AVG曲线的计算、制作和使用

UT检测纵波实用AVG曲线的计算、制作和使用 侯文科1，2，刘伟明3，李兆华2，司春杰2 （1 山东大学 材料科学与工程学院，山东 济南 250061； 2 济南钢铁集团总公司，山东 济南250101； 3 烟台市产品质量监督检验所，山东 烟台 264001） 摘　要：应用脉冲反射法进行超声波探伤时，使用当量试块或通用AVG曲线对缺陷定性、定量分析均存在一定困难。为提高探伤效率，针对一定的使用条件，通过理论计算绘制出实用AVG曲线。使用该曲线能直观方便地得出缺陷当量，可方便地调节探伤灵敏度并可对缺陷进行定性、定量评估。 关键词：超声波探伤；AVG曲线；缺陷当量；探伤灵敏度 中图分类号：TG115.28+5　　 文献标识码：B　　 文章编号：1004-4620（2004）04-0049-02 Calculation, Facture and Use of Practical AVG Curve in UT Inspection by Longitudinal Wave HOU Wen-ke1,2, LIU Wei-ming3, LI Zhao-hua2, SI Chun-jie2 (1 School of Material Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China;  2 Jinan Iron and Steel Group Corporation, Jinan 250101, China;  3 Yantai Institute of Supervision and Testing on Product Quality, Yantai 264001, China) Abstract：While using pulse reflection method to do ultrasonic inspection, it is difficult to analyze the defect quantificationally and qualitatively through equivalence sample and currency AVG curve. Aiming at the using conditions, a practical AVG curve was charted through theoretical calculation in order to improve flaw detection efficiency. The equivalence of defect can be easily evaluated by using practical AVG curve chart and this curve can be easily used to adjust the flaw detection sensitivity and analyze the defect quantificationally and qualitatively. Keywords：ultrasonic test; AVG curve; defect equivalent; flaw detection sensitivity 1  前 言 　　济南钢铁集团总公司（简称济钢）锻件、轧辊等比较多，要求进行超声波探伤的量较大，主要以直探头纵波探伤为主。目前，在以A型仪器为主的脉冲反射法超声探伤中，对缺陷的准确定量和定性，都存在相当的困难。因此，在纵波探伤缺陷定量中，使用一些制作容易、操作方便、能简捷地评价缺陷当量的实用AVG曲线具有实际意义。 　　在缺陷定量中，当量试块比较法需制作大量试块，成本高，不易携带，操作复杂，目前很少采用；通用AVG法计算缺陷当量，需在通用AVG曲线上反复查找，现场使用也不方便；而实用AVG曲线法操作简单，能直观方便地得出缺陷当量，应用较广。 2  实用AVG曲线 　　描述反射体至波源的距离、反射信号的波幅（习惯上用仪器的增益值表示）、反射面积当量大小之间相互关系的曲线称为AVG曲线，又称为距离-波幅-当量曲线。由设定的探头及反射体，根据不同的探测距离（大于100mm）所得到的仪器分贝增益值与距离及当量大小之间的关系曲线，称为实用AVG曲线。 2.1  灵敏度曲线计算 　　以平底孔为例：当x不小于3N时，平底孔回波声压为：                PФ=P0FFФ/(λx)2e-2ax/8.68 （1）       不考虑介质衰减时：                                      PФ=P0FFФ/(λx)2 （2） 式中 F——声源面积； 　　FФ——平底孔缺陷面积； 　　Ф——平底孔直径； 　　x——平底孔至波源的距离。 　　大平底与大实心圆柱体底面回波声压：                                      PB=P0F/2λx （3）      当x不小于3N时，同距离大平底与平底孔回波声压分贝差为：                   △B=[B]-[Ф]=20lg(HB-HФ)=20lg(PB/PФ) （4）      将公式（2）和（3）代入（4）式，可得同距离的大平底与直径为Φ的平底孔之间的分贝差：                 △B/Ф=20lg(2λx/πФ2) （5）      设实际探伤过程的条件如下：     （1）被探工件材质：钢；     （2）直探头频率f：2.5MHz；     （3）直探头直径D：20mm；     （4）Ф2：直径2mm平底孔当量灵敏度；     （5）超声波在钢中声速c：5900m/s。     则波长λ（c/f）为2.36mm，近场长度N（D2/4λ）为42.4mm。 　　将以上参数代入公式（5），得同距离大平底与Φ2当量平底孔分贝差为：                      △B/Ф2=20lgx-8.5 （6）      因此，可根据公式（6）求得同距离的大平底或大实心圆柱体曲底面对Ф2当量的灵敏度曲线。x不同，则△B/Ф2不同，计算结果见表1。  表1  不同深度Ф2当量灵敏度增益分贝值  dB x/mm 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1100 1200 △B/Ф2 31.5 35.0 37.5 39.5 41.0 42.4 43.5 44.6 45.5 46.3 47.1 47.8 48.4 49.6 50.6 51.5 52.3 53.1 注： △B/Ф2表示不同深度Ф2当量灵敏度的增益分贝值。  2.2  缺陷当量的定量计算 　　一次反射波在时基扫描线指示长度刻度10的范围内，不同距离的平底孔缺陷Фx对Ф2当量灵敏度的分贝值可按下式计算：                             △Фx=[Фx]-[ Ф2]=20lg(PФx /PФ2) （7）      设时基扫描线一刻度所代表的长度为c（常数），调整Ф2当量灵敏度，则：                  　　x2=10×c 　　Фx所对应的距离： 　               　x1=nc（n为1～10） 　　公式（7）可写为：                  △Фx=40lg(Фx x2/Ф2x1)=40lg(10Фx/n Ф2)    （8） 式中 n——缺陷Фx在超声波探伤仪示波屏上的刻度值； 　　x1——缺陷Фx的声程； 　　x2——最大声程； 　　Фx——在超声波探伤仪示波屏不同刻度上所显示的缺陷； 　　△Фx——缺陷Фx与Ф2当量灵敏度的分贝差。 　　由公式（8）可求出不同距离的Фx所对应的△Фx的分贝值，由此可判定不同距离处的平底孔Фx的大小，计算结果列于表2。 表2 缺陷Фx在x1处时与最大声程时Ф2的分贝差 dB n 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 △Ф2 40 33 28 24 21 18 16 14 12 10 9 8 6 5 4 3 2 1 △Ф3 47 40 35 31 28 25 23 21 19 17 16 15 13 12 11 10 9 8 △Ф4 52 45 40 36 33 30 28 26 24 22 21 20 18 17 16 15 14 13 △Ф6 52 47 43 40 37 35 33 31 29 28 27 25 24 23 22 21 20 △Ф8 52 48 45 42 40 38 36 34 33 32 30 29 28 27 26 25 2.3  实用AVG曲线的绘制 　　在选用2.5MHz的直探头对钢材进行探伤时，根据表1、表2的计算结果，绘制实用AVG曲线如图1所示。在图1中，曲线部分表示探伤灵敏度曲线的选择。图中的纵坐标表示不同的最大检测深度其探伤灵敏度为Φ2当量时的分贝增益值。图1下部表示如何对发现的缺陷进行定量。 图1  实用AVG曲线及缺陷当量定量表  3  AVG曲线图表的使用 　　AVG曲线图表可用来调节探伤灵敏度和对发现的小于声束截面的缺陷进行评定。 3.1  调节探伤灵敏度 　　（1）根据探件大小，确定好探测范围； 　　（2）置探头于工件探测面上，找到工件完好部位的大平底回波（底面与探测面须平行）或大实心圆柱体底波，将其调到一定高度； 　　（3）查曲线即得到所对应长度的分贝值，再增益其分贝值，即得所对应的Ф2当量灵敏度。另外可查表得到其他灵敏度。 3.2 确定缺陷当量 　　（1）找出缺陷回波的最高峰，增加仪器分贝值使之处于所定的某一高度，则仪器分贝增加值已知； 　　（2）根据此缺陷波所处的位置及分贝增加值，查表可得缺陷的当量大小。 3.3  实用AVG曲线与衰减系数 　　一般对碳素钢类锻件等衰减系数很小的材料，使用时不必修正，可直接使用此曲线。但对衰减系数较大的材料，应考虑其衰减修正。 4  结 论 4.1  与试块法和通用AVG曲线法相比较，实用AVG曲线使用方便，操作简单，可根据工件情况及要求调整灵敏度。在检测中能直观方便地得出缺陷的当量大小，大大减少了不必要的繁琐程序。 4.2  实用AVG曲线对材料的形状有一定的局限性，底面与探测面须平行或大的实心圆柱体、对衰减因素不明显的碳素钢等材料可不考虑衰减因素。