GB/T36228-2018
无损检测平面型伤高度超声定量导则
Non-destructivetesting—Guideforplannarflawheightsizingbyultrasonictesting
- 中国标准分类号（CCS）J04
- 国际标准分类号（ICS）19.100
- 实施日期2018-12-01
- 文件格式PDF
- 文本页数28页
- 文件大小2.75M
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无损检测平面型伤高度超声定量导则
国家标准 GB/T36228一2018 无损检测平面型伤高度超声定量导则 Non-destructivetesting一Guideforplannarfawheightsizingyultrasonictesting 2018-05-14发布 2018-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/36228一2018 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 方法概要 5 30-70法 6 端点衍射法 双晶双模法 双晶同模法 ----- 附录A资料性附录方法的局限性 23 24 附录B资料性附录伤高度评价流程
GB/36228一2018 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出和归口
本标准起草单位:国核电站运行服务技术有限公司,东方电气广州)重型机器有限公司、上海电气 核电设备有限公司、哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司
本标准主要起草人;汪明辉、车天泽、汪军、汤国祥,邓黎,邓道勇,季龙华,张建磊
GB/36228一2018 无损检测平面型伤高度超声定量导则 范围 本标准规定了用于测定铁素体和奥氏体工件开口平面型伤高度尺寸的超声检测技术及其原理
本 标准推荐采用传播时间TOF)或传播时差TOF进行伤高度超声定量
本标准所述的各项平面型伤高度定量技术均有其最佳适用范围,详见附录A
本标准推荐按照附录B中的评价流程进行平面型伤高度定量
本标准不适用于采用信号幅度法对伤尺寸进行定量,不涉及平面型伤的长度定量方法,不提供平面 型伤的验收标准
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
GB/T12604.1无损检测术语超声检测 GB/T20737无损检测通用术语和定义 术语和定义 GB/T12604.1和GB/T20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 双模法bimodalmethoad 种利用工件中同时存在的纵波和横波进行伤高度定量的超声检测方法
3.2 端角反射cornerrefleetion 超声声束倾斜传播到由伤和被检工件表面形成的呈90"的交界面,由于声波与界面相互作用而发 生的超声能量反射
3.3 双峰doublet 同时成对出现在屏幕上,且随着探头靠近和远离伤移动时同步游动的两个信号
注:采用端点行射法进行伤高度定量时,伤上端点信号和下端点信号或者端角反射信号)即为双峰出现
3.4 远表面far-surface 检测时,被检工件上与探头接触面相对的另一个表面 注例如从外表面检测管材时,管材内表面即为远表面
3.5 近表面near-surface 检测时.被检工件上与探头接触的表面
注例如从外表面检测管材时,管材外表面即为近表面
GB/T36228一2018 3.6 30-70法30-70mdeConversionmethd -种利用工件中同时产生的70°折射纵波和30°折射横波对工件远表面开口缺陷进行检测的技术
注:使用这种检测技术时,可能会用到70"折射纵波,二次爬波和30-70-70波形转换声波对工件远表面开口裂纹的 高度进行定量 方法概要 4.1平面型伤高度超声定量有如下几种方法; 30-70法; 端点衍射法; 双晶双模法; 双品同模法
采用上述方法进行伤高度超声定量时,被检工件在厚度方向分为三个等分的区域;远表面1/3区 4.2 域,中部1/3区域和近表面1/3区域
使用30-70法时,检测人员根据某种特定信号的出现与否大致判 断伤高度扩展到上述某个区域
伤高度超声定量方达分别应用于起始于工件远表面,但扩展至不同厚度范围内的伤,其中端点宿 4.3 射法主要应用于远表面1/3区域.双晶双模法主要应用于中部1/3区域.双晶同模法主要应用于近表面 1/3区域
如果采用合适的试块且方法经证明是有效的.上述各定量方法也可扩展应用于其对应的1/3 区域以外范围
4.4超声声程路径通常采用单一线条来表示
30-70法 S 5.1基本原理 5.1.1方法概述 5.1.1.130-70法测高时,利用70"折射纵波信号、波型转换信号和二次爬波信号,通过上述三种信号出 现与否、信号游动范围和70"折射纵波信号的传播时间,大致判断伤高度扩展到被检工件的远表面1/3 区域、中部1/3区域还是近表面1/3区域
5.1.1.230-70法用于判断伤的大致高度或者伤是否远表面开口,见图1
30横波 70纵波 30-70法声波入射方式 a 图130-70法声束传播示意图
GB/36228一2018 30"横波 反射的转换波与表面 约为70" 爬波 30-70法波型转换过程 b 图1(续 5.1.2爬波的激发 纵波斜人射时在第二介质中产生折射纵波和折射横波
当速度较高的波型(例如纵波)与速度较低 的波型(例如横波)在界面上发生相互作用,折射纵波和折射横波混杂在一起,在工件表面附近形成了 种沿着近表面区域传播的声波,该声波被称为爬波
爬波传播时,由于其中的纵波持续不断地激励横 波,因此纵波会在距离激发起始点很短的位置就全部衰减,见图2
随着近表面爬波的传播,其在声波 到达的每个位置都发生波型转换产生横波,然后横波传播到工件内部,爬波的头部、直接和间接横波共 同形成的波前被称为头波,见图3
头波传播角度见式(1)
入射方式 近表面爬波 0横波 70"纵波 图2纵波入射形成近表面爬波的示意图 平滑表面 介质1气态 介质2(固态 头波的波阵面 图3纵波转换成头波的示意图
GB/T36228一2018 =arcsin V 式中 < 介质2的横波声速; VL介质2的纵波声速; 头波传播角度
5.1.3二次爬波的产生 当头波(由于纵波已全部衰减,此时只剩直接横波和间接横波)传播到工件的远表面时,由于声波与 界面的相互作用原理,声波在此转换成爬波和70"纵波,此时的爬波即为二次爬波
二次爬波经远表面 的切槽或伤反射后,其部分能量转换为头波传播到近表面并被探头所接收
二次爬波对于远表面开口 的微小反射体有着很强的检测灵敏度,其检测覆盖范围大约为远表面上距离波型转换点5mm6mm 的位置 5.1.430-70法的典型回波信号 5.1.4.1概述 当探头向远表面反射体移动时,依次出现三种不同信号,分别为 -70"折射纵波信号; -30-70-70波型转换信号; 二次爬波信号
5.1.4.270'折射纵波信号 如果伤延伸到被检工件中上部区域时,70"折射纵波在伤的上部产生反射信号
5.1.4.3波型转换信号 头波或直接横波在远表面反射时发生波型转换而形成70°纵波,如果伤高度超过10%一20%工件 厚度,该70"纵波被伤反射,并被扫查面上的探头接收,形成波型转换70"纵波信号,见图4
波型转换信 号的出现通常表明伤高度大于10%~20%被检工件厚度
爬波显示 100 80 2 转换波显示 60 70折射纵波反射信号 40 30%切槽 #=+ 20 LL1LLLLLLLE 10 图4波型转换信号形成示意图
GB/36228一2018 5.1.4.4二次爬波信号 当工件远表面存在开口伤时,探头向伤的位置移动,二次爬波经伤反射后发生波型转换,产生头波 或横波,最终被扫查面上的探头接收,形成二次爬波信号,见图5
二次爬波不是表面波,不受焊缝根部结构影响,不会出现根部焊瘤信号
二次爬波信号通常清晰可 辨,形状比较尖锐,幅度明显比波型转换信号高,见图6
二次爬波信号的游动范围一般小于波型转换 信号,只出现在有限的探头移动范围内,见图7
100 10%切槽/增益34dB: 80 60 40 20 12345678 切槽深度:10"%r(1为被检工件厚度),增益34dB 100 30%切槽/增益30.dB 8G 60 0 20 b切槽深度;30%r(为被检工件厚度),增益30dB 图5二次爬波信号的产生 H数娃示 探头位置 g ===*========"== 纵波 -转换波 缺陷 波型转换信号最高时的探头位置示意图 图630-70法信号与探头入射点的关系
GB/T36228一2018 爬波 b 二次爬波信号最高时的探头位置示意图 说明 -波型转换信号最高时的探头位置; 二次爬波信号最高时的探头位置 图6续 二次爬波信号 波形转换信号 90 金属声程 金属声程 30%切槽 801 8dB增益 70- 100 波幅 60 8O 60 波幅 50 40 40 20 4o o 80 2o 探头位置/mm 二次爬波信号与波形转换信号游动范围比较(切槽深度30%t.为被检工件厚度 a 金属声程 金属声程 90 50%切槽 80 46dB增益 70 100 波幅 60 80 波幅 60 50 0 40 20 60 探头位置/mm b 二次爬波信号与波形转换信号游动范围比较(切槽深度:50%l,1为被检工件厚度 图7不同深度人工伤二次爬波信号和波型转换信号的回波动态特性比较
GB/36228一2018 5.2检测设备及系统调节 5.2.1探头 5.2.1.1概述 是否能够产生70"折射纵波信号、波型转换信号和二次爬波信号,在很大程度上取决于探头的性能 参数
即便是同一厂家制作且标称参数值完全一样的探头,其性能也可能存在差异,因此在检测开始 前,宜采用深度分别为20%1、40%,60%,80%(为被检工件厚度)的内壁切槽评价探头的适用性
5.2.1.2声束角度 30-70法测高时,通常要求折射纵波不小于55°,或者直接使用70"折射纵波探头,以此实现同时出 现折射纵波信号、波型转换信号和二次爬波信号的目的,并利用上述三种信号来评价伤高度
5.2.1.3晶片 30-70法检测时通常采用单晶探头
推荐使用晶片边长为10mm的探头,也可根据工件厚度进行 选择
5.2.2仪器 宜使用脉冲反射式超声仪,仪器的工作频率范围在1MHz一5MHz
仪器水平线性误差不大 于2%
5.2.3试块 使用含有不同深度远表面切槽(如线切割槽、V型槽、U型槽等)的试块进行检测系统调节
试块 可以是平板或者管道的一段,试块厚度与被检工件厚度相等,试块上的切槽深度最小为10%/,最大为 80%1,并以10%或者20%递增(为被检工件厚度)
5.2.4系统调节 30-70法测高时,系统调节步骤如下: -调节仪器延迟旋钮,使得始脉冲位于仪器屏幕的左半侧 探头置于靠近试块端部的位置,找到波型转换信号和二次爬波信号 前后移动探头使得二次爬波信号达到最高峰,然后分别调节仪器延迟和扫描范围旋钮,使得波 型转换信号和二次爬波信号分别位于仪器的第4格和第5格 -调节仪器增益,使得二次爬波信号幅度达到仪器满屏幕的80%~100%,然后在此基础上将仪 器增益提高8dlB,此时的系统增益即为扫查灵敏度; 上方,移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值
探头置于20%t(为被检工件厚度)切槽 然后前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线 探头置于40%t(为被检工件厚度)切槽上方,移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值
前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线
如果存在70"折射纵波信号,记录其 幅值; -探头置于60%1(为被检工件厚度)切槽上方,移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值
前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线
如果存在70"折射纵波信号,记录其 幅值
提高系统增益,使得70"折射纵波信号达到仪器满屏的40%,前后移动探头找到70"折 射纵波信号的最高峰值,记录下此时信号在仪器屏幕上的位置,例如:2.5格; 探头置于80%(为被检工件厚度)切槽上方,移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值
GB/T36228一2018 前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线
如果存在70"折射纵波信号,记录其 幅值
提高系统增益,使得70"折射纵波信号达到仪器满屏的40%,前后移动探头找到70"折 射纵波信号的最高峰值,记录下此时信号在仪器屏幕上的位置,例如l.8格 按照上述步骤进行调节和记录
典型的切槽深度与信号位置关系见表1
表1切槽深度与信号位置关系 远表面切槽深度/被检 爬波信号位置 是否存在波型转换信号 0"折射纵波信号位置 工件厚度×100% 20% 无 有 2.5格 40% 无 3,5 有 格 60% 2.5格 4.5格 有 有 80% 1.8格 5.5格 5.3高度评价方法 5.3.1整个工件厚度均分为3个区域，30-70法判断远表面开口伤是否扩展至远表面1/3区域、中部 1/3区域还是近表面1/3区域
宜采用其他测高方法测量伤高度
仅出现二次爬波信号,大致判断伤高度小于15%/;同时出现波型转换信号和二次爬波信号,大 5.3.2 致判断伤高度在15%t一40%t;同时出现70'"折射纵波信号、波型转换信号和二次爬波信号,大致判断 伤高度大于40%G ！为被检工件厚度
5.3.330-70法高度评价结果会因探头类型、频率、晶片尺寸、工件厚度和材质不同而存在变化
使用 该方法时,宜仔细关注波型转换信号的动态游动范围,如果该信号动态游动范围很大,则间接证明伤高 度较大
端点衍射法 6 6.1基本原理 6.1.1超声衍射是指超声绕过放置在其传播路径上的尖角或端部的一种现象
衍射现象通常发生在 伤尖端,此时伤尖端作为一个新的超声能量发射源,向周围空间发射球面波或者柱面波,见图8
如果 在仪器屏幕上观察到衍射信号,则可确定衍射信号在工件厚度方向上的位置,即衍射信号的深度
尽管 端点衍射法基本原理比较简单,但由于声波和平面性伤的相互作用非常复杂,导致实际应用中会存在很 多其他干扰信号,比如伤本体的镜面反射信号,波型转换信号等,使得衍射信号的辨别存在困难
图8端点衍射现象示意图
GB/36228一2018 6.1.2采用端点衍射法测量伤尺寸的方法通常有以下两种: 传播时间法:测量衍射信号从伤端点传播到探头的时间,确定其相对于近表面的位置 传播时差法;测量伤端点衍射信号和端角反射信号的时间差,确定其高度尺寸
6.1.3传播时间法(TOF) 传播时间法(TOF)定量技术是一种利用端点衍射信号的传播时间来对伤端点进行定位的技术 前后移动探头使得伤端点衍射信号达到最大波幅,然后通过计算该衍射信号的传播时间或声程确定伤 端点距离扫查表面的深度,见图9
有时也利用伤端点的一次反射信号进行定量,即当探头远离伤运动 时,伤的端点信号可能再次出现,但此时的伤端点信号出现在伤端角反射信号之后
探头位置 金属声程1 MP1 MP MP2 缺陷 金属声程2 金属声程 图9传播时间法(ToF)测高的声束传播示意图 6.1.4传播时差法(TOF) 6.1.4.1传播时差法(TOF)是指通过测量同时出现在仪器屏幕上的伤端点衍射信号和端角反射信 号的传播时间差计算伤的高度
使用传播时差法时,声束直径需大于被测量的伤高度，且伤基本垂直于 检测表面,此时伤端点衍射信号出现在端角反射信号之前
与端角反射信号相比,端点衍射信号通常低 得多,且端点衍射信号与端角反射信号的相位相反
6.1.4.2采用传播时差法(TOF)测量伤高度时,测量端点衍射信号和端角反射信号的传播时间差， 并应用式(2)计算伤高度
(.)cosO h= 式中 伤高度,单位为毫米(m mm; 材料声速,单位为米每秒(m/s); o 传播时间差,单位为秒(s); 折射角,单位为度(") 6.1.4.3伤端点衍射信号和端角反射信号总是成对出现,虽然两者的动态波形不完全同步变化(即两者 不会同时达到最高波幅),但两者传播时间差相对固定,即两者在仪器屏幕上的间隔不变
因此,超声仪 器宜设定成直接读取伤端点衍射信号和端角反射信号的传播时间差来计算伤高度,而不用分别读取两 个信号最高波幅时的传播时间
这种测量方法适用于焊缝余高较宽,以至于阻碍探头移动到能够获得 端点信号最高峰的情况 6.1.4.4有时也利用伤端点的一次反射信号来测量伤高度,其基本原理与直射波端点信号一样,差别是 -次反射信号会出现在端角反射信号之后
无论是采用伤端点的直射波信号和一次反射信号,伤高度 测量的精确度都取决于伤的生长方向:如果伤垂直于扫查表面,则高度定量结果较准确;如果伤朝指向 探头侧倾斜,则采用直射波测量时伤高度偏大,采用一次反射波测量时伤高度偏小;如果伤朝远离探头 侧倾斜,则采用直射波测量时伤高度偏小,采用一次反射波测量时伤高度偏大
GB/T36228一2018 6.1.5技术应用注意事项 6.1.5.1采用端点衍射法进行伤高度定量时宜使用伤端点衍射信号,因此正确辨认伤端点信号是测量 伤高度的关键
接近伤上端点的部位产生声波的反射信号,因此用于高度测量的伤端点信号有时并不 仅仅来自于端点衍射信号,也包含伤端点反射信号,例如;采用对比试块上的人工切槽进行试验时,由于 尖端衍射信号能量较弱,仪器接收到的更多的是伤端点反射信号的能量
伤端点信号的幅度通常比端 角反射信号低20dB30dB 6.1.5.2保证探头有足够的扫查空间,以便能够发现伤区域所有可能存在的伤信号
检测人员注意信 号辨别,避免将几儿何形状的反射信号或者焊缝内部的体积伤信号误判成伤端点信号 6.1.5.3有些伤会存在多个分叉,产生多个端点信号,检测人员注意端点信号的选取,采用能获得最大 高度的信号来确定伤高度
6.1.5.4区分簇状裂纹的端点信号和端角信号比较困难,端角信号可能会淹没端点信号,此时前后移动 探头,通过观察动态波形找到端点信号的最高峰
6.1.5.5在伤端点信号能够与其他信号相区分的前提下,端点衍射法适用于不同高度范围的伤测高
对于高度很小的伤,如果探头分辨力不佳,端点信号极易被端角信号所淹没,因此提高检测探头的分辨 力是提高端点衔射法测高能力的关键
宽带窄脉冲探头能提供更好的分辨力,但对于奥氏体不锈钢焊 缝,为了获得更好的声波穿透能力,又倾向于选择窄带探头
为了平衡上述矛盾,对于位于或邻近奥民 体不锈钢焊缝的伤,宜采用纵波探头进行检测,纵波探头发现高衰减特性材料中微弱的端点信号从而测 量伤的高度,不宜使用一次反射波进行检测,因为纵波经底面反射后会发生波型转换,并由此带来很多 干扰信号
6.2检测设备及系统调节 6.2.1探头 6.2.1.1概述 选择探头时宜关注以下几方面 信噪比
探头信噪比与频率、晶片尺寸和波形有关 分辨力
选择高频、窄脉冲的探头,以获得较高的分辨力 声束扩散角
采用传播时差法测量中等高度的伤时,选择声束扩散角大的探头,同时观察伤上 端点和端角信号; 波形
纵波探头可获得较好的上端点信号,但会存在变形波信号的干扰; 探头前沿
探头前沿尽可能小,尤其是检测存在余高的焊缝时 脉冲周期
探头-6dB脉冲周期在1.5周~2周
6.2.1.2声束角度 通常选择折射角为40°一55°的探头
6.2.1.3频率 采用标称频率为2MHz~5MHz的单晶或双晶探头
采用直射波测量小伤高度时,宜采用频率为 4MHz~5MHz的探头
采用横波探头检测粗晶材料母材时,宜采用较低频率的探头(例如2MHz~ 2.5MHz),但低频探头会降低高度测量精度,如可行,宜先采用低频探头检出伤,再选用高频探头测高
6.2.1.4波型选择 当使用直射波端点衍射法进行测高时,横波和纵波探头都可用
对于不锈钢材料,纵波能获得更高 10
GB/36228一2018 的端点衍射信号幅度,但分辨力下降
由于纵波探头同时发射横波,因此采用纵波时只能使用直射波进 行检测
同时,纵波在底面反射时较易发生波型转换,从而导致信噪比下降
6.2.2仪器 宜使用脉冲反射式超声仪,仪器的工作频率范围在1MHz5MHz
仪器水平线性小于2%
仪 器应能显示全波检波信号和射频波信号
6.2.3试块 使用含有不同深度远表面切槽(如线切割槽、V型槽,U型槽等)的平板参考试块进行检测系统调 节,切槽深度为厚度的10%t90%t(为被检工件厚度)
试块材质与被检工件相同或相近,试块厚度 与被检工件厚度差异不超过土25%
6.2.4 系统调节 6.2.4.1 概述 采用端点衔射法测高时,用mw.csK1A等试块进行检测系统时基线调节,用一组带有表面切槽 的试块(见图10)进行深度调节
6.2.4.2传播时间法深度调节 传播时间法深度调节步骤如下 选择合适的参考试块,试块上至少有两处深度已知的切槽《如深度为20%和80%被检工件厚 度的切槽),且待定量伤高度在两切槽深度范围之内 将探头置于试块表面,前后移动探头找到试块下端角反射信号峰值,调节仪器延迟旋钮,使得 试块下端角反射信号至仪器屏幕的第5格; 移动探头找到试块上端角反射信号峰值,调节仪器扫描范围旋钮,使得试块上端角反射信号至 仪器屏幕的第10格 反复调节仪器延迟旋钮和扫描范围旋钮,使得试块下端角反射信号和上端角反射信号分别至 仪器屏幕的第5格和第10格 移动探头找到深度为80%被检工件厚度的远表面切槽的上端点衍射信号峰值,调节仪器延迟 旋钮使得该信号至仪器屏幕的第1格 移动探头找到深度为20%被检工件厚度的远表面切槽的上端点衍射信号峰值,调节仪器扫描 范围旋钮使得该信号至仪器屏幕的第4格; 反复调节仪器延迟旋钮和扫描范围旋钮,使得深度为80%被检工件厚度的切槽和深度为20% 被检工件厚度的切槽的上端点衍射信号分别至仪器屏幕的第1格和第4格
按照上述方法调节完毕后,不同深度切槽上端点衍射信号在仪器屏幕上的显示位置见表2. 表2不同深度切槽在仪器上的显示位置 信号在屏幕上的位置 远表面切槽深度/被检工件厚度×100% 1格 80% 60% 2格 40% 3格 20% 4格 1
GB/T36228一2018 图10端点衍射法参考试块示意图 6.2.4.3传播时差法深度调节 按照7.2.4.2的步骤完成检测系统调节,记录试块上各切槽的端角反射和上端点衍射信号显示位置 差,该差值与切槽高度之间的大致美系见表了
由于探头声束不能同时覆盖切槽端角和上端点,可能不 能同时观察到高度大于60%被检工件厚度的切槽端角反射信号和上端点衍射信号
表3切槽深度与切槽端角反射/上端点衍射信号间距的对应关系 远表而切槽深度/被检工件厚度×100% 蹦角反射与上端点行射信号显示位置差 0.,5格 20% 40% 1.0格 60% 1.5格 80% N/A 6.3高度评价方法 6.3.1概述 采用直射波或一次反射波进行伤高度测量,但条件允许的情况下,宜有限选择直射波进行测量 6.3.2直射波测量 6.3.2.1传播时间法 使用直射波找到伤端点衍射信号峰值,测量伤端点衍射信号声程或深度,被检工件厚度与端点衍射 信号显示深度的差值即为伤高度,见图11
100 80 60 切桃端 反射信号 40 切槽端点 20 D) 声束传播示意图 超声信号图 图11直射波端点衍射传播时间法测高示意图 12
GB/36228一2018 6.3.2.2传播时差法 使用直射波同时找到伤端点衍射信号和端角反射信号,前后移动探头使其中一个信号达到峰值,然 后测量两信号的声程或深度差,则该深度差值即为伤高度,见图12. 100 80 60 切槽端角 反射信5 切槽端点 行射信号 8 声束传播示意图 超声信号图 a 图12直射波端点衍射传播时差法测高示意图 6.3.3一次反射波测量 6.3.3.1传播时间法 使用一次反射波找到伤端点衍射信号峰值,测量伤端点衍射信号声程或深度,端点衍射信号显示深 度与被检工件厚度的差值即为伤高度,见图13
100 80 切槽端角 反射信号 60 切槽端点 希射帽号 声束传播示意图 超声信号图 图13一次反射波端点衍射传播时间法测高示意图 6.3.3.2传播时差法 使用一次反射波找到伤端点衍射信号,并同时找到伤端角反射信号,前后移动探头使其中一个信号 达到峰值,然后测量两信号的声程或深度差,则该深度差值即为伤高度,见图14
13
GB/T36228一2018 100 80 切悄 反射信号 o 40 超声信号图 b) 声束传播示意图 图 14 一次反射波端点衍射传播时差法测高示意图 双晶双模法 7.1基本原理 7.1.1伤高度的双模定量法选择晶片呈一前一后布置的双晶探头,使用大角度的折射纵波声束和小角 度的折射横波声束,声束能够穿透整个工件厚度
因此,双晶双模测高方法适用于高度在10%90% 被检工件厚度的远表面开口伤
7.1.2双晶双模法测高技术采用传播时间法或传播时差法进行高度测量
采用传播时间法时,前后移 动探头使伤上端点的纵波信号幅度达到最高,并将其出现在仪器时基线上的位置与工件厚度进行归一 化处理;采用传播时差法时,测量直接纵波信号和波型转换信号之间的间隔,该间隔与伤高度呈线性关 系
传播时差法对于由于焊缝余高有 而阻挡探头移动的情况非常有用因为此时不必测量信号的最 序在面 高波幅
7.1.3采用双晶双模法测高时,使用不同高度的远表面切槽来进行仪器时基线的归一化调节,例如;对 40 于厚度范围在10mm mm的工件,采用高度为20%被检工件厚度和80%被检工件厚度的远表面 切槽进行仪器时基线的归一化调节
调节完成后,根据仪器屏幕上的信号显示直接读出伤高度与工件 厚度之间的比值,伤的高度由仪器屏幕上左半部分的信号来表征,即直接纵波信号距离屏幕中线位置越 远,或者直接纵波信号与波型转换信号间距越大,则伤高度越高
7.1.4声波在材料中的传播模式 双晶双模法检测时,探头同时发射一束纵波和两束横波,并且同时接收两束纵波(分别来自于伤上 端点和根部)、一个来自于伤本体的波型转换信号和一个来自于伤根部的远表面爬波信号,见图15
双 晶双模法探头中的发射晶片和接收晶片可根据需要互换
由于探头的有效晶片尺寸较小,且探头频率 不高(3MHz左右),所以声束扩散角较大,大角度的纵波和小角度的横波几乎能够覆盖被检工件的全 厚度范围
当探头在试块上进行大范围的来回移动时,扫查区域下方的远表面切槽产生四个信号,分别 是伤上端点纵波信号 、伤根部纵波信号(不总是能观察到)波型转换信号通常是幅度最高的信号、 次爬波信号,见图16
纵波信号的游动范围最大，二次爬波信号的游动范固最小,见图17
纵波信号和 二次爬波信号的包络线几乎是同步的,这是因为当人射纵波的主声束接近伤上端点时.人射横波的主声 束也正好接近伤根部,导致纵波信号和二次爬波信号几乎同时达到峰值
当探头进一步靠近伤,纵波信 号逐渐降低
为测量信号的传播时间,通常移动探头直到信号达到峰值并开始下降
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GB/36228一2018 A;接收端 顶部 B:发射端 og9 管中 尖端 缺陷 底部 S发射横波 L发射纵波 s，接收横波 ,接收纵议 说明 -接收晶片; 发射晶片; B 接收纵波; 发射纵波; L小 接收横波 -发射横波
图15双模法原理示意图 来自于尖端的直射纵波 L与L在缺陷尖端相遇 来自于底部的直射纵波脉冲 L与L在缺陷底部相遇 转换波脉冲 L与转换波s,在缺陷底部相遇 爬波脉冲 s,与s,在缺陷底部相遇 图16双模法信号传播示意图 15
GB/T36228一2018 转换波和底郎 反射脉冲 底部反射脉冲 只有横波》 尖端衍射脉冲 只有纵波 探头相对于裂纹的位置 图17双模法信号动态包络图 7.1.5传播时间法测高原理 如果焊缝余高不影响探头正常移动,则探头宜移动到能够获得上端点的纵波反射最高峰信号
图18阐述了纵波信号传播时间与伤高度占整个被检工件厚度百分比的关系,两者几乎呈线性比例关 系,且线性关系与工件厚度无关
传播时间 20 40 60 80 100 归一化的缺陷高度 图18纵波信号传播时间与伤高度/厚度(h/)线性关系 7.1.6传播时差法测高原理 双晶双模法检测时,同一伤纵波信号与波型转换信号之间的间距与探头相对于伤的距离无关,伤的 归一化高度与上述两信号间距之间的线性关系见图19和图20
也可通过计算伤上端点纵波信号和伤 16
GB/36228一2018 根部纵波反射信号(并不总是能够被观察到)的传播时差来确定伤高度,如果伤垂直于检测表面,其传播 时差与伤高度/工件厚度的百分比呈近乎线性的关系
10o 00 =0.15r h=0.251: 80 80 28” A0 60 4O 20 20 1.20 -0.75 内表面 内表面 10o 10o =0.50 =0.70n 80 80 -3.30 0 60 40 40 20 r=2.35 r=3.65 内表面 内表面 图19纵波信号传播时间、纵波信号与波型转换信号传播时差与伤高度/厚度(h/t)比例关系 h/mm 25 19 3.5 13 3.0 2.5 2.0 60 80 100 归一化高度比例(h/ 图20纵波信号与波型转换信号传播时差与伤高度/厚度(h/)比例关系 17
GB/T36228一2018 7.2检测设备与系统调节 7.2.1探头 7.2.1.1声束角度 探头由两块前后布置的晶片构成,每块晶片的楔块角度不同
检测时,探头中的一块晶片同时发射 大角度的纵波声束和小角度的横波声束,另一块晶片接收从远表面开口伤不同部位反射的所有声波 信号
7.2.1.2传播波型 双模法检测用探头同时发射和接收纵波和横波信号
7.2.2仪器 宜使用脉冲反射式超声仪,仅器的工作频率范围在1MH一5MH 7.2.3试块 使用带有一组不同深度远表面标准切槽(如线切割槽、.V型槽、U型槽等)的对比试块来调节检测 系统,试块示意图见图21
单位为mm 发射端 B (接收 L
20 25 图21双模法参考试块示意图 7.2.4 系统调节 7.2.4.1传播时间法调节步骤 探头置于试块边缘,移动探头直至出现折射纵波信号、波型转换横波信号和二次爬被信号; -调节扫描范围旋钮,将屏幕上第二和第三个信号的间距调节至大约2格 移动探头,使得来自于深度为80%被检工件厚度的远表面切槽的折射纵波信号达到蜂值,调 节延迟旋钮使得该信号位于屏幕上的第1格 移动探头,使得来自于深度为20%被检工件厚度的远表面切槽的折射纵波信号达到峰值,调 节扫描范围旋钮使得该信号位于屏幕上的第4格 反复调节仪器延迟和扫描范围旋钮,使得深度为80%被检工件厚度的远表面切槽和深度为 20%被检工件厚度的远表面切槽的折射纵波信号分别位于仪器屏幕的第1格和第4格 7.2.4.2传播时差法调节 传播时差法调节步骤与传播时间法相同
检测系统调节完成后,记录折射纵波信号与波型转换信 号之间的间距,远表面开口伤的深度与上述信号间距之间大致的对应关系见表4
18
GB/36228一2018 表4远表面开口伤深度与折射纵波/波型转换信号间距的对应关系 折射纵波和被型转换信号间距 远表面伤深度/被检工件厚度×100% 20% 2.1格 40% 2.5格 60% 2.9格 80% 3.3格 7.3高度评价方法 探头与仪器连接,仪器处于一发一收工作模式 参照图18对检测系统进行调节,并使用试块中的切槽端点衍射信号对系统调节的准确性进行 核查; 探头置于试块表面前后移动,并观察来自于不同尺寸伤信号的动态波形是否与预期的一 -致; 在被检工件无伤处进行正反两个方向的扫查,并观察仪器屏幕上非相关信号的动态和静态信 号特征
调节仪器增益使得平均噪声水平约为仪器满屏高度的10%; 前后大范围扫查伤区域,找到波型转换信号和二次爬波信号
如果伤垂直于扫查面,则只能观 察到间距为2.2格的两个信号,且两信号位置分别约位于第5格和第7格
前后移动探头时 伤信号持续范围越大,则伤越深; 从相反的两个方向前后大范围扫查伤区域如果两个方向扫查时伤信号特征基本一致,则意味 着伤很可能垂直于扫查面且伤平面垂直于探头轴线 分别从工件两侧进行扫查,找到伤的纵波端点衍射信号
如果两侧扫查时伤端点衍射信号的 幅度基本相等,且低于参考试块上的信号,则同样意味着伤平面垂直于探头轴线
测量伤的纵 波端点衍射信号和波型转换信号之间的间隔,按照图20计算伤高度
两信号间隔越大,则伤 越深 移动探头,找到纵波端点衍射信号最高峰,此时信号位置与屏幕中间值之间的间隔用来计算伤 距扫查面深度/工件厚度的比值 如条件允许,从其他方向测量伤高度
如果能找到伤根部反射信号,则用伤端点衍射信号与根 部反射信号之间的深度差确认伤高度 双晶同模法 8.1基本原理 双晶同模纵波法或双晶同模横波法基本原理也是利用传播时间或传播声程来测量伤高度,不同的 是此时采用的是双晶纵波或横波探头,该方法最适合于高度超过工件厚度50%的内壁开口伤的测高 此时采用大角度探头进行测量,能获得较高的测量精度,基本方法是移动探头获得伤上端点信号的峰 值,记录下此信号的传播时间或传播声程,计算获得伤上端点距离检测表面的深度,其与工件厚度之间 的差值即为伤高度
当伤朝着远离探头声束方向倾斜时,记录的信号可能不是伤上端点衍射信号,而是 靠近伤上端点的反射信号,此时信号幅度较高且游动范围较大,而且会导致测量的伤高度偏小
这种情 况下,宜采用以下方式进行修正 探头朝着伤方向移动,直到信号达到最高峰并下降3dB,以此时信号传播时间或传播声程计 算伤上端点距离检测表面的深度; 19
GB/T36228一2018 一探头朝着伤方向移动,观察包络线上信号达到最高峰后下降过程中波幅细微上升由于衍射信 号叠加造成波幅增强),以此时的信号传播时间或传播声程计算伤上端点距离检测表面的 深度
8.2检测设备与系统调节 8.2.1探头 8.2.1.1概述 探头的声束会聚深度取决于其设计参数和设计用途
即便是同一厂家制作且标称参数值完全一样 的双晶探头,其声束会聚深度范围也可能存在较大的差异,因此使用双晶探头前,宜在带有不同深度反 射体的试块上进行声束会聚深度范围的测试
8.2.1.2声束角度 采用双晶探头进行伤高度测量,能减少界面反射,解决散射信号干扰和能量下降等问题
双晶探头 根据被检工件厚度范围,分别选择折射角为45",80,70的纵被或横波双晶探 通常用直射波进行检测
头,以及上表面爬波探头
薄工件进行伤高度定量时,由于声波不需要穿透很深,宜选择大折射角的探 头;厚工件进行伤高度定量时,宜减小折射角以增加声波穿透能力
8.2.1.3频率 探头频率通常选择2MHz一5MHz,粗晶材料检测时宜更低
宜选用窄带探头
薄工件进行伤高 度定量时,由于声波不需要穿透很深,宜选择高频率的探头;厚工件进行伤高度定量时,宜降低探头频率 以增加声波穿透能力
近表面伤进行测高时,探头频率宜为4MHHz5MHHz 8.2.1.4晶片 探头为双晶片
根据被检工件厚度进行选择晶片尺寸,探头晶片边长宜为10mm一30mm
8.2.1.5声束会聚深度或声程 根据被检工件厚度或待检测的深度范围选择合适的声束会聚深度或声程
声束会聚深度和声束会 聚声程的换算关系见式(3)
FD=FScosp 式中 FD 声束会聚深度,单位为毫米(mm); Fs 声束会聚声程,单位为毫米(mtm); 探头折射角,单位为度(")
8.2.2仪器 宜使用脉冲反射式超声仪,仪器的工作频率范围在1MHz5MHz
仪器水平线性小于2%
仪 器宜能显示全波检波信号和射频波信号
8.2.3试块 双晶同模法检测时,采用带有一系列不同深度远表面标准切槽如线切割槽,V型槽、U型槽等)的 试块进行系统调节
试块为平板或一段管子,试块材质与被检工件相同或相近,试块厚度与被检工件厚 度相同,试块上切槽上端点的深度以距扫查面3mm进行递增
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GB/36228一2018 8.2.4系统调节 -调节仪器延迟旋钮,使仪器始脉冲位于屏幕左半侧; 移动探头找到距扫查面8 深的切槽上端点信号的最高峰,调节仪器延迟旋钮使该信号位 mm 于仪器屏幕的1格处; 移动探头找到距扫查面15mm深的切槽上端点信号的最高峰,调节仪器扫描范围旋钮使该信 号位于仪器屏幕的5格处; 按照上述步骤调节后,切槽上端点深度与仪器线性对应关系见表5,信号在仪器屏幕上的位置见 图22 表5反射体深度与仪器线性对应关系 切槽上蹦点深度 信号显示位置 3mm 】格 2格 6mm 3格 9mm 12mm 4格 15mm 5格 100 90 80- 70- 0- 50- 40 0- 20 10- 10 仪器屏幕时基线 说明 试块端部信号显示位置; 深反射体信号显示位置 3mm 6mm反射体信号显示位置; 反射体信号显示位置 -9mm -12mm反射体信号显示位置 -15mm反射体信号显示位置
图22双晶同模法调节结果示意图 21
GB/T36228一2018 8.3高度评价方法 应用式(4)计算伤高度
3s h 式中 伤高度,单位为毫米(mm); 工件厚度,单位为毫米(m mm 上端点信号出现在仪器上的格数
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GB/36228一2018 附 录 A 资料性附录 方法的局限性 每种测高方法都有局限性,因此,实际应用中,宜详细了解每种测高方法的有效适用范围,并采用多 种测高方法进行测量,以提高伤高度定量的准确性
图A.1以框图示意的方式给出了3种主要测高方 法所对应的最佳适用性范围
50" 大角度纵波法 E37.5 25 双模法 12.5- 缺陷端点衔射法 25 12.5 37.5 50 壁厚/mm 图A.1各伤定量方法的最佳适用性范围 23
GB/T36228一2018 附 录 B 资料性附录) 伤高度评价流程 B.1伤高度分为上部、中上部中下部、下部四种情况(即四种类型),伤高度评价流程图见图B.1
B.2采用45"横波检测法进行检测,发现伤信号后进行定性
B.3如判定为平面型伤,采用30-70法进行检测,并根据信号特征初步判断伤的扩展区域
B.4根据初步判断的结果,分别按照流程图左侧各种类型平面型伤定量方法的步骤进行高度 测量
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GB/36228一2018 45"横波检测法 发瑰伤信号 30-70法 疑似中上 疑似下部 无全的距信号 疑似上郎 疑似中下 大角度纵波法 有全跨距信号 区域伤 部区域伤 部区域伤 区域伤 疑似中下 存在伤 不存在伤 疑似中上 信号 信号 部伤 部伤 凝似下 高度 多种方 测量 部伤 法确认 传播时间法 传播时间法 传播时间法 存在信号 未见信号 尝试 传播时间法 存在 高度测量 未见 传播时间法 多种方法 借号 信号 中部区域伤 下部区域伤 缺陷很高 中部伤 疑似 高度 很高 传播时间法 多种方法确认 高度 大角度 纵波法 测量 大角度 高度测量 高度测量 纵波法 说明: -70"折射纵波信号; -波形转换信号 二次爬波信号
图B.1伤高度评价流程
无损检测平面型伤高度超声定量导则GB/T36228-2018介绍
一、概述
无损检测是一种非破坏性的检测技术，广泛应用于工业生产中。其中，平面型伤高度超声定量是无损检测中的一种重要技术，在航空、汽车、机械等领域中得到广泛应用。为了规范平面型伤高度超声定量技术的应用，国家标准化管理委员会制定了《无损检测平面型伤高度超声定量导则GB/T36228-2018》标准。
二、标准内容
该标准适用于金属材料、塑料、陶瓷等材料的平面型伤高度超声定量检测。具体包括以下方面：
- 术语和定义
- 适用范围和引用标准
- 基本原理
- 仪器设备要求
- 检验方法
- 结果分析和判定
- 报告编制
三、技术特点
无损检测平面型伤高度超声定量技术的技术特点主要包括以下方面：
- 能够对材料中的平面型伤进行高精度、高灵敏度的检测和定量
- 具有快速、简便等特点，适用于在生产现场进行检测
- 检测结果直观，误差小，可靠性高
- 适用于各种类型的材料，包括金属、塑料、陶瓷等
四、总结
《无损检测平面型伤高度超声定量导则GB/T36228-2018》标准的出台，对于规范平面型伤高度超声定量技术的应用起到了重要的作用。该技术具有高精度、高灵敏度、快速、简便等特点，将在未来的工业生产中发挥越来越重要的作用。
