不同K值下各种人工反射体的回波比较

　　采用K值(K=tgB,B为折射角)不同的超声波探头对试块中的人工缺陷进行检测时,同一缺陷所产生的回波幅值是不一样的。本实验的目的是比较3种不同K值的探头检测人工缺陷的灵敏度,以及随着缺陷深度的增加,不同K值探头缺陷回波的衰减情况,为实际检测工作选择探头提供数据支持。

　　该实验选择K值为110,115,210且晶片尺寸与频率均相同的3个探头;使用的试块为CSK-IIIA(

1X6短横孔)、RB-III(

3X40长横孔)、H501,H502,H503(一系列不同深度的切槽)。

　　1 实验结果及分析

　　1.1 3种K值的探头对不同深度

1X6的人工反射体产生的反射回波的比较

　　1)3种不同的探头在CSK-IIIA型试块中所测量的数据曲线(如图1所示)。由图1中的曲线可以看出随着深度的增加,K2探头的回波衰减速度最快,K115探头次之,衰减最慢的是K1探头。可以这样解释此现象:对于同一深度的缺陷,K值越大,波传播所走过的声程越大,波的衰减也就越高。所以在实际检测中,对于比较厚的工件一般使用K值较小的探头,以减少声程过大引起的衰减,以免选择扫查灵敏度时,大K值探头距离波幅曲线过于倾斜,不能用一个扫查灵敏度一次检测完工件,必须分段设置灵敏度进行检测。

　　2)在图1中还可以看到K1探头的曲线有一个尖点,即回波dB值在这一点之前下降速度较为缓慢。并且以后基本保持这个速度。K=115探头曲线也出现了类似的情况,所不同的是尖点位置更加靠前一些。到了K2探头几乎看不到这种现象的发生。出现这种现象的原因是①超声波探头存在着一定的近场区(近场区的长度N=Fs-COSβ/πλsCOSα,Fs为晶片面积,Ks为第二介质中横波波长,α为入射角度)。在近场区内,处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低,而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高;②由上面公式可以看出,K1、K115探头的距离波幅曲线存在尖点是因为K值越大,近场区长度越小,所以由曲线可估计出K1近场区大概在钢中深度显示在40mm处,K115大概在30mm处,而K2更小。在近场区内反射波幅与缺陷深度不是一个单调的函数,而有多重对应关系。就是较小缺陷深度的反射波幅未必比较大缺陷深度的反射波幅高,这样容易引起混乱。从以上分析可以看出,在对工件进行检测时,应该尽量避免在近场区内定量探伤。

　　1.2 3种K值的探头对不同深度

3X40的人工反射体产生的反射回波的比较

　　1)3种探头在RB-III型试块中测量所取得的数据曲线(如图2所示)。由于RB-III型试块中人工缺陷(

3X40)要比CSK-IIIA型试块(

1X6)的大,因此在相同深度下,缺陷的回波dB值就要比CSK-IIIA型的高,这说明较大的缺陷更容易被发现。