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火眼金睛分辨超声检测中的真假李逵缺陷波
发布:kittyll   时间:2015/10/27 17:19:10   阅读:1272 
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在实际进行超声检测的过程中,总会遇到一些“雌雄难辨”的波形,无法判断是否真正是缺陷波,下面就如何区分假缺陷波(幻象波)谈一下个人的看法。
 

脉冲超声波检测中有两个专业术语——重复频率和工作频率。脉冲超声波的重复频率即每秒发射超声脉冲波的次数,又叫脉冲频率或者扫描频率。设脉冲周期为τ,则重复频率f=1/τ。脉冲超声波的工作频率即脉冲包络线内超声波的频率,这是就是大家所熟知的公称频率,具体数值为5MHz、2.5MHz 等。
 
在检测过程中为什么需要有重复频率这一指标呢?
 
脉冲波具有持续时间短、间隔时间长的特性;但我们在实际检测时需要连续不断的脉冲波。这是因为检测期间内,探头在不停地运动,重复发来的脉冲波要保证声束能扫查到所检工件的全部表面。有资料认为:当f低于40Hz时,不利于实时扫查,为了使缺陷更容易检出,必须使使荧光屏保持有一定亮度。脉冲频率所以叫“重复频率”,是因为前后两个脉冲时间间隔近似为τ,但它们在荧光屏上的位置却是重复的、重合的,所以重复频率越高,荧光屏亮度也越高。荧光屏亮度低,不利于观察。根据人眼的视觉暂留和荧光屏的荧光暂留现象,一般认为:要求产生稳定图像最少的重复频率f为20Hz。
 
对重复频率的具体要求
 
然而重复频率并非越高越好。重复频率高,会使荧光屏整个背景亮度高,甚至会有幻象闪烁,且还可能会导致不同脉冲信号间相互干扰。另外,重复频率高,仪器的功耗大,一般认为f不大于500Hz 为宜。
 

超声检测仪操作误区——假缺陷波(幻象波)
 
用直探头检测轴类工件有时候会碰到一个奇怪的现象,检测时找到一个底波前清晰稳定的缺陷波,评估时发现,这个缺陷波在不同位置都有,不管是探头轴向移动还是周向移动,缺陷波都存在且距离固定。但是换个不同频率探头却发现,这个遍布轴全身的“大缺陷”找不到了。这个波很有可能就是假缺陷波(幻象波),也称幽灵波或鬼波。
 
假缺陷波识别大法
 
1)把探头放在工件有疑似幻象波的位置,降低超声检测仪的重复频率,当降低到一定值时,这个波突然消失,便可判断这个波为幻象波。有些型号的仪器没有专门的按键调节重复频率,一般此类仪器的重复频率与深度范围是联动控制的,可增加检测范围,到一定值时,幻象波也会突然消失。
 
2)手指沾油后按压探头对应的底波位置,如果看到底波随手指的按压出现跳动,而缺陷波也发生大的跳动,可判定为幻象波,手指吸收的是到达底波位置的超声波能量,不应影响到缺陷波幅的高低。相应位置涂黄油或浸入液体当中,也可以发现幻象波会大幅降低甚至消失。
 
3)周向移动探头,发现缺陷波一直处于同一深度,且清晰稳定只会轻微抖动。实际工件的缺陷很少出现这种规则的大面积缺陷,也可以据此判别幻象波的存在。
 
4)工作时间变长,仪器发热或环境稳定变化时,幻象波有时也会突然消失。因为超声检测仪的重复频率会随各晶体管元器件的温度变化而调整。
 
超声检测仪出现假缺陷波的原理
 
超声检测幻象波不是缺陷波,也不是变形波,而是一种由于材质及设备等综合因素造成的非缺陷波,不管是在进口的还是国产的各品牌超声波探伤仪上都可能出现。幻象波的产生主要是由于超声检测仪同步电路中同步脉冲的重复频率过高,它决定了发射脉冲的重复频率,即单位时间内向被检测工件发射超声脉冲的次数。如果重复频率较高,探伤时所调的灵敏度也很高,会使没有被充分衰减的多次反射信号落入下一扫描周期内,即产生幻象波。幻象波的产生与材质种类有很大关系。由于d≤λ(d为晶粒直径,λ为波长)时,散射衰减是与晶粒直径的3 次方成正比,当材料具有良好的透声性,如果在下一单元扫描开始之前,多次反射回波尚未完全衰减,则容易产生幻象波。幻象波的由来教材上原话是“第一个同步脉冲未消失,第二个同步脉冲又开始扫描,这样在示波屏上就会显示幻象波”。作者个人的理解是:其实幻象波就是上次扫描发射的声波未衰减完全进入了下一个发射-接收周期。看到这,作者当时又有一个疑问:既然幻象波是这次未衰减完全的声波进入了下个脉冲周期,那么声波要进入下个脉冲周期走过的声程肯定是要大于底波,但是示波屏上显示的幻象波声程却在一次底波之前。这个问题困扰了我好久,这就产生了一个矛盾:理论中幻象波的声程大于底波,实际示波屏显示幻象波声程小于底波声程。理论中幻象波的声程大于底波,实际上示波屏上显示的幻象波声程并不是实际声程,是仪器摒弃掉了第一个脉冲周期后自动进入到第二个脉冲周期计算的声程,大多数情况下,第一个脉冲期内的声波已经完全衰减完毕,但特殊情况下,如工件晶粒均匀,对声波衰减小,会有未衰减完全的声波进入到第二个脉冲周期。这种情况如下图所示:
 

如上图所示:脉冲重复频率升高则由t=1/f可知脉冲周期t缩短,即第二周期蓝框向左移动,因第一周期内未衰减完底波因位置固定,蓝框左移相当于未衰减完底波和第二脉冲周期始波位置增大,即显示为脉冲重复频率增大,幻象波在屏幕上右移。我们假设超声检测仪可连续调节脉冲重复频率,使第二周期蓝框持续向左移动,则幻象波会持续在屏幕上右移。当移动蓝框使第二周期始波和未衰减完底波的上一次底波重合,则显示幻象波在屏幕上和第一次底波重合,第一次底波回波声压增大,波幅变高。继续增高脉冲重复频率,蓝框继续向左移动,未衰减完底波的上一次底波会出现第二脉冲周期始波右侧,显示为屏幕上幻象波声程突然出现。
 
总结:判断幻象波快招

屏幕上出现幻象波,增高脉冲重复频率,幻象波在屏幕上右移,直到和底波重合,继续增大脉冲重复频率,则幻象波在始波侧再次出现。

来源:材料与测试
作者:银河之望
 
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