GB∕T 36228-2018 无损检测 平面型伤高度超声定量导则.pdf
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1、I C S1 9.1 0 0J0 4中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准G B/T3 6 2 2 82 0 1 8无损检测 平面型伤高度超声定量导则N o n - d e s t r u c t i v e t e s t i n gG u i d e f o rp l a n n a r f l a wh e i g h t s i z i n gb yu l t r a s o n i c t e s t i n g2 0 1 8 - 0 5 - 1 4发布2 0 1 8 - 1 2 - 0 1实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局中国国家标准化管理委员会发 布Download
2、From http:/Download From http:/目 次前言1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 方法概要25 3 0 - 7 0法26 端点衍射法87 双晶双模法1 48 双晶同模法1 9附录A( 资料性附录) 方法的局限性2 3附录B( 资料性附录) 伤高度评价流程2 4G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/前 言 本标准按照G B/T1.12 0 0 9给出的规则起草。本标准由全国无损检测标准化技术委员会(S A C/T C5 6) 提出和归口。本标准起草单位: 国核电站运行服务技
3、术有限公司、 东方电气( 广州) 重型机器有限公司、 上海电气核电设备有限公司、 哈电集团( 秦皇岛) 重型装备有限公司。本标准主要起草人: 汪明辉、 车天泽、 汪军、 汤国祥、 邓黎、 邓道勇、 季龙华、 张建磊。G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/无损检测 平面型伤高度超声定量导则1 范围本标准规定了用于测定铁素体和奥氏体工件开口平面型伤高度尺寸的超声检测技术及其原理。本标准推荐采用传播时间 (TO F) 或传播时差 (TO F)进行伤高度超声定量。本标准所述的各项平面型伤高度定量技术均有其最佳适用范围,
4、 详见附录A。本标准推荐按照附录B中的评价流程进行平面型伤高度定量。本标准不适用于采用信号幅度法对伤尺寸进行定量, 不涉及平面型伤的长度定量方法, 不提供平面型伤的验收标准。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本( 包括所有的修改单) 适用于本文件。G B/T1 2 6 0 4.1 无损检测 术语 超声检测G B/T2 0 7 3 7 无损检测 通用术语和定义3 术语和定义G B/T1 2 6 0 4.1和G B/T2 0 7 3 7界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 双模法 b
5、 i - m o d a lm e t h o d一种利用工件中同时存在的纵波和横波进行伤高度定量的超声检测方法。3.2 端角反射 c o r n e r r e f l e c t i o n超声声束倾斜传播到由伤和被检工件表面形成的呈9 0 的交界面, 由于声波与界面相互作用而发生的超声能量反射。3.3 双峰 d o u b l e t同时成对出现在屏幕上, 且随着探头靠近和远离伤移动时同步游动的两个信号。注:采用端点衍射法进行伤高度定量时, 伤上端点信号和下端点信号( 或者端角反射信号) 即为双峰出现。3.4 远表面 f a r - s u r f a c e检测时, 被检工件上与探头接
6、触面相对的另一个表面。注:例如从外表面检测管材时, 管材内表面即为远表面。3.5 近表面 n e a r - s u r f a c e检测时, 被检工件上与探头接触的表面。注:例如从外表面检测管材时, 管材外表面即为近表面。1G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/3.6 3 0 - 7 0法 3 0 - 7 0m o d eC o n v e r s i o nm e t h o d一种利用工件中同时产生的7 0 折射纵波和3 0 折射横波对工件远表面开口缺陷进行检测的技术。注:使用这种检测技术时, 可能会用
7、到7 0 折射纵波、 二次爬波和3 0 - 7 0 - 7 0波形转换声波对工件远表面开口裂纹的高度进行定量。4 方法概要4.1 平面型伤高度超声定量有如下几种方法: 3 0 - 7 0法; 端点衍射法; 双晶双模法; 双晶同模法。4.2 采用上述方法进行伤高度超声定量时, 被检工件在厚度方向分为三个等分的区域: 远表面1/3区域, 中部1/3区域和近表面1/3区域。使用3 0 - 7 0法时, 检测人员根据某种特定信号的出现与否大致判断伤高度扩展到上述某个区域。4.3 伤高度超声定量方法分别应用于起始于工件远表面, 但扩展至不同厚度范围内的伤, 其中端点衍射法主要应用于远表面1/3区域, 双
8、晶双模法主要应用于中部1/3区域, 双晶同模法主要应用于近表面1/3区域。如果采用合适的试块且方法经证明是有效的, 上述各定量方法也可扩展应用于其对应的1/3区域以外范围。4.4 超声声程路径通常采用单一线条来表示。5 3 0 - 7 0法5.1 基本原理5.1.1 方法概述5.1.1.1 3 0 - 7 0法测高时, 利用7 0 折射纵波信号、 波型转换信号和二次爬波信号, 通过上述三种信号出现与否、 信号游动范围和7 0 折射纵波信号的传播时间, 大致判断伤高度扩展到被检工件的远表面1/3区域、 中部1/3区域还是近表面1/3区域。5.1.1.2 3 0 - 7 0法用于判断伤的大致高度或
9、者伤是否远表面开口, 见图1。a) 3 0 - 7 0法声波入射方式图1 3 0 - 7 0法声束传播示意图2G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/b) 3 0 - 7 0法波型转换过程图1( 续)5.1.2 爬波的激发纵波斜入射时在第二介质中产生折射纵波和折射横波。当速度较高的波型( 例如纵波) 与速度较低的波型( 例如横波) 在界面上发生相互作用, 折射纵波和折射横波混杂在一起, 在工件表面附近形成了一种沿着近表面区域传播的声波, 该声波被称为爬波。爬波传播时, 由于其中的纵波持续不断地激励横波, 因此纵波
10、会在距离激发起始点很短的位置就全部衰减, 见图2。随着近表面爬波的传播, 其在声波到达的每个位置都发生波型转换产生横波, 然后横波传播到工件内部, 爬波的头部、 直接和间接横波共同形成的波前被称为头波, 见图3。头波传播角度见式(1) 。图2 纵波入射形成近表面爬波的示意图图3 纵波转换成头波的示意图3G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/=a r c s i nVSVL(1)式中:VS 介质2的横波声速;VL 介质2的纵波声速; 头波传播角度。5.1.3 二次爬波的产生当头波( 由于纵波已全部衰减, 此时只剩
11、直接横波和间接横波) 传播到工件的远表面时, 由于声波与界面的相互作用原理, 声波在此转换成爬波和7 0 纵波, 此时的爬波即为二次爬波。二次爬波经远表面的切槽或伤反射后, 其部分能量转换为头波传播到近表面并被探头所接收。二次爬波对于远表面开口的微小反射体有着很强的检测灵敏度, 其检测覆盖范围大约为远表面上距离波型转换点5mm6mm的位置。5.1.4 3 0 - 7 0法的典型回波信号5.1.4.1 概述当探头向远表面反射体移动时, 依次出现三种不同信号, 分别为: 7 0 折射纵波信号; 3 0 - 7 0 - 7 0波型转换信号; 二次爬波信号。5.1.4.2 7 0 折射纵波信号如果伤延
12、伸到被检工件中上部区域时,7 0 折射纵波在伤的上部产生反射信号。5.1.4.3 波型转换信号头波或直接横波在远表面反射时发生波型转换而形成7 0 纵波, 如果伤高度超过1 0%2 0%工件厚度, 该7 0 纵波被伤反射, 并被扫查面上的探头接收, 形成波型转换7 0 纵波信号, 见图4。波型转换信号的出现通常表明伤高度大于1 0%2 0%被检工件厚度。图4 波型转换信号形成示意图4G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/5.1.4.4 二次爬波信号当工件远表面存在开口伤时, 探头向伤的位置移动, 二次爬波经伤反
13、射后发生波型转换, 产生头波或横波, 最终被扫查面上的探头接收, 形成二次爬波信号, 见图5。二次爬波不是表面波, 不受焊缝根部结构影响, 不会出现根部焊瘤信号。二次爬波信号通常清晰可辨, 形状比较尖锐, 幅度明显比波型转换信号高, 见图6。二次爬波信号的游动范围一般小于波型转换信号, 只出现在有限的探头移动范围内, 见图7。a) 切槽深度:1 0%t(t为被检工件厚度) , 增益3 4d Bb) 切槽深度:3 0%t(t为被检工件厚度) , 增益3 0d B图5 二次爬波信号的产生a) 波型转换信号最高时的探头位置示意图图6 3 0 - 7 0法信号与探头入射点的关系5G B/T3 6 2
14、2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/b) 二次爬波信号最高时的探头位置示意图说明:1 波型转换信号最高时的探头位置;2 二次爬波信号最高时的探头位置。图6( 续)a) 二次爬波信号与波形转换信号游动范围比较( 切槽深度:3 0%t,t为被检工件厚度)b) 二次爬波信号与波形转换信号游动范围比较( 切槽深度:5 0%t,t为被检工件厚度)图7 不同深度人工伤二次爬波信号和波型转换信号的回波动态特性比较6G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/5.2 检
15、测设备及系统调节5.2.1 探头5.2.1.1 概述是否能够产生7 0 折射纵波信号、 波型转换信号和二次爬波信号, 在很大程度上取决于探头的性能参数。即便是同一厂家制作且标称参数值完全一样的探头, 其性能也可能存在差异, 因此在检测开始前, 宜采用深度分别为2 0%t、4 0%t、6 0%t、8 0%t(t为被检工件厚度) 的内壁切槽评价探头的适用性。5.2.1.2 声束角度3 0 - 7 0法测高时, 通常要求折射纵波不小于5 5 , 或者直接使用7 0 折射纵波探头, 以此实现同时出现折射纵波信号、 波型转换信号和二次爬波信号的目的, 并利用上述三种信号来评价伤高度。5.2.1.3 晶片
16、3 0 - 7 0法检测时通常采用单晶探头。推荐使用晶片边长为1 0mm的探头, 也可根据工件厚度进行选择。5.2.2 仪器宜使用脉冲反射式超声仪, 仪器的工作频率范围在1 MH z5 MH z。仪器水平线性误差不大于2%。5.2.3 试块使用含有不同深度远表面切槽( 如线切割槽、V型槽、U型槽等) 的试块进行检测系统调节。试块可以是平板或者管道的一段, 试块厚度与被检工件厚度相等, 试块上的切槽深度最小为1 0%t, 最大为8 0%t, 并以1 0%t或者2 0%t递增(t为被检工件厚度) 。5.2.4 系统调节3 0 - 7 0法测高时, 系统调节步骤如下: 调节仪器延迟旋钮, 使得始脉冲
17、位于仪器屏幕的左半侧; 探头置于靠近试块端部的位置, 找到波型转换信号和二次爬波信号; 前后移动探头使得二次爬波信号达到最高峰, 然后分别调节仪器延迟和扫描范围旋钮, 使得波型转换信号和二次爬波信号分别位于仪器的第4格和第5格; 调节仪器增益, 使得二次爬波信号幅度达到仪器满屏幕的8 0%1 0 0%, 然后在此基础上将仪器增益提高8d B, 此时的系统增益即为扫查灵敏度; 探头置于2 0%t(t为被检工件厚度) 切槽上方, 移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值。然后前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线; 探头置于4 0%t(t为被检工件厚度) 切槽上方, 移动探头获得切槽二次爬波
18、信号的最高峰值。前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线。如果存在7 0 折射纵波信号, 记录其幅值; 探头置于6 0%t(t为被检工件厚度) 切槽上方, 移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值。前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线。如果存在7 0 折射纵波信号, 记录其幅值。提高系统增益, 使得7 0 折射纵波信号达到仪器满屏的4 0%, 前后移动探头找到7 0 折射纵波信号的最高峰值, 记录下此时信号在仪器屏幕上的位置, 例如:2.5格; 探头置于8 0%t(t为被检工件厚度) 切槽上方, 移动探头获得切槽二次爬波信号的最高峰值。7G B/T3 6 2 2 82 0 1 8
19、Download From http:/Download From http:/前后移动探头并记录此时波型转换信号的动态包络线。如果存在7 0 折射纵波信号, 记录其幅值。提高系统增益, 使得7 0 折射纵波信号达到仪器满屏的4 0%, 前后移动探头找到7 0 折射纵波信号的最高峰值, 记录下此时信号在仪器屏幕上的位置, 例如:1.8格; 按照上述步骤进行调节和记录。典型的切槽深度与信号位置关系见表1。表1 切槽深度与信号位置关系远表面切槽深度/被检工件厚度1 0 0%7 0 折射纵波信号位置爬波信号位置是否存在波型转换信号2 0%无2.5格有4 0%无3.5格有6 0%2.5格4.5格有8
20、0%1.8格5.5格有5.3 高度评价方法5.3.1 整个工件厚度均分为3个区域,3 0 - 7 0法判断远表面开口伤是否扩展至远表面1/3区域、 中部1/3区域还是近表面1/3区域。宜采用其他测高方法测量伤高度。5.3.2 仅出现二次爬波信号, 大致判断伤高度小于1 5%t; 同时出现波型转换信号和二次爬波信号, 大致判断伤高度在1 5%t4 0%t; 同时出现7 0 折射纵波信号、 波型转换信号和二次爬波信号, 大致判断伤高度大于4 0%t(t为被检工件厚度) 。5.3.3 3 0 - 7 0法高度评价结果会因探头类型、 频率、 晶片尺寸、 工件厚度和材质不同而存在变化。使用该方法时, 宜
21、仔细关注波型转换信号的动态游动范围, 如果该信号动态游动范围很大, 则间接证明伤高度较大。6 端点衍射法6.1 基本原理6.1.1 超声衍射是指超声绕过放置在其传播路径上的尖角或端部的一种现象。衍射现象通常发生在伤尖端, 此时伤尖端作为一个新的超声能量发射源, 向周围空间发射球面波或者柱面波, 见图8。如果在仪器屏幕上观察到衍射信号, 则可确定衍射信号在工件厚度方向上的位置, 即衍射信号的深度。尽管端点衍射法基本原理比较简单, 但由于声波和平面性伤的相互作用非常复杂, 导致实际应用中会存在很多其他干扰信号, 比如伤本体的镜面反射信号、 波型转换信号等, 使得衍射信号的辨别存在困难。图8 端点衍
22、射现象示意图8G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download From http:/Download From http:/6.1.2 采用端点衍射法测量伤尺寸的方法通常有以下两种: 传播时间法: 测量衍射信号从伤端点传播到探头的时间, 确定其相对于近表面的位置; 传播时差法: 测量伤端点衍射信号和端角反射信号的时间差, 确定其高度尺寸。6.1.3 传播时间法(TO F)传播时间法(TO F) 定量技术是一种利用端点衍射信号的传播时间来对伤端点进行定位的技术。前后移动探头使得伤端点衍射信号达到最大波幅, 然后通过计算该衍射信号的传播时间或声程确定伤端点距离扫查表面的深度, 见图9。
23、有时也利用伤端点的一次反射信号进行定量, 即当探头远离伤运动时, 伤的端点信号可能再次出现, 但此时的伤端点信号出现在伤端角反射信号之后。图9 传播时间法(T O F) 测高的声束传播示意图6.1.4 传播时差法(TO F)6.1.4.1 传播时差法(TO F) 是指通过测量同时出现在仪器屏幕上的伤端点衍射信号和端角反射信号的传播时间差计算伤的高度。使用传播时差法时, 声束直径需大于被测量的伤高度, 且伤基本垂直于检测表面, 此时伤端点衍射信号出现在端角反射信号之前。与端角反射信号相比, 端点衍射信号通常低得多, 且端点衍射信号与端角反射信号的相位相反。6.1.4.2 采用传播时差法(TO F
24、) 测量伤高度时, 测量端点衍射信号和端角反射信号的传播时间差,并应用式(2) 计算伤高度。h=v(t)c o s2(2) 式中:h 伤高度, 单位为毫米(mm) ;v 材料声速, 单位为米每秒(m/s) ;t 传播时间差, 单位为秒(s) ; 折射角, 单位为度() 。6.1.4.3 伤端点衍射信号和端角反射信号总是成对出现, 虽然两者的动态波形不完全同步变化( 即两者不会同时达到最高波幅) , 但两者传播时间差相对固定, 即两者在仪器屏幕上的间隔不变。因此, 超声仪器宜设定成直接读取伤端点衍射信号和端角反射信号的传播时间差来计算伤高度, 而不用分别读取两个信号最高波幅时的传播时间。这种测量
25、方法适用于焊缝余高较宽, 以至于阻碍探头移动到能够获得端点信号最高峰的情况。6.1.4.4 有时也利用伤端点的一次反射信号来测量伤高度, 其基本原理与直射波端点信号一样, 差别是一次反射信号会出现在端角反射信号之后。无论是采用伤端点的直射波信号和一次反射信号, 伤高度测量的精确度都取决于伤的生长方向: 如果伤垂直于扫查表面, 则高度定量结果较准确; 如果伤朝指向探头侧倾斜, 则采用直射波测量时伤高度偏大, 采用一次反射波测量时伤高度偏小; 如果伤朝远离探头侧倾斜, 则采用直射波测量时伤高度偏小, 采用一次反射波测量时伤高度偏大。9G B/T3 6 2 2 82 0 1 8Download Fr
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