超聲波探傷儀、探頭及試塊

第二章超聲波探傷儀、探頭及試塊第三節(jié)超聲波探傷用試塊在無損檢測中，常常用所求的未知量與已知量相比較的方法來確定未知量量檢測靈敏度。例如，射線照相法探傷是以像質計的可分辨影像作為比較的依據；磁粉探傷用靈敏度試驗片的可顯性來衡量磁化規(guī)范是否合理；滲透探傷是以發(fā)現人工表面缺陷的數量級來表示其檢測靈敏度和可靠性；超聲波探傷則以各種標準試塊和對比試塊為比較的依據，試塊上具有特定尺寸的規(guī)則反射體為所求量提供了一個固定聲學特性，以此作為比較的基準。1.標準試塊標準試塊簡稱STB試塊，通常由國際有關組織，國家和工業(yè)部的技術部門、標準化組織等權威機關推薦、確定和通過使用的。它們可作為探傷儀、探頭性能的測定；探傷靈敏度和時間軸比例等的調整，以及缺陷尺寸的評價。但某一種試塊不一定都具備這些功能，而是隨應用對象不同而有所側重，它們常常在使用目的相同的檢查之間通用，其材質、形狀、尺寸及使用性能也均已達到了標準化程度。例如，國際上通用的標準試塊有IIW試塊、IIW2試塊等，我國的CS-1,CS-2,CSK-IA,CSK-IB,CSK-IC（如圖2-34）,日本的STB-G系列試塊，美國的ASTM和ASME的標準試塊，英國的BS-A2,試塊，西德DIN54120中的1#試塊等等均屬此列，其中有些試于制作距離-波幅曲線或面積-波幅曲線。R25410R50R10062740606020202020B2001\119R25410R50R10062740606020202020B2001\119\III72°70°68°64°60°56。72°70^68°64°60°56°圖2-342.對比試塊對比試塊簡稱RB試塊，它們大多為非標準的參考試塊，試用者可以根據需要自行設計，其用途一般比較單一，常用于時間軸校正和靈敏度調整。例如，國內用于鍋爐、壓力容器焊縫探傷的CSK-IIA、CSK-IIIA、用于鋼結構焊縫探傷的RB-1,RB-2,RB-3,RBJ-1,此外如半圓試塊，薄板試塊、三角試塊等等。日本的RB-4也是對比試塊。3.IIW、IIW2、STB-G等幾種標準試塊的使用(1)IIW試塊IIW試塊即所謂荷蘭試塊，它是國際焊接學會通過、國際標準化組織(ISO)推薦使用的標準試塊。日本JIS標準中命名為STB-A1試塊、英國BS標準中命名為BS-A2試塊,我國ZBY322-84中的1#標準試塊，和JB1152-81標準中的CSK-IA以及西德DIN54120標準中的1#試塊均屬于IIW試塊的改進型,其用法與IIW試塊大同小異。IIW試塊材質為平爐鎮(zhèn)靜鋼或電爐軟鋼，相當于我國的20號鋼，要求材質均勻，無雜質，晶粒度達7?8級，并經正火處理。IIW試塊在儀器和探頭性能測試中已有多種應用,這里不再細述，僅歸納如圖2-35和圖2-36所示。圖2-36為直探頭在IIW試塊上的用法，圖中探頭所在位置代號與下述文字說明的序號相對應。利用試塊厚25mm、有機玻璃厚23mm相當于鋼中縱波聲程23x5900q50mm ，試塊寬100mm和2700200mm處糟口平面，以上這四個成倍遞增尺寸可用于校正時間軸比例，達到實際探傷所需縱波探測范圍。利用?50有機玻璃底面的多次反射，測定儀器與探頭組合后的穿透能力，所得反射波次數越多，穿透能力越高。利用?50有機玻璃弧面與探測面間距5mm和10mm這兩個尺寸，可以粗略估計直探頭的盲區(qū)，若盲區(qū)大于5mm而小于10mm，則始脈沖與間距為10mm圓弧反射波之間的波谷應低于垂直刻度的10%。利用?1.5橫通孔反射，可測定直探頭的靈敏度余量。利用厚為25mm的底面反射基準，也可測定探傷儀的動態(tài)范圍和水平線性。利用測距為85mm、91mm和100mm三個槽口平面，可測定直探頭縱向分辨力。圖2-37為斜探頭在IIW試塊上的用法。圖中探頭所在位置代號與下述文字說明的序號對應。2-35直探頭在IIW試塊上的測試方法2-36斜探頭在IIW試塊上的應用利用半徑為100mm的圓弧面反射基準測定斜探頭入射點。利用?50圓弧反射面和?1.5通孔測定斜探頭折射角。利用試塊的直角棱邊測定探頭聲束偏斜角。利用R100圓弧面或?1.5通孔測定斜探頭的靈敏度余量。利用R：0圓弧面反射基準校正時間軸比例和零位校正。利用R；；圓弧面和測距為91mm的反射面，配合STB-A2試塊上?4X4柱孔可測定斜探頭的盲區(qū)。(2)IIW2試塊IIW2試2塊也是國際焊接學會通過的標準試塊，它與IIW試塊相比具有尺2寸小、重量輕、加工方便、便于攜帶和現場使用等優(yōu)點；缺點是其用途比IIW試塊少。其材質與IIW試塊的材質相同。圖2-37為IIWc試塊的圖2-37IIW2試塊的應用器組合的靈敏度余量。e.利用R和R兩個圓弧面，空0&0IIW1.250102502圖2-37為IIWc試塊的圖2-37IIW2試塊的應用器組合的靈敏度余量。e.利用R和R兩個圓弧面，空0&0IIW1.2501025028T2.52.5700250It2,50ItL10L10L10圖2-38利用IIW2試塊調節(jié)不同時間軸比例幾種用法。圖中探頭所2在位置代號與下述文字說明的序號對應。利用半徑為50mm的圓弧反射面測定斜探頭入射點。利用試塊上?5通孔反射可分別測定斜探頭折射角為45°?65°和65°?75°o利用厚度為12.5mm的底面多次縱波反射可測定探傷儀的水平線性和垂直線性。利用R50圓弧面或?5通孔反射可測定50斜探頭和儀2550并使它們兩次以上反射波調節(jié)在時間軸上的不同25位置5，0即可得到不同的時間軸刻度與橫波聲程的比例，并同時達到了零位校正，這一用途是IIW2試塊的顯著特點。常用的幾種比例見圖2-38所示。 23.幾種常用的對比試塊的使用(1)半圓試塊

圖2-39半圓試塊形狀和用法半圓試塊形狀簡單、制作方便、便于攜帶，是斜探頭橫波探傷中用得較多的現場調節(jié)試塊為便于安放，試塊可削去無用的部分，其形狀和使用方法見圖2圖2-39半圓試塊形狀和用法a.利用半圓試塊的圓弧反射面可測定斜探頭入射點，測定方法與斜探頭在IIW試塊上利用R圓弧面測定時相同。調節(jié)時間軸比例和校正零位。斜探頭橫波探傷在半圓試塊上調節(jié)時基軸比例和校正零位的方法與IIW試塊上的使用方法基本相同，也是以圓弧面二次或二次以上的反射波作為基準。半圓試塊的最大特點是可以根據不同的探測條件下、不同探頭折射角自行設計試塊的半徑，使得實際需要的時間軸比例方式多樣、調節(jié)方便。例如，斜探頭探測焊縫時用時間軸與聲程的比例來對缺陷進行定位，往往不方便，因此，習慣上對中薄板對接焊縫宜用水平定位法即建立時間軸與水平距的比例后，以確定缺陷距探頭入射點（或前沿）的水平距為主。對厚板對接焊縫宜用垂直定位法，即建立時間軸與垂直距的比例后，以確定缺陷距探測面垂直距離為主。而缺陷的聲程、水平距、垂直距離三者之間是可互相換算的。圖2-40所示為用半圓試塊調節(jié)時間軸比例和校正零位的基本波形。例題1中薄板（鋼板例題1中薄板（鋼板）對接焊縫橫波探阿常用入射角50°或K厶斜探頭。問如何設計適合上述探頭水平1：1調節(jié)的半圓試塊?

圖2-40用半圓試塊調節(jié)時間軸和零位校正K2（即K=2）斜探頭折射為圖2-40用半圓試塊調節(jié)時間軸和零位校正K2（即K=2）斜探頭折射為卩=tg—12=63。28'。2為：取R=33mm，r?sin『二33-sin66°50'=30.3；R-sin卩二33xsin63°28'=29.5例題2如何設計適于厚板焊縫用K1斜探頭探傷時垂直1：1調節(jié)的半圓試塊？ 1解：￡斜探頭即tg卩二1，0=45°設垂直1：1時半圓試塊圓弧的兩個基準反射回波也分別調整在3格和9格，則Rcos0=303030cos0cos45=3030cos0cos45=42.4(mm)例題3如何設計用K2斜探頭探測鋁合金焊縫時適于水平1：1調節(jié)的半圓試塊？ 2解:K斜探頭即tg0=2，0=63°28'設水平21：1調節(jié)時，半圓試塊圓弧的兩個基準反射回波也分別調整在3格和9格，則R.cos0=30，由正弦定理可知：Hs鋁TOC\o"1-5"\h\zsina sin0 sin0= s鋼= s鋁CCCL有 s鋼 s鋁.門 3130xsin0sin0 = 冊30 30x3230R30 30x3230R= = =34.6(mm)sin0 3130xsin0s鋁 s鋁利用半圓試塊上距探測面一定深度的橫通孔（如圖2-39中的札橫孔），可調節(jié)探測靈敏度，即將札橫孔調到基準高，再提高一定的2增益量時，儀器和探頭所具有的靈2敏度作為探測靈敏度。圖2-41薄板試塊形狀和尺寸（2）薄板試塊薄板試塊是一種適于薄板焊縫探傷時調節(jié)時間軸和水平距比例為1：1和探測靈敏度的對比試塊，其尺寸和形狀見圖2-41所示。調節(jié)時將探頭前沿與試塊上％柱孔對齊，此時，在示波屏1時間軸上同時出現兩個反射波，前面一個是柱孔側面反射波，后面一個為板端面反射波。通過調節(jié)水平和深度細調將兩個反射波分別調在3格和6格出現（見圖2-42所示），此時，時間軸與水平距就建立了1：1圖2-41薄板試塊形狀和尺寸試塊上的％柱孔也可用來作為調節(jié)探測靈敏度的基準，即將％

柱孔反射波調在一定高度上，此時，儀器和探頭所具有的靈敏度作為探測靈敏度。薄板試塊的調節(jié)原理見圖2-43所示，它表示薄板中多次反射后的回波聲程與假定幾倍薄板試塊厚度的工件中聲程是基本相同的；因此，在試塊上得到的水平1：1可以在薄板焊縫探傷中使用。但當用于厚度大于12mm的鋼板焊縫探傷時，水平定位誤差較大，一般不宜使用。此外，薄板試塊水平1：1校正時有機玻璃中聲程并不移至零位以外，只是將此聲程l折算成鋼中橫波聲程卩后，再取水平距疋，并與入射點至探頭前沿的水平距離a加在一起。有些常用探頭(如入射角a=50°，K=2的斜探頭)它們的x與a之和剛好為30mm；因此，對這樣的斜探頭，按上述方法調節(jié)水平1：1十分方便。如果探頭尺寸變化時(例如x'+a30mm)，則調節(jié)時應將柱孔反射波調在x'+a處,端面反射波調到(x'+a+30)/10格處同樣可達到水平1：1。圖2-圖2-431：1的方法(3)RB-2試塊GB11345-89標準中規(guī)定的RB-2試塊與ASME對比試塊、CSK-IIA試塊的形狀、尺寸和用法基本相同，它主要用于制作距離—波幅曲線，其用法見圖2-44所示。當探頭置于各聲程位置時，可得到圖2-45所示的距離—波幅曲線，該試塊同樣可用于探測靈敏度的調節(jié)。

圖2-44RB-4試塊使用方法 圖2-45用RB-4試塊得到的距離——波幅曲線探鋼時折射角為：sin卩=-s