超聲波檢測(cè)缺陷自身高度的測(cè)定

1、超聲波檢測(cè)缺陷自身高度的測(cè)定設(shè)備的安全可靠性除與缺陷長(zhǎng)度有關(guān)外，還與缺陷自身高度有關(guān)。在脆性斷 裂破壞中，有時(shí)缺陷高度比長(zhǎng)度更為重要。然而缺陷高度測(cè)定比長(zhǎng)度困難更大。 迄今為止，缺陷高度測(cè)定，還處于研究階段。雖然測(cè)定方法較多，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 測(cè)量精度不高，誤差較大。下面介紹幾種用得較多的方法。這里的缺陷包括表面開(kāi)口和未開(kāi)口缺陷，表面開(kāi)口缺陷又分為上表面開(kāi)口和 下表面開(kāi)口兩種情況。1表面波波高法如圖6.31所示，表面波入射到上表面開(kāi)口缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反射回波， 其波高與缺陷深度有關(guān)。當(dāng)缺陷深度較小時(shí)，波高隨缺陷深度增加而升高。實(shí)際 探測(cè)中，常加工一些具有不同深度的人工缺陷試塊，利用試塊比較法來(lái)

2、確定缺陷 的深度。圖6.32單探頭表面波時(shí)延法圖6.32單探頭表面波時(shí)延法圖6.31表面波波高法.2表面波時(shí)延法(1)單探頭法：如圖6.32所示，儀器按表面波聲程1：n調(diào)節(jié)比例，表面 波在缺陷開(kāi)口 A處和尖端B處產(chǎn)生A、B兩個(gè)反射回波。根據(jù)A、B波前沿所對(duì)的 水平刻度值T a、T b確定缺陷深度h。h =巫二)(6.19)2這種方法只適用于深度較大的開(kāi)口缺陷。深度太小，難以分辨。缺陷表面過(guò)于粗糙，測(cè)試誤差增加。如果缺陷中充滿了油或水，誤差會(huì)更大。(2)雙探頭法：如圖6.33所示。儀器按表面波聲程1：n調(diào)節(jié)比例，先將 兩個(gè)一發(fā)一收的表面波探頭置于無(wú)缺陷處的工件表面，這時(shí)示波屏上出現(xiàn)一個(gè)波H1，記

3、錄該波前沿的刻度值T 1和兩探頭之間距a，然后將兩探頭置于缺陷兩測(cè)， 間距保持不變，這時(shí)發(fā)射探頭發(fā)出的表面波繞過(guò)缺陷被接收探頭接收，示波屏上 出現(xiàn)一個(gè)波.，其水平刻度值為r2這時(shí)缺陷的深度h為:(6.20)泌T ) h 2L(6.20)2圖6.33圖6.33雙探頭表面波時(shí)延法這種方法只適用于測(cè)量表面開(kāi)口缺陷。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試誤差可達(dá)土 1mm。但當(dāng)缺 陷內(nèi)含油或水等液體時(shí)，表面波有可能跨越缺陷開(kāi)口，使測(cè)試誤差大大增加。此 外，缺陷端部太尖銳，接收到的波低甚至接收不到。還有缺陷表面過(guò)于粗糙，接 收回波低，且誤差增大。.3端部回波峰值法如圖6.34所示，當(dāng)橫波斜探頭主聲束軸線打到缺陷端部時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)較高

4、 的回波F。根據(jù)探頭前沿至缺陷的距離a和探頭的K盤(pán))值可得缺陷深度h為:(6.21)式中1探頭前沿長(zhǎng)度。圖6.34橫波端部回波峰值法試驗(yàn)表明，缺陷深度的測(cè)試誤差與探頭的K （乃）值有關(guān)。當(dāng)K值大于1.0 時(shí)誤差較大。當(dāng)K=1.0時(shí)誤差較小。利用端部回波峰值法還可測(cè)定表面未開(kāi)口缺陷的高度，如圖6.35所示。當(dāng) 聲波主聲束軸線入射到缺陷中部時(shí)，由于缺陷表面凹凸不平，示波屏上將產(chǎn)生回 波F。當(dāng)探頭前后移至1、2處時(shí)，波束軸線打到缺陷上、下端點(diǎn)，產(chǎn)生較強(qiáng)的 回波F、F，據(jù)1、2處的聲程x、x和探頭的K（p）值可求得缺陷自身高度h：1212h = x cos P, h = x cos Ph = h h

5、= （x x ）cos P（ 6.22）利用探頭1、2處的間距a也可求得h：h =三=-（6.23）tgP K圖6.35端部回波峰值法測(cè)未開(kāi)口缺陷當(dāng)缺陷傾斜時(shí)，根據(jù)缺陷端部回波聲程和探頭的K （乃）值，利用有關(guān)的幾 何關(guān)系同樣可以求得缺陷的尺寸。具體方法這里不再贅述。這種方法對(duì)于上端點(diǎn)至表面的距離小于5mm和缺陷，測(cè)試?yán)щy大。橫波端部回波峰值法是目前應(yīng)用較廣的一種方法，其測(cè)試誤差較小。特別是 采用點(diǎn)聚焦探頭來(lái)測(cè)試，精度更是明顯提高。.4橫波端角反射法如圖6.36（a）所示，橫波入射到下表面開(kāi)口缺陷時(shí)產(chǎn)生端角反射回波，其 回波高與缺陷深度h同波長(zhǎng)X之比h/K有關(guān)。如圖6.36（b）所示，缺陷深度

6、 在2mm內(nèi)，波高隨h/X的變化不是單調(diào)的，而是起伏變化。特別是探頭（） 值較大，這種起伏變化更大。因此實(shí)測(cè)中常用對(duì)比試塊來(lái)測(cè)定缺陷的深度。這種 方法用于測(cè)試下表面開(kāi)口缺陷深度。h/ X（b）矩形糟回波專曲關(guān)系h/ X圖6.36橫波端角反射法（a）矩形槽試塊（b）矩形槽回波與h 關(guān)系.5橫波串列式雙探頭法如圖6.37所示，對(duì)于表面光潔且垂直于探測(cè)面的缺陷,單探頭接收不到缺陷 反射波。需用兩個(gè)K （乃）值相同的斜探頭進(jìn)行串列式探測(cè)來(lái)測(cè)定缺陷的高度。 這時(shí)兩個(gè)探頭作一發(fā)一收，當(dāng)工件中無(wú)缺陷時(shí)，接收探頭接收不到回波。當(dāng)工件中 存在缺陷時(shí)，發(fā)射探頭發(fā)出的波從缺陷反射到底面，再?gòu)牡酌娣瓷渲两邮仗筋^， 在

7、示波屏上產(chǎn)生一個(gè)回波。該回波位置固定不動(dòng)。兩探頭前后平行掃查，確定聲 束軸線入射到缺陷上下端點(diǎn)時(shí)的位置A、A，和B、B。然后根據(jù)探頭A、B處的 距離Ab和K（6 ）值求得h：(6.24)h _ ab _ ab _ h _ h _ tgg _ k 2k 2(6.24)式中H1探頭A、A位置的間距；H2探頭B、B位置的間距。圖6.37橫波串列式雙探頭法圖6.38串列式掃查死區(qū)(6.25)(6.25)串列式雙探頭法測(cè)定缺陷下端點(diǎn)時(shí)，存在一個(gè)探測(cè)不到的死區(qū)，如圖6.38所 示。死區(qū)高度h取決于兩探頭靠在一起時(shí)兩入射點(diǎn)的距離b （即探頭長(zhǎng)度）h =上 2tgP探頭的折射角，K=tg6。這種方法用于測(cè)試表

8、面未開(kāi)口缺陷高度。.6相對(duì)靈敏度10dB法如圖6.39所示，先用一次波找到缺陷最高 回波，前后移動(dòng)探頭，確定缺陷回波下降10dB 時(shí)探頭的位置A、B。最后根據(jù)A、B位置的聲 程xx2和K（6 ）求得h：h = % cos P 一 % cos P（6.26）2211式中66 2聲束軸線聲壓下降10dB時(shí) 的折射角，可用試塊上的人 工缺陷測(cè)定。相對(duì)靈敏度法也可采用6dB、20dB法測(cè)定，測(cè)試方法同10dB法。目前國(guó)內(nèi) 處用得較多的是10dB。.7衍射波法圖6.39.7衍射波法10dB如圖6.40所示，將兩個(gè)K（6 ）值相同的斜探頭置于缺陷兩側(cè)，作一發(fā)一 收。發(fā)射探頭發(fā)出的波在缺陷端部產(chǎn)生衍射。被接

9、收探頭接收，平行對(duì)稱移動(dòng)探 頭找到最高回波。這是缺陷深度h為：圖6.40衍射波法aa h =(6.27)aa h =(6.27)2tgP2 K這種方法適用于檢測(cè)高度N3mm的表面開(kāi)口缺陷。測(cè)試誤差約1 2mm。.8 6dB 法如圖6.41所示，當(dāng)橫波斜探頭主聲束軸線打到缺陷端部時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)較高 的回波F。，當(dāng)F。降為半波高度（6dB法）時(shí)，探頭前沿至缺陷的距離a和探頭（6.28）的K （乃）值可得缺陷深度h為:（6.28）tgPK式中：l 探頭前沿長(zhǎng)度。圖6.41橫波端部回波峰值法利用、6dB法還可測(cè)定表面未開(kāi)口缺陷的高度，如圖6.42所示。當(dāng)聲波主 聲束軸線入射到缺陷中部時(shí)，由于缺陷表面凹凸不平，示波屏上將產(chǎn)生回波F。， 探頭前后移動(dòng)波束軸線打到缺陷上、下端點(diǎn)，產(chǎn)生較強(qiáng)的回波F、F，當(dāng)F、F1212降為半波高度（6dB法）時(shí)，探頭位于