便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀的校準

周建軍

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機在無損檢測領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使超聲波檢測儀器由模擬式時代發(fā)展到數(shù)字化時代，超聲波儀器的功能更加強大，重量更輕，使用更加簡便，具有數(shù)據(jù)存儲記憶功能，計算機輸出接口，DAC/TCG功能，頻率可調(diào)，RF射頻回波顯示，自動校準等功能。公司先后購買CTS-3000、USM-35X、EPOCH-4型等數(shù)字化超聲波探傷儀，數(shù)字化超聲波探傷儀的校準要求更加嚴格，各種參數(shù)必須精確測量。

二、數(shù)字化探傷儀與模擬探傷儀校準的區(qū)別

在實際超聲波探傷過程中，為了在所規(guī)定的檢測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺陷，并確定缺陷的位置，必須在檢測前對探傷儀進行校準，調(diào)節(jié)儀器的掃描速度，掃描速度是指儀器示波屏?xí)r基掃描線的水平刻度值與實際聲程的比例關(guān)系。校準準確與否直接影響缺陷的定位，兩種儀器的調(diào)節(jié)方法和調(diào)節(jié)過程有明顯區(qū)別。

1.調(diào)節(jié)方法

最常用的檢測波形主要有縱波和橫波，縱波調(diào)節(jié)方法兩種儀器都采用聲程調(diào)節(jié)方法。橫波調(diào)節(jié)方法兩者有很大的區(qū)別。模擬超聲波探傷儀掃描速度的調(diào)節(jié)有三種方法，即深度調(diào)節(jié)、水平調(diào)節(jié)和聲程調(diào)節(jié)，但聲程調(diào)節(jié)方法很少使用，主要是計算上的麻煩。實際工作中所需要的數(shù)據(jù)是缺陷的位置，深度和水平調(diào)節(jié)方法，可以直接從儀器示波屏上顯示一已知數(shù)據(jù)，通過簡單計算就可以得到缺陷的水平距離和深度距離。數(shù)字化超聲波探傷儀掃描速度的調(diào)節(jié)是聲程調(diào)節(jié)，儀器根據(jù)輸入的參數(shù)自動計算出缺陷的水平距離和深度距離，并在熒光屏上顯示。

2.調(diào)節(jié)過程

模擬超聲波探傷儀，利用儀器面板上深度粗調(diào)和細調(diào)旋鈕和水平旋鈕反復(fù)調(diào)節(jié)，使標準試塊上的兩個回波分別對準所規(guī)定的水平刻度值，檢測范圍不同時，需要重新進行調(diào)節(jié)。數(shù)字化超聲波探傷儀，只要測量出探頭的零點和被檢材料的聲速，把這兩種數(shù)據(jù)輸入就可以了。如果檢測不同板厚，可在儀器基本主菜單上的范圍子菜單內(nèi)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的檢測范圍。

三、數(shù)字化探傷儀校準方法的介紹

數(shù)字化超聲波探傷儀的校準取決于三個關(guān)鍵參數(shù)，即探頭零點、探頭角度和材料聲速。 探頭零點是指探頭晶片與被測工件耦合面之間存在的聲程距離而造成的時間延遲。探頭角度通常指橫波探傷時探頭的折射角，根據(jù)折射角的度數(shù)，儀器自動計算出缺陷的水平距離和深度距離。材料聲速是超聲波在該材料中的傳播速度，與材料的彈性模量和材料的密度有關(guān)，是表征材料聲學(xué)特性的重要參數(shù)，波的類型不同，超聲波在該材料中所傳播的速度也不同。

探傷儀有兩種校準方法，自動校準和非自動校準，數(shù)字化超聲波探傷儀的校準方法的原理基本是一樣的，現(xiàn)以USM35X為例介紹。

1.探頭零點和材料聲速未知情況下使用自動校準方法

在探頭零點和材料聲速未知情況下的自動校準方法，使用SWB45-2探頭、IIW試塊、顯示范圍200mm，自動校準過程如下。

（1）將探頭放置在標準試塊IIW上，如圖1，前后移動探頭，找到R100圓弧面的最高反射回波，選擇合適的檢測范圍（顯示范圍200mm），以便得到兩個回波，在熒光屏上顯示。

（2）選擇功能組校準菜單，閘門A置于第一個回波上（圖1），將回波距離（100mm）輸入到參照物1，按回車鍵進行確認。

（3）閘門A置于第二個回波上，把第二個回波距離（200mm）輸入到參照物2，按回車鍵進行確認。校準完成，熒光屏上兩個回波顯示在100mm和200mm的刻度上（圖2）。

（4）待屏幕刷新后，返回基本菜單，在探頭延時和聲速子菜單中得到所測探頭的零點和材料聲速。

2.在材料聲速已知情況下的校準方法

在材料聲速已知情況下，使用B2S探頭、IIW試塊、顯示范圍100mm，校準過程如下。

（1）在基本菜單中，選擇聲速子菜單，調(diào)節(jié)聲速值，鋼中縱波聲速5920m/s。

（2）將探頭放置在標準試塊IIW上，如圖3，前后移動探頭，找到100mm底面的最高反射回波，回波高度調(diào)節(jié)到80%。

（3）閘門A置于第一個回波上，閘門高度調(diào)節(jié)到20%，在基本菜單中，選擇探頭延時子菜單，調(diào)節(jié)探頭延時值，使顯示的聲程值為100mm；儀器校準工作完成，波形的位置見圖4。

（4）在基本菜單中，子菜單探頭延時中顯示的值為該探頭的零點。

在探頭零點和被檢材料聲速已知的情況下，縱波探傷時把這兩個值輸入到儀器中；橫波探傷時，探頭零點、探頭折射角、材料聲速輸入到儀器中，選擇合適的檢測范圍，儀器的校準工作就已完成。

四、數(shù)字化探傷儀的校準過程

數(shù)字化超聲波探傷儀在探頭零點和被檢材料聲速都未知情況下，具有自動校準功能，但是在自動校準過程中發(fā)現(xiàn)，即使是同樣的儀器、探頭和試塊，會得到不同的探頭零點和材料聲速值，當(dāng)范圍改變時，也會得到不同的探頭零點和聲速值，表1就是使用USM35X，探頭B2S，WB45-2，WB60-2，試塊IIW，所測到的探頭零點和鋼中的聲速值。

表1

從表1中可以看出，使用同樣的探頭，同樣的試塊，同樣的探傷人員，每次測的數(shù)據(jù)是不一樣的，尤其橫波聲速在用不同角度的探頭測量時，所得到的數(shù)據(jù)也是有差異的，但是對于同一探頭其零點是一樣的，同一材料的聲速也是不會有變化的，是一常數(shù)。根據(jù)使用多臺數(shù)字化超聲波探傷儀的經(jīng)驗，不推薦使用自動校準這種方法校準儀器。

1.推薦按照下面的步驟校準儀器

（1）確定被檢材料聲速 如果被檢材料是普通材質(zhì)，聲速到有關(guān)資料中去查；如果被檢材料是特殊材質(zhì)，在材料聲速未知的情況下，先測量材料的聲速；常用鋼的縱波聲速為5920m/s，橫波聲速為3230m/s。

（2）確定所用探頭的零點 根據(jù)三、2介紹的步驟測量所用探頭的零點。

（3）根據(jù)檢測標準和產(chǎn)品的技術(shù)要求，選擇合適的檢測范圍。

2.聲速的測量

在特殊材料聲速未知情況下，進行超聲波探傷，必須測量其聲速，加工一塊半圓形試塊，考慮到進行縱波和橫波聲速測量，加工成如圖5的試塊，試塊的厚度至少為30mm。橫波聲速測量過程如下。

（1）將SWB45-2探頭放置在試塊上，如圖5，前移動探頭，找到R100圓弧面的最高反射回波，并用壓塊壓在探頭上，選擇合適的檢測范圍，以便得到兩個穩(wěn)定的回波。

（2）閘門A置于第一個回波上，閘門B置于第二個回波上，一定要注意閘門B高度要置于和閘門A置于第一個回波上同樣波幅的位置。

（3）返回基本菜單，選擇子菜單材料聲速，調(diào)節(jié)聲速值，直到測量的聲程差為100mm。

完成上述操作后，此時的聲速值就是被測材料的橫波聲速值，縱波聲速的測量方法是一樣的，聲速至少測量5次，計算其平均值作為該材料的聲速值。

聲速測量后，根據(jù)三、2測量所用探頭的零點，兩個參數(shù)值都已確定，這時，根據(jù)被檢材料的厚度選擇合適的檢測范圍，打開儀器基本菜單，在子菜單范圍、聲速、探頭延時中輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，儀器校準就已完成。在超聲波探傷過程中要注意，閘門的高度及回波的高度要同儀器校準時一致（一般為熒光屏高度的80%），否則儀器顯示的各種數(shù)據(jù)就有誤差。

五、結(jié)論

數(shù)字化超聲波探傷儀在具體工作過程中，給探傷人員代來了很大的方便和實用性，但是在具體操作上要求探傷人員認真測量各種數(shù)據(jù)，尤其是探頭的零點和折射角，要根據(jù)使用情況，經(jīng)常進行測量，并對儀器中的數(shù)據(jù)進行修正，儀器輸出的結(jié)果才是正確的。