超声探伤中的曲率深度修正作图法及应用

　　超声波斜射波探伤中,缺陷的深度定位(d)是根据声程(S)和折射角度(β)确定的(d=S·cosβ)。但应用在曲率工件中周向探伤时此公式将不再适用,随着曲率的增大根据此公式计算出的d值与实际深度误差将越来越大。需要一个更精确的公式对深度进行修正,制作一张曲率深度修正曲线图表将会给工作带来极大的方便。

　　1　深度定位意义及原理

　　超声波检测缺陷时,当有缺陷回波在仪器上出现时,可以读出该缺陷的深度及前沿值。从而实现对缺陷的精确定位以便缺陷性质的分析、缺陷的返修和促进工艺方案的改进。但要知道该值是否和实际深度相符合,需弄清楚仪器中显示的深度值的由来。

　　以数字型超声探伤仪为例。在校准时测出探头K值、声速和探头前沿及延时后,探伤过程中仪器只接受到一种信号即缺陷反射波。该信号中包含两个信息,波幅和传播时间(Δt)。仪器仅根据这两个信息并结合校准时测出的K值和声速(v),通过简单的几何计算即得出缺陷深度和前沿值。计算原理如图1所示。

　　先根据声速(v)和传播时间(Δt)计算出探测波往返声程2S=v·Δt,再根据已知K(β)值计算出缺陷深度值H= S·cosβ。这种方式适合探测面是平面的情况,对于曲面工件其深度是径向深度,而上述公式中的H为垂直深度。由此导致曲面工件探伤时深度显示值的不准确,需要进一步修正。

　　2　经典曲率深度修正公式

　　以外圆周向检测为例,沿曲面工件周向扫查时,缺陷径向深度定位情况如图2所示:

　　由公式(1)可见,不同的工件半径和不同的K值都会对实际缺陷的深度显示值有影响。计算过程相对复杂,无法简捷快速换算出实际深度。希望能用作图法做出d-H修正曲线,从图中直接读出d所对应的H值。但是该函数并不是基本初等函数,不易直接绘制出d-H曲线。于是将此函数"分解"为常见基本初等函数。

　　3　公式的进一步推导

　　两个幂函数均易绘制出来。分别绘制出①和②对应的曲线,先根据d值在①所生成的曲线中读出X值,再根据该X值在②所生成的曲线中读出H值,即为真实深度值。

　　4　曲率深度修正曲线绘制

　　由于K=1即折射角β=45°,由图2可知d≤R/2。所以只做出d≤R/2的部分,采用计算机绘出图3、图4。

　　同样可以根据实际需要在其中绘制出R≥200mm的曲线,其他K值曲线绘制原理同上。

　　5　曲率深度修正图的应用

　　一400×50mm管道对接环缝,沿周向扫查发现40mm深处有线性显示。根据图3读出d =40对应的X=3500,然后根据图4读出X=3500对应的H=35.5mm,与理论计算值的35.08mm相比误差小于0.5mm,足以满足压力容器和锅炉类大型设备生产的一般需求。表1为400圆柱工件周向探测深度修正理论值及图表值对比。