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德國(guó)Krautkramer公司關(guān)于DGS曲線圖的解說(shuō)2

2012-11-11 08:50:07 來(lái)源：謝文清

圖27

17.4 縮短的投影距離（a’）

在E系列斜探頭WB...和MWB...的數(shù)據(jù)頁(yè)中，您可以發(fā)現(xiàn)DGS曲線圖帶有兩種距離刻度，距離刻度a(mm)和b(mm)。
距離a(圖28)代表從探頭入射點(diǎn)開(kāi)始的聲路，沿聲束的聲軸線前進(jìn)直到反射體。
為了確定當(dāng)量反射體尺寸，通常不需要其他的距離刻度。

圖28

圖29

鑒于簡(jiǎn)單定位方法的需要，首先從聲路確定投影距離a'，然后據(jù)此得到“縮短的投影距離”b(所選擇的字母是任意的；例如E系列按文獻(xiàn)常用的s代替a，a'代替b)。探頭（探頭楔塊）前沿與不連續(xù)性位置在試樣表面投影點(diǎn)之間的距離就是縮短的投影距離。
對(duì)于任務(wù)H3的補(bǔ)充問(wèn)題：聲路a=270mm時(shí)，不連續(xù)性位置的縮短的投影距離b是多少？
答案：參見(jiàn)圖29。下拉一條垂線通過(guò)當(dāng)量反射體尺寸為3mm直徑的不連續(xù)性直到a=270mm再到縮短的投影距離刻度，結(jié)果是：b=170mm。
對(duì)于任務(wù)H3的補(bǔ)充：
自然，如果從熒屏刻度上不是以聲路而是以縮短的投影距離b讀出至不連續(xù)性的距離，它也可以確定當(dāng)量反射體尺寸。

圖30

17.5 測(cè)量聲衰減（α）

在超聲檢測(cè)中，材料中的衰減常常扮演次要的角色，即它小至可以忽略（例如用2MHz縱波檢測(cè)鍛件）。但是它并不是可以永遠(yuǎn)忽略的！

因此在這里所描述的方法是借助DGS曲線圖，使得有可能確定聲衰減系數(shù)α，在大多數(shù)情況下，對(duì)于超聲檢測(cè)的準(zhǔn)確性是足夠的了-探頭上的反射損失因?yàn)楹苄《梢院雎?sup>*。如果試樣的厚度至少等于三倍近場(chǎng)長(zhǎng)度，則這種應(yīng)用是優(yōu)先近似的。

* 具有“硬保護(hù)膜”的探頭是不適合的，因?yàn)樗鼈兊姆瓷鋼p失是不能被忽略的。

17.5.1 垂直聲束

被檢測(cè)材料為兩面平行的工件時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)底波序列，工件厚度為“d”（圖30）。采取良好的耦合，測(cè)量前面兩次回波的振幅dB差，表示為△Vg（圖31）。
根據(jù)大反射體（底面）的距離規(guī)律，在曲線圖上距離“d”和“2d”的回波之間必然存在一個(gè)振幅差△Ve（圖32）。如果“d”等于或大于三倍近場(chǎng)長(zhǎng)度N（d≥3N�。�，則△Ve應(yīng)該總是6dB。近場(chǎng)長(zhǎng)度N：見(jiàn)第二節(jié)和所述探頭的數(shù)據(jù)頁(yè)。
由于衰減導(dǎo)致增益變化的計(jì)算如下：△Vs=△Vg-△Ve，則衰減系數(shù)α由下式獲得：α=△Vs/2d

圖31

圖32

例K：厚度d=300mm的兩面平行的鋼參考試塊。

任務(wù)K1：使用直探頭B4S-N，D系列，測(cè)量衰減。
來(lái)自距離300mm的*次底波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=28dB；
來(lái)自距離2x300mm的第二次底波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=40dB；
確定聲衰減系數(shù)α！

任務(wù)K2：使用直探頭B2S-N，D系列，測(cè)量聲衰減。
來(lái)自距離300mm的*次底波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=30dB；
來(lái)自距離2x300mm的第二次底波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=36dB；
確定聲衰減系數(shù)α！

任務(wù)K1答案（圖33）：
△Vg=40dB-28dB=12dB
△Ve=6dB
△Vs=12dB-6dB=6dB
α=6dB/600mm=0.01dB/mm 或 10dB/m

圖33

任務(wù)K2答案（圖34）：
△Vg=36dB-30dB=6dB
△Ve=6dB
△Vs=6dB-6dB=0dB
α=0

K2答案的注釋：該結(jié)果意味著利用給定的方法不能測(cè)量出衰減。作為規(guī)則，對(duì)于實(shí)際相關(guān)的超聲檢測(cè)，就意味著衰減α可以忽略。

17.5.2 傾斜聲束

這里使用兩個(gè)具有相同折射角β的斜探頭（參見(jiàn)第7節(jié)）。
斜探頭相互正對(duì)置于具有平行面的被檢測(cè)材料工件表面上，把探傷儀開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換成TR工作狀態(tài)，一個(gè)探頭作為發(fā)射探頭S，另一個(gè)探頭作為接收探頭E，有相繼的兩個(gè)位置E1和E2（圖35）。
使*次直通波達(dá)到*大（此時(shí)接收探頭的位置在E1！），調(diào)整到一定的參考高度（例如3/5熒屏高度，圖36）。記下此時(shí)增益V1的dB值和距離S1（應(yīng)預(yù)先精確調(diào)整脈沖回波的工作范圍）。
現(xiàn)在使第二次直通波達(dá)到*大（此時(shí)接收探頭的位置在E2），借助dB增益控制調(diào)節(jié)到上述的參考振幅（圖37）。

圖34

記下所調(diào)節(jié)增益V2的dB值和距離S2。計(jì)算增益差：△Vg=V1-V2（dB）。計(jì)算距離差：△S=S2-S1（mm）。根據(jù)DGS曲線圖（圖38）得到距離S1和S2之間的回波振幅差，符合大反射體（曲線∞=底面=直通波）的“距離規(guī)律”，這個(gè)差值是△Ve。由于衰減造成的增益變化計(jì)算如下：△Vs=△Vg-△Ve	圖36
圖35	圖36
圖37	圖38

則得到聲衰減系數(shù)的結(jié)果是：α=△Vs/2·△S

例L：平行面的鋼參考試塊

任務(wù)L1：使用兩個(gè)WB45-2，E系列的斜探頭測(cè)量聲衰減。*次直通波的聲路S1=200mm，第二次直通波的聲路S2=400mm；*次直通波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=42dB，第二次直通波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=51dB。確定衰減系數(shù)α！

任務(wù)L2：使用兩個(gè)MWB70-4，E系列的斜探頭測(cè)量聲衰減。*次直通波的聲路S1=50mm，第二次直通波的聲路S2=100mm；*次直通波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=12dB，第二次直通波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=21dB。確定聲衰減系數(shù) α！

任務(wù)L1答案（圖39）：
△Vg=51dB-42dB=9dB
△Ve=5dB
△Vs=9dB-5dB=4dB
△S=400mm-200mm=200mm
α=4dB/400mm=0.01dB/mm 或 10dB/m

任務(wù)L2答案（圖40）：
△Vg=21dB-12dB=9dB

圖39

△Ve=4dB
△Vs=9dB-4dB=5dB
△S=100mm-50mm=50mm
α=5dB/100mm=0.05dB/mm 或 50dB/m

17.6 考慮衰減的缺陷可探測(cè)性

如果衰減α很小以至可以忽略，借助增益余量Vr，根據(jù)DGS曲線圖（見(jiàn)第14章）可以確定各種距離的缺陷的可探測(cè)性（當(dāng)量反射體尺寸）。

圖40

圖41

圖42

如果存在的衰減不容忽略，則在DGS曲線圖中標(biāo)注的衰減曲線給出衰減影響當(dāng)量反射體尺寸可識(shí)別性的有關(guān)信息。必須輸入相應(yīng)的增益△Vs變化，并且由于聲衰減，要按這樣的公式計(jì)算：△Vs=2S·α
不管是已知的還是計(jì)算得到的衰減系數(shù)α，對(duì)于S，任意選擇距離值S1到S6（圖41）。在Vr線（理想的缺陷探測(cè)線）上相應(yīng)的距離處輸入對(duì)應(yīng)的△Vs值（△V_s1...△V_s6）。聲衰減曲線K將從當(dāng)量反射體尺寸范圍分割出可辨識(shí)的當(dāng)量反射體尺寸范圍（K曲線上方）和不可辨識(shí)的當(dāng)量反射體尺寸范圍（K曲線下方）。

例M：
探傷儀：USL32
探頭：MWB70-4，E系列
聲衰減系數(shù)α：0.06dB/mm

任務(wù)M1：一個(gè)當(dāng)量反射體尺寸D_f=1mm，聲軸線上距離a=100mm的不連續(xù)性還能夠被清楚地探測(cè)到嗎？

任務(wù)M2：一個(gè)當(dāng)量反射體尺寸D_f=1mm，縮短投影距離b=300mm的不連續(xù)性還能夠被清楚地探測(cè)到嗎？

任務(wù)M1答案（圖42）：
可以，因?yàn)樵诰嚯xa=100mm處作垂線與當(dāng)量反射體尺寸D_f=1mm的曲線交點(diǎn)清楚地位于α=0.06dB/mm的衰減曲線的上方范圍。

任務(wù)M2答案（圖43）：
不可以，因?yàn)樵诳s短投影距離b=300mm處作垂線與當(dāng)量反射體尺寸D_f=1mm的曲線交點(diǎn)清楚地位于 α=0.06dB/mm的衰減曲線的下方范圍。

17.7 考慮衰減的當(dāng)量反射體尺寸的確定

在確定當(dāng)量反射體尺寸的時(shí)候，考慮衰減影響的*可靠的方法是首先確定不考慮衰減時(shí)的當(dāng)量反射體尺寸D_f1（見(jiàn)17.3節(jié)）。然后確定底面回波振幅因?yàn)樗p而減少的值，作為V_a2。再計(jì)算不連續(xù)性因?yàn)樗p造

圖44

圖43

成的回波振幅的減少，作為V_a1。比較底面回波和不連續(xù)性回波之間由于衰減作用導(dǎo)致的虛假值是：△V_a=V_a2-V_a1
確定的當(dāng)量反射體尺寸D_f1是不正確的，因?yàn)橹两裆形纯紤]衰減的影響。正確的當(dāng)量反射體尺寸應(yīng)該是從D_f1點(diǎn)作垂線下降（△V_a＞0）或上升（△V_a＜0）。

例N：

任務(wù)N1：直徑200mm，長(zhǎng)250mm的鑄鋼試樣。
2MHz縱波時(shí)的聲衰減系數(shù)α=0.02dB/mm。
試驗(yàn)用探頭為B2S-N，D系列。
來(lái)自250mm的底面回波（2/5熒屏高度）增益設(shè)置=42dB。
不連續(xù)性的界面回波位置在深度100mm，回波振幅（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=62dB。
該不連續(xù)性的當(dāng)量反射體尺寸是多少？

任務(wù)N1的答案（圖45）：
△Vg=62dB-42dB=20dB
因?yàn)闆](méi)有考慮衰減，該不連續(xù)性不正確的當(dāng)量反射體尺寸D_f1=3mm；
衰減修正：
根據(jù)Va=2α·S，鋼鑄件底面回波得到：
V_a2=2x0.02dB/mmx250mm=10dB；
深度100mm處的不連續(xù)性：
V_a1=2x0.02dB/mmx100mm=4dB；
則：△Va=10dB-4dB=6dB
衰減修正△Va導(dǎo)致實(shí)際當(dāng)量反射體尺寸D_f2=約2mm

任務(wù)N2：試驗(yàn)對(duì)象是厚度25mm的焊縫。
4MHz橫波時(shí)的聲衰減系數(shù)α=0.06dB/mm。
試驗(yàn)用探頭為MWB70-4，E系列。
來(lái)自參考試塊K2的R=25mm圓柱面回波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=18dB；圓柱表面回波振幅修正值△V_K2,R25=2dB（根據(jù)第17.3節(jié)H3）。
于是：來(lái)自25mm聲路的底面回波增益設(shè)置=20dB（圓柱表面回波修正后）。
不連續(xù)性回波位于聲路150mm處，不連續(xù)性回波（2/5熒屏高度）的增益設(shè)置=62dB。
該不連續(xù)性的當(dāng)量反射體尺寸是多少？

任務(wù)N2的答案（圖46）：
△Vg=62dB-20dB=42dB
因?yàn)闆](méi)有考慮衰減，該不連續(xù)性不正確的當(dāng)量反射

圖45

圖46

體尺寸D_f1=1.3mm；
衰減修正：
根據(jù)Va=2 α·S，來(lái)自參考試塊K2的聲路25mm的底面回波得到：V_a2=2x0.06dB/mmx25mm=3dB；聲路150mm處的不連續(xù)性：V_a1=2x0.06dB/mmx150mm=18dB；則：△Va=3dB-18dB=-15dB。聲衰減修正△Va導(dǎo)致實(shí)際當(dāng)量反射體尺寸D_f2=3mm。
N2答案的注釋：
負(fù)數(shù)的△Va意味著對(duì)D_f1的向上提升修正，因?yàn)樗p導(dǎo)致D_f1表現(xiàn)太小。

17.8 借助DGS曲線圖的傳輸修正

圖47	DGS曲線圖的所有應(yīng)用都是基于兩個(gè)回波振幅的比較。曲線圖僅僅是給出“大反射體”和“圓片反射體”的距離規(guī)律。如果有明顯的材料衰減，則如所說(shuō)明的，必須考慮附加量�，F(xiàn)在的問(wèn)題是還有沒(méi)有其他未考慮的影響存在能夠明顯地降低結(jié)果。試樣的表面特性有可能存在值得注意的影響，因?yàn)樘筋^與試樣的耦合質(zhì)量與其相關(guān)。
	圖48	如果是在相同耦合狀態(tài)下進(jìn)行回波比較（例如來(lái)自相同試樣的底面回波和缺陷回波，圖47A），則參考回波與評(píng)估回波的表面影響是相同的并因此對(duì)測(cè)量不會(huì)有任何影響。但是，如果底面回波來(lái)自具有光滑平坦的表面（圖47B，圖48D），而缺陷回波來(lái)自具有粗糙平表面的試樣（圖47C，圖48E），則缺陷回波將由于耦合損失變得很小，導(dǎo)致比較得到的結(jié)果不正確。如果試樣的表面粗糙并且還存在曲面(圖48F)，則缺陷回波將會(huì)小很多，使得比較的結(jié)果完全無(wú)用。如果仍然希望或者必須從具有不同表面質(zhì)量的參考試塊和試樣進(jìn)行比較，則需要盡可能精確地測(cè)量耦合差。在從大多數(shù)情況下具有理想的表面質(zhì)量的試塊過(guò)渡到大多數(shù)情況下低于理想表面質(zhì)量的試樣上時(shí)，必須考慮耦合差異（傳輸修正）。 17.8.1 垂直波束的傳輸修正

圖49

由于底面回波可以來(lái)自試樣，因此通常可以是不需要的。即便底面粗糙，也不會(huì)對(duì)波峰至波谷高度未達(dá)到波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)的回波振幅產(chǎn)生顯著影響。如果試樣的孔徑大于所用探頭近場(chǎng)長(zhǎng)度大約3.7倍，則整個(gè)圓柱試樣（圖49A）可以與平底面試樣進(jìn)行比較-即把曲面底面看作是一個(gè)純正的“大反射體”（同樣使用非圓底面的探頭！）。但是，如果把鉆制的圓柱形試樣內(nèi)孔作為參考反射體（圖49B和C），則鉆孔回波不能用作當(dāng)量的底面回波。利用鉆孔的回波增益設(shè)置將會(huì)太高。
在這種情況下，要從諾模圖（圖50）獲得利用鉆孔時(shí)的增益dB減少值。
諾模圖提供的近似值在試驗(yàn)頻率2~4MHz時(shí)能得到良好的結(jié)果。

例O：
探頭：B2S-N，D系列
試樣：200mm直徑的鋼圓柱體

任務(wù)O1：利用直徑100mm的中心鉆孔作為當(dāng)量反射體。借助該鉆孔回波設(shè)置增益應(yīng)減少多少dB？

任務(wù)O2：利用直徑50mm的中心鉆孔作為當(dāng)量反射體。借助該鉆孔回波設(shè)置增益應(yīng)減少

圖50

多少dB？

任務(wù)O1答案（圖51）：
增益應(yīng)減少3dB！
注：實(shí)際上，增益應(yīng)減少2dB，還要考慮不連續(xù)性評(píng)定的余量1dB！±1dB作為再現(xiàn)性的允差，它只能在非常有利的條件下達(dá)到。

任務(wù)O2答案（圖52）：
增益應(yīng)減少6.5dB！
注：實(shí)際上，增益應(yīng)減少6dB，在任何情況下0.5dB的偏差是可以忽略的！

圖51

圖52

17.8.2 傾斜波束的傳輸修正

除了底面回波來(lái)自具有理想平滑表面的試樣和參考試塊（圖53）時(shí)是例外，在使用斜探頭時(shí)通常這是必須的。
在大多數(shù)情況下，使用斜探頭WB...-2或MWB...-2利用參考試塊1（K1）的圓柱表面（象限）回波作為參考回波。
在使用斜探頭MWB...-4時(shí)利用參考試塊2（K2）的25mm圓柱表面（象限）回波作為參考回波。
如果要計(jì)算傳輸修正，則應(yīng)做何考慮呢？

1）作為試樣上丟失回波的置換，首先利用由選定的兩個(gè)試驗(yàn)斜探頭產(chǎn)生的直通波（圖54）（TR工作狀態(tài)

圖53

圖54

以減少干擾）

2）使用相同的探頭，利用來(lái)自參考試塊K1平躺位置的直通波進(jìn)行底面回波比較（圖55）。

3）兩種直通回波的振幅差為Vg，回波距離Sp和Sk（預(yù)先校驗(yàn)聲路）。

4）如果沒(méi)有衰減影響和試樣與參考試塊具有相同的表面質(zhì)量，則測(cè)量值Vg必定相應(yīng)于DGS曲線圖上的Ve值（圖56）。

5）如果沒(méi)有衰減影響，但是測(cè)量值Vg大于DGS曲線圖上的Ve值，則只能是由于試樣與參考試塊的表面質(zhì)量差異。

圖55

圖56

圖57

6）傳輸修正值應(yīng)為：V_T=Vg-Ve

7）如果有衰減影響，則對(duì)直通回波有附加影響。不過(guò)在2MHz情況下參考試塊K1和K2的衰減非常小以至可以忽略。在這種情況下只有試樣中的衰減起作用。
衰減曲線表明試樣直通回波因?yàn)樗p而減少多少dB（圖57）。這個(gè)數(shù)量是Va。帶有衰減曲線的DGS曲線圖也表明，無(wú)論Va值是在現(xiàn)有情況下（通過(guò)試樣的聲路Sp小于通過(guò)參考試塊K1的聲路Sk），還是振幅差異增大（通過(guò)試樣的聲路Sp大于通過(guò)參考試塊K1的聲路Sk），由于距離規(guī)律和衰減

造成的回波振幅差異為Vz。則有：Vz=Ve-Va（Sk＞Sp）；Vz=Ve+Va（Sk＜Sp）。

8）傳輸修正值則為：V_T=Vg-Vz

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