超聲波探傷儀、探頭及試塊

第二章超聲波探傷儀、探頭及試塊第三節(jié)超聲波探傷用試塊在無(wú)損檢測(cè)中，常常用所求的未知量與已知量相比較的方法來(lái)確定未知量量檢測(cè)靈敏度。例如，射線照相法探傷是以像質(zhì)計(jì)的可分辨影像作為比較的依據(jù)；磁粉探傷用靈敏度試驗(yàn)片的可顯性來(lái)衡量磁化規(guī)范是否合理；滲透探傷是以發(fā)現(xiàn)人工表面缺陷的數(shù)量級(jí)來(lái)表示其檢測(cè)靈敏度和可靠性；超聲波探傷則以各種標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊為比較的依據(jù)，試塊上具有特定尺寸的規(guī)則反射體為所求量提供了一個(gè)固定聲學(xué)特性，以此作為比較的基準(zhǔn)。1.標(biāo)準(zhǔn)試塊標(biāo)準(zhǔn)試塊簡(jiǎn)稱STB試塊，通常由國(guó)際有關(guān)組織，國(guó)家和工業(yè)部的技術(shù)部門、標(biāo)準(zhǔn)化組織等權(quán)威機(jī)關(guān)推薦、確定和通過(guò)使用的。它們可作為探傷儀、探頭性能的測(cè)定；探傷靈敏度和時(shí)間軸比例等的調(diào)整，以及缺陷尺寸的評(píng)價(jià)。但某一種試塊不一定都具備這些功能，而是隨應(yīng)用對(duì)象不同而有所側(cè)重，它們常常在使用目的相同的檢查之間通用，其材質(zhì)、形狀、尺寸及使用性能也均已達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化程度。例如，國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)試塊有IIW試塊、IIW2試塊等，我國(guó)的CS-1,CS-2,CSK-IA,CSK-IB,CSK-IC（如圖2-34）,日本的STB-G系列試塊，美國(guó)的ASTM和ASME的標(biāo)準(zhǔn)試塊，英國(guó)的BS-A2,試塊，西德DIN54120中的1#試塊等等均屬此列，其中有些試于制作距離-波幅曲線或面積-波幅曲線。R25410R50R10062740606020202020B2001\119R25410R50R10062740606020202020B2001\119\III72°70°68°64°60°56。72°70^68°64°60°56°圖2-342.對(duì)比試塊對(duì)比試塊簡(jiǎn)稱RB試塊，它們大多為非標(biāo)準(zhǔn)的參考試塊，試用者可以根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)，其用途一般比較單一，常用于時(shí)間軸校正和靈敏度調(diào)整。例如，國(guó)內(nèi)用于鍋爐、壓力容器焊縫探傷的CSK-IIA、CSK-IIIA、用于鋼結(jié)構(gòu)焊縫探傷的RB-1,RB-2,RB-3,RBJ-1,此外如半圓試塊，薄板試塊、三角試塊等等。日本的RB-4也是對(duì)比試塊。3.IIW、IIW2、STB-G等幾種標(biāo)準(zhǔn)試塊的使用(1)IIW試塊IIW試塊即所謂荷蘭試塊，它是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)通過(guò)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)推薦使用的標(biāo)準(zhǔn)試塊。日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中命名為STB-A1試塊、英國(guó)BS標(biāo)準(zhǔn)中命名為BS-A2試塊,我國(guó)ZBY322-84中的1#標(biāo)準(zhǔn)試塊，和JB1152-81標(biāo)準(zhǔn)中的CSK-IA以及西德DIN54120標(biāo)準(zhǔn)中的1#試塊均屬于IIW試塊的改進(jìn)型,其用法與IIW試塊大同小異。IIW試塊材質(zhì)為平爐鎮(zhèn)靜鋼或電爐軟鋼，相當(dāng)于我國(guó)的20號(hào)鋼，要求材質(zhì)均勻，無(wú)雜質(zhì)，晶粒度達(dá)7?8級(jí)，并經(jīng)正火處理。IIW試塊在儀器和探頭性能測(cè)試中已有多種應(yīng)用,這里不再細(xì)述，僅歸納如圖2-35和圖2-36所示。圖2-36為直探頭在IIW試塊上的用法，圖中探頭所在位置代號(hào)與下述文字說(shuō)明的序號(hào)相對(duì)應(yīng)。利用試塊厚25mm、有機(jī)玻璃厚23mm相當(dāng)于鋼中縱波聲程23x5900q50mm ，試塊寬100mm和2700200mm處糟口平面，以上這四個(gè)成倍遞增尺寸可用于校正時(shí)間軸比例，達(dá)到實(shí)際探傷所需縱波探測(cè)范圍。利用?50有機(jī)玻璃底面的多次反射，測(cè)定儀器與探頭組合后的穿透能力，所得反射波次數(shù)越多，穿透能力越高。利用?50有機(jī)玻璃弧面與探測(cè)面間距5mm和10mm這兩個(gè)尺寸，可以粗略估計(jì)直探頭的盲區(qū)，若盲區(qū)大于5mm而小于10mm，則始脈沖與間距為10mm圓弧反射波之間的波谷應(yīng)低于垂直刻度的10%。利用?1.5橫通孔反射，可測(cè)定直探頭的靈敏度余量。利用厚為25mm的底面反射基準(zhǔn)，也可測(cè)定探傷儀的動(dòng)態(tài)范圍和水平線性。利用測(cè)距為85mm、91mm和100mm三個(gè)槽口平面，可測(cè)定直探頭縱向分辨力。圖2-37為斜探頭在IIW試塊上的用法。圖中探頭所在位置代號(hào)與下述文字說(shuō)明的序號(hào)對(duì)應(yīng)。2-35直探頭在IIW試塊上的測(cè)試方法2-36斜探頭在IIW試塊上的應(yīng)用利用半徑為100mm的圓弧面反射基準(zhǔn)測(cè)定斜探頭入射點(diǎn)。利用?50圓弧反射面和?1.5通孔測(cè)定斜探頭折射角。利用試塊的直角棱邊測(cè)定探頭聲束偏斜角。利用R100圓弧面或?1.5通孔測(cè)定斜探頭的靈敏度余量。利用R：0圓弧面反射基準(zhǔn)校正時(shí)間軸比例和零位校正。利用R；；圓弧面和測(cè)距為91mm的反射面，配合STB-A2試塊上?4X4柱孔可測(cè)定斜探頭的盲區(qū)。(2)IIW2試塊IIW2試2塊也是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)試塊，它與IIW試塊相比具有尺2寸小、重量輕、加工方便、便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是其用途比IIW試塊少。其材質(zhì)與IIW試塊的材質(zhì)相同。圖2-37為IIWc試塊的圖2-37IIW2試塊的應(yīng)用器組合的靈敏度余量。e.利用R和R兩個(gè)圓弧面，空0&0IIW1.250102502圖2-37為IIWc試塊的圖2-37IIW2試塊的應(yīng)用器組合的靈敏度余量。e.利用R和R兩個(gè)圓弧面，空0&0IIW1.2501025028T2.52.5700250It2,50ItL10L10L10圖2-38利用IIW2試塊調(diào)節(jié)不同時(shí)間軸比例幾種用法。圖中探頭所2在位置代號(hào)與下述文字說(shuō)明的序號(hào)對(duì)應(yīng)。利用半徑為50mm的圓弧反射面測(cè)定斜探頭入射點(diǎn)。利用試塊上?5通孔反射可分別測(cè)定斜探頭折射角為45°?65°和65°?75°o利用厚度為12.5mm的底面多次縱波反射可測(cè)定探傷儀的水平線性和垂直線性。利用R50圓弧面或?5通孔反射可測(cè)定50斜探頭和儀2550并使它們兩次以上反射波調(diào)節(jié)在時(shí)間軸上的不同25位置5，0即可得到不同的時(shí)間軸刻度與橫波聲程的比例，并同時(shí)達(dá)到了零位校正，這一用途是IIW2試塊的顯著特點(diǎn)。常用的幾種比例見圖2-38所示。 23.幾種常用的對(duì)比試塊的使用(1)半圓試塊

圖2-39半圓試塊形狀和用法半圓試塊形狀簡(jiǎn)單、制作方便、便于攜帶，是斜探頭橫波探傷中用得較多的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)試塊為便于安放，試塊可削去無(wú)用的部分，其形狀和使用方法見圖2圖2-39半圓試塊形狀和用法a.利用半圓試塊的圓弧反射面可測(cè)定斜探頭入射點(diǎn)，測(cè)定方法與斜探頭在IIW試塊上利用R圓弧面測(cè)定時(shí)相同。調(diào)節(jié)時(shí)間軸比例和校正零位。斜探頭橫波探傷在半圓試塊上調(diào)節(jié)時(shí)基軸比例和校正零位的方法與IIW試塊上的使用方法基本相同，也是以圓弧面二次或二次以上的反射波作為基準(zhǔn)。半圓試塊的最大特點(diǎn)是可以根據(jù)不同的探測(cè)條件下、不同探頭折射角自行設(shè)計(jì)試塊的半徑，使得實(shí)際需要的時(shí)間軸比例方式多樣、調(diào)節(jié)方便。例如，斜探頭探測(cè)焊縫時(shí)用時(shí)間軸與聲程的比例來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行定位，往往不方便，因此，習(xí)慣上對(duì)中薄板對(duì)接焊縫宜用水平定位法即建立時(shí)間軸與水平距的比例后，以確定缺陷距探頭入射點(diǎn)（或前沿）的水平距為主。對(duì)厚板對(duì)接焊縫宜用垂直定位法，即建立時(shí)間軸與垂直距的比例后，以確定缺陷距探測(cè)面垂直距離為主。而缺陷的聲程、水平距、垂直距離三者之間是可互相換算的。圖2-40所示為用半圓試塊調(diào)節(jié)時(shí)間軸比例和校正零位的基本波形。例題1中薄板（鋼板例題1中薄板（鋼板）對(duì)接焊縫橫波探阿常用入射角50°或K厶斜探頭。問(wèn)如何設(shè)計(jì)適合上述探頭水平1：1調(diào)節(jié)的半圓試塊?

圖2-40用半圓試塊調(diào)節(jié)時(shí)間軸和零位校正K2（即K=2）斜探頭折射為圖2-40用半圓試塊調(diào)節(jié)時(shí)間軸和零位校正K2（即K=2）斜探頭折射為卩=tg—12=63。28'。2為：取R=33mm，r?sin『二33-sin66°50'=30.3；R-sin卩二33xsin63°28'=29.5例題2如何設(shè)計(jì)適于厚板焊縫用K1斜探頭探傷時(shí)垂直1：1調(diào)節(jié)的半圓試塊？ 1解：￡斜探頭即tg卩二1，0=45°設(shè)垂直1：1時(shí)半圓試塊圓弧的兩個(gè)基準(zhǔn)反射回波也分別調(diào)整在3格和9格，則Rcos0=303030cos0cos45=3030cos0cos45=42.4(mm)例題3如何設(shè)計(jì)用K2斜探頭探測(cè)鋁合金焊縫時(shí)適于水平1：1調(diào)節(jié)的半圓試塊？ 2解:K斜探頭即tg0=2，0=63°28'設(shè)水平21：1調(diào)節(jié)時(shí)，半圓試塊圓弧的兩個(gè)基準(zhǔn)反射回波也分別調(diào)整在3格和9格，則R.cos0=30，由正弦定理可知：Hs鋁TOC\o"1-5"\h\zsina sin0 sin0= s鋼= s鋁CCCL有 s鋼 s鋁.門 3130xsin0sin0 = 冊(cè)30 30x3230R30 30x3230R= = =34.6(mm)sin0 3130xsin0s鋁 s鋁利用半圓試塊上距探測(cè)面一定深度的橫通孔（如圖2-39中的札橫孔），可調(diào)節(jié)探測(cè)靈敏度，即將札橫孔調(diào)到基準(zhǔn)高，再提高一定的2增益量時(shí)，儀器和探頭所具有的靈2敏度作為探測(cè)靈敏度。圖2-41薄板試塊形狀和尺寸（2）薄板試塊薄板試塊是一種適于薄板焊縫探傷時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間軸和水平距比例為1：1和探測(cè)靈敏度的對(duì)比試塊，其尺寸和形狀見圖2-41所示。調(diào)節(jié)時(shí)將探頭前沿與試塊上％柱孔對(duì)齊，此時(shí)，在示波屏1時(shí)間軸上同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)反射波，前面一個(gè)是柱孔側(cè)面反射波，后面一個(gè)為板端面反射波。通過(guò)調(diào)節(jié)水平和深度細(xì)調(diào)將兩個(gè)反射波分別調(diào)在3格和6格出現(xiàn)（見圖2-42所示），此時(shí)，時(shí)間軸與水平距就建立了1：1圖2-41薄板試塊形狀和尺寸試塊上的％柱孔也可用來(lái)作為調(diào)節(jié)探測(cè)靈敏度的基準(zhǔn)，即將％

柱孔反射波調(diào)在一定高度上，此時(shí)，儀器和探頭所具有的靈敏度作為探測(cè)靈敏度。薄板試塊的調(diào)節(jié)原理見圖2-43所示，它表示薄板中多次反射后的回波聲程與假定幾倍薄板試塊厚度的工件中聲程是基本相同的；因此，在試塊上得到的水平1：1可以在薄板焊縫探傷中使用。但當(dāng)用于厚度大于12mm的鋼板焊縫探傷時(shí)，水平定位誤差較大，一般不宜使用。此外，薄板試塊水平1：1校正時(shí)有機(jī)玻璃中聲程并不移至零位以外，只是將此聲程l折算成鋼中橫波聲程卩后，再取水平距疋，并與入射點(diǎn)至探頭前沿的水平距離a加在一起。有些常用探頭(如入射角a=50°，K=2的斜探頭)它們的x與a之和剛好為30mm；因此，對(duì)這樣的斜探頭，按上述方法調(diào)節(jié)水平1：1十分方便。如果探頭尺寸變化時(shí)(例如x'+a30mm)，則調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)將柱孔反射波調(diào)在x'+a處,端面反射波調(diào)到(x'+a+30)/10格處同樣可達(dá)到水平1：1。圖2-圖2-431：1的方法(3)RB-2試塊GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的RB-2試塊與ASME對(duì)比試塊、CSK-IIA試塊的形狀、尺寸和用法基本相同，它主要用于制作距離—波幅曲線，其用法見圖2-44所示。當(dāng)探頭置于各聲程位置時(shí)，可得到圖2-45所示的距離—波幅曲線，該試塊同樣可用于探測(cè)靈敏度的調(diào)節(jié)。

圖2-44RB-4試塊使用方法 圖2-45用RB-4試塊得到的距離——波幅曲線探鋼時(shí)折射角為：sin卩=-s