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1、第四章 焊缝超声波探伤第三节 焊缝超声波探伤定位超声波探伤定位的方法是利用已知尺寸的试块(或工件)作为反射体来调节探伤仪的时间轴，然后根据反射波出现在时间轴上的位置，确定缺陷的位置。一、斜探头定位与直探头定位的区别纵波探伤时定位比较简单，如探测100mm厚的工件，可把底面回波调在10格，则每格代表工件中的声程(或垂直距离)为100/10=10(mm)。(因耦合层极薄，可忽略不计)。探伤时，若在6格出现缺陷波，则缺陷离工件表面的距离为610=60mm。图47 横波探伤定位示意图横波探伤时的定位比较复杂(见图57所示)，与纵波探伤相比有三点区别： 超声波射到底面时无底面回波(故时间轴需在试块上预先
2、调节)； 有机玻璃斜楔内一段声程OO(称斜探头本体声程)在中薄板焊缝探伤定位时不能忽略，必须加以考虑。 超声波的传播路线为OOAB(或OOB)折线，定位时，必须得用三角公式进行计算。二、斜探头探伤定位基本原理焊缝探伤前，一般先进行斜探头入射点和折射角的测定，以及时间轴的调节。故入射点O和折射角b是已知的，示波屏上扫描线每格所代表的距离(可以是水平距离、垂直距离或声程)也是可知的。这样，在直角三角形中，知道一只角、一条边、则其他两条边也可求出，故缺陷位置(缺陷离探头入射点的水平距离和深度)便可确定。根据时间扫描线调节方法的不同，可分三种定位法：1. 水平定位法即时间扫描线与水平距离成相应的比例关
3、系。2. 垂直定位法即时间扫描线与深度距离成相应的比例关系。3. 声程定位法即时间扫描线与声程距离成相应的比例关系。一般板厚24mm时，用水平定位法、板厚32mm时用垂直定位法。时间轴的调节，其最大测定范围应在1S1.5S之间(1S为一个跨距的声程距离)。三、焊缝超声波探伤定位的常用方法多年来，不少厂矿企业中的检测人员根据自己产品的特点，经过不断摸索、反复实践，已总结出了好多简便、有效的定位方法，下面仅介绍几种常用的定位方法。图48 计算法定位原理1. 计算法计算法定位是应用得比较早的一种方法。由于采用计算法定位比较麻烦，故目前已很少应用。但此法是探伤定位的基础，掌握其原理后，在实际探伤中将有
4、很大帮助，故作为一种方法介绍。其定位原理见图48所示。图中：A横孔；d孔深；O入射点；b折射角；l横波在钢中声程；l0有机玻璃本体声程；S1入射点到横孔的水平距离；x0探头中纵波声程在示波屏上所占格数；x1钢中横波声程在示波屏上所占格数；x整个声程所占的格数；l0有机玻璃中本体声程转换成相当于钢中横波声程。根据声速比则有：从图中可看出： 则示波屏上每格所代表的水平距离为： (44)当使用探头折射角b=67、l0=12mm、x取5格，则根据式(44)可求得不同板厚时的Sx值，见表43：表43 不同板厚时的Sx值板厚T(mm)12141618202224262830Sx(mm)8.39.210.2
5、11.212.113.014.014.915.916.3探伤时，若已知缺陷波在波屏上的格数x，则缺陷离探头入射点的水平距离为：同理，当采用深度定位法时，则每格所代表的垂直距离Sy为： (45)当采用声程定位法时，则每格所代表的声程距离为： (46)计算法水平定位步骤如下： 测入射点O； 测折射角b； 扫射孔深等于板厚的横孔A，找到最高回波，调至5格(x=5)； 按式(44)计算Sx值，或查表Sx值； 探伤中出现缺陷波，其缺陷水平距离； 缺陷深度。例如，用上述探头探测板厚(T)为20mm的焊缝，探伤中在示波屏4格出现一个缺陷波，求缺陷到探头入射点的水平距离。解：缺陷到探头入射点的水平距离式中：x
6、=5，=4；则=47(54)12.135 mm答：缺陷离探头入射点的水平距离为35 mm。计算法定位具有如下优点：a. 定位原理比较清楚；b. 底波位置明确；c. 一次底波调到5格时，示波屏最大测定范围肯定大于1S；d. 调节时间轴可用试块，也可在工件上进行调节；e. 对于厚度较大的工件，如T=200mm以上，则斜探头本体声程l0可忽略，其定位方法和直探头相似。例如工件厚度T=200mm，将一次底波调到10格，则每格就代表深度20mm。探伤时若5格出现缺陷波，则缺陷的深度即为100mm。2. 圆弧面试块比较法由于此法调节时间轴比较简便，故目前应用最普遍。时间扫描线调节可利用下述圆弧面试块：II
7、W试块的R100圆弧面和圆心槽口；IIW2试块的R25和R50圆弧面；CSKIA的R50、R100圆弧面，以及半圆试块的两个圆弧面等。调节时只要将探头入射点对准圆心，通过调节仪器的水平和细调，将圆弧面反射波(和圆心处槽口的反射波)调到所需要的位置。时间轴调节方法举例如下：例题1：要求用K2探头在CSKIA试块上以水平11调节时间轴。调节方法如下： 探头入射点对准圆心(见图49所示)； 分析可能产生的圆弧面反射波(R50、R100)； 计算圆弧面的水平距离；S1=R50sin63.4=44.7mm，S2=R100sin63.4=89.4mm或，。 要求水平11，表示每格代表水平距离10mm，则将
8、两圆弧面反射波通过水平、细调分别调到格和格； 此时，斜探头本体声程已移出，从入射点开始，示波屏每格代表水平距离10mm。图49 水平和垂直11调节法例题2：要求K2斜探头在CSKIA试块上，以垂直11调节时间轴。调节方法如下： 探头入射点对准圆心； 分析可能产生的圆弧面反射波(R50、R100)； 计算圆弧面的垂直距离；H1= R50cos63.422.3mm，H2= R100cos63.4=44.7mm或， 要求垂直11，表示每格代表垂直距离10mm，则将两圆弧面反射波通过水平和细调分别调到格和格(见图49所示)； 此时，斜探头本体声程已移出，从入射点开始，示波屏每格代表垂直距离10mm。例
9、题3：要求K2斜探头在R33.3的半圆试块上，以水平11调节时间轴。调节方法如下： 探头入射点对准圆心； 分析可能产生的圆弧面反射波(R33.3和R33.33)； 计算圆弧面的水平距离：图410 半圆试块水平11调节示意图S1= R33.3sin63.430mm；3S1=3R33.3sin63.490mm； 将两个回波分别调到3格和9格(见图410所示)； 此时，斜探头本体声程已移出，从入射点开始示波屏每格代表水平距离10mm。各种试块调节时间轴的方法见图411所示。a. 声程12(或测定范围为200mm)每格代表声程20mmb. 声程11(或测定范围为100mm)每格代表声程10mmc. 测
10、定范围：125mm声程11.25d. 垂直11(每格代表垂直距离10mm)例题1：用K2斜探头，以水平11调节时间轴，探测厚度为20mm的工件，探伤时，在3格和6格出现两个缺陷波，求这两个缺陷的位置。解：因为是水平11调节时间轴，缺陷波在3格，即表示缺陷离探头入射点的水平距离为30mm，缺陷距探测面深度为：。缺陷波在6格，表示缺陷离探头入射点的水平距离为60mm，则缺陷深度为：。显然HT，表示超声波经过底面反射到缺陷，此时，缺陷离工件表面的深度为：2TH=22030=10mm(a) 声程12(或测定范围为200mm) (b) 声程11(或测定范围为100mm)第格代表声程20mm 第格代表声程
11、10mm(c) 测定范围：125mm声程11.25 (d) 垂直11(第格代表垂直距离10mm)图411 各种试块调节时间轴的方法示意图例题2：用K2斜探头，以垂直11调节时间轴，探测厚度为40mm的工件，探伤时，在3格和6格出现两个缺陷波，求这两个缺陷的位置。解：因为是垂直11，故缺陷波1在3格出现，表示缺陷深度为30mm。缺陷1离探头入射点的水平距离为：图412 薄板试块及其时间轴的调节l1=KH=230=60mm。缺陷波2在6格出现，表示缺陷2的计算深度为60mm，此时，HT，则缺陷2的实际深度为：2TH=24060=20mm。缺陷2离探头入射点的水平距离为：l2=KH=260=120m
12、m。3. 薄板试块11法薄板试块的尺寸及时间轴调节方法见图412所示。薄板试块的尺寸为320150mm，距试块两端30mm，各钻了一个f1的柱孔和一个f1的横孔。时间轴调节方法如下：将探头前沿与试块f1柱孔对齐，适当提高灵敏度，此时荧光屏上会同时出现两个反射波，前面一个是f1柱孔回波，后面一个是板边反射回波。通过调节水平和细调旋钮将这两个反射回波分别解在3格和6格上，这时，时间轴就调成水平11关系，即示波屏每一格代表水平距离10mm(3格开始，从前沿算起)。对于一般规格的斜探头，其探头前沿距离和本体声程相加，基本接近钢的水平距离30mm，此时始波接近零位。对于大尺寸斜探头，其探头前沿距离和本体
13、声程相加，大于钢中水平距离30mm，此时始波不在零位，而是偏左。对于小尺寸斜探头，则始波在零位右边。定位方法举例：用K2斜探头(前沿距离为18mm)以薄板试块11调节时间轴，探测工件厚度为16mm的焊缝，若在6格出现一个缺陷回波，求此缺陷离探头入射点的水平距离和垂直距离。解：缺陷波在6格出现一个缺陷回波，表示缺陷离探头前沿的水平距离为30mm，则缺陷离探头入射点的水平距离为：l=30+18=48mm缺陷深度为T， 缺陷离工件表面深度为：2TH=21624=8mm。答：此缺陷离探头入射点的水平距离为48mm；离工件表面的深度为8mm。4. 横孔试块比例法横孔试块比例法是用两个不同孔深的横孔作为反
14、射体来调节时间轴，使水平距离或被探测深度与示波屏刻度板上反射波位置成一定比例，前者为水平定位法，后者为垂直定位法，见图413所示。用横孔试块比例调节时间轴时，由于A孔和B孔反射回波不会同时出现在示波屏上，所以需前后反复校验。从以上介绍的几种不同定位方法来看，圆弧面试块比例法比较简便，故应重点掌握。要求能够在给定任何型式试块、任何探头时，均能调到指定要求的比例，同时，还要求在探测不同声速材料时，能进行正确定位。例题1：用K2斜探头，要求在IIW试块上以水平11调节时间轴解：根据圆弧面试块比例法的调节方法如下： 探头入射点对准圆心 分析可能产生的反射回波(R100和圆心槽口)； 计算反射回波的水平
15、距离：S1= R100sin63.4=89.4mm，S2=2 R100sin63.4=178.8mm； 要求水平11，表示每格代表水平距离10mm，则应将两个反射回波分别调在格和格； 由于示波屏只有10格，无法看到17.88格，为此，需借助仪器的延迟开关先将R100的圆弧面反射波调到0格，槽口反射波调在8.94格，然后，通过延迟开关将R100圆弧面反射波调到8.94格，这样，槽口反射波就在17.88格；见图414所示。 此时斜探头本体声程已移出，从入射点开始，示波屏每格代表水平距离10mm，即达到水平11的要求。 图413 横孔试块比例法 图414 延迟法调节时间轴例题2仪器测距标度已校准为每格相当于钢(Cs=3230m/s)的横波声程20mm，现用K1斜探头探测厚度为40mm，横波声速为4100m/s的板材，发现一缺陷回波显示于标度6格上，求此缺陷的声程、水平距离和垂直距离各为多少？解：由于声速改变，斜探头折射角也跟着变化：板中的折射角为：b= 6354且板材中每格所代表的声程也跟着变化，。板材中的声程为152mm，这样，缺陷的水平距为：sinb= 152sin6354。缺陷深度6354T缺陷离工件表面的深度为2T67mm=13mm。答：缺陷的声程距离为152mm，水平距离为136mm，缺陷离工件表面的深度为13mm。