小徑管檢測前校準儀器中的一種特殊回波產(chǎn)生原因

小徑管檢測前校準儀器中的一種特殊回波產(chǎn)生原因

目前，主要采用l-t820-2002管道焊接超聲波檢驗技術法規(guī)。在條例中，dap-1檢驗點的路徑是l-1檢驗點。某廠300MW火力發(fā)電機組檢修中對規(guī)格為?60mm×8mm、材質(zhì)為12Cr1MoV的過熱器管進行了更換,要求對更換管的焊接接頭進行100%超聲波檢驗。采用普通數(shù)字式超聲波探傷儀,5P6×6K2.5的小徑管專用探頭,在DL-1試塊上調(diào)節(jié)儀器的延時、探頭K值、及檢測靈敏度,由于有兩個不同半徑的圓弧,調(diào)節(jié)儀器在使用上比GS試塊要簡單方便。使用儀器的自動調(diào)節(jié)功能,儀器通過設置一次聲程為R30圓弧,二次聲程為R50圓弧,可自動計算試塊聲速和探頭延時,但發(fā)現(xiàn)計算出的聲速值總是偏離常用的普通鋼中的橫波聲速3230m/s很多,通過分析和數(shù)學計算后發(fā)現(xiàn)是在調(diào)節(jié)中誤將深度8mm通孔的多次反射波當做R50圓弧反射回波,導致試塊聲速和探頭延時計算錯誤。重新移動探頭找到R30和R50圓弧面反射回波,讓儀器重新計算試塊聲速和調(diào)校探頭延時,聲速非常接近普通鋼中橫波聲速值。調(diào)校好的儀器檢測不同深度通孔時,顯示的深度和水平距離數(shù)值與實際測量數(shù)據(jù)吻合。在DL-1型試塊上進行儀器校準時,容易出現(xiàn)一個特殊的反射回波即回波B,如圖1(a)。由于該回波聲程比較接近R50圓弧反射回波聲程,且波幅較高,易被誤認為是R50圓弧回波,導致檢測系統(tǒng)進行儀器延時或零偏校準時錯誤。在該回波的聲程處并無可直接產(chǎn)生回波的反射體,且通過手指按壓判斷不是表面波。通過試驗結(jié)果分析和數(shù)據(jù)演算相結(jié)合,對該回波的產(chǎn)生原因進行了細致的研究。1測試1.1轉(zhuǎn)換檢測參數(shù)產(chǎn)生的回波使用了模擬DL-1的一種簡化試塊,該試塊前側(cè)圓弧半徑為40mm,在距離圓弧前端40mm處開了被檢工件一次壁厚深度及三次壁厚深度的?1mm×15mm通孔,如圖2所示。在該試塊上調(diào)整檢測參數(shù)時同樣產(chǎn)生特殊回波,由于該試塊結(jié)構(gòu)相對DL-1試塊簡單,因此分析中采用該試塊進行試驗,避免其他結(jié)構(gòu)雜波影響,產(chǎn)生回波如圖1(b)、(c)所示。采用DL-1系列試塊中?76mm×10mm專用的小徑管試塊進行試驗,選用小徑管檢測專用探頭,規(guī)格為5P6×6K2,探頭前沿為5mm,儀器為普通超聲波探傷儀,耦合劑為甘油。1.2接頭回波b波和a波高將通孔最高回波A調(diào)整至80%波高時,固定靈敏度,其聲程為23mm,此時探頭距離試塊前側(cè)邊緣56mm,則探頭入射點距離試塊前側(cè)邊緣為61mm,回波B波高為67%,聲程為62.3mm。前后移動探頭找到回波B最高波77%,回波B聲程為61.7mm;A波高為67%,聲程為21.4mm,此時探頭距離試塊前端54.5mm。試驗中發(fā)現(xiàn),當回波A最高時,手指蘸甘油壓在探頭前側(cè)的試塊檢測面上前后移動,當移動到距離試塊前側(cè)圓弧邊緣約30mm的地方,發(fā)現(xiàn)回波B會有明顯的降低,而回波A幅值基本不變,將一次壁厚通孔內(nèi)注入甘油,回波B也會有明顯降低,但對回波A影響較小。因此回波B的路徑通過一次壁厚通孔及距離試塊前側(cè)圓弧邊緣約30mm的檢測面處。2理論分析2.1c+rcoscb3通過對超聲傳播聲程進行計算,排除了多種可能的傳播路徑,最終將超聲波傳播路徑確定為:聲束從S點發(fā)出,經(jīng)P點反射后,經(jīng)Q點、K點反射回探頭S,即聲程路徑為SPQKS,整個波的傳播過程為橫波,未發(fā)生波形轉(zhuǎn)換,如圖3所示。由圖3可見,回波B的聲程S聲程=SP+PQ+QK+KS,將∠OKQ定義為θ,SP為u,PQ為v,KO為h,OS為l,又OP平分∠QPS,根據(jù)三角形正、余弦定理及角平分線性質(zhì),可將u,v表示成θ的函數(shù):v=?h?tanθ?sinθ+(h?tanθ?sinθ)2?(h?tanθ)2+R2????????????????????????????√(1)u=R?cosC+(RcosC)2?(R2?l2)?????????????????√(2)uv=lh?tanθ(3)v=-h?tanθ?sinθ+(h?tanθ?sinθ)2-(h?tanθ)2+R2(1)u=R?cosC+(RcosC)2-(R2-l2)(2)uv=lh?tanθ(3)根據(jù)式(1)～(3),對于每一個合適的θ,都有相應的u,v及s值。對其聲程進行計算,S聲程=SK+KQ+v+u,將出現(xiàn)回波A的最高回波時的試驗數(shù)據(jù):l=21mm,h=10mm,R=40mm代入公式(1)～(3)可求得當θ=46.6°時有解,QO=10.6mm,QK=14.6mm,v=31.6mm,u=56.9mm,則總聲程為S聲程=23.0+14.6+56.9+31.6=125.8mm;通常儀器顯示的聲程為單程,超聲波實際傳播距離為S實=2×62.3=124.6mm,與計算數(shù)據(jù)很接近。當探頭前移找到回波B的最高回波時,回波B聲程為61.7mm;回波A聲程為21.4mm,此時探頭距離試塊前端54.5mm?；夭˙的實際傳播距離S實=2×61.7=123.4mm,此時探頭距離一次壁厚通孔的水平距離l=54.5+5-40=19.5mm。將以上數(shù)據(jù)代入公式(1)～(3),求的當θ=46.9°時有解,QK=14.6mm,v=31.5mm,u=57.4mm,則總聲程為S聲程=21.0+14.6+31.5+57.4=124.5mm;與儀器顯示的橫波傳播距離很接近。通過試驗數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù),從波的傳播聲程上可判斷SPQKS為回波B的傳播路徑,但不能判斷波的傳播方向。上述計算中,都是假定波的反射均為鏡面反射,因此僅有一束聲波滿足嚴格的角度關系。實際檢測中,聲束的反射不是嚴格鏡面反射,且一次壁厚通孔有一定的尺寸。計算表明,當θ在45.5°～47.6°范圍內(nèi)時,傳播聲程范圍為125.6～126.0mm,而聲束入射角范圍為63.9～64.1mm,OQ范圍為10.2～11.1mm。因此聲束在小角度范圍內(nèi)擴散時也能沿SPQKS傳播。2.2接頭回波試驗采用雙探頭一發(fā)一收進行試驗,兩探頭型號均為5P6×6K2,前沿均為5mm,校準好探頭的延時進行檢測,將發(fā)射探頭固定在距離試塊前側(cè)邊緣61mm處,兩探頭相對放置,移動接收探頭,可收到較弱的波,找到最高波,最高波約比一次通孔直射回波低12.7dB,此時儀器顯示該波聲程為43.5mm,由于探頭及試塊的結(jié)構(gòu)原因,無法做兩探頭同向時接收波強度對比試驗,但根據(jù)單探頭檢測時的試驗數(shù)據(jù),回波A,B的波高幅值相差很小,因此可以認為本次試驗接收的波較弱是因為兩探頭放置方向造成的。將波聲程轉(zhuǎn)換成雙程S實=2×43.7=87.4mm,同計算數(shù)據(jù)S聲程=u+v=56.9+31.6=88.5mm接近。因此波的傳播路徑為SPQ方向。2.3曲線角的解析法回波A,回波B為同一反射體產(chǎn)生的回波,回波B聲程約為回波A聲程的2.7倍,但兩回波波高卻相差很小,不到1.5dB。分析發(fā)現(xiàn),這是由于試塊前側(cè)的圓弧面對聲束聚焦的原因。模型如圖3所示,S為聲波入射點,聲束SP在圓弧P點被反射,交試塊檢測面于Q點,設∠PSQ=α,∠POQ=β,∠PQO=γ,建直角坐標系,OS為X軸,O為原點,OS=l,QO=m為隨α變化的變量,OP=R。則P坐標為(-R·cosβ,-R·sinβ),點S坐標為S(l,0),Q坐標為(-m,0)。因此可以得SP,OP,QP的斜率,利用式(6):tan(α?β)=tanα?tanβ1+tanαtanβ(6)tan(α-β)=tanα-tanβ1+tanαtanβ(6)可求得兩兩曲線間夾角,由于方程為三角超越方程,故采用數(shù)值解。求解結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著α在10°～40.1°內(nèi)變化,即探頭K值不小于1.19,這時OQ的長度范圍為10.2～13.8mm,即以Q點為聲源S發(fā)出的聲束經(jīng)過圓弧反射后聚焦在Q點,聲束在試塊表面聚焦點(聲束擴散產(chǎn)生長度),Q點長度不大于3.6mm,這也是雙探頭試驗時,接收探頭只能在很小的范圍內(nèi)才能接收到反射回波的原因。當K值更小時,OQ的變化較大,已不能認為聚焦在Q點。由于聲束聚焦在Q點,因此回波B強度很高,最強回波幾乎與回波A高度相當。3異常波的原因分