小直径棒材超声检测方法研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
棒材直径 / 1 !& !* !1
(
(’ !
试验条件
探头设计及制作
本次设计采用不带斜楔的瓦形晶片制作水浸线 聚焦双探头，此探头有以下优点：# ! % 可保证棒材中 两晶片焦点重合，使探头定位，水声程计算相对容 易。 # ( % 因无斜楔， 则声能损失降低， 信噪比提高， 则 探伤效果较好。 晶片长度为 :， 倾斜角为 !， 两晶片 如图 - 所示，
"2$
试样棒材直径 " %% $ !, 界面波 ,* 反射体反射波幅 " &’ $ 表面刻槽 -0 中心孔 !0
.
结论
表.
不同规格试样的反射体的反射波幅
界面波 -. -( ,* ,. 反射体反射波轴 " &’ $ ( ) *+ 处孔 ( ) ,+ 处孔 .. ./ .. ..! ., ,0 .!
试样棒材直径 " %% $ !(!(, !(0 !-
!"# $%%&’()*’+, +- .&*/)0+,’( !#0*’,1 2#*"+3 -+/ !"’, 4 5’)6#*#/ 7+3
34 567 874 9:7;6:< =:<> ?7<@74
" A6: B<CD:;E7F< G H:C:#I;6 B<CE7E4E: FJ ’F7K:I #<& =I:CC4I: L:CC:KM N7#<O7M P67<# $ $80*/)(*Q A6: DI7<;7DK: #<& E:CE %:E6F& JFI E:CE7<> E6: , R (-%% &7#%:E:I S C IF& 2T E7K: R C6#D: D7:UF:K:;EI7; &7C; A R H DIF2:C #<& 2T 7%%:IC:& K7<: R JF;4C7<> E:CE %:E6F& 7C 7<EIF&4;:& 7< &:E#7K #<& 7E 7C ;F%D#I:& V7E6 E6: 4KEI#CF<7; ;I::D7<> V#W:CM A64CM E6: I:C4KEC C6FV E6#E E67C E:CE %:E6F& 7C F<: FJ E6: 2:CE %:E6F&C 2:;#4C: 7E ;#< 2: FD:I#E:& C7%DKT #<& ;#< %::E E6: E:;6<FKF>T I:@47I:%:<EX 9#:;+/3Q A67< R &7#%:E:I IF&Y 87<: R JF;4C7<> A R H DIF2:C 4KEI#CF<7; E:CE7<> %:E6F&Y PF%D#I: #<& FDE7%7U:
试样棒材直径 " %% $ !(!(, !(0 !界面波 ---/ ,* 反射体反射波幅 " &’ $ ( ) *+ 处孔 ( ) ,+ 处孔 ./ .0 .. ./ ../ .. .1
测效果最佳。 "#$ !X / 几种检测方法对带有径向平底孔试样棒材的 检测 测试条件为仪器： 基准波高： 棒 PA\ R //， ,0] ， 材试样径向平底孔孔径： ^0X *。 由表 , 可以看出，用双晶探头进行水浸线聚焦法 探伤和爬波法对径向平底孔的探伤灵敏度大体相当。
棒材试样规格表
! 0 */ !’ ( ( , ,’ (
单位： $$
轴向平底孔距试样表面距离 ! 0 +/ &’ .* !’ (* !’ ++ (
图-
双晶探头两晶片位置示意图
的上端距离为 "， 则由图中的几何关系可得： #!% 2・;<=! > " 0 ( ? : 0 (・@A;! 因探头外壳选定，晶片尺寸还应满足壳内壁间 距要求， 则： #(% " ? (:@A;!$ 9 9—探头外壳内壁间距 # ( % 式可得间距 " 与倾斜角 ! 是相互依赖 由#!%、 的两参数， 通过以上两式， 编程计算可实现两晶片定 位。结果如表 ! 所示。 图* #"% 试样 # H % 、
距离 " # $$ % &’ () &’ +, !’ ,( !’ )& (’ -(’ ).
同时， 已知两晶片倾角范围在 *B C !*B为最佳， 且 两晶片上端间距至少应为 ($$，故选择了 " > ($$， 再考虑水与棒材界面对聚焦声束的 ! > !-B这组数据。 影响， 会使两晶片中心的焦点往上移， 倾角应减少， 选 最后取倾斜 择倾斜角 ! > .B、 +B、 )B、 !&’ *B进行测试， 角为 1B D +B之间。 (’ ( 试样设计制作 设计小直径棒材试样的目的在于检验线聚焦水浸 检测法的效果。试样制作参照 74 0 E*)E 中 666 级探 伤要求， 棒材直径 F1 D !1 试样反射体为孔径 F&’ +$$ 的轴向平底孔，棒材直径 F*$$ 的反射体一为刻槽深 &’ +$$ 的 1&BG 型槽，另外还有 F&’ +$$ 的轴向平底 孔。由于检测中， 既要进行径向检查， 又要进行周向检 查，故 F1 D !1 的试样的平底孔的位置设计距试样表 面为 / 0 * 处和 / 0 + 处。F* 的试样的轴向平底孔设计 在试样中心， G 型槽在外表面。具体如图 * 所示： 表(
,
,’ !
试验方法及结果
试验结果
(*
南昌航空工业学院学报 " 自然科学版 $
/00( 年
用自制探头 " 晶片尺寸： 曲率半径： 但隔声层也不能太长， 否则会挡住晶片中心附近 (! Z 1， !0%%， 大， 隔声层： 表 ! 为 (-%%， 表 . 为 /!%%， 频率： 对 的声束， 降低缺陷回波， 影响其检测效果。另外， 对自 ,[35 $ 。 试样棒材进行探伤。测试条件为仪器： ， 基准 制探头而言， 经过我们测试分析， 水距在 时， 检 PA\ R // //%% 波高： 水距： ,0] ， //%% 得到如下结果： 表 ! 不同规格试样的反射波幅
小直径棒材超声检测方法研究
胡 智# 刘伟成 ! 彭应秋 !
江西 南昌 &&""&+ , ) #* 江西省锅检所； !* 南昌航空工业学院
摘 要 本文介绍了用瓦形晶片制作的线聚焦双晶探头，采用水浸法检测直径为 % - #(.. 的高温合金 钢的方法及原理， 并和超声爬波法相比较。实验结果表明， 本方法是较为理想的一种， 不仅操作简单， 而且 能满足技术上的要求。 关键词 小直径棒材 /0%%# 线聚焦双晶探头 超声检测法 中图分类号 文献标识码： 1
表,
试样棒材直径 " %% $ !(,
不同检测方法检测结果一览表
平底孔埋深 " %% $ !X 1, 1X , ((X /, /X , , 1X , !X , 反射体反射波幅 " &’ $ 双晶探头水浸线聚焦 爬波法 .. ./ !* .. .0 !* ./ .. ./ !* ../ .0 .1
!(0 !1
收稿日期： !""# $ "% $ &" 第一作者： 胡智， 男， 工程师。 #’%( 年生，
图&
水距计算示意图
来自百度文库
第,期
胡
智
等： 小直径棒材超声检测方法研究
!.
!’ (
最佳水距
表!
晶片定位参数 "、 ! 对照表
倾斜角 ! !(’ * !, !,’ * !!-’ * !*
如图 (、图 , 所示，最佳水距应为水中的距离 —— — 振幅曲线相当于焦点 2 处左边下降 134 处到探 头辐射面的距离。即 56 段。此时声压最高区域落在 被检工件内， 从而可保证较高的检测灵敏度。除此以 外， 水距的选择还应按下式计算： !"#$ ! %工件 %水 7—水层厚度； "—工件中焦点至工件表面的距离。 %工件 ・ &，即保证工件上第二次界面回 %水 波落在第一次底波之后。 且应满足 !% 8—工件厚度； 9 水 —水中纵波声速； 9 工件 —工件中纵波声速。
!""# 年 ’ 月 第 #% 卷第 & 期
南昌航空工业学院学报 9:;<=>? :@ 7>=AB>=C D=EFGF;FH :@ 1H<:=>;FGA>? /HAB=:?:CI
JHKF* !""# L:?* ?% 7:* &
文章编号： #""# $ +’!( ) !""# , "& $ ""#( $ "&
至晶片的距离。
图#
聚焦声速轴线上声压分布
图!
水距计算示意图
#
#* #
聚焦声场理论
声轴线上声压表达式及焦距选择 ! " !!#$%& ( ( ( ’ # * ) ] + (# * ) [! ! )( ) )
4—焦距 5—至波源的距离 0—参数 0 6 7 8 4 7—近场长度 由图 # 可知， 愈小， 聚焦效果愈好， 4 0 值愈大， 当 4%7 时， 几乎没有聚焦作用。 因此， 焦距应选在近 场长度以内。对瓦形聚焦晶片而言， 焦距为曲率中心
在本试验研究中， 我们研制了用瓦形晶片制作的 双晶探头， 并设计制作了试样棒材， 并对测试结果进 行了分析。同时， 还将其与爬波法进行比较。经过分 析， 得出如下结论： " ( $ 确定了高灵敏度水浸聚焦双晶探头的参数。 两晶片上端间距为 /%%、 晶片倾角为 -_ ‘ *_、 隔声层 长度为 /0%% 左右。水距为 //%%。 " / $ 对于径向缺陷， 爬波法和双晶探头水浸线聚 焦法灵敏度大体相当。 " ! $ 对轴向缺陷， 爬波法不太灵敏， 而双晶探头水 浸线聚焦法， 有较高灵敏度。 能检测出试样棒材中， 深 0X *%% 的 -0_L 型槽，及 ^0X *%% 偏心孔，但对直径 检测灵敏度较低。 ,%% 棒材中 ^0X * 中心孔， " . $ 用瓦形晶片制作的线聚焦双晶探头， 采用水 浸法检测小直径棒材， 试验证明， 此方法是可行的， 有 效的。
由于本次设计的双晶探头，是不带有机玻璃斜 楔块， 因而隔声层长度多长为最佳变得很关键， 由于 故隔声层的长度不能超过 瓦形晶片的焦距是 !0%%， ， 否则将挡住中心声束， 大大降低检测灵敏的。 !0%% 从表 !、表 . 可以看出，隔声层对界面波及缺陷回波 均有较大影响， 当隔声层较短时， 其界面波均普遍较
参考文献 〔 N〕 a ( b 彭应秋等 X 小直径棒材爬波检测新技术及相关理论探讨 X 材料 工程， (cc-X (0 ： /! ‘ /,X 〔[〕 a / b 全国锅炉压力容器 d+A 人员资格考委会编 X 超声波探伤 X 劳 动部锅炉压力容器杂志社， (cc,X !X 〔[〕 a ! b 夏纪真 X 声学无损检测技术 X 南昌航院自编教材， (cc(X /X
前言
在石化、航空工业系统中，棒材得到了广泛应 用， 对直径 #(.. 以上棒材已有比较成熟的超声检测 方法，并有相应的检测标准，而对于直径小于 #(.. 的棒材如何进行有效检测一直是比较棘手的问题。 目前也没有相应的检测标准，如何保证高温合金小 直径棒材超声检测可靠性， 一直受人们的关注。 在对棒材的超声波探伤中，存在着探头与棒材 的耦合问题， 特别是小直径棒材， 其圆周曲面的曲率 较大，声束发散严重，会产生波形转换，形成表面变 型波，使得缺陷信号受到干扰，因而对缺陷进行定 位、 定量、 定性较为困难， 甚至无法检测。 针对小直径棒材的特点，有人采用爬波法检测， 试验结果表明， 爬波对径向缺陷敏感， 而对轴向缺陷 检测效果差， 为此， 我们采用了瓦形晶片制作的双晶 探头，适当选择有关参数 ) 晶片尺寸，工作频率，焦 , 用水浸法检测， 距， 水距等， 可检出该棒材 2"* 3 以上 的轴向和径向缺陷。
(
(’ !
试验条件
探头设计及制作
本次设计采用不带斜楔的瓦形晶片制作水浸线 聚焦双探头，此探头有以下优点：# ! % 可保证棒材中 两晶片焦点重合，使探头定位，水声程计算相对容 易。 # ( % 因无斜楔， 则声能损失降低， 信噪比提高， 则 探伤效果较好。 晶片长度为 :， 倾斜角为 !， 两晶片 如图 - 所示，
"2$
试样棒材直径 " %% $ !, 界面波 ,* 反射体反射波幅 " &’ $ 表面刻槽 -0 中心孔 !0
.
结论
表.
不同规格试样的反射体的反射波幅
界面波 -. -( ,* ,. 反射体反射波轴 " &’ $ ( ) *+ 处孔 ( ) ,+ 处孔 .. ./ .. ..! ., ,0 .!
试样棒材直径 " %% $ !(!(, !(0 !-
!"# $%%&’()*’+, +- .&*/)0+,’( !#0*’,1 2#*"+3 -+/ !"’, 4 5’)6#*#/ 7+3
34 567 874 9:7;6:< =:<> ?7<@74
" A6: B<CD:;E7F< G H:C:#I;6 B<CE7E4E: FJ ’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
试样棒材直径 " %% $ !(!(, !(0 !界面波 ---/ ,* 反射体反射波幅 " &’ $ ( ) *+ 处孔 ( ) ,+ 处孔 ./ .0 .. ./ ../ .. .1
测效果最佳。 "#$ !X / 几种检测方法对带有径向平底孔试样棒材的 检测 测试条件为仪器： 基准波高： 棒 PA\ R //， ,0] ， 材试样径向平底孔孔径： ^0X *。 由表 , 可以看出，用双晶探头进行水浸线聚焦法 探伤和爬波法对径向平底孔的探伤灵敏度大体相当。
棒材试样规格表
! 0 */ !’ ( ( , ,’ (
单位： $$
轴向平底孔距试样表面距离 ! 0 +/ &’ .* !’ (* !’ ++ (
图-
双晶探头两晶片位置示意图
的上端距离为 "， 则由图中的几何关系可得： #!% 2・;<=! > " 0 ( ? : 0 (・@A;! 因探头外壳选定，晶片尺寸还应满足壳内壁间 距要求， 则： #(% " ? (:@A;!$ 9 9—探头外壳内壁间距 # ( % 式可得间距 " 与倾斜角 ! 是相互依赖 由#!%、 的两参数， 通过以上两式， 编程计算可实现两晶片定 位。结果如表 ! 所示。 图* #"% 试样 # H % 、
距离 " # $$ % &’ () &’ +, !’ ,( !’ )& (’ -(’ ).
同时， 已知两晶片倾角范围在 *B C !*B为最佳， 且 两晶片上端间距至少应为 ($$，故选择了 " > ($$， 再考虑水与棒材界面对聚焦声束的 ! > !-B这组数据。 影响， 会使两晶片中心的焦点往上移， 倾角应减少， 选 最后取倾斜 择倾斜角 ! > .B、 +B、 )B、 !&’ *B进行测试， 角为 1B D +B之间。 (’ ( 试样设计制作 设计小直径棒材试样的目的在于检验线聚焦水浸 检测法的效果。试样制作参照 74 0 E*)E 中 666 级探 伤要求， 棒材直径 F1 D !1 试样反射体为孔径 F&’ +$$ 的轴向平底孔，棒材直径 F*$$ 的反射体一为刻槽深 &’ +$$ 的 1&BG 型槽，另外还有 F&’ +$$ 的轴向平底 孔。由于检测中， 既要进行径向检查， 又要进行周向检 查，故 F1 D !1 的试样的平底孔的位置设计距试样表 面为 / 0 * 处和 / 0 + 处。F* 的试样的轴向平底孔设计 在试样中心， G 型槽在外表面。具体如图 * 所示： 表(
,
,’ !
试验方法及结果
试验结果
(*
南昌航空工业学院学报 " 自然科学版 $
/00( 年
用自制探头 " 晶片尺寸： 曲率半径： 但隔声层也不能太长， 否则会挡住晶片中心附近 (! Z 1， !0%%， 大， 隔声层： 表 ! 为 (-%%， 表 . 为 /!%%， 频率： 对 的声束， 降低缺陷回波， 影响其检测效果。另外， 对自 ,[35 $ 。 试样棒材进行探伤。测试条件为仪器： ， 基准 制探头而言， 经过我们测试分析， 水距在 时， 检 PA\ R // //%% 波高： 水距： ,0] ， //%% 得到如下结果： 表 ! 不同规格试样的反射波幅
小直径棒材超声检测方法研究
胡 智# 刘伟成 ! 彭应秋 !
江西 南昌 &&""&+ , ) #* 江西省锅检所； !* 南昌航空工业学院
摘 要 本文介绍了用瓦形晶片制作的线聚焦双晶探头，采用水浸法检测直径为 % - #(.. 的高温合金 钢的方法及原理， 并和超声爬波法相比较。实验结果表明， 本方法是较为理想的一种， 不仅操作简单， 而且 能满足技术上的要求。 关键词 小直径棒材 /0%%# 线聚焦双晶探头 超声检测法 中图分类号 文献标识码： 1
表,
试样棒材直径 " %% $ !(,
不同检测方法检测结果一览表
平底孔埋深 " %% $ !X 1, 1X , ((X /, /X , , 1X , !X , 反射体反射波幅 " &’ $ 双晶探头水浸线聚焦 爬波法 .. ./ !* .. .0 !* ./ .. ./ !* ../ .0 .1
!(0 !1
收稿日期： !""# $ "% $ &" 第一作者： 胡智， 男， 工程师。 #’%( 年生，
图&
水距计算示意图
来自百度文库
第,期
胡
智
等： 小直径棒材超声检测方法研究
!.
!’ (
最佳水距
表!
晶片定位参数 "、 ! 对照表
倾斜角 ! !(’ * !, !,’ * !!-’ * !*
如图 (、图 , 所示，最佳水距应为水中的距离 —— — 振幅曲线相当于焦点 2 处左边下降 134 处到探 头辐射面的距离。即 56 段。此时声压最高区域落在 被检工件内， 从而可保证较高的检测灵敏度。除此以 外， 水距的选择还应按下式计算： !"#$ ! %工件 %水 7—水层厚度； "—工件中焦点至工件表面的距离。 %工件 ・ &，即保证工件上第二次界面回 %水 波落在第一次底波之后。 且应满足 !% 8—工件厚度； 9 水 —水中纵波声速； 9 工件 —工件中纵波声速。
!""# 年 ’ 月 第 #% 卷第 & 期
南昌航空工业学院学报 9:;<=>? :@ 7>=AB>=C D=EFGF;FH :@ 1H<:=>;FGA>? /HAB=:?:CI
JHKF* !""# L:?* ?% 7:* &
文章编号： #""# $ +’!( ) !""# , "& $ ""#( $ "&
至晶片的距离。
图#
聚焦声速轴线上声压分布
图!
水距计算示意图
#
#* #
聚焦声场理论
声轴线上声压表达式及焦距选择 ! " !!#$%& ( ( ( ’ # * ) ] + (# * ) [! ! )( ) )
4—焦距 5—至波源的距离 0—参数 0 6 7 8 4 7—近场长度 由图 # 可知， 愈小， 聚焦效果愈好， 4 0 值愈大， 当 4%7 时， 几乎没有聚焦作用。 因此， 焦距应选在近 场长度以内。对瓦形聚焦晶片而言， 焦距为曲率中心
在本试验研究中， 我们研制了用瓦形晶片制作的 双晶探头， 并设计制作了试样棒材， 并对测试结果进 行了分析。同时， 还将其与爬波法进行比较。经过分 析， 得出如下结论： " ( $ 确定了高灵敏度水浸聚焦双晶探头的参数。 两晶片上端间距为 /%%、 晶片倾角为 -_ ‘ *_、 隔声层 长度为 /0%% 左右。水距为 //%%。 " / $ 对于径向缺陷， 爬波法和双晶探头水浸线聚 焦法灵敏度大体相当。 " ! $ 对轴向缺陷， 爬波法不太灵敏， 而双晶探头水 浸线聚焦法， 有较高灵敏度。 能检测出试样棒材中， 深 0X *%% 的 -0_L 型槽，及 ^0X *%% 偏心孔，但对直径 检测灵敏度较低。 ,%% 棒材中 ^0X * 中心孔， " . $ 用瓦形晶片制作的线聚焦双晶探头， 采用水 浸法检测小直径棒材， 试验证明， 此方法是可行的， 有 效的。
由于本次设计的双晶探头，是不带有机玻璃斜 楔块， 因而隔声层长度多长为最佳变得很关键， 由于 故隔声层的长度不能超过 瓦形晶片的焦距是 !0%%， ， 否则将挡住中心声束， 大大降低检测灵敏的。 !0%% 从表 !、表 . 可以看出，隔声层对界面波及缺陷回波 均有较大影响， 当隔声层较短时， 其界面波均普遍较
参考文献 〔 N〕 a ( b 彭应秋等 X 小直径棒材爬波检测新技术及相关理论探讨 X 材料 工程， (cc-X (0 ： /! ‘ /,X 〔[〕 a / b 全国锅炉压力容器 d+A 人员资格考委会编 X 超声波探伤 X 劳 动部锅炉压力容器杂志社， (cc,X !X 〔[〕 a ! b 夏纪真 X 声学无损检测技术 X 南昌航院自编教材， (cc(X /X
前言
在石化、航空工业系统中，棒材得到了广泛应 用， 对直径 #(.. 以上棒材已有比较成熟的超声检测 方法，并有相应的检测标准，而对于直径小于 #(.. 的棒材如何进行有效检测一直是比较棘手的问题。 目前也没有相应的检测标准，如何保证高温合金小 直径棒材超声检测可靠性， 一直受人们的关注。 在对棒材的超声波探伤中，存在着探头与棒材 的耦合问题， 特别是小直径棒材， 其圆周曲面的曲率 较大，声束发散严重，会产生波形转换，形成表面变 型波，使得缺陷信号受到干扰，因而对缺陷进行定 位、 定量、 定性较为困难， 甚至无法检测。 针对小直径棒材的特点，有人采用爬波法检测， 试验结果表明， 爬波对径向缺陷敏感， 而对轴向缺陷 检测效果差， 为此， 我们采用了瓦形晶片制作的双晶 探头，适当选择有关参数 ) 晶片尺寸，工作频率，焦 , 用水浸法检测， 距， 水距等， 可检出该棒材 2"* 3 以上 的轴向和径向缺陷。