摘 要:近几年数字式超声波探伤仪得到越来越广泛的应用,而对比实验室条件下数字式超声波探伤仪与老式探伤仪的性能测试方法,有许多不同之处。本文以HS600型数字式超声波探伤仪为例,对两类探伤仪主要性能做了比较估测。
为了适应超声检测设备的更新换代,实验教学中采用了数字式超声波探伤仪,教学过程中我们发现原来适用于老式探伤仪的实验室性能测试方法需要改进,甚至需要完全更新[1]。经过实验教学过程中的不断摸索、总结,现对数字式超声波探伤仪的主要性能与模拟设备相对比加以说明。测试中采用HS600型超声波探伤仪、2·5P20Z探头。
1 数字技术方面的主要性能
1. 1 扫描速度
对模拟超声波探伤仪通常用1: n的形式来表示扫描速度,在HS600型等数字式超声波探伤仪上,扫描速度可以用确认键两边的左右箭头实现连续调节,并可以直接从闸门功能键的范围子菜单下读出来,例如图1所示,此时界面的扫描速度为1. 52mm/Div。如果套用模拟设备扫描速度的表示方法,数字式超声波探伤仪的扫描速度永远是1: 1。
1. 2 采样频率
图2为波行测量的示意图,图中所示1-5表示不同取样时间下的波幅,两相邻波幅之间的时间差即为一个采样周期,通过平移法计算出采样周期T,再利用公式f=1/T计算出采样频率即可。
而在数字式超声波探伤仪中,我们可以获得一个反射波的压缩图形如图1所示,但要注意的是这只是一个压缩图形,以HS600型等数字式超声波探伤仪为例,它的压缩比例最大为30: 1(如图1),则在图1中相邻两波幅时间差为30倍的取样周期T。
2 仪器的主要性能[2]
2. 1 水平线性
指仪器荧光屏上时间基线的水平刻度值与实际声程成正比的程度,水平线性的好坏会影响缺陷定位,标称值。(老式模拟设备要求为2% )首先仪器调教,选择CSK1A试块的大平底面(A处)为测量面,屏幕上恰好出现5次底波,用闸门分别套取各次底波,记录每个底波对应声程的读数,此为各次底波的测量声程,与相应的实际声程对比得差值记作ai(i取1到5) ,其中
2. 2 垂直线性
指仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度,垂直线性的好坏影响缺陷定量的精度,标称值≤3%。(老式模拟设备要求为≤5% )。
选择CSK1A试块,找到一次反射回波,调增益值使其达满屏高度,然后逐次衰减2dB,用闸门套取相应反射波,从屏幕右侧读取实测相对波高值,理想相对波高可以根据公式直接计算,如表1中数据。
由表中数据,可得D=( |d1|+|d2|)% =(0+2. 7)% =2. 7%
2. 3 动态范围
指反射信号波高从垂直极限(满屏但不饱和)衰减到1mm高时所需的衰减量。亦即仪器荧光屏容纳信号的能力,标准值为≥30dB(老式模拟设备要求为≥26dB)。
将探头以B面为测量面,找到一次反射底波,调增益值使其达满幅高度,记下此时的增益值为N1,再降低增益数值使波高降至1毫米,记下此时的增益值N2,则动态范围Δ=N1-N2=44. 3-7. 3=37dB
3 仪器与探头的主要综合性能
3. 1 盲区
从探测面到能发现信号的最小距离。盲区以内的缺陷不能被发现。数字型仪器一般能达到小于5mm (老式模拟设备要求为不大于7mm),采用CSK1A试块估算探伤仪的盲区,探头放在图2中的D、E处观察。两种仪器盲区的估算方法相同,不再赘述。
3. 2 分辨力
在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力。
将探头对准图2中的C点,在荧光屏上会得到100、91、85三处底波,调增益值使个91、85俩波高等高且在满屏的30%到40%之间,对HS600型探伤仪,波形如图2所示,读出此时的增益值 记录为,之后增加增益值,使91、85俩波的波谷高为刚才两波波峰的高度,读出此时的增益值N2,则此设备的分辨力N为:N=N2-N1=34dB
3. 3 灵敏度余量
指仪器与探头组合后,从一个规定测距孔径(一般采用深2002平底孔试块)的人工试块上获得规定波高时,仪器所保留的dB数。标准值≥60dB。
老式设备增益分成几档,调至最大的档位,反射强度调到最强,然后测量。对HS600数字仪,因为是增益型的(它的最大增益值是110dB),连接好探头后,调增益值观察噪声波高,再调增益值使噪声波高达到10%,记录此时的增益值N1,之后将探头放到2002平底孔试块的测量面上,调增益值使平底孔回波达满幅度的80%,记录此时增益值N2,则灵敏度余量Δ=N1-N2=90.3-26.4=63.9dB
4 结论
(1)通过以上性能的测试过程,可以知道数字式超声波探伤仪的参数测定更便捷,老式设备有些数据为估读,数字型探伤仪的计算数据皆为直接读数即可。
(2)数字型超声波探伤仪的各项参数比照老式模拟机都有所提高,可以说他的性能明显优于老式机器,对缺陷的定位定量更准确。
(3)测试所用HS600型数字式超声波探伤仪满足JJG746-2004《超声波探伤仪鉴定规程》的要求。
参考文献:
[1] 郑中兴.材料无损检测与安全评估.北京:中国石标准出版社, 2004.
[2] 超声波探伤[J].劳动人事出版社, 1988.
