超声衍射时差法的研究.docxVIP

超声衍射时差法的研究 欧洲标准化委员会（cen）于2000年宣布了使用超声波穿越法的标准偏差和定性草案。有关TOFD法的第一份标准BS 7706:1993是英国提出的。近两三年相继发布的有关标准还有美国ASME 2235:2001和日本的NDIS 2423:2001。 近年来,TOFD法在欧洲、美国和日本已广泛用于锅炉、压力容器和压力管道焊缝的检测。为使TOFD技术迅速、高效、可靠地应用于我国金属焊缝检测,现将有重大影响的欧洲标准作一介绍,包括TOFD法原理、装置、调试方法、检测程序、缺陷评价及显示记录等,以供应用时借鉴。 1 检测转变及波型转换 TOFD(Time of flight diffraction)法有赖于超声波与缺陷端部的相互作用。相互作用结果会在较大角度范围发射衍射波。检出衍射波就能确定缺陷的存在。信号传播时间差就是缺陷高度量值。缺陷尺寸根据衍射信号的传播时间而非幅度来测量。 图1为TOFD法的探头布置。为使缺陷端部产生被接收探头接收的衍射波信号,通常要用指向角较大的纵波探头。这样就可通过一次扫查检测一定体积,但仅局限于一次扫查可检测到的体积尺寸。 发射声脉冲后到达接收探头上的第一个信号通常就是在试件表面下传播的侧向波(lateral wave),若无缺陷,到达接收探头的第二个信号就是底面回波。这两个信号通常供参考用。若忽略波型转换,则材料中由缺陷产生的任何信号均在侧向波与底波之间到达,因为侧向波和底波分别对应于发射探头与接收探头之间的最短声程和最长声程。同理,缺陷上端产生的衍射信号将在缺陷下端产生的信号之前到达接收探头。典型的A扫描AC波形图示于图2。缺陷高度可由衍射信号的时间差求得。用AC波形是为了利用参考波(侧向波和底波)和缺陷波(上端波和下端波)的相位信息来估判缺陷性质。应注意图2中两参考波的相位相反,缺陷的两个端部衍射波相位也相反。 2 tofd法的可检性 TOFD法所用信号幅度较低,通常只适用于超声波衰减、散射较小的材料。它可用于低碳钢和低合金钢材料和焊缝,也可用于细晶奥氏体钢和铝材。对粗晶材料和有严重各向异性的材料,如铸铁、奥氏体焊缝和高镍合金,则需作附加验证和数据处理。 经合同方商定,可用含人工或自然缺陷的典型试样验证TOFD法的可检性。但要注意,人工缺陷的衍射特性可能明显不同于实际缺陷。 由于衍射信号很弱,表面状态不良会引起信号质量(幅度和形状等)下降,严重影响检测可靠性。因此,表面越光滑平整,定量结果越精确。一般要求机加工表面Ra=6.3μm,喷砂表面为12.5μm;探头与接触面的间隙≯0.5mm。上述要求通常仅适用于要进行缺陷定量的表面。 可以选用不同的耦合介质,但应与被检材料匹配。如可用含附加剂(润湿剂、防冻剂及防腐剂等)的水、浆糊、机油、润滑剂和含水纤维糊剂等。 3 员工要求 用TOFD法检测焊缝的人员除需有NDTⅡ级以上资格证书外,还需通过根据被检产品等级和书面实施细则进行TOFD法检测的附加培训和考试。 4 检测设备 4.1 a扫描信号的获取 (1) 接收探头的-6dB带宽通常至少为标称探头频率的0.5～2倍。可用适当的带宽滤波。 (2) 发射脉冲为检波(DC)或不检波(AC)脉冲。脉冲上升时间不超过标称探头频率相应周期的0.25倍。 (3) 非检波信号应使用标称探头频率至少4倍的取样率进行数字化。 (4) 超声设备和扫查装置组合后,一般每毫米扫查长度应至少能获得一个A扫描信号,并将信号数字化。数据的获取与扫查装置的移动应同步。 (5) 为选择适当的时基部分将A扫描信号数字化,应显示有编程位置和范围的窗口。编程窗口始点离发射脉冲0～200μs,窗口范围为5～100μs。用该法可选定适当信号(侧向波或爬波,底波信号,一个或多个变型波信号)数字化和显示。 (6) 数字化A扫描结果应以相关灰度或单色等级的幅度显示,并在邻近绘出D扫描(焊缝纵断面显示)或B扫描(焊缝横断面显示)图像。图3和图4为双探头平行于焊缝方向和垂直于焊缝方向的D扫描和B扫描结果。灰度或单色等级数至少为64。 (7) 所有A,D或B扫描结果均应存储在磁性或光学储存介质(硬盘、软盘、磁带或光盘)上。检测报告用A,D或B扫描的硬拷贝。 (8) TOFD设备应能对信号作平均化处理。 为获得典型TOFD信号所需的较高增益调整值,可使用预置放大器。该放大器能对所关注的频率范围有平缓的响应,位置尽可能靠近接收探头。 4.2 接头频率选择 超声探头为两个(一发一收,相向对置);选用类型参阅5.2节;波型通常为压缩波(纵波),特殊情况可商定用横波,但波形较复杂;两探头中心频率应相同,误差±20%,探头频率选择细节见5.2节;侧向波和底面回波脉冲宽度均不得超过峰值波幅10%时测出的两个周期;脉冲重复频率应调节到相继发射脉冲所产生的声信