0 引 言
在实际探伤中为了确定工件中缺陷的大小,特别是点状缺陷的大小,用当量缺陷法是一种行之有效的方法。
在一定意义上来说用不同大小的球孔来做起始灵敏度更具有实际的代表性,因为不论平底孔、长横孔都是理想状态,与实际缺陷形状相差较大,而球孔形状非常接近于气孔,所以求出缺陷对于球孔的当量值比较近似地表示气孔的实际大小。这对探伤人员来说在实践经验的基础上再加上理论的指导,使缺陷的定量就更趋于准确。
1 不同孔径的球孔相差的分贝值
下面以孔径为d0·5, d1, d2, d3, d4, d5,d6, d7, d8, d9, d10的球孔为标准反射体,讨论它们之间反射声压相差分贝值。
所以有pd1=pd1/4s; pd2=pd2/4s; pd=pd/4s; pd2/pd1=d2/d1;
式中:
pd—球孔垂直反回声压;
p—离声源s处的声束轴线上的声压;
d—球孔直径(mm);
s—声程(mm)
取对数得:
由式(1)表明,对于远声场中同声程不同孔径的球孔其反射声压按20lg规律变化,即孔径增加一倍,反射声压相差6dB(即20lg(d2/d1)=20lg2=6dB)。
将孔径不同的球孔代入(1)式,得出它们之间的dB差值为
Kd(dB)/1-0·5=20lg(d1/d0·5)=6dB
Kd(dB)/2-1=20lg(d2/d1)=6dB
Kd(dB)/3-2=20lg(d3/d2)=3·5dB
Kd(dB)/4-3=20lg(d4/d3)=2·5dB
Kd(dB)/5-4=20lg(d4/d3)=2dB
Kd(dB)/6-5=20lg(d5/d4)=1·5dB
Kd(dB)/7-6=20lg(d6/d5)=1·5dB
Kd(dB)/8-7=20lg(d7/d6)=1dB
Kd(dB)/9-8=20lg(d8/d7)=1dB
Kd(dB)/10-9=20lg(d9/d8)=1dB
d=0·5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10相邻孔径相差dB值见表1所示。
2 用球孔作起始灵敏度定缺陷当量的方法
2·1 球孔与大平底B在同声程不同孔径dB差值
球孔在远声场中的反射声压为:
pd=pd/4s
大平底的反射声压为:
pB=p/2
两者声压之比为
pB/pd=p/2pd/4s=2s/d
取对数得:
由式(2)可求出以d0·5, d1, d2, d3, d4,d5, d6, d7, d8, d9, d10…任意球孔dx与大平底的dB差值公式如表2。
2·2 用球孔d作起始灵敏度求缺陷当量应用实例
若用2·5p20探头对厚度为s=285mm锻钢件进行探伤时用d2球孔作起始灵敏度需要在仪器上提高多少dB?在这一灵敏度下,发现s1=160mm处有一缺陷波,经衰减18dB后,该缺陷波为人为标准高度,试求该缺陷相当于多大的球孔dx?
首先求出d2球孔在s=280mm处为起始灵敏度,仪器提高的dB值由表2可知, KB/d2(dB)=20lgs=2dg280=49dB
已知dx球孔在s1=160mm处与d2球孔在s=280mm处的声压差为18dB,即:
Kdx/d2(dB)= 20lgpdx/pd2= 20lg〔p0(Adx/4λs21)/p0(Ad2/4λs2)〕=20lg(s2dx/s21d2)=40lgs/s1+20lgdx/d2=18dB
所以20lgdx=18dB+6dB-40lg(280/160)=14·24dB
则dx=5(mm)
即以d2球孔为起始灵敏度需要在仪器上提高49dB,在s1=160mm的缺陷相当于d5mm球孔当量。
式中 p0—声波离声源s=0处的初始声压;
A—晶片面积 mm2;
λ—波长(mm)
2·3 探伤分析
针对上述实例用超声波探伤方法进行缺陷的实际探伤。
选用A型脉冲反射式CTS-26型超声波探伤仪2·5p20直探头。因所探工件厚度较厚,从工件相对压力面进行两次探伤,所以用金属声程等于或大于二分之一厚度的参考试块,调整探伤灵敏度。被探伤工件如图1所示。
用当量法和半波高度法对上述工件的缺陷进行分析,并用射线探伤进行了对比分析,此缺陷为气孔直径大约在5·1mm左右
对上述实例用理论计算和实际探伤两种方法进行了对比分析,从中可以看出用理论分析和实际探测两种方法得出结论是非常接近的。
3 有关问题的说明
实际探伤中发现某一缺陷波,它所反射的声压值,只能人为地去与某一标准球孔相比较,而决不是说这个缺陷的实际尺寸就是这样大,而它只能说相当于n的球孔。所谓当量缺陷大小乃是相当于标准反射体的尺寸的大小,而并非缺陷的实际尺寸的大小。
4 结 论
当量缺陷的理论分析求解为实际缺陷的定量分析提供了可靠的依据。在远声场中,球孔为点状缺陷的代表,在实际探伤时,工件中的气孔就是按球孔规律变化。由于球孔试样制造过程中机械加工的工艺是困难的。所以以上的理论推导及其运算结果具有很重要的实际价值。
参考文献:
[1] 孙宗.无损检测应用数学[M].无锡:无锡紫油机厂, 1985.
[2] 超声波探伤.锅炉压力容器安全[J]. 1995.
本文作者：林景凡 郝光香 陈亚娟
