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影響超聲波探傷(缺陷檢測)的因素有哪些

2021-06-22 13:04:17 沈陽宇時先鋒檢測儀器有限公司 331

隨著我國經濟快速發展 ,國家對安全生產越來越重視。為保障人民的財產和人身安全 ,國家和企業對無損檢測提出了更高的要求  ,許多焊縫需要用超聲波(UT) 原理進行探傷。能夠快速、準確的找到缺陷的位置,并且判斷其形狀、大小、類型等特征是非常必要的。工作中必須以超聲波探傷儀屏幕上缺陷波的位置和高度來判斷被測工件中缺陷的位置和大小及性質 ,影響缺陷波位置和高度的因素很多 ,在此簡單的對它們進行一下概括。

1 儀器的影響

超聲波探傷儀水平線性的好壞及水平刻度的精度直接影響到缺陷定位。儀器的垂直性 ,衰減器精度 ,頻率等都直接影響對缺陷的定量 ,頻率偏差不僅影響利用底波調節靈敏度 ,而且影響用當量計算法對缺陷定量。

2 超聲波探頭的影響

超聲波探頭聲束無論是垂直入射還是傾斜入射探傷 ,理論上波束中心與探頭晶片幾何中心重合 ,但實際上這兩者往往難以重合 ,這樣就會導致缺陷定位精度的下降。探頭的雙峰現象、探頭斜楔的磨損 ,使得折射角及 K值變化 ,從而影響缺陷定位。探頭指向性能的大小也直接影響到缺陷定位誤差的大小。不同部位不同方向的缺陷 ,應采用不同形式的探頭。根據現在施工情況 ,主要是焊縫探傷 ,在焊縫中危險性的缺陷大多垂直于探測面 ,宜采用橫波探頭 ,這樣定量誤差小 ,但對于近表面缺陷檢出率小。對于橫波 K值斜探頭而言 ,不同 K值的探頭的靈敏度不同。所以 K值的偏差會影響缺陷定量 ,特別是

檢測對接焊縫根部未焊透等缺陷時 ,不同 K 值探頭探測同一根部缺陷 ,其回波高相差較大 ,當 K =0. 7~1. 5 (β= 35°~55°) 時 ,回波較高 ,當 K = 1. 5~2. 0 (β= 55°~63°) 時 ,回波很低 ,容易引起漏檢。所以在實際工作中 ,必須因工件情況來選擇探頭。

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3 工件的影響

工件表面的粗糙程度直接影響到探頭的耦合效果 ,使得進入工件的聲波相互干涉從而使缺陷定位差。當試件底面與探測面不平行 ,底面粗糙或沾有水跡 ,油污時會使底波下降 ,這樣利用底波調節的靈敏度會偏高 ,缺陷定量誤差增加。工件的材料對缺陷的影響主要是聲速和內應力 ,聲速不同就會使探

頭 K值發生變化 ,工件的應力較大時將使聲波的傳播速度和方向變化 ,都會影響到缺陷的定位。

工件的表面狀況會使探頭與工件有點、線兩種接觸情況 ,這時折射角和聲束形狀將發生變化 ,會使缺陷定位、定量誤差增加。當缺陷靠近工件邊界時 ,

由于側壁反射波與直接入射波在缺陷處產生干涉 ,使聲場聲壓發生變化 ,聲束軸線發生偏離 ,使缺陷定位定量誤差增加 (為減少側壁影響 ,宜選用頻率高 ,晶片直徑大的指向性好的探頭探測或橫波探測。必要時還可以采用試塊比較法來定量 ,以便提高定量精度 ,探頭 K 值一般在室溫下測定 ,當探測的工件溫度發生變化時 ,工件中的聲速發生變化 ,使得探頭的折射角隨之發生變化 ,從而影響缺陷定位。試件尺寸的大小對定量也有一定的影響。

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4 耦合與衰減的影響

4. 1 耦合的影響

耦合劑的聲阻抗和耦合層厚度對缺陷回波高度有較大的影響 ,進而影響缺陷定量。當探頭與靈敏度用的試塊和被探工件表面耦合狀態不同 ,而又沒有進行恰當的補償 ,也會使定量誤差增加 ,精度下降。(超聲耦合是指超聲波在探測面上的聲強透射率。聲強透射率高 ,超聲耦合好) 。為了提高耦合效

果 ,在探頭與工件表面之間施加一層透聲介質稱為耦合劑。耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣 ,使超聲波能有效地傳入工件 ,達到探傷的目的。耦合劑還有減少摩擦的作用 ,在電站探傷工作中 ,考慮到施工方便及其經濟方面 ,我們采用的是化學漿糊。

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4. 2 衰減的影響

實際工件是存在介質衰減的。由介質衰減引起的分貝差Δ= 2?x 可知 ,當衰減系數n較大或距離 x較大時 ,由此引起的衰減Δ較大。這時如果不考慮介質衰減的影響 ,那么定量精度勢必受到影響。因此在探傷晶粒較粗大和大型工件時 ,應測定材料的衰減系數n,并在定量計算時考慮介質衰減的影響 ,

以便減少定量誤差。

5 缺陷本身的影響

5. 1 缺陷的形狀的影響

試件中缺陷的形狀多種多樣 ,缺陷的形狀對其回波波高有很大影響。平面形缺陷波高與缺陷面積成正比 ,與波長的平方和距離的平方成反比 ;球形缺陷波高與缺陷直徑成正比 ,與波長的一次方和距離的平方成反比 ;長圓柱形缺陷波高與缺陷直徑的 1/2次方成正比 ,與波長的一次方和距離的 3/2 次方成反比。對于各種形狀的點狀缺陷 ,當尺寸很小時 ,缺陷的形狀對波高的影響變得很小。當點狀缺陷直徑遠小于波長時 ,缺陷波高正比于缺陷平均直徑的 3 次方。缺陷變小時 ,波高急劇下降 ,很容易下降到探傷儀器不能發現的程度。

5. 2 缺陷方位的影響

理論上是假定超聲波入射方向與缺陷表面是垂直的 ,聲波垂直缺陷表面時缺陷波最高 ,但是實際缺陷表面相對于超聲波入射方向往往不垂直 ,因此對缺陷尺寸估計偏小的可能性很大。當有棱角時 ,缺陷波高隨入射角的增大而急劇下降。

5. 3 缺陷的指向性的影響

缺陷波高與缺陷波的指向性有關 ,缺陷波的指向性與缺陷大小有關 ,而且差別較大。垂直入射于圓平面形缺陷時當缺陷直徑為波長的 2~3 倍以上 ,具有較好的指向性 ,缺陷回波較高。當缺陷低于上述值時 ,缺陷波指向性變壞 ,缺陷回波降低。當缺陷直徑大于波長的 3 倍時 ,不論是垂直入射還是傾斜入射 ,都可以把缺陷對聲波的反射看成是鏡面反射。當缺陷直徑小于波長的 3 倍時 ,這時缺陷波能量呈球形分布。垂直入射和傾斜入射都有大致相同的反射指向性。表面光滑與否 ,對反射波指向性已無影響。因此探傷時傾斜入射也可能發現這種缺陷。

5. 4 缺陷表面粗糙度的影響

缺陷表面光滑與否 ,用波長衡量。如表面凹凸不平的高度差小于 1Π3 波長 ,就可以認為該表面是光滑的 ,這樣的表面反射聲束類似鏡子反射光束 ,否則就是粗糙表面。對于表面粗糙的缺陷 ,當聲波垂直入射時 ,聲波反射紊亂 ,同時各部分反射波由于有相位差而產生干涉 ,使缺陷回波波高隨粗糙程度的增大而下降。當聲波傾斜入射時 ,缺陷回波波高隨著凹凸程度與波長的比值增大而增高。當凹凸程度接近波長時 ,即使入射角較大 ,也能接收到回波。

5. 5 缺陷性質的影響

缺陷回波波高受缺陷性質的影響。聲波在截面反射率是由界面兩邊介質的聲阻抗決定的 ,當兩邊聲阻抗差異較大時 ,近似地可認為是全反射 ,反射聲波強。當差異較小 ,透射的聲波已不能忽略 ,缺陷波高相應降低。金屬中非金屬夾雜的反射與夾雜層厚度有關 ,一般地說 ,層厚小于 1Π4 波長時 ,隨層厚的增加反射相應增加。層厚超過 1Π4 波長時 ,缺陷回波波高保持在一定水平上。

5. 6 缺陷位置的影響

缺陷波高還與缺陷位置有關 ,缺陷位于近場區時 ,同樣大小的缺陷隨位置起伏變化 ,定量誤差大。所以 ,實際探傷中總是盡量避免在近場區探傷定量。

6 操作人員的影響

調節儀器基線比例時 ,若回波前沿沒有對準相應水平刻度或讀數不準 ,會使缺陷定位誤差增加。測定探頭前沿及 K值誤差較大時 ,也會影響缺陷定位。此外定位方法 (各種探測對象會有不同的定位方法) 也同樣影響。

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在超聲波探傷檢測中 ,影響缺陷定位、定量評定的因素有很多 ,這就要求探傷工作人員在工作中不斷的把檢測出的缺陷與理論缺陷相對比 ,在工作中不斷的積累經驗 ,從而對缺陷更準確的進行定量、定性分析評判。


摘自:薛永盛(中國水利水電第十四工程局機電安裝分局 ,云南 昆明)


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