接觸式超聲斜射探傷方法

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1主題內容與適用范圍

   本標準規定了接觸式A型顯示超聲斜射縱波、橫波、瑞利波、萊姆波的檢驗技術及它們的校準,同時對系統設備作了適當的規定。

   本標準適用于常規超聲探傷中超聲探頭與被檢物直接接觸進行的斜射探傷。

2引用標準

    ZB Y 230-84  A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術條件

    ZB Y231-84   超聲探傷用探頭性能測試方法

    ZB Y232-84   超聲探傷用1號標準試塊技術條件

    ZB J 04001-87A型脈沖反射式超聲探傷系統工作性能測試方法

3一般規定

3.1超聲斜射探傷方法應根據材料的幾何形狀以及缺陷可能存在的位置、形狀、大小、方向和反射率來選擇波束方向和振動模式。

3.2 操作者需持有國家有關主管部門頒發的并與其工作相適應的資格證書。

3.3 如需定量進行超聲斜射探傷,則儀器適用的垂直線性和水平線性都應按ZB Y230標準校驗或檢驗機構和要求檢驗單位雙方同意的其他方法校驗。

3.4 檢驗前應按ZBJ04001標準校準探傷系統。

3.5 檢驗結果按被檢產品驗收技術條件或規定的標準作出評定。

4檢驗系統

4.1 儀器

   超聲探傷儀應符合ZBY230標準,如對探傷儀有特殊要求也可用產品承檢單位和送檢單位雙方同意的其他方法校驗。

4.2 探頭

    斜射橫波檢測探頭應符合ZB Y231標準,探頭上應附有能按需要的角度和波型并能向被檢物傳遞超聲波的斜楔。其他探頭也可參照ZBY231標準執行。

4.3 耦合劑

4.3.1探頭斜楔和被檢物檢查表面間應施加足夠的耦合劑,以保證檢測時具有良好的聲耦合。

4.3.2耦合劑通常為液體或糊狀體,典型的耦合劑為機油、水、甘油、漿糊、水溶性油和油脂等。耦合劑可添加防銹劑或潤濕劑。選擇的耦合劑應對產品或工藝無害。

4.3.3不適于探傷的表面必須用適當的方法進行加工。在適于探傷后應根據被檢材料的表面粗糙度和探測位置取向選擇合適的耦合劑,一般來說檢查表面粗糙或傾斜的材料時需用較高粘度耦合劑。檢驗時用的耦合劑須與校準時用的相同。

4.4 校準用試塊

4.4.1 具有已知尺寸人工反射體的試塊都能作為校準用試塊。

4.4.2 人工反射體的形狀可以是橫孔、刻槽或平底孔。

4.4.3試塊應采用與被檢物具有相同聲速、衰減、曲率和表面粗糙度的材料。若不能滿足這些條件,則應在產品檢查時引起的影響作適當修正,對不同具體產品的修正方法應列入產品驗收標準中。

4.4.4 檢測時應根據相應的標準和有關規定選用校準用試塊,校準用試塊不得混雜使用。

4.5檢驗時和校準時被檢物表面溫度差應在±14℃內,以免在斜楔材料內產生較大的衰減和聲速差異。

5斜射橫波檢驗技術和校準

5.1 檢驗技術

5.1.1最常用的斜射橫波折射角應在40°-75°范圍內,折射角在80°-85°時易在材料表面同時產生瑞利波,這種角度范圍內的斜射波應受到限制。

5.1.2斜射橫波檢驗通常采用單探頭型式。也可采用雙探頭型式。探傷時應充分估計可能產生的缺陷類型及缺陷產生的方向,以便使超聲束射向缺陷而產生最理想的反射。如果缺陷的方向是任意的,則常需要用多個聲束方向檢查或將聲束轉動。

5.2 校準

5.2.1斜射橫波探傷由于探測對象不同,因此使用的頻率和探頭型式以及他們使用的試塊也各不相同。如被檢物有適當的幾何形狀,則被檢物本身就能提供更為可靠的校準。

5.2.2在具體產品的探傷規程中應寫明使用頻率、探頭和試塊型式等。需要時應作出距離─幅度校準線。

5.2.3在常用的聲程范圍內,斜探頭的距離特性曲線往往各不相同,因此在制作校準曲線時必須用實際探傷用的探頭。

6斜射縱波檢驗技術和校準

6.1 檢驗技術

6.1.1 斜射縱波的折射角為1°-40°(此時同時存在很弱的斜射橫波)。

6.1.2斜射縱波探傷時總是同時存在橫波,因此校準測距標度時應予注意,不要錯誤引用行程時間較大的橫波信號進行校準。

6.1.3在斜射縱波范圍內一般應用的探頭可分三組即:單晶探頭、平行聲束的雙晶探頭和交叉聲束的雙晶探頭。

6.1.3.1 單晶探頭

    a.斜射縱波范圍的單晶探頭應用不多,一般單晶探頭可在軸類的端頭利用直接反射或角反射探測缺陷。

   當預期缺陷的主要反射面角度為已知時,則檢驗用聲束的角度應與此反射面垂直。在缺陷可能存在的區域,應在聲束與缺陷主要平面相互垂直的條件下對材料進行掃查。

    b.在特殊情況下奧氏體不銹鋼焊縫可采用斜射縱波探傷。

6.1.3.2 平行聲束雙晶探頭

    當反射體的聲程較近時,為避免斜楔中的雜波,可采用分開的發射和接收探頭或雙晶探頭。在雙晶探頭中,發射晶片及其斜楔與接收晶片及其斜楔用隔聲材料分開,以防止串音。發射聲束和接收聲束基本上是平行的。

6.1.3.3 交叉聲束斜射縱波雙晶探頭

   此種探頭使聲束直接在被檢表面下方交叉,雖能改善近表面分辯力,但檢測的深度受晶片尺寸和聲束角度的限制。該種探頭主要用于測厚或檢查平行于探測面的反射體,如夾層等缺陷。對探測的深度校準以及對儀器以一收一發方式工作時均需特別小心。

6.2 校準

6.2.1斜射縱波探傷應根據不同的探測對象、使用頻率和探頭型式采用不同的試塊。如被檢物有適當的幾何形狀,則被檢物本身就能提供更為可靠的校準。

6.2.2在具體產品的探傷規程中,應寫明使用頻率、探頭和試塊型式等。需要時應作出距離─幅度校準線。

6.2.3在常用的聲程范圍內,斜探頭的距離特性曲線往往各不相同,因此在制作校準曲線時必須用實際探傷的探頭。

7瑞利波檢驗技術和校準

7.1 檢驗技術

7.1.1在檢查面上瑞利波與檢查面法線成90°方向傳播,在厚度大于兩個波長的材料中,瑞利波的能量大約穿透一個波長的深度。由于能量以指數形式分布,一半能量集中在四分之一的λ(波長)深度表層內。

7.1.2當瑞利波傳播中碰到棱邊時,若棱邊曲率半徑R大于5倍波長,瑞利波可不受阻礙地完全通過,當R逐漸變小時,部分瑞利波能量被棱邊反射,當R≤λ(波長)時反射能量最大。因此,在超聲波探傷中瑞利波常被用來探測工件表面和近表面的缺陷。

7.1.3由于波長改變后透入深度也改變,所以可用改變瑞利波頻率的方法來估計開裂面與瑞利波傳播方向垂直的裂紋深度。

7.2 校準

7.2.1瑞利波需用表面幾何形狀的突變(即轉角處、方形槽等)作為距離校準的參考。熒光屏上的掃描線應按探頭至對比試塊上反射體的距離加以校準。

7.2.2在幅度校準中應考慮到瑞利波的透入深度與頻率有關,因此在有關要求中,應說明供校準用的參考反射體允許缺陷的最大埋藏深度。檢驗用的頻率f按下式計算:

                   ｆ ≈ＶR４ｄ

式中: ｆ──使用頻率,Ｈz;

        ＶR─材料中瑞利波速度,mm/s;

       ｄ──參考反射體埋藏深度,mm。

8萊姆波檢驗技術和校準

8.1 檢驗技術

8.1.1萊姆波傳播時與檢查面法線成90°方向傳播,并以橢圓形的質點振動充滿薄板。根據材料厚度和檢查用頻率,萊姆波振動存在于不同數目的層中,并以低于瑞利波至接近于縱波的速度傳播。

8.1.2萊姆波對厚度至5個波長的材料(根據同樣材料的厚試樣瑞利波速度)最為有效,能同時發現檢查面和其對面上的表面缺陷。被檢物板厚的變化將導致萊姆波振動模式的改變。

8.1.3萊姆波可用來測量板狀被檢物厚度、探測分層、裂紋等缺陷和檢驗復合材料板的粘結質量等。

8.2 校準

8.2.1萊姆波的相速度與超聲波的頻率以及被檢物板厚有關,同時又與入射縱波的入射角有關,需要的參考反射體可以是厚度有差別的反射體或是人工反射體。熒光屏上的掃描線應按探頭至對比試塊上的參考反射體的距離加以校準。

8.2.2 為從反射體獲得一校準指示應以最大允許缺陷量選擇適用的萊姆波類型和模式。

9檢驗數據的記錄和報告

9.1 每次檢驗應按下列內容要求記錄

   a. 工件名稱和檢驗日期;

   b. 操作者姓名和資格等級;

   c.使用的儀器名稱、制造廠、型號及序號;

   d.耦合劑種類、探頭電纜長度、手工掃查或自動掃查等安置情況;

   e.探頭的類型、頻率、晶片尺寸、斜楔及聲束的振動模式;

   f.為重復此檢驗所需的參考標準及校準數據;

   g.規范要求記錄的信號資料或檢驗結果,包括:缺陷的數量、類型、大小和位置等。

9.2 按檢驗物的具體檢測要求或標準的檢測要求寫出檢驗報告。

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   附加說明:

  本標準由中華人民共和國機械電子工業部提出。

  本標準由全國無損檢測標準化技術委員會歸口。

   本標準由上海材料研究所負責起草。

  本標準主要起草人宓中玉、陳祝年、陳金寶。