一、超聲波探傷可靠性的實現
超聲波探傷儀的可靠性和穩定性非常重要。開展超聲波探傷儀的檢定工作時,依據JJG746-2004《超聲探傷儀檢定規程》,對超聲波探傷儀的主要性能:垂直線性、水平線性、衰減誤差、動態范圍以及最大使用靈敏度等進行檢定。另外對比試塊材料與受檢件的成分,組織聲學特性應一致或相似。
對比試塊材料的內部純凈度利用入射角為0°的直射超聲波,在規定的工作頻率和靈敏度下進行掃查,不得有大于或等于比受檢件材料允許的噪聲低6dB的任何信號。對比試塊應每5年檢定一次。
二、超聲波探傷穩定性的實現
1.探傷方法
探傷方法是保證探傷結果準確的前提。因此應根據工件的形狀、缺陷特點、材料性質及探傷要求,準確無誤地進行探傷。
2.耦合劑的影響
耦合是實現聲能傳遞的必由途徑,耦合劑是探頭聲源與工件這兩種固體之間實現聲能傳遞、保證軟接觸所必需的傳聲介質,它在二者界面上具有排除空氣,填充不平的凹坑和間隙,并兼有防磨損,方便移動的功能。耦合損耗與耦合層厚度d及耦合層中超聲波波長λ有關。圖1為2.25MHz直探頭用錠子油作耦合劑時測得耦合層厚度與回波高度之間關系曲線。從圖1中可以看出,在d<λ/4范圍內,隨d/λ的增大,耦合損耗增大;在d=λ/4時,耦合損耗最大。在d=(2n-1)λ/4時,耦合損耗均較大,聲能透過率較小;當d=nλ/2時,聲能透過率較大,耦合損耗較小。常用的耦合劑有機油、柴油、變壓器油、錠子油、水、甘油、糨糊等。

探測面的粗糙度也是影響耦合損耗的因素。圖2為使用不同聲阻抗耦合劑時,工件表面粗糙度對回波高度的影響,橫坐標為表面粗糙度的平均高度Rz,它決定了耦合層的厚度,即d=Rz。

4.工作頻率的選擇
工作頻率的選擇是由被測材料的性質和探傷要求決定的,對鑄鐵、未鍛件等可選用較低頻率,如1.25MHz;對晶粒度細的材料,如鍛鋼、拉拔鋁制件等則用2.5MHz、5MHz甚至10MHz。工作頻率高,則探傷靈敏度高、方向性好、分辨能力強和始波寬度小等,有利于發現和評定缺陷;但頻率高,不易穿透晶粒度較粗的工件。而工作頻率低,則分辨力也較低,但穿透力強,有利于克服材料的衰減。一般常用工作頻率為2.5MHz和5MHz。[pagebreak]
5.探頭類型的選擇
探頭類型的選擇應根據工件可能產生缺陷的部位和方向、工件的幾何形狀和探測面情況進行選擇。探頭晶片尺寸較大時,探頭入射至反射體的能量也大,即有p=p0πD2/4λS;又因θ=sin-11.22λ/D,故D大時指向角較小、聲束指向性好,能量相對集中,發現遠距離小缺陷能力強,即遠場檢測靈敏度較高,適于厚度工件探傷。反之,晶片尺寸較小時,近場短,且近距離聲束較窄,有利于缺陷定位。但遠場聲束擴散大,故宜用于較小厚度工件探傷,如圖3所示。

1.通用AVG線圖的應用
AVG曲線描述了距離-增益量-缺陷尺寸三者之間的關系,它能方便地用來進行缺陷當量的計算,所以它是一種主要的缺陷定量方法。相對缺陷距離A,是以探頭近場長度N為單位來衡量的反射體距離,即A=N/S。通用AVG線圖中以A作為橫坐標,并用常用對數刻度。相對缺陷尺寸G,是以探頭晶片直徑D為單位來衡量的反射體直徑,即G=Φ/D。通用AVG線圖中對應一個G就有一條相應的曲線,相鄰G值之間的變化也是常用對數規律。波幅增益量V(dB)表示反射聲壓相對于起始聲壓的dB值。通用AVG線圖中以V(dB)作為縱坐標,采用十進制常用坐標。由圖4可見,在A<1,即近聲場內,難以據超聲反射幅度判斷缺陷當量,而在A>1,即遠聲場,超聲回波幅度隨距離單調下降。
2.實用AVG線圖的應用
實用AVG線圖是在通用AVG線圖基礎上經坐標變換得到的,它是針對某一確定的探頭晶片和探測頻率制作的,實用AVG線圖的橫坐標為反射體實際聲程讀數,以厘米或毫米作為單位;縱坐標為dB讀數,圖中每一條曲線直接表示某一相應反射體當量尺寸。下面用圖4舉例說明實用AVG線圖用于校正探測靈敏度和確定缺陷當量的用法。用2.5MHz、Φ20直徑探頭探測厚度為300mm的鍛鋼件,要求大于Φ3當量缺陷不漏檢,問利用工件底面如何校正探測靈敏度?以此靈敏度探測時發現距探測面200mm處有一缺陷,其波高為19dB,求此缺陷當量?
解:(1)使用相應于2.5MHz,Φ20直徑探頭的實用AVG線圖(見圖4)。由題意可知:S=SB=Sf=300mm,Φf=3mm。

靈敏度調整量ΔdB=Vf(dB)-VB(dB)=22-57=-35dB。
(2)由題意可知,用300/Φ3靈敏度(Q點為靈敏度基準點)探測的缺陷聲程為Sf=200mm,ΔdB=19dB,因此只要從Q點向上平移19dB,并與橫坐標Sf=200mm處的橫坐標垂線交于Q′,則此Q′點對應的當量曲線值Φf=6mm就是所求缺陷。