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德国Krautkramer公司关于DGS曲线图的解说2

2012-11-11 08:50:07 来源：谢文清

图27

17.4 缩短的投影距离（a’）

在E系列斜探头WB...和MWB...的数据页中，您可以发现DGS曲线图带有两种距离刻度，距离刻度a(mm)和b(mm)。
距离a(图28)代表从探头入射点开始的声路，沿声束的声轴线前进直到反射体。
为了确定当量反射体尺寸，通常不需要其他的距离刻度。

图28

图29

鉴于简单定位方法的需要，首先从声路确定投影距离a'，然后据此得到“缩短的投影距离”b(所选择的字母是任意的；例如E系列按文献常用的s代替a，a'代替b)。探头（探头楔块）前沿与不连续性位置在试样表面投影点之间的距离就是缩短的投影距离。
对于任务H3的补充问题：声路a=270mm时，不连续性位置的缩短的投影距离b是多少？
答案：参见图29。下拉一条垂线通过当量反射体尺寸为3mm直径的不连续性直到a=270mm再到缩短的投影距离刻度，结果是：b=170mm。
对于任务H3的补充：
自然，如果从荧屏刻度上不是以声路而是以缩短的投影距离b读出至不连续性的距离，它也可以确定当量反射体尺寸。

图30

17.5 测量声衰减（α）

在超声检测中，材料中的衰减常常扮演次要的角色，即它小至可以忽略（例如用2MHz纵波检测锻件）。但是它并不是可以永远忽略的！

因此在这里所描述的方法是借助DGS曲线图，使得有可能确定声衰减系数α，在大多数情况下，对于超声检测的准确性是足够的了-探头上的反射损失因为很小而可以忽略^*。如果试样的厚度至少等于三倍近场长度，则这种应用是优先近似的。

* 具有“硬保护膜”的探头是不适合的，因为它们的反射损失是不能被忽略的。

17.5.1 垂直声束

被检测材料为两面平行的工件时将产生一个底波序列，工件厚度为“d”（图30）。采取良好的耦合，测量前面两次回波的振幅dB差，表示为△Vg（图31）。
根据大反射体（底面）的距离规律，在曲线图上距离“d”和“2d”的回波之间必然存在一个振幅差△Ve（图32）。如果“d”等于或大于三倍近场长度N（d≥3N！），则△Ve应该总是6dB。近场长度N：见第二节和所述探头的数据页。
由于衰减导致增益变化的计算如下：△Vs=△Vg-△Ve，则衰减系数α由下式获得：α=△Vs/2d

图31

图32

例K：厚度d=300mm的两面平行的钢参考试块。

任务K1：使用直探头B4S-N，D系列，测量衰减。
来自距离300mm的*次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=28dB；
来自距离2x300mm的第二次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=40dB；
确定声衰减系数α！

任务K2：使用直探头B2S-N，D系列，测量声衰减。
来自距离300mm的*次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=30dB；
来自距离2x300mm的第二次底波（2/5荧屏高度）的增益设置=36dB；
确定声衰减系数α！

任务K1答案（图33）：
△Vg=40dB-28dB=12dB
△Ve=6dB
△Vs=12dB-6dB=6dB
α=6dB/600mm=0.01dB/mm 或 10dB/m

图33

任务K2答案（图34）：
△Vg=36dB-30dB=6dB
△Ve=6dB
△Vs=6dB-6dB=0dB
α=0

K2答案的注释：该结果意味着利用给定的方法不能测量出衰减。作为规则，对于实际相关的超声检测，就意味着衰减α可以忽略。

17.5.2 倾斜声束

这里使用两个具有相同折射角β的斜探头（参见第7节）。
斜探头相互正对置于具有平行面的被检测材料工件表面上，把探伤仪开关转换成TR工作状态，一个探头作为发射探头S，另一个探头作为接收探头E，有相继的两个位置E1和E2（图35）。
使*次直通波达到*大（此时接收探头的位置在E1！），调整到一定的参考高度（例如3/5荧屏高度，图36）。记下此时增益V1的dB值和距离S1（应预先精确调整脉冲回波的工作范围）。
现在使第二次直通波达到*大（此时接收探头的位置在E2），借助dB增益控制调节到上述的参考振幅（图37）。

图34

记下所调节增益V2的dB值和距离S2。计算增益差：△Vg=V1-V2（dB）。计算距离差：△S=S2-S1（mm）。根据DGS曲线图（图38）得到距离S1和S2之间的回波振幅差，符合大反射体（曲线∞=底面=直通波）的“距离规律”，这个差值是△Ve。由于衰减造成的增益变化计算如下：△Vs=△Vg-△Ve	图36
图35	图36
图37	图38

则得到声衰减系数的结果是：α=△Vs/2·△S

例L：平行面的钢参考试块

任务L1：使用两个WB45-2，E系列的斜探头测量声衰减。*次直通波的声路S1=200mm，第二次直通波的声路S2=400mm；*次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=42dB，第二次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=51dB。确定衰减系数α！

任务L2：使用两个MWB70-4，E系列的斜探头测量声衰减。*次直通波的声路S1=50mm，第二次直通波的声路S2=100mm；*次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=12dB，第二次直通波（2/5荧屏高度）的增益设置=21dB。确定声衰减系数 α！

任务L1答案（图39）：
△Vg=51dB-42dB=9dB
△Ve=5dB
△Vs=9dB-5dB=4dB
△S=400mm-200mm=200mm
α=4dB/400mm=0.01dB/mm 或 10dB/m

任务L2答案（图40）：
△Vg=21dB-12dB=9dB

图39

△Ve=4dB
△Vs=9dB-4dB=5dB
△S=100mm-50mm=50mm
α=5dB/100mm=0.05dB/mm 或 50dB/m

17.6 考虑衰减的缺陷可探测性

如果衰减α很小以至可以忽略，借助增益余量Vr，根据DGS曲线图（见第14章）可以确定各种距离的缺陷的可探测性（当量反射体尺寸）。

图40

图41

图42

如果存在的衰减不容忽略，则在DGS曲线图中标注的衰减曲线给出衰减影响当量反射体尺寸可识别性的有关信息。必须输入相应的增益△Vs变化，并且由于声衰减，要按这样的公式计算：△Vs=2S·α
不管是已知的还是计算得到的衰减系数α，对于S，任意选择距离值S1到S6（图41）。在Vr线（理想的缺陷探测线）上相应的距离处输入对应的△Vs值（△V_s1...△V_s6）。声衰减曲线K将从当量反射体尺寸范围分割出可辨识的当量反射体尺寸范围（K曲线上方）和不可辨识的当量反射体尺寸范围（K曲线下方）。

例M：
探伤仪：USL32
探头：MWB70-4，E系列
声衰减系数α：0.06dB/mm

任务M1：一个当量反射体尺寸D_f=1mm，声轴线上距离a=100mm的不连续性还能够被清楚地探测到吗？

任务M2：一个当量反射体尺寸D_f=1mm，缩短投影距离b=300mm的不连续性还能够被清楚地探测到吗？

任务M1答案（图42）：
可以，因为在距离a=100mm处作垂线与当量反射体尺寸D_f=1mm的曲线交点清楚地位于α=0.06dB/mm的衰减曲线的上方范围。

任务M2答案（图43）：
不可以，因为在缩短投影距离b=300mm处作垂线与当量反射体尺寸D_f=1mm的曲线交点清楚地位于 α=0.06dB/mm的衰减曲线的下方范围。

17.7 考虑衰减的当量反射体尺寸的确定

在确定当量反射体尺寸的时候，考虑衰减影响的*可靠的方法是首先确定不考虑衰减时的当量反射体尺寸D_f1（见17.3节）。然后确定底面回波振幅因为衰减而减少的值，作为V_a2。再计算不连续性因为衰减造

图44

图43

成的回波振幅的减少，作为V_a1。比较底面回波和不连续性回波之间由于衰减作用导致的虚假值是：△V_a=V_a2-V_a1
确定的当量反射体尺寸D_f1是不正确的，因为至今尚未考虑衰减的影响。正确的当量反射体尺寸应该是从D_f1点作垂线下降（△V_a＞0）或上升（△V_a＜0）。

例N：

任务N1：直径200mm，长250mm的铸钢试样。
2MHz纵波时的声衰减系数α=0.02dB/mm。
试验用探头为B2S-N，D系列。
来自250mm的底面回波（2/5荧屏高度）增益设置=42dB。
不连续性的界面回波位置在深度100mm，回波振幅（2/5荧屏高度）的增益设置=62dB。
该不连续性的当量反射体尺寸是多少？

任务N1的答案（图45）：
△Vg=62dB-42dB=20dB
因为没有考虑衰减，该不连续性不正确的当量反射体尺寸D_f1=3mm；
衰减修正：
根据Va=2α·S，钢铸件底面回波得到：
V_a2=2x0.02dB/mmx250mm=10dB；
深度100mm处的不连续性：
V_a1=2x0.02dB/mmx100mm=4dB；
则：△Va=10dB-4dB=6dB
衰减修正△Va导致实际当量反射体尺寸D_f2=约2mm

任务N2：试验对象是厚度25mm的焊缝。
4MHz横波时的声衰减系数α=0.06dB/mm。
试验用探头为MWB70-4，E系列。
来自参考试块K2的R=25mm圆柱面回波（2/5荧屏高度）的增益设置=18dB；圆柱表面回波振幅修正值△V_K2,R25=2dB（根据第17.3节H3）。
于是：来自25mm声路的底面回波增益设置=20dB（圆柱表面回波修正后）。
不连续性回波位于声路150mm处，不连续性回波（2/5荧屏高度）的增益设置=62dB。
该不连续性的当量反射体尺寸是多少？

任务N2的答案（图46）：
△Vg=62dB-20dB=42dB
因为没有考虑衰减，该不连续性不正确的当量反射

图45

图46

体尺寸D_f1=1.3mm；
衰减修正：
根据Va=2 α·S，来自参考试块K2的声路25mm的底面回波得到：V_a2=2x0.06dB/mmx25mm=3dB；声路150mm处的不连续性：V_a1=2x0.06dB/mmx150mm=18dB；则：△Va=3dB-18dB=-15dB。声衰减修正△Va导致实际当量反射体尺寸D_f2=3mm。
N2答案的注释：
负数的△Va意味着对D_f1的向上提升修正，因为衰减导致D_f1表现太小。

17.8 借助DGS曲线图的传输修正

图47	DGS曲线图的所有应用都是基于两个回波振幅的比较。曲线图仅仅是给出“大反射体”和“圆片反射体”的距离规律。如果有明显的材料衰减，则如所说明的，必须考虑附加量。现在的问题是还有没有其他未考虑的影响存在能够明显地降低结果。试样的表面特性有可能存在值得注意的影响，因为探头与试样的耦合质量与其相关。
	图48	如果是在相同耦合状态下进行回波比较（例如来自相同试样的底面回波和缺陷回波，图47A），则参考回波与评估回波的表面影响是相同的并因此对测量不会有任何影响。但是，如果底面回波来自具有光滑平坦的表面（图47B，图48D），而缺陷回波来自具有粗糙平表面的试样（图47C，图48E），则缺陷回波将由于耦合损失变得很小，导致比较得到的结果不正确。如果试样的表面粗糙并且还存在曲面(图48F)，则缺陷回波将会小很多，使得比较的结果完全无用。如果仍然希望或者必须从具有不同表面质量的参考试块和试样进行比较，则需要尽可能精确地测量耦合差。在从大多数情况下具有理想的表面质量的试块过渡到大多数情况下低于理想表面质量的试样上时，必须考虑耦合差异（传输修正）。 17.8.1 垂直波束的传输修正

图49

由于底面回波可以来自试样，因此通常可以是不需要的。即便底面粗糙，也不会对波峰至波谷高度未达到波长数量级的回波振幅产生显著影响。如果试样的孔径大于所用探头近场长度大约3.7倍，则整个圆柱试样（图49A）可以与平底面试样进行比较-即把曲面底面看作是一个纯正的“大反射体”（同样使用非圆底面的探头！）。但是，如果把钻制的圆柱形试样内孔作为参考反射体（图49B和C），则钻孔回波不能用作当量的底面回波。利用钻孔的回波增益设置将会太高。
在这种情况下，要从诺模图（图50）获得利用钻孔时的增益dB减少值。
诺模图提供的近似值在试验频率2~4MHz时能得到良好的结果。

例O：
探头：B2S-N，D系列
试样：200mm直径的钢圆柱体

任务O1：利用直径100mm的中心钻孔作为当量反射体。借助该钻孔回波设置增益应减少多少dB？

任务O2：利用直径50mm的中心钻孔作为当量反射体。借助该钻孔回波设置增益应减少

图50

多少dB？

任务O1答案（图51）：
增益应减少3dB！
注：实际上，增益应减少2dB，还要考虑不连续性评定的余量1dB！±1dB作为再现性的允差，它只能在非常有利的条件下达到。

任务O2答案（图52）：
增益应减少6.5dB！
注：实际上，增益应减少6dB，在任何情况下0.5dB的偏差是可以忽略的！

图51

图52

17.8.2 倾斜波束的传输修正

除了底面回波来自具有理想平滑表面的试样和参考试块（图53）时是例外，在使用斜探头时通常这是必须的。
在大多数情况下，使用斜探头WB...-2或MWB...-2利用参考试块1（K1）的圆柱表面（象限）回波作为参考回波。
在使用斜探头MWB...-4时利用参考试块2（K2）的25mm圆柱表面（象限）回波作为参考回波。
如果要计算传输修正，则应做何考虑呢？

1）作为试样上丢失回波的置换，首先利用由选定的两个试验斜探头产生的直通波（图54）（TR工作状态

图53

图54

以减少干扰）

2）使用相同的探头，利用来自参考试块K1平躺位置的直通波进行底面回波比较（图55）。

3）两种直通回波的振幅差为Vg，回波距离Sp和Sk（预先校验声路）。

4）如果没有衰减影响和试样与参考试块具有相同的表面质量，则测量值Vg必定相应于DGS曲线图上的Ve值（图56）。

5）如果没有衰减影响，但是测量值Vg大于DGS曲线图上的Ve值，则只能是由于试样与参考试块的表面质量差异。

图55

图56

图57

6）传输修正值应为：V_T=Vg-Ve

7）如果有衰减影响，则对直通回波有附加影响。不过在2MHz情况下参考试块K1和K2的衰减非常小以至可以忽略。在这种情况下只有试样中的衰减起作用。
衰减曲线表明试样直通回波因为衰减而减少多少dB（图57）。这个数量是Va。带有衰减曲线的DGS曲线图也表明，无论Va值是在现有情况下（通过试样的声路Sp小于通过参考试块K1的声路Sk），还是振幅差异增大（通过试样的声路Sp大于通过参考试块K1的声路Sk），由于距离规律和衰减

造成的回波振幅差异为Vz。则有：Vz=Ve-Va（Sk＞Sp）；Vz=Ve+Va（Sk＜Sp）。

8）传输修正值则为：V_T=Vg-Vz

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