位置標記來確定。(2)缺陷大小的測定鋼板探傷中,常用當量法和測長法來測定缺陷的大小。(3)缺陷性質(zhì)的估判鋼板中缺陷性質(zhì)可根據(jù)缺陷波和底波特點來估判。分層：缺陷波形陡直,底波明顯下降或完全消失。折疊：不一定有缺陷波,但始波脈沖加寬,底波明顯下降或消失。白點：波形密集、互相彼連、移動探頭,此起彼伏,十分活躍,重復性差。缺陷測定以后應根據(jù)有關(guān)標準來判別鋼板的質(zhì)量級別。三、壓力容器鋼板超聲波探傷標準JB1150-73簡介(參見附錄-)1.標準的適用范圍JB1150-73標準適用于厚度12120mm的化學、石油工業(yè)壓力容器用鋼板及其他工業(yè)

23、類似用途鋼板的超聲波探傷。2.操作要點(1)探測頻率為2.5MHz,糧合方式為直接耦合(接觸法)或充水禍合,探頭為單直探頭或聯(lián)合雙直探頭。(2)靈敏度的調(diào)節(jié)：用5平底孔人工試塊調(diào)節(jié)探傷靈敏度。試塊的形狀尺寸見附錄一中圖1和表1。試塊的材質(zhì)與鋼板相同或相近。探傷靈敏度為5平底孔第一次回波等于滿幅度的5。.(3)掃查方式采用列線掃查,列線垂直于鋼板壓延方向,間距為lmm.發(fā)現(xiàn)缺陷時,在缺陷周圍探測以確定缺陷面積。3.缺陷波判別及質(zhì)量標準(1)下列三種情況作為缺陷、記錄缺陷面積無底波,只有缺陷波的多次反射缺陷波和底波同時存在。無底波,只有多個紊亂的缺陷波。(2)缺陷面積的計算當缺陷面積間距小于100

24、mm時,作為單塊缺陷,其面積為各塊缺陷面積之和。（3）鋼板質(zhì)量分級：鋼板質(zhì)量分為I、等三級。I級不允許存在面積的單塊缺陷,在任一1×1面積內(nèi)缺陷面積不得大于3,9以下缺陷不計。級不允許存在面積100的單塊缺陷,在任-1×1面積內(nèi)缺陷面積不得大于5,25以下缺陷不計。級不允許存在面積100的單塊缺陷,在任一1X1面積內(nèi)缺陷面積不得大于10,25以下缺陷不計。四、復合材料探傷復合材料是由母材與復合層粘接復合而成。常見的復合材料是在碳鋼或低合金鋼母材上復合不銹鋼、鐵合金、銅合金等復合層,以提高鋼板的耐腐蝕性。復合層一般比較薄。復合材料一般用軋制、爆炸和堆焊方法制造而成。復合材料中

25、常見缺陷是脫層,即復合層與母材在界面處復合不良。(一)復合板材探傷方法復合板材與一般板材探傷方法基本相同,常用單直探頭或聯(lián)合雙直探頭進行縱波探傷。耦合方式一般為接觸式,探傷頻率為2.55.OMHz,探頭直徑為1030m。復合板材探傷靈敏度：將復合板材完好區(qū)域的第一次底波調(diào)至滿幅度的80100即可。探傷時,可從母材一側(cè)探測,也可從復合層一側(cè)探測。(二)缺陷的判別1.兩種材料聲阻抗相近當復合的兩種材料聲阻抗相近時,如不銹鋼/碳鋼復合板, 0.993。復合界面聲壓反射率,因此復合良好區(qū)基本上無復合界面回波。若存在脫層缺陷,則會出現(xiàn)缺陷波F。當從母材一側(cè)探傷時,缺陷波F位于底波前不遠處,如圖5.6所示

26、。不完全脫層時,F波出現(xiàn)多次彼連,底波降低,如圖5.6（a）。不完全脫層時,F波出現(xiàn)多次彼連，底波降低，如圖.6（）。完全脫層時，波強，底波消失，如圖.6（）。當從復合材料一側(cè)探傷時,脫層缺陷波F緊隨始波和底被之后,如圖5.7(a)所示。不完全脫層,F波多次彼連,底波下降,如圖5.7(b)。完全脫層,F波多次彼連,寬度增加,底波消失,如圖5.7（c )。2.兩種材料聲阻抗相差較大§5.2管材探傷一、鋼管加工及常見缺陷一般要求作超聲波探傷的鋼管,主要是指高溫高壓狀態(tài)下的管材。不同型號的鋼管加工方法不同,形成的缺陷也不一樣。小口徑無縫鋼管采用穿孔法和高速擠壓法制成。常見缺陷有分層、夾雜、

27、重皮和裂紋等。大口徑厚壁管的制造方法大致與大型鍛件相類似,由鋼鍵經(jīng)鍛造、軋制而成。常見缺陷有折疊、重皮、自點和裂紋等。大口徑壁厚較薄和小口徑有縫鋼管采用焊接方法制造。常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透和裂紋等焊接缺陷。二、鋼管探傷方法概述對于與管軸平行的周向缺陷,一般采用垂直探傷或聯(lián)合雙斜探頭探傷,如圖5.10。對于垂直于管軸的徑向缺陷,一般采用斜入射探傷,如圖5.11。對于平行于管軸的徑向缺陷,一般也采用斜入射探傷,如圖5.12。三、小口徑管材探傷小口徑管材曲率半徑小(管徑大多在50mm以下),接觸法探傷耦合不良,波束嚴重擴散,探傷靈敏度低,因此一般不采用接觸法,而采用水浸聚焦法利用橫波來探傷。1

28、.探頭與耦合劑的選擇小口徑管水浸聚焦探傷中,探頭的頻率一般為2.55.MHz。對于小口徑薄壁管,為了提高檢測能力,也可采用10MHz。聚焦探頭分為線聚焦和點聚焦,一般高壓管用線聚焦探頭。對于小口徑薄壁管,為了提高檢測能力,常用點聚焦探頭。聚焦探頭聲透鏡曲率半徑r應符合下述條件： （5.3）式中：一一聲透鏡中的縱波波速；C2一一水中波速；水中焦距。對于有機玻璃聲透鏡, =2730m, =1480m/s （5.4）為了減少水的表面張力,增強水對鋼管表面的潤濕作用,需在水中加入少量表面活性劑。有時為了防止鋼管生銹,還應加入一些防銹劑。2.偏心距的確定探頭聲束軸線與管子中心軸線的距離稱為偏心距,常用表

29、示,如圖5.13。 (1)純橫波探傷要實現(xiàn)純橫波探傷,入射角應大于第一臨界角。由得： (2)橫波探測到管內(nèi)壁要使橫波探測到管內(nèi)壁,橫波折射角應符合又 即所以同時滿足純橫波探傷,且能探測到管內(nèi)壁的條件為： 以sin=代入上式到偏心距范圍為 （5.5）式中：一水中縱波波速；一鋼中縱波波速；Cs一鋼中橫波波速；R一鋼管的外徑；r一鋼管的內(nèi)徑。 =1480m/s, =5900m/s, =3230 m/s，則有： （5.6）3.焦距的確定小口徑管水浸聚焦探傷,一般要求聲束焦點落在管子的中心軸線上,如圖5.14。 在AOB中,AO=R,BO=f-H，AB=x 由得焦距f為 （5.7）式中：H一水層厚度水層

30、距離4.水層距離的選擇水浸探傷鋼管時,為了避免管材表面多次反射波對探測區(qū)域內(nèi)缺陷回波的干擾,水層距離應大于鋼中橫波聲程W的1/2。W見圖5.13。因為水中波速約為鋼中橫波波速的1/2,當水層距離大于鋼中橫波聲程的1/2時,就可使鋼管內(nèi)外壁缺陷回波位于鋼管界面回波與之間,不受界面回波的干擾。5.最大壁厚的確定水浸探傷鋼管時,為了實現(xiàn)純橫波探傷使管子的壁厚受到限制。不難設(shè)想,第一臨界角,對應的壁厚是最大的。由 和得 由 得管子壁厚于外徑比為 式中： T一管子壁厚；D一管子外徑； -管中橫波波速；一管中縱波波速。對于鋼管, =3230m/s, =5900m/s,則有T/D0.226 （5.9）例：水

31、浸聚焦探傷 60×8的無縫鋼管,探頭聲透鏡曲率半徑為25mm,求偏心距和水層厚度各為多少?解:由己知得R=30,r=26(1)偏心距x：取平均值得 （2)焦距f ：f= (3)水層厚度H：四、高壓無縫鋼管超聲波探傷標準JB1151-73簡介（參見附錄二）1.標準的適用范圍JB1l-73標準適用于T/d60%(T為壁厚,d為內(nèi)徑,外徑D20mm,壁厚T2mm的化學、石油工業(yè)用高壓無縫鋼管超聲波探傷及其他工業(yè)類似用途的高壓無縫鋼管的超聲波探傷。2.操作要點(1)采用水浸聚焦探頭探傷,探測頻率為2.5MHz。(2)用附錄二中圖1所示的對比試塊調(diào)節(jié)探傷靈敏度。對比試塊內(nèi)外壁開有的尖角槽,槽深t =5% T,但不大于1mm,槽長大于或等于40mm。調(diào)