超聲波檢驗根部反射波識別與判定概述完整

1、宜聲波檢驗根部反射波識別與k 判定概述完整（可以直接使用，可編輯 優(yōu)質(zhì)資料，歡迎下載）壓力管道超聲波檢驗根部反射波的識別與判定天津市眾元天然氣工程 朱巖 李海摘 要：根據(jù)管道行業(yè)大徑焊口 （直徑 168mm的特點，介紹了超聲波檢驗時根部區(qū)域反 射波的類型， 對反射波的靜態(tài)和動態(tài)波形進行了分析， 提出了根部缺陷反射波的識別與判定 方法。關(guān)鍵詞 ：大徑焊口 超聲波檢驗 根部區(qū)域 反射波的識別與判定1、大徑焊口特點及根部區(qū)域反射波類型壓力管道行業(yè)大徑管線規(guī)格、 形式、種類比較多， 管道對接焊縫為單面焊雙 面成型，常見的坡口形式有： V 型、 U 型、雙 V 型、綜合型，根部的結(jié)構(gòu)形式 與設(shè)計的規(guī)定尺

2、寸常常存在一定誤差， 尤其是現(xiàn)場加工坡口形式尺寸的誤差， 對 超聲波檢測根部缺陷情況的判定產(chǎn)生了一定的技術(shù)難度。焊縫超聲波檢驗時，根部區(qū)域的反射波是比較多且比較復(fù)雜的，產(chǎn)生焊瘤、 內(nèi)凹、咬邊、裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷反射波。檢測時會因為 根部區(qū)域的局部不規(guī)則性、 不連續(xù)性， 產(chǎn)生根部內(nèi)表面結(jié)構(gòu)的反射波。 這些反射 波在超聲波檢測中的靜態(tài)波形以及動態(tài)波形是千變?nèi)f化的。 所以，如何識別和判 定這些反射波對檢測結(jié)論就顯得非常重要。2、根部區(qū)域反射波的識別與判定要比較準確識別分析、 判斷反射波的種類， 必須對反射波的位置、 反射波的 靜態(tài)和動態(tài)波形比較準確的掌握，這涉及到對所使用的探頭有

3、關(guān)參數(shù)的準確掌 握。又考慮到單焊雙面成型焊縫根部會遇到未焊透等缺陷， 其反射特征與端角反 射相似，為提高對不同缺陷反射率， 應(yīng)選擇不同角度探頭來核對不同類型的反射 波的靜態(tài)和動態(tài)波形。21根部焊縫反射波的識別與判斷2.1.1 正常焊縫根部反射波正常焊縫的根部對超聲波的反射情況可以通過反射波的位置定位，來判斷根部的透過情況，如圖1所示。在焊縫兩側(cè)探測，反射波的水平距離定位點相互交 叉，反射波在顯示屏出現(xiàn)位置偏向焊縫中心線對側(cè)， 反射波的深度顯示值略大于 母材厚度。其包絡(luò)波形比較圓滑，反射波幅較低，有時沒有波，左右移動時反射 波峰變化很小。未焊透反射波氬弧焊打底時焊縫根部未焊透缺陷比較少， 但由于

4、坡口加工不良，鈍邊太厚 或一側(cè)厚一側(cè)薄，加上焊接電流太小或焊接操作方法不當時， 也會產(chǎn)生未焊透缺 陷。由于未焊透有較規(guī)則的鈍邊，所以探測時有很強的端角反射波，探頭前后 移動時，波形較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動或擺動探頭時，波形消失較快，焊縫兩側(cè)探測時水平 距離定位落點有一定間距，約等于對口間隙，如圖 2所示。TT11i r1圖2未焊透反射波在焊縫兩側(cè)探測，均有波幅較高反射波顯示，其位置在根部一次波出現(xiàn)的位 置偏左一些。波形特點：波形單一，反射波幅度大，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，反射波動 態(tài)包絡(luò)面大且比較規(guī)范。未熔合反射波對于根部未熔合反射波探測時，在缺陷側(cè)有一個波幅較高的反射波， 有時在 非缺陷側(cè)反射波幅更明顯

5、，（但是隨著未熔合面與入射聲束角度的不同，有時反 射波幅較小、甚至無反射信號，這是因為缺陷的指向性聲束反射角無法傳播到探 頭）應(yīng)進行準確的測厚分析，對缺陷進行深度定位，根部未熔合多出現(xiàn)在水平固 定的仰焊位置、垂直固定的上坡口位置、焊接接頭的根部位置。圖3未熔合反射波如圖3所示在焊縫兩側(cè)掃查，反射波的水平定位點基本一致，在A側(cè)的反射波為二次聲程波，B側(cè)的反射波一次聲程波，一般情況下變換不同角度的探頭， 只要聲束入射角適宜B側(cè)的反射波幅高于A側(cè)，且深度定位基本相同。波形特點：波形單一，穩(wěn)定且尖銳，動態(tài)包絡(luò)面積較大。裂紋反射波裂紋在焊縫中雖不常見，但它是一種最危險的缺陷，它多產(chǎn)生于根部的熔合 線附近

6、，探測時反射波強烈，因裂紋表面曲折，沒有光滑的界面，反射波波腳較 寬，且波峰常出現(xiàn)多峰現(xiàn)象。探頭平行移動時，波峰此起彼伏，擺動或轉(zhuǎn)動探頭 時，波峰下降很快，波形沒有未焊透波形穩(wěn)定，從焊口兩側(cè)探測時，波形有較好 的相似性，缺陷波在水平線上的位置基本一致。圖4裂紋反射波如圖4所示在焊縫兩側(cè)探測，水平定位時一次聲程位置均有反射波出現(xiàn)，反射波可能是尖銳的，或有多峰。通過缺陷的準確定位（埋藏深度、水平距離），可以判定缺陷在焊縫中存在。波形特點：波形單一，波幅寬，反射波高度較大，呈鋸齒狀，有多峰，探頭 移動時，時起時伏。動態(tài)呈多峰，包絡(luò)面幅度變化較大。條狀缺陷單面焊雙面成型焊口的條狀缺陷（多數(shù)為夾渣）多數(shù)

7、發(fā)生在氬弧打?qū)优c電焊 填充層之間。圖5條狀缺陷反射波如圖5所示，波形特點：波形呈鋸齒狀，反射波較低，主峰邊上有小峰，探 頭平移時，波幅變化不明顯，波峰有變化，有一定的指示長度，在焊縫兩側(cè)掃查 時，波幅高度不相同，動態(tài)包絡(luò)面積較大且呈現(xiàn)多峰值變化。點狀缺陷在根部區(qū)域出現(xiàn)的點狀缺陷，多數(shù)發(fā)生在氬弧打底層或第一層電焊填充之探頭左右平行焊縫移動時，波幅很快消失，基本沒有指示長度；環(huán)繞掃查時, 反射波幅度幾乎不變，這種情況一般判定為點狀缺陷。密集缺陷密集缺陷（多數(shù)情況下為密集氣孔）為一簇反射波，其波幅隨著氣孔的大小、 密集程度的不同而變化，當探頭作轉(zhuǎn)角掃查時，會出現(xiàn)此起彼伏的現(xiàn)象。圖6密集缺陷反射波在焊

8、縫兩側(cè)探測，均能觀察到一簇不規(guī)則的反射波， 波形起伏變化不定。探 頭平行焊縫移動時，缺陷的反射波形有起伏變化。環(huán)繞掃查時，反射波有多個波 峰。波形特點：出現(xiàn)一簇反射波，波幅不高，探頭移動，反射波此起彼伏變化。內(nèi)凹反射波內(nèi)凹主要出現(xiàn)在水平固定焊口的仰焊或仰焊爬坡部位， 內(nèi)凹是一個近似圓弧 型的曲面，對于聲束入射的界面它是一個凸面， 反射波是發(fā)散的，它與其它尺寸 相近、埋藏深度相同的缺陷反射波相比， 反射波較低，波形位置出現(xiàn)在根部一次 波位置前一點。其反射波的深度顯示值一般略小于母材厚度，如圖 7所示。圖7內(nèi)凹反射波在焊縫兩側(cè)探測，水平距離定位落點有一定間距，略大于對口間隙尺寸，定 位點不相互交叉

9、，根部焊縫反射波在顯示屏出現(xiàn)位置偏向左側(cè)有一個反射波顯 示，其包絡(luò)波形比較圓滑。內(nèi)咬邊反射波單面焊雙面成型的焊口的咬邊，一般情況下，缺陷反射波的位置出現(xiàn)在一次 聲程波的前端，若缺陷波幅較小，還可在焊縫一側(cè)觀察到根部焊縫的附加反射波。 當探頭在焊縫兩側(cè)探測時，缺陷的定位基本一致，當探頭平行焊縫移動時波幅有 起伏變動，因為手工電弧焊咬邊多數(shù)不連續(xù)過渡。圖8內(nèi)咬邊反射波如圖8所示波形特點：在焊縫兩側(cè)均能觀察到缺陷的反射波，一般在 A側(cè) 還能觀察到咬邊的反射波和底波。 探頭前后移動時只顯示很小的垂直尺寸。 咬邊 反射波包絡(luò)波形兩側(cè)不相同。由于入射角度和缺陷指向性的原因， 有時在焊縫的 一側(cè)反射波幅較小

10、、甚至無反射信號。焊瘤反射波焊瘤反射波一般有如下特點：（1）波形尖銳、陡峭、清晰、波幅較高，波形與根部裂紋、未焊透相似，因焊瘤弧面總是能很好的將聲束收斂反射至探頭，所以探頭前后移動時在一定范圍內(nèi)移動均有反射，波型包絡(luò)線較寬，變化較平穩(wěn)。（2）焊瘤反射波深度顯示值略大于母材厚度范圍，從兩側(cè)掃查，水平距離定位 點相互交叉，用大角度探頭探測時，有時在反射信號最強時不是聲束軸線上的反 射，而是聲束邊緣部分的反射。（3）焊瘤反射波的絕大部分位置是在平焊和平焊 上爬坡部位，有時立焊也有，仰焊、橫焊部位出現(xiàn)較少。圖9焊瘤反射波根據(jù)以上特點，尤其是反射波深度顯示值的特點，對焊瘤反射波是不難識別 的。如圖9所示

11、，在焊縫兩側(cè)探測，由單個尖銳反射波或顯示雙峰的反射波，一 般幅度較高，聲程的深度均大于正常焊透時聲程的深度顯示值。2.2內(nèi)部錯邊反射波的識別與判斷管徑橢圓度誤差影響焊接管道對口質(zhì)量的情況較多。 在這種情況下，管道焊 接接頭錯口的現(xiàn)象就有可能發(fā)生。在超聲波檢測中對于錯口焊接接頭根部錯邊的 判定是比較重要的。為避免誤判焊口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形狀尺寸的偏差、應(yīng)對焊接接 頭進行必要的測厚，作為檢測的輔助判定基礎(chǔ)資料，再結(jié)合波形的特點進行綜合 分析和識別判斷，然后做出檢測結(jié)論。檢測過程中，錯口的反射波幅是比較高的，焊縫兩側(cè)的反射波幅有明顯的不 同。圖10錯邊反射波如圖10所示，檢測時只能從A側(cè)有較強的反射波，

12、水平距離定位一般在焊 縫中心線對側(cè)，B側(cè)一般沒有反射波，B側(cè)有時可以出現(xiàn)焊透焊縫的較小波幅的 反射波。通過測厚或表面的形狀加以輔助判斷，確定錯口的嚴重程度。波形特點：由于錯口面的凹凸不確定性，反射波的波峰上有小峰，探頭左右 移動時波幅的高度變化不大。包絡(luò)波形范圍較寬，波形比較單一、變化不復(fù)雜。3、識別與判定方法的驗證通過大量焊接工藝評定過程中的解剖驗證， 對不同部位同一類缺陷；對相同 部位不同性質(zhì)缺陷的對比；并經(jīng)過對多臺大型機組焊口超聲波檢測過程中的射線 復(fù)檢和缺陷反修后進行對比等手段的驗證，對各種典型缺陷波形進行仔細的分析 和對比結(jié)果得出，超聲波檢測時出現(xiàn)的各種反射波形分析的要點得到的定性的

13、判 斷是比較準確的。實踐證明，采用缺陷波形識別與分析方法，可以比較準確的判斷大徑管焊口 根部的缺陷類型，達到定性目的。另外，焊縫根部出現(xiàn)的反射波很多，單憑缺陷 波的某些特征來判定其性質(zhì)是比較片面的， 還必須在探測前了解焊接接頭坡口型 式、焊接工藝、方法特點、熱處理狀態(tài)等，加以綜合分析判定，才能達到準確的 判定。4、結(jié)論分析缺陷波形、判斷缺陷性質(zhì)的基本依據(jù)：a根據(jù)缺陷波形分析判斷缺陷波形分為靜態(tài)和動態(tài)波形，依據(jù)靜態(tài)波形判斷探頭不動時缺陷波的位 置、幅度、形狀、密集程度。依據(jù)動態(tài)波形判斷探頭在探測面上移動過程中，缺 陷波變化以及包絡(luò)圖情況。b、根據(jù)缺陷特征分析判斷根據(jù)可能產(chǎn)生缺陷的形狀、 方位指向

14、性，判斷在不同方向探測面上是平面形、 立體形、 點狀、 條狀的缺陷其回波的幅度及缺陷波的變化情況。 可以判定為是面 積缺陷還是體積型缺陷。c、根據(jù)缺陷的最大反射高度回波高度及缺陷的定向反射特性分析判斷。d、結(jié)合焊接接頭的焊接工藝特點綜合分析結(jié)合坡口形式、 焊接方法、 工藝特點及缺陷可能產(chǎn)生幾何位置， 判斷分析缺 陷的性質(zhì)。焊縫中存在缺陷的形式是變化的， 在超聲波檢測中憑借反射波的幅度、 靜態(tài) 波形以及動態(tài)波形等對這些缺陷定性是需要一段時間積累基礎(chǔ)經(jīng)驗的。 如果判定 為線狀、面狀、體積狀的危害性缺陷，則不受缺陷反射波幅和指示長度的限制， 必須判廢返修，對于識別為點狀缺陷一般不予定性， 可以測定其

15、波幅和指示長度， 根據(jù)有關(guān)標準的要求確定合格與否。參考文獻：1. 超聲波探傷（二、三級教材） 。全國鍋爐壓力容器無損檢測考委會編寫2. 無損檢測手冊 機械工業(yè)出版社3. JB4730-2005 承壓設(shè)備無損檢測4. DL/T820-2002 管道焊接接頭超聲波檢驗技術(shù)規(guī)程5. DL5007-1992 電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范 （ 火力發(fā)電廠焊接篇 ）淺談核設(shè)備缺陷自身高度超聲波測量技術(shù)摘 要 超聲檢測是核電站設(shè)備常用的一種體積檢驗方法，在核設(shè)備各個階段都有廣泛地應(yīng) 用。超聲檢測在保證核設(shè)備的安全運行方面起著不可替代的作用。而在核設(shè)備的超聲檢測技術(shù)中， 根據(jù)目前國內(nèi)外經(jīng)驗，目前普遍認為缺陷的自

16、身高度測量技術(shù)也是屬于較難的課題。本文重點敘述 了核容器設(shè)備和管道焊縫缺陷自身高度超聲波測量技術(shù)的試驗研究和測量方法，對提高在用核設(shè)備 超聲檢測技術(shù)的可靠性和有效性有一定的適用價值。關(guān)鍵詞 超聲檢測，缺陷自身高度，尖端衍射1. 前言超聲檢測是核電站設(shè)備最常用的一種體積檢驗方法，核原材料檢測、制造過程中的檢測、安裝 過程中的檢測、役前檢查和在役檢查都離不開超聲檢測。由于超聲檢測能測量缺陷的長度和壁厚方 向的自身高度，在含缺陷部件的安全評定時，是一種較好的無損檢測手段。超聲檢測技術(shù)在核設(shè)備的在役檢查中應(yīng)用較廣泛，例如在asmE準中，輕水堆核電站要求進行超聲檢測的焊縫或部位有：一級部件包括反應(yīng)堆壓力

17、容器承壓焊縫；其他容器承壓焊縫；容器上接 管的全焊透焊縫；承壓容器接管的異種金屬焊縫；直徑大于 2in.（50.8mm） 的承壓螺栓件；管道的承 壓焊縫；泵殼的承壓焊縫；閥體的承壓焊縫。二級部件包括：壓力容器上的承壓焊縫；容器上的承 壓接管焊縫；直徑2in. （51mm的承壓螺栓件；奧氏體不銹鋼或高合金鋼管道上的承壓焊縫（環(huán) 焊縫）；碳鋼或低合金鋼管道上的承壓焊縫。超聲檢測在保證核設(shè)備的安全運行方面起著不可替代的作用。而在核設(shè)備的超聲檢測技術(shù)中， 根據(jù)目前國內(nèi)外經(jīng)驗，普遍認為缺陷的自身高度測量技術(shù)也是屬于較難的課題。在多年的無損檢測 工作工程實踐和應(yīng)用研究中，本文進行了針對性的技術(shù)探討。缺陷自

18、身高度測量大體可分為，容器設(shè)備焊縫缺陷自身高度測量和管道焊縫缺陷自身高度測量 技術(shù)。在 AsME 和 RsEM 標準以及國內(nèi)的 JB/T 4730-2005 標準中， 都明確提出了在用設(shè)備的超聲檢測 均需要進行缺陷自身高度的測量，為了滿足標準的要求，需要作大量的研究工作。在進行缺陷驗收和缺陷評定時，要求必須給出缺陷沿壁厚方向的自身高度值，因此必須通過試 驗研究確定有效的缺陷自身高度測量技術(shù)。2. 容器設(shè)備焊縫缺陷自身高度測量從目前國內(nèi)外的經(jīng)驗來看，尖端衍射信號測量法，是目前設(shè)備焊縫比較通用而有效的一種缺陷 自身高度的測量方法。尖端衍射信號：根據(jù)惠更斯原理，超聲波入射到缺陷（如裂紋）上時，在裂紋

19、上下尖端會形成 次波源而產(chǎn)生衍射（稱為衍射波）。端點衍射波測量法是通過測量裂紋端點衍射回波的傳播時間差值 來求得裂紋自身高度的。具體方法為，從焊縫兩側(cè)，分別探測缺陷的上端點和下端點衍射信號（有時也可用上下端點的反射信號進行測量，本文重點討論尖端衍射信號測量技術(shù)），和/或角反射信號：a）對于較近表面位置的缺陷，主要用60。橫波探頭進行缺陷自身高度測量，用45。橫波探頭進行核實。b）對于較遠區(qū)域位置的缺陷，主要用45。橫波探頭進行缺陷自身高度測量，用60。橫波探頭進行核實。尖端衍射信號測量技術(shù)可以用來測量深埋和表面缺陷的自身高度。用合適的探頭，探測到缺陷的尖端衍射信號，調(diào)整增益，使信號幅度至50%

20、70%。掃查探頭找到上端點衍射信號（ M1 ），記錄探頭位置和聲程/或深度，移動探頭，找到下端點衍射信號（M2 ）的最大回波，記錄探頭位置和聲程/或深度。對于表面缺陷，可以探測角反射信號（C1）和缺陷的尖端衍射信號。深埋缺陷的高度測量對于深埋缺陷見圖 2-1 :M2 M1圖2-1深埋缺陷探測示意圖記錄聲程：缺陷自身高度 =（M2 - M1） x Cos 0記錄深度：缺陷自身高度 =（D2 - D1）表面開口缺陷的高度測量對于表面缺陷，如圖 2-2 :M2 M1 記錄聲程: 缺陷自身高度C1=(M2 - C1) x Cos 0=(C1 - M1) x Cos 0記錄深度: 缺陷自身高度=(D2

21、- D1) / 2=(D2 - C1)=(C1 - D1)3. 管道焊縫缺陷自身高度測量技術(shù)根據(jù)ASME標準的要求，管道焊縫的檢測區(qū)域為內(nèi)壁1/3壁厚的區(qū)域，在用設(shè)備的超聲波檢測主要考慮檢測從內(nèi)壁萌生的裂紋，針對這種情況，具體缺陷自身高度測量技術(shù)有別于設(shè)備焊縫的缺 陷自身高度的測量技術(shù)。目前通過試驗研究，比較適合于管道焊縫缺陷自身高度的測量技術(shù)主要有：絕對傳播時間尖端 衍射技術(shù)、相對傳播時間尖端衍射技術(shù)和波型轉(zhuǎn)換技術(shù)等。探頭波型選擇：主要使用橫波，縱波或波型轉(zhuǎn)換，包括探頭在外表面形成爬波。探頭角度：橫波探頭，角度為45。 70之間；縱波探頭，角度為 45 70之間，大角度探頭可以形成外表面爬波

22、或30/70/70波型轉(zhuǎn)換方式。 絕對傳播時間技術(shù)如果能發(fā)現(xiàn)缺陷的尖端衍射信號，那么就可直接知道缺陷的尖端信號的深度，就可用壁厚直接 減去尖端衍射信號的深度，計算缺陷的自身高度，見圖3-1。此技術(shù)適合于常規(guī)的 45 70之橫波或縱波斜探頭檢測。應(yīng)該還要用大角度外側(cè)表面爬波探頭進行核實。位置1位置2位置1:缺陷根部反射信號位置2:探頭往前移動時，缺陷面和尖端信號圖3-1(b)絕對傳播時間測量技術(shù)示意圖 相對傳播時間技術(shù)如果能探測到缺陷的內(nèi)側(cè)端角反射信號和缺陷尖端衍射信號，可以用端角反射信號和尖端衍射信號的深度差，計算出缺陷的自身高度。通常此技術(shù)適合于45。 60的常規(guī)橫波或縱波探頭，對較淺的缺陷

23、效果更好。見圖3-2。公式AM=d步驟：1.同時觀察到根部反射和尖端衍射信號，見圖3-3； 2.測量兩個信號的聲程差或深度差；-如果標定時，按聲程標定，缺陷自身高度按 公式A計算；-如果標定時，按深度標定，缺陷自身高度按 公式B計算。H = M/COS公式BH = dH = 缺陷自身高度= 探頭折射角根部信號和尖端衍射信號的聲程差 根部信號和尖端衍射信號的深度差 波型轉(zhuǎn)換技術(shù)60縱波探頭，缺陷自身高度的確定可以根據(jù)缺波型轉(zhuǎn)換技術(shù)的探頭為大角度（大于或等于陷尖端衍射信號（絕對傳播時間技術(shù)）或根據(jù)包括波型轉(zhuǎn)換在內(nèi)的其他回波信號的綜合判斷。多種回波信號主要包括：直接缺陷本身回波或尖端衍射波；如果缺陷

24、高度大于6mm，波型轉(zhuǎn)后在缺陷面的反射回波信號 （通常的30/70/70），探頭本身的35橫波，通過底面轉(zhuǎn)換為發(fā)射 70縱波, 在從缺陷面反射，被探頭接受；內(nèi)表面的爬波形成的回波。見圖3-5。ID爬波圖3-4（a）波型轉(zhuǎn)換測量技術(shù)示意圖較小缺陷較大缺陷? 較強的內(nèi)表面爬波信號? 較強的內(nèi)表面爬波信號? 較弱的缺陷面的波型轉(zhuǎn)換反射信號?較強的缺陷面的波型轉(zhuǎn)換反射信號（30/70/70）?無直接縱波尖端衍射波型轉(zhuǎn)換原理如下圖：? 較強的直接縱波尖端衍射信號圖 3-4（b） 波型轉(zhuǎn)換測量技術(shù)示意圖波型轉(zhuǎn)換測量技術(shù)的探頭主要形式有：? 左右分布的標準雙晶縱波斜探頭，主要可優(yōu)化直接縱波；? 前后分布的標

25、準雙晶縱波探頭，主要可優(yōu)化波型轉(zhuǎn)換波；? 單晶縱波探頭（ WSY 70 ） ,主要可優(yōu)化內(nèi)表面爬波。小結(jié)：不是僅用一種測量技術(shù)就能很有效地對缺陷高度進行準確的測量，應(yīng)該使用多種探頭對 缺陷進行自身高度測量，綜合分析判斷。主要步驟如下：? 用較小角度（ 45 - 60 ）探頭，盡量探測缺陷的內(nèi)表面角反射信號，利用這個信號回波可 以粗略測量壁厚；? 沿缺陷長度方向掃查，觀察缺陷的特征，注意缺陷反射回波方向和位置，是否有分支等；? 掃查探頭，探測角反射信號。繼續(xù)往前掃查探頭直到探測到缺陷的尖端衍射信號；? 換用較大角度探頭（ 60- 70 和外表面爬波）；? 所有缺陷自身高度都需要用另一種探頭或反方

26、向掃查確認， 假如不能確認， 測量技術(shù)應(yīng)該 要進行改進，如：換小探頭，改變頻率和焦距等。4. 試驗研究4.1 試驗方法使用儀器設(shè)備： CTS-2000 數(shù)字超聲儀和 TOMOSCAN-III 多通道超聲檢測儀探頭： 45和 60橫波斜探頭耦合劑： CG-88試塊：（ 1）在試塊表面加工一定深度的 EDM 槽，材料為碳鋼，槽寬 0.2mm；（2）在試塊內(nèi)部加工一定自身高度的人工裂紋，材料為碳鋼；（ 3）在試塊上加工一定深度的疲勞裂紋，材料為碳鋼，并在此表面上堆焊6mm 左右的不銹堆焊層。試驗方法的基本要求： CTS-2000 數(shù)字超聲儀配合探頭在分別試塊的兩個探測面 （裂紋開口側(cè)和 裂紋背面?zhèn)龋?/p>

27、 ，或深埋缺陷的任意側(cè)進行掃查； TOMOSCAN-III 多通道超聲檢測儀配合探頭在試塊 的探測面進行自動掃查。 從裂紋背面?zhèn)冗M行掃查從裂紋背面?zhèn)冗M行檢測時，就會出現(xiàn)缺陷端點衍射信號和缺陷根部形成的角反射兩個信號，端缺陷高度公式 H M 2cos Mlcos 或 H T Mlcos（T為試塊厚度）圖4-1表面開口缺陷自身高度衍射波測量法 從裂紋開口側(cè)進行掃查對于如圖4-2的表面開口裂紋檢測，從裂紋開口側(cè)進行掃查：圖4-2表面開口缺陷自身高度衍射波測量法如果用橫波探頭從裂紋開口側(cè)檢測時，會出現(xiàn)缺陷端點衍射信號（其聲程為M1），以及如果入射波為橫波，在端點處經(jīng)波型轉(zhuǎn)換成縱波（L），再在底面反射并

28、沿原路返回探頭的回波（其聲程為M2）。見圖4-2,有兩種方式計算出缺陷的自身高度，也就是說可以兩種方式可以互相核實。a. 直接根據(jù)端點衍射信號聲程計算自身高度H :H M 1 cosb. 根據(jù)衍射波聲程和波型轉(zhuǎn)換回波聲程計算自身高度H :H T M2M1 ClCsCl為縱波聲速；Cs為橫波聲速，T為壁厚。 深埋缺陷的高度測量采用橫波斜探頭從試塊一側(cè)進行掃查，分別探測缺陷的上下端點衍射信號，并記錄上下端點的 信號回波波形圖，記錄信號的深度值。其中試塊三個試塊分別預(yù)制了一個深埋的人工裂紋缺陷，試 塊示意圖見圖4-3（H為預(yù)制裂紋高度）。200100 0n 1: 10H圖4-3深埋缺陷試塊示意圖 堆

29、焊層下缺陷高度測量如果從堆焊層側(cè)檢測堆焊層下缺陷，考慮到不銹鋼堆焊層對超聲波傳播的影響，采用縱波雙晶 探頭對堆焊層下裂紋高度測量有較好的效果。例如，一塊試塊在碳鋼上堆焊有6mm左右的不銹鋼堆焊層見圖4-4，并加工有兩個高度分別為6mm和8mm的疲勞裂紋。用Tomoscan-HI多通道超聲波探傷儀，配上縱波雙晶斜探頭在堆焊層表面上進行掃查，記錄B-掃顯示，并分析信號特征，測量裂紋的自身高度。不銹鋼堆焊層1C1#高度8 mmC2#高度6 mm碳鋼6圖4-4堆焊層下缺陷試塊圖4.2試驗結(jié)果（1）表面開口裂紋自身高度測量結(jié)果見表4-1注：試塊圖同圖4-1，試塊TD009線槽d= 5mm; TD007線

30、槽d= 15mm ; TD008線槽d = 25mm（線槽寬度為0.2mm）;下表中S代表橫波，L代表縱波。表4-1缺陷自身高度測量試驗結(jié)果編 號試塊探頭儀器探測面波型缺陷自 身高度(mm)實際高度(mm)誤差(mm)說明備注1TD0092MHz/45SCTS-2000裂紋背 面?zhèn)萐4.8450.16波形見圖4-522MHz/45STOMOSCAN裂紋背 面?zhèn)萐4.750.3波形見圖4-632MHz/45SCTS-2000裂紋開 口側(cè)S5.0850.084TD0072MHz/45SCTS-2000裂紋背 面?zhèn)萐14.44150.5652MHz/45SCTS-2000裂紋開 口側(cè)S15.5215

31、0.52S/L轉(zhuǎn)換S/L14.920.0862MHz/45STOMOSCAN裂紋開 口側(cè)S14.9150.1S/L轉(zhuǎn)換S/L15.90.972MHz/60SCTS-2000裂紋背 面?zhèn)萐15.70150.7084MHz/45SCTS-2000裂紋開 口側(cè)S15.20150.20波形見圖4-7S/L14.900.10S/L轉(zhuǎn)換9TD0084MHz/45SCTS-2000裂紋背 面?zhèn)萐25.70250.70104MHz/45SCTS-2000裂紋開 口側(cè)S25.35250.35112MHz/60SCTS-2000裂紋開 口側(cè)S25.11250.11122MHz/45SCTS-2000裂紋開 口側(cè)S

32、24.55250.45132MHz/45STOMOSCAN裂紋開 口側(cè)S25.1250.1注：測量高度值與實際高度值偏差最大為0.90mm。表4-1中的選取了幾組試驗的波形圖及其測高計算:從表面開口槽的背面進行掃查：試驗編號 niiaaiiajiiBniiiBiiaaiiB iiubi26,0dFl 242/S55存儲號 Z 55 伺出 off 存人 off3 u Iran Iiii 1 I III II 1 *d. -丄 N*l r n i h ii Ji 劃”也”I創(chuàng) 豊1貝1商匕1 *1韻 正 Fi.ri.T.庫p|副 心|叫知 百黑町if叭博腫圖4-10 B-掃圖根據(jù)尖端衍射信號測量高

33、度值為C1#=8.6mm,和C2#=6.7mm。非常接近8mm ( C1#)和6mm(C2#)的實際高度。誤差小于 +/-1mm。4.3試驗結(jié)果分析上述試驗中，可以發(fā)現(xiàn)根據(jù)缺陷尖端信號測量技術(shù)測量的缺陷自身高度誤差小于+/-1mm以內(nèi)。由于加工的是模擬自然裂紋缺陷，和真實的裂紋缺陷有一定的差異，在某些情況下很難發(fā)現(xiàn)真實缺 陷的尖端衍射和端點反射信號，裂紋缺陷的形狀決定了能否發(fā)現(xiàn)尖端信號的主要因素。為了更好的 發(fā)現(xiàn)缺陷尖端信號，往往必須將掃查靈敏度提高到足夠高，才能發(fā)現(xiàn)尖端信號，一般將靈敏度提高，但須保持本底噪聲低于屏幕的20%以下，觀察缺陷的動態(tài)回波波形。在不能發(fā)現(xiàn)尖端信號時，應(yīng)該采用當量法或

34、 -6dB法測量缺陷的自身高度測量不能單靠一種方法就能解決問題，必須用不同的測量技術(shù)，不同的探頭, 不同的掃查方向和動態(tài)回波綜合判斷，才能較好地對缺陷自身高度進行測量。而自動掃查更容易對 缺陷自身高度進行測量。5應(yīng)用通過對表面開口缺陷、深埋缺陷和堆焊層下缺陷的自身高度測量試驗研究發(fā)現(xiàn)，只要缺陷形狀和取向適當，探頭選擇合適，缺陷自身高度測量精度較高。為了提高對較小缺陷自身高度測量精度,在信噪比滿足要求的條件下，盡量選用較高頻率探頭，如45MHz頻率；并選用寬帶窄脈沖。根據(jù)研究成果，目前國內(nèi)用于反應(yīng)堆壓力容器檢查的堆焊層下缺陷自身高度測量技術(shù)采用70 縱波雙晶斜探頭探測和測量，再用45 縱波雙晶斜

35、探頭進行高度核實，測量技術(shù)采用尖端衍射技術(shù)。45和 60橫波單晶探能夠測量大于或等于 5mm 的缺陷自身高度。對于筒體焊縫的其他區(qū)域采用 頭，并用尖端衍射技術(shù)進行缺陷自身高度測量。6. 結(jié)論缺陷自身高度的測量技術(shù)是在役設(shè)備在運行期間必須使用的超聲檢測手段， 這對設(shè)備中缺陷的 評定和壽期評估有著重要意義。尖端衍射缺陷自身高度測量技術(shù)、相對傳播時間尖端衍射缺陷自身高度測量技術(shù)、絕對傳播時 間尖端衍射缺陷自身高度測量技術(shù)和波型轉(zhuǎn)換缺陷自身高度測量技術(shù)，根據(jù)不同的應(yīng)用對象，有較 高的測量精度。缺陷自身高度測量與缺陷形狀和缺陷取向有密切的關(guān)系，并且決定了高度的測量準確度參考文獻1. 無損檢測手冊 李家維

36、 陳積懋 主編2. 無損檢測（高級教程） 上海鍋爐廠 上海無損檢測技術(shù)服務(wù)部3. JB/T 4730 20054. ASME XI 2004 年版5. RSEM 1997 年版的路徑AB全反射問題一、.全反射當入射角增大到某一角度，使折射角到達90時，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射全反射臨界角：（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當折射角變?yōu)?0時的入射角叫臨界角；（2 ）光從折射率為n的介質(zhì)射向真空時1臨界角的盤算公式：si nA n產(chǎn)生全反射的條件：（1）光必須從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角必須便是或大于臨界角.二、光導(dǎo)纖維利用光的全反射，可制成光導(dǎo)纖維。光從光導(dǎo)纖維一

37、端射入后，在流傳歷程中經(jīng)過多次全反射，最終從另 一端射出。由于產(chǎn)生的是全反射，因此流傳歷程中的能量損耗非常小。用光導(dǎo)纖維傳輸信息，既經(jīng)濟又快 捷。029.連云港2007-2021學(xué)年度第一學(xué)期期末調(diào)研考試12、（ 3） 個等腰直角三棱鏡的截面如圖所示，一細束綠光從AC面的P點沿平行底面 AB偏向射入棱鏡后，經(jīng) AB面反射，再從BC面的Q點射出，且有PQ/ AB （圖中未畫光在棱鏡內(nèi)的光路）.如果將一細束藍光沿同樣 從P點射入三棱鏡，則從 BC面射出的光芒是A .仍從Q點射出，出射光芒平行于 ABB .仍從Q點射出，出射光芒不平行于 AB C.可能從Q點射出，出射光芒平行于 ABD .可能從Q點

38、射出，出射光芒平行于 AB答：C; （3分）光芒從ab面射出。以0點為圓心，將玻璃磚遲鈍轉(zhuǎn)過0角時,恰好沒有光芒從ab面射出。則該玻璃磚的折射率為（B )A.1B.1C.1D .10sin 0sin 2 02 sin 0sin2061.北京西城區(qū)2021年5月抽樣15.如圖所示，一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直ab面入射，有太陽光小水珠年北京市海淀區(qū)一模試卷 16.彩虹是懸浮于空氣中的大量小水珠對陽光的色散造成的，如圖所示為太陽光照射到空氣中的一個小水珠產(chǎn)生全反射和 色散的光路示意圖，其中a、b為兩束頻率差別的單色光。對付這兩曙光，以下說法中正確的是（B ）A .單色光a比單色光b的頻率高

39、B .由水射向空氣，a光產(chǎn)生全反射的臨界角大于b光產(chǎn)生全反射的臨界角C.在水中a光的流傳速度小于 b光的流傳速度D .如果b光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則a光也一定能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)036.江蘇泰州市0708學(xué)年度第二學(xué)期期初聯(lián)考10. （2）如圖為一均勻的柱形透 明體，折射率n 2。 求光從該透明體射向空氣時的臨界角； 若光從空氣中入射到透明體端面的中心上，試證明不論入射角為多大，進入透明體的光芒均不能從側(cè)面泄漏出去”。解：臨界角C證明：1 on0arcsin30 n2sin 1 1n各1，39002n,sin 2當 1900, 360最小13C任何光芒均不能從側(cè)面泄漏出去”060.徐州市

40、07 08學(xué)年度第三次質(zhì)量檢測13.(2) (6 分)通信網(wǎng)將籠罩所有奧運場館，為各項比賽提供寧靜可靠的信辦事。光纖通信可利用光的全反射將大量信息高速傳 輸.如圖所示，一根長為L的直光導(dǎo)纖維，它的折射率為 n如果把該光纖放在空氣中，要使從它的一個端面進入 纖的光產(chǎn)生全反射，最大的入射角是多少(用該角的正弦(選3 4)據(jù)報道：2021年北京奧運會時，光纖 通數(shù)值體現(xiàn))？為簡化問題，光纖外套忽略不計.解：如右圖所示，入射角最大時對應(yīng)的光芒在側(cè)壁恰好產(chǎn)生全反射，即入射角為臨界角.sin i nsin rsinC -nr=90 -C 解式得i arcsin n21 .注：式每式 2分.066.珠海市2

41、021年高考模擬考試14 . (11分)如圖所示，光芒以 面上，它的反射光芒與折射光芒的夾角為90求：(1) 這塊玻璃的折射率；(2) 光在玻璃中的流傳速度；(2)沒有光芒從玻璃上外貌折射出來的條件.解：(1)由圖知，入射角i=30 ,折射角r=60n 龜1.732sin i30。入射角從玻璃中射到玻璃與空氣的界（4分）(2) 光在玻璃中的速度為：v=c/n =3.0 XI08/1.732=1.73 1(/m/s( 3 分)(3) 若要沒有光芒從玻璃中折射出來，即產(chǎn)生全反射，入射角i應(yīng)滿足:1 . .1n sin i-sin i n（2 分）得：i（2 分）050.江蘇省鹽都市07-08學(xué)年度第二次調(diào)研考試122.（ 2）在桌面