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    超聲波探傷中影響缺陷定量的4種因素
      發布日期:2013-7-29 8:14:30   點擊次數:1390 錄入:無損探傷|長沙宏特電子科技有限公司
      1、耦合與衰減的影響

      (1)耦合的影響:超聲波探傷儀探傷中,耦合劑的聲阻抗和耦合層厚嚏對回波高有較大的影響。

      由(1.37)式可知,當耦合層厚度等于半波長的整數倍時,聲強透射率與耦合劑性質無關。

      當耦合層厚度等于λ2/4的奇數倍,聲阻抗為兩側介質聲阻抗的幾何平均值(Z2=√Z1Z3)時,超聲波全透射。因此,實際探傷中耦合劑的聲阻抗.對探頭施加的壓力大小部會影響缺陷回波高度,進而影響缺陷定量。

      此外,當探頭與調靈敏度用的試塊和被探工件表面耦合狀態不同時,而又沒有進行恰當的補償,也會使定量誤差增加,精度下降。

      (2)衰減的影響:實際工件是存在介質衰減的,由介質衰減引起的分貝差△1=2αχ可知,當衰減系數a較大或距離χ較大時,由此引起的衰減△也較大。這時如果仍不考慮介質衰減的影響,那么定量精度勢必受到影響。因此在探傷晶粒較粗大和大型工件時,直測定材質的衰減系數a,并在定量計算時考慮介質衰減的影響.以便減少定量誤差。

      2、儀器及探頭性能的影響

      儀器和探頭性能的優劣,對缺陷定量精度影響很大。儀器的垂直線性、衰減器精度、頻率、探頭形式、晶片尺寸、折射角大小等都直接影響回波高度。因此,在探傷時,除了要選擇垂直線性好、衰減器精度高的儀器外,還要注意頻率、探頭形式、晶片尺寸和折射角的選擇。

      (1)衰減器精度和垂直線性的影響:A型脈沖反射式超聲波探傷儀 是根據相對波高來對缺陷定量的。而相對波高常常用衰減器來度量。因此衰減器精度直接影響缺陷定量,衰減器精度低定量誤差大。

      (2)頻率的影響:由此可知,超聲波頻率f對于大平底與平底孔回波高度的分貝差△Bf,有直接影響。f增加,△Bf減少.f減少!鰾f增加。因此在實際探傷中,頻率f偏差不僅影響利用底波調節靈敏度,而且影響用當量計算法對缺陷定量。

      當采用面板曲線圖對缺陷定量時,儀器的垂直線性好壞將會影響缺陷定量精度。垂直線性差,定量誤差大。

      (3)探頭形式和晶片尺寸的影響:不同部位不同方向的缺陷,應采用不同形式的探頭。如鍛件、鋼板中的缺陷大多平行于探測面,宜采用縱波直探頭。焊縫中危險性大的缺陷大多垂直于探測面,宜采用橫波探頭。對于工件表面缺陷,宜采用表面波探頭。對于近表面缺陷,宜采用分割式雙晶探頭。這樣定量誤差小。

      晶片尺寸影響近場區長度和波束指向性,因此對定量也有一定的影響。

      (4)探頭K值的影響:超聲波傾斜入射時。聲壓往復透射率與入射角有關。對于橫波K值斜探頭而言,不同K值的探頭的靈敏度不同。因此探頭K值的偏差也會影響缺陷定量。特別是橫波檢測平板對接焊縫根部未焊透等缺陷時.不同K值探頭探測同一根部缺陷,其回波高相差較大,當K=0.7~1.5(βs=35°~55°)時,回波較高,當K=1.5~2.0(βs=55°~63°)時,回波很低,容易引起漏檢。

      3、缺陷的影響

      (1)缺陷形狀的影響:試件中實際缺陷的形狀是多種多樣的,缺陷的形狀對其回波波高有很大影響。平面形缺陷波高與缺陷面積成正比。與波長的平方和距離的平方成反比;球形缺陷波高與缺陷直徑成正比,與波長的一次方和距離的平方成反比;長圓柱形缺陷波高與缺陷直徑的l/2次方成正比.與波長的一次方和距離的3/2次方成反比。

      對于各種形狀的點狀缺陷,當尺寸很小時,缺陷形狀對波高的影響就變得很小。當點狀缺陷直徑遠小于波長時,缺陷波高正比于缺陷平均直徑的三次方.即隨缺陷大小的變化十分急劇。缺陷變小時,波高急劇下降,很容易下降到探傷儀不能發現的程度。

      (2)缺陷波的指向性:缺陷波高與缺陷波的指向性有關,缺陷波的指向性與缺陷大小有關,而且差別較大。

      垂直入射于圓平面形缺陷時.當缺陷直徑為波長的2~3倍以上是,具有較好的指向性,缺陷回波較高。當缺陷直徑低于上述值時,缺陷波指向性變壞,缺陷回波降低。

      當缺陷直徑大于波長的3倍時,不論是垂直入射還是傾斜入射,都_可把缺陷對聲波的反射看成是鏡面反射。當缺陷直徑小于波長的3倍時,缺陷反射不能看成鏡面反射,這時缺陷波能量呈球形分布。垂直入射和傾斜入射都有大致相同的反射指向性。表面光滑與否,對反射波指向性已無影響。因此,探傷時傾斜入射也可能發現這種缺陷。

      (3)缺陷方位的影響:前面談到的情況都是假定超聲波入射方向與缺陷表面是垂直的,但實際缺陷表面相對于超聲波入射方向往往不垂直。因此對缺陷尺寸估計偏小的可能性很大。

      聲波垂直缺陷表面時缺陷波最高。當有傾角時,缺陷波高隨入射角的增大而急劇下降。聲波垂直入射時,回波波高為l,當聲波入射角為2.5°時,波幅下降到1/lO,傾斜12時,下降至l/1000,此時儀器已不能檢出缺陷。

      (4)缺陷性質的影響:缺陷回波波高受缺陷性質的影響。聲波在界而的反射率是由界面兩邊介質的聲阻抗決定的。當兩邊聲阻抗差異較大時,近似地可認為是全反射,反射聲波強。當差異較小時,就有一部分聲波透射,反射聲波變弱。所以,試件中缺陷性能不同,大小相同的缺陷波波高不同。

      通常含氣體的缺陷,如鋼中的白點、氣孔等,其聲阻抗與鋼聲阻抗相差很大,可以近似地認為聲波在缺陷表面是全反射。但是,對于非金屬夾雜物等缺陷,缺陷與材料之間的聲阻抗差異較小,透射的聲波己不能忽略,缺陷波高相應降低。

      另外,金屬中非金屬夾雜的反射與夾雜層厚度有關,一般地說,層厚小于l/4波長時,隨層厚的增加反射相應增加。層厚超過l/4波長時,缺陷回波波高保持在一定水平上。

      (5)缺陷位置的影響:缺陷波高還與缺陷位置有關。缺陷位于近場區時,同樣大小的缺陷隨位置起伏變化,定量誤差大。所以,實際探傷中總是盡量避免在近場區探傷定量。

      (6)缺陷表面粗糙度的影響:缺陷表面光滑與否,用波長衡量。如果表面凹凸不平的高度差小于l/3波長,就可認為該表面是平滑的,這樣的表面反射聲束類似鏡子反射光束。否則就是粗糙表面。

      對于表面粗糙的缺陷,當聲波垂直入射時,聲波被亂反射。同時各部分反射波由于有相位差而產生干涉,使缺陷回波波高隧粗髓度的增大而下降。當聲波傾斜入射時,缺陷回波波高隨著凹凸程度與波長的比值增大而增高。當凹凸程度接近波長時,即使入射角較大,也能接觸到回波。

      4、試件幾何形狀和尺寸的影響

      試件尺寸的大小對定量也有一定的影響。當試件尺寸較小.缺陷位于3N以內時,利用底波調靈敏度并定量,將會使定量誤差增加。

      試件底面形狀不同,回波高度不一樣,凸曲面使反射波發散.回波降低;凹曲面使反射波聚焦,回波升高。對于圓柱體而言,外圓徑向探測實心圓柱體時,入射點處的回波聲壓理論上同平底面試件,但實際上由于圓柱面耦合不及平面,因而其回波低千平底面。實際探傷儀 探傷中應綜合考慮以上因素對定量的影響,否則會使定量誤差增加。

      試件底面與探測面的平行度以及底面的光潔度、干凈程度也對缺陷定量有較大的影響。當試件底面與探測面不平行、底面粗糙或沾有水跡、油污時將會使底波下降·這樣利用底波調節的靈敏度將會偏高,缺陷定量誤差增加。

      當探測試件側壁附近的缺陷時,由于側壁干涉的結果而使定量不準,誤差增加。側壁附近的缺陷,靠近側壁探測回波低,遠離測壁探測反而回波高。為了減少側壁的影響,宜選用頻率高、晶片直徑大的指向性好的探頭探測或橫波探測。必要時還可采用試塊比較法來定量,以便提高定量精度。

     


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