一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭，所述超聲波探傷方法包括如下步驟：準(zhǔn)備入射角為α、縱波折射角為βL和橫波折射角為βT的超聲波斜探頭；對所述超聲波斜探頭進(jìn)行調(diào)校；將所述超聲波斜探頭配置于待檢工件的外表面上；從所述超聲波斜探頭發(fā)出超聲波束對待檢工件進(jìn)行探傷；根據(jù)所述超聲波斜探頭接收到的反射回波判斷所述待檢工件有無缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對待檢鋼件焊縫的全方位掃查，降低了漏檢率，提高了探傷效率，節(jié)約探傷成本，探頭行走的距離較橫波斜探頭縮短40%，探傷的準(zhǔn)確率能夠提高到90%以上。
【專利說明】一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波探傷領(lǐng)域，具體為一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波斜探頭是實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種器件，也是實(shí)現(xiàn)超聲波探傷的關(guān)鍵部件，其主要由壓電晶片組成，可發(fā)射和接收超聲波，現(xiàn)有技術(shù)中的超聲波斜探頭通常包括橫波斜探頭、縱波斜探頭和爬波斜探頭，橫波的傳播方向和振動(dòng)方向是互相垂直的，縱波的傳播方向和振動(dòng)方向是一致的。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的A型脈沖超聲波探傷方式，通常是運(yùn)用超聲波探頭和A型脈沖超聲波探傷儀組合對焊縫進(jìn)行探傷，一般選用折射角度分別為45°、60°、70°的橫波斜探頭，根據(jù)超聲波在不同聲阻抗界面的折射定律，圖1示出了超聲波在不同聲阻抗界面的折射定律的示意圖，參考圖1所示，其中折射定律如公式sina / c Ll=sin β L/ c L2=sin β T/ c T2,式中α為入射角、a T為橫波反射角、a L為縱波反射角、β T為橫波折射角、β L為縱波折射角、c LI為入射縱波在第一介質(zhì)(即有機(jī)玻璃)中的聲速(2700m/s)、c L2為折射縱波在第二介質(zhì)(鋼)中的聲速(5900m/s)、c T2為折射橫波在第二介質(zhì)(鋼)中的聲速(3230m/s)，第一介質(zhì)為超聲波探頭的材料，第二介質(zhì)為待檢工件的材料，從圖1中可以看出，縱波斜探頭在折射和反射出一個(gè)角度的縱波的同時(shí)，同時(shí)也產(chǎn)生了另一個(gè)不同角度的橫波，由于探傷時(shí)儀器只能按照一種角度調(diào)節(jié)，故同時(shí)存在的另一角度的橫波會(huì)對探傷帶來影響。
[0004]參考圖2-a、圖2-b，其示出了采用橫波斜探頭對鋼焊縫進(jìn)行探傷的實(shí)施例的示意圖，通過該實(shí)施例能夠說明實(shí)際應(yīng)用中鋼焊縫超聲波探傷選用橫波斜探頭的原因，如圖2-a所示，當(dāng)縱波折射角β L為90 °時(shí)，第一臨界角α I = arcsin ( c L1/ c L2)=arcsin(2700/5900) =27.2°，如圖2_b所示，當(dāng)橫波折射角β T為90°時(shí)，第二臨界角α II = arcsin ( c L1/ c L2) =arcsin (2700/3230) =56.7° ,故當(dāng)橫波斜探頭的入射角 α在27.2°到56.7°之間選取時(shí)，則第二介質(zhì)鋼中只有折射橫波產(chǎn)生，如45°橫波斜探頭的入射角α為36.2°，60°橫波斜探頭的入射角α為46.4° ,70°橫波斜探頭的入射角α為51.8°，且選用橫波斜探頭進(jìn)行探傷，對于反射回波的判斷非常方便，圖3為橫波斜探頭進(jìn)行鋼焊縫探傷時(shí)缺陷各參數(shù)的示意圖，如圖3所示，其中X為缺陷距入射點(diǎn)水平距離、D為缺陷深度、S為聲程、T為板厚、β為探頭角度；根據(jù)前述的折射定律，若選用45°、60°、70°的縱波斜探頭，則對應(yīng)的探頭入射角分別為18.9°、23.3°、25.5°，這些角度均小于第一臨界角即27.2°，所以在折射縱波產(chǎn)生的同時(shí)將分別產(chǎn)生22.8°、28.3°、31°的折射橫波。
[0005]A型脈沖超聲波探傷儀器，每次只能進(jìn)行一個(gè)角度探頭的功能調(diào)節(jié)，包括探頭的折射角度，超聲波傳播的聲程距離、水平距離和深度距離，距離波幅曲線的制作、探傷靈敏度的確定等；探傷時(shí)熒光屏顯示的也只是該角度探頭工作的相關(guān)數(shù)據(jù)。采用橫波斜探頭探傷，由于一個(gè)探頭只有一個(gè)角度存在，故探傷調(diào)節(jié)沒問題，缺陷反射回波各項(xiàng)數(shù)據(jù)的確定也沒有問題。采用縱波斜探頭探傷，由于當(dāng)一個(gè)角度的折射縱波存在的同時(shí)必然伴隨著另一個(gè)角度的折射橫波存在，如果用縱波斜探頭探傷，則儀器只能按縱波折射角度進(jìn)行儀器調(diào)節(jié)，當(dāng)縱波工作的同時(shí)另一個(gè)角度的橫波也在同時(shí)工作，儀器上所反映的數(shù)據(jù)就無法分析確定了 ；因此，目前的縱波斜探頭，由于縱波和橫波的同時(shí)存在，縱波的全聲程(一次縱波和二次縱波)探傷是不可能的，因?yàn)殇撝锌v波聲速為5900m/s，橫波聲速是3230m/s，它們相差1.826倍，也就是縱波跑的比橫波快將近2倍，當(dāng)一次縱波打到工件的底面時(shí)產(chǎn)生反射，開始進(jìn)行縱波的二次波探傷，這時(shí)二次縱波與一次橫波和二次橫波的缺陷反射就難以區(qū)別了(1.826倍這時(shí)就相近了)，對于同一個(gè)缺陷，縱波和橫波顯示的所有數(shù)據(jù)都是不同的，這就是折射縱波的二次波一直不能運(yùn)用在焊縫探傷的原因；另外，由于縱波斜探頭的一部分能量分給了橫波，使得一次縱波的能量變低，二次縱波的能量更低，如用于探傷，則需大大提高靈敏度，目前困難很大。而一次縱波探傷只能解決焊縫的一半部分的探傷，這還要根據(jù)焊縫的寬度，若焊縫較寬，可能連一半探傷都達(dá)不到，要進(jìn)行全焊縫探傷，焊縫的增強(qiáng)高部分必須磨平，全焊縫便可以采用一次縱波進(jìn)行探傷，不磨平則要到焊縫的背面再進(jìn)行一次波探傷，所以目前運(yùn)用的縱波斜探頭都是僅能用一次縱波探傷，雖然使用縱波斜探頭進(jìn)行焊縫探傷存在上述各種不便，但因?yàn)閵W氏體焊縫由于晶粒粗大，橫波探傷晶間反射嚴(yán)重，無法進(jìn)行探傷，所以只能采用縱波斜探頭一次波進(jìn)行探傷。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中的焊縫探傷，普遍選用探頭的折射角度為45°、60°、70°，其原因最早可追溯到焊接工藝產(chǎn)生以后，根據(jù)板材厚度的不同，焊縫的坡口角度制作便不同，薄板焊縫坡口角度為20°、中厚板焊縫坡口角度為30°、厚板焊縫坡口角度為45°，這均是從國外引進(jìn)的。焊縫中的缺陷是沒有規(guī)律的，焊縫成型后，焊縫熔合面(坡口面)的位置從強(qiáng)度上來說是焊縫的薄弱點(diǎn)，坡口面上的缺陷是必須要發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)槠驴诮嵌仁且阎?，為了最大限度發(fā)現(xiàn)坡口處熔合面上的缺陷，超聲波必須垂直坡口面，達(dá)到超聲波的最大反射，只有坡口角度加上探傷折射角度為90°時(shí)超聲波才與坡口面互相垂直，即45°探頭與45°坡口面互相垂直，60°探頭與30°坡口面互相垂直,70°探頭與20°坡口面互相垂直，圖4示出了不同折射角度的超聲波探頭進(jìn)行探傷時(shí)的示意圖。
[0007]由于焊縫中融化區(qū)內(nèi)的各種缺陷無論是形狀還是位置，沒有規(guī)律可循，對于同一個(gè)缺陷不同角度探頭超聲波的反射，是對同一個(gè)缺陷不同位置進(jìn)行的反射，這種反射回波變化很大，對折射角度與坡口角度相加為90°的探頭，最大限度發(fā)現(xiàn)了坡口面的缺陷，其它位置的缺陷或方向性較強(qiáng)的缺陷相對檢出率就不同了，由于探傷起始靈敏度的不同，45°、60°、70°探頭發(fā)現(xiàn)相同缺陷的能力也不同，當(dāng)探傷靈敏度選的較高時(shí)，45°探頭除了對45°坡口面上的缺陷發(fā)現(xiàn)比較靈敏，對根部裂紋和未焊透發(fā)現(xiàn)也比較靈敏，對焊縫內(nèi)其它類型的缺陷發(fā)現(xiàn)是上述三個(gè)角度探頭中最差的；60°探頭除了對30°坡口面上的缺陷發(fā)現(xiàn)比較靈敏，對根部裂紋和未焊透以及焊縫內(nèi)部裂紋發(fā)現(xiàn)是上述三個(gè)角度探頭中最差的，因?yàn)樵摻嵌葯M波對平面狀缺陷易造成波型轉(zhuǎn)換，能量降低，轉(zhuǎn)換的波形探頭無法接收，探頭能接收的反射能量較低，但對其它類型的缺陷發(fā)現(xiàn)高于或等于45°和70°探頭；70°探頭除了對20°坡口面上的缺陷發(fā)現(xiàn)比較靈敏，對焊縫內(nèi)部裂紋的發(fā)現(xiàn)高于45°和60°探頭，對其它類型的缺陷發(fā)現(xiàn)不是最高的也不是最低的。
[0008]圖5-a示出了對平焊產(chǎn)生的柱孔進(jìn)行探傷的示意圖，圖5-b示出了對橫焊產(chǎn)生的柱孔進(jìn)行探傷的示意圖，由于焊接方法如埋弧自動(dòng)焊、焊條電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等，以及焊接形式如平焊、橫焊、立焊、仰焊等的不同，焊縫中產(chǎn)生相同性質(zhì)缺陷的形狀就有可能不同，對同一個(gè)探頭的超聲反射面不同，探傷結(jié)果就不同，如圖5-a、圖5-b所示。
[0009]由于探頭角度不同，焊縫探傷探頭行走的距離也不同，如圖3所示，根據(jù)公式X=2TXtgi3 +探頭的長度，一般來說，45°探頭大約需行走三倍板厚的距離，60°探頭大約需行走五倍板厚的距離，70°探頭大約需行走七倍板厚的距離，才能保證聲波對焊縫和熱影響區(qū)的全覆蓋，例如對五十毫米板厚焊縫進(jìn)行探傷，45°探頭需行走150毫米，60°探頭需行走250毫米，70°探頭需行走350毫米，才能達(dá)到要求，探頭行走的表面，粗糙度不能高于6.3 μ m，若達(dá)不到則需進(jìn)行表面處理，探頭行走的過程是聲波產(chǎn)生物理變化的過程、耦合帶來的影響、能量的衰減、聲速的變化、靈敏度的降低、波型的轉(zhuǎn)變等，這些都給探傷的準(zhǔn)確率帶來影響，探頭行走的越遠(yuǎn)對探傷的準(zhǔn)確率影響越大。
[0010]因?yàn)楹缚p中的缺陷種類和缺陷方向均是未知的，每一種角度的探頭發(fā)現(xiàn)缺陷的能力不同，采用越多角度的探頭探傷發(fā)現(xiàn)缺陷就越多，故有時(shí)為了給一個(gè)缺陷定性，采用幾個(gè)角度探頭探傷，根據(jù)反射回波的有無、高低的變化、位置的不同等進(jìn)行綜合評定，來判斷缺陷的形狀，這樣操作好于一個(gè)角度探頭的探傷，但操作繁瑣；因此根據(jù)所檢焊縫的要求，有的采用一個(gè)角度探頭探傷即可，重要的焊縫則不得不采用三個(gè)角度探頭分別對同一處焊縫進(jìn)行探傷，如圖6，其示出了采用串列式探頭對V形坡口進(jìn)行探傷的示意圖。
[0011]由于橫波是傳播方向和振動(dòng)方向互相垂直，使得粗晶粒晶間反射嚴(yán)重而無法進(jìn)行探傷，奧氏體焊縫晶粒粗大，目前只能用縱波斜探頭一次波進(jìn)行探傷，又由于板材各向異性的存在，使得橫波傳播聲速產(chǎn)生變化，導(dǎo)致探頭折射角變化，其中TMCP鋼是目前各向異性變化最大的，橫波斜探頭角度越大則變化越大，折射角有4°以上的變化,則靈敏度會(huì)有IOdb左右的差異，所以對TMCP鋼焊縫的探傷需制作大量的試塊進(jìn)行儀器調(diào)節(jié)，對一張板的縱向和橫向焊縫探傷，要分別制作板材的縱橫向試塊進(jìn)行儀器調(diào)節(jié)，同時(shí)由于焊縫不是TMCP，所以采用TMCP鋼試塊調(diào)節(jié)儀器又有新的問題存在，目前TMCP鋼的每張鋼板都存在不同的差異，實(shí)際應(yīng)用時(shí)又不能每張鋼板的每道焊縫均做TMCP鋼試塊，所以目前TMCP鋼焊縫的橫波斜探頭探傷是一件非常繁瑣的工作。
[0012]應(yīng)用A型脈沖橫波斜探頭進(jìn)行焊縫探傷，其準(zhǔn)確率在50%?75%，這樣的探傷方法全世界已使用了近八十年，在這八十年期間，焊接技術(shù)有了很大的提升，高效焊的利用率越來越高，焊接工藝也相應(yīng)有所改變，焊接的坡口角度也出現(xiàn)了多樣化，但目前還大量應(yīng)用的A型脈沖橫波斜探頭焊縫探傷沒有發(fā)展，雖然橫波探傷存在上述提到的多種問題，但由于沒有好的探傷方法取代它，因此其一直被運(yùn)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的縱波斜探頭進(jìn)行探傷時(shí)二次縱波和橫波在一起難以區(qū)分，以及橫波斜探頭對于粗晶焊縫進(jìn)行探傷時(shí)晶間反射嚴(yán)重，對板材的各向異性反射靈敏的問題，而研制一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)手段如下:
[0015]一種超聲波探傷方法，包括如下步驟:[0016]步驟1:準(zhǔn)備入射角為α、縱波折射角為PL和橫波折射角為β T的超聲波斜探頭，所述入射角α、縱波折射角i3L和橫波折射角β T通過超聲波束在第一介質(zhì)中的聲速，以及縱波和橫波在第二介質(zhì)中的聲速，并結(jié)合縱波折射角與橫波折射角互為余角的預(yù)設(shè)條件進(jìn)行確定；
[0017]步驟2:對所述超聲波斜探頭進(jìn)行調(diào)校；
[0018]步驟3:將所述超聲波斜探頭配置于待檢工件的外表面上；
[0019]步驟4:從所述超聲波斜探頭發(fā)出超聲波束對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0020]步驟5:根據(jù)所述超聲波斜探頭接收到的反射回波判斷所述待檢工件有無缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；
[0021]進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)谝唤橘|(zhì)為有機(jī)玻璃，當(dāng)?shù)诙橘|(zhì)為鋼時(shí)，所述入射角α等于23.6°，所述縱波折射角β L等于61.3° ;所述橫波折射角β T等于28.7° ;
[0022]進(jìn)一步地,所述步驟4具體為:
[0023]當(dāng)所述超聲波斜探頭發(fā)出的超聲波束斜射入待檢工件時(shí)，產(chǎn)生折射角為βT的一次橫波和折射角為β L的一次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0024]當(dāng)所述一次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的二次橫波和反射角為β L的一次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0025]當(dāng)所述一次縱波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的一次變形橫波和反射角為β L的二次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0026]當(dāng)所述二次橫波遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的三次橫波和反射角為β L的二次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0027]當(dāng)所述三次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的四次橫波和反射角為β L的三次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0028]所述一次橫波和一次縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了爬波I對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0029]所述二次橫波和一次變形縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了爬波II對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0030]進(jìn)一步地，所述步驟5具體包括如下步驟:
[0031]①界定超聲波斜探頭接收到的任一反射回波是由橫波、縱波或爬波反射產(chǎn)生的；
[0032]②當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由橫波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)一次橫波、二次橫波、一次變形橫波、三次橫波和四次橫波的聲程和傳播時(shí)間不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由一次橫波、二次橫波、一次變形橫波、三次橫波或四次橫波反射產(chǎn)生的；
[0033]當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由縱波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)一次縱波、一次變形縱波、二次變形縱波、三次變形縱波的聲程和傳播時(shí)間不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由一次縱波或變形縱波反射產(chǎn)生的；
[0034]當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由爬波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)爬波I和爬波II的深度距離不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由爬波I或爬波II反射產(chǎn)生的；
[0035]③當(dāng)一反射體對應(yīng)一反射回波時(shí)，根據(jù)步驟②的確定結(jié)果結(jié)合反射回波波形確定該反射體是否為缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；
[0036]當(dāng)一反射體對應(yīng)多個(gè)反射回波時(shí)，根據(jù)步驟②的確定結(jié)果結(jié)合反射回波數(shù)量和各反射回波波形確定該反射體是否為缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；
[0037]進(jìn)一步地，
[0038]所述一次縱波與二次橫波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測；
[0039]所述一次縱波與一次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測；
[0040]所述一次變形縱波和二次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測；
[0041]所述一次變形縱波和三次橫波相交的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測。
[0042]一種實(shí)施上述所述超聲波探傷方法的超聲波探傷裝置，包括入射角為α的縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭。
[0043]一種超聲波探傷裝置的縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭，所述縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭的入射角為α。
[0044]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭，能夠通過一個(gè)超聲波斜探頭同時(shí)產(chǎn)生縱波、橫波和爬波進(jìn)行探傷，采用一個(gè)探頭便能同時(shí)替代幾個(gè)橫波斜探頭的功能，且采用一個(gè)探頭便能具有串列式探傷的功能，實(shí)現(xiàn)了對待檢工件焊縫的全方位掃查，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的縱波斜探頭、橫波斜探頭探傷存在的問題，如探傷奧氏體焊縫和TMCP鋼焊縫困難等，降低了漏檢率，提高了探傷效率，，節(jié)約探傷成本，探頭行走的距離較橫波斜探頭縮短40%，探傷的準(zhǔn)確率能夠提高到90%以上，改變了目前探傷儀器市場針對各種各樣形狀的產(chǎn)品檢驗(yàn)而需要做的各種各樣的探頭的現(xiàn)狀，以及為了提高探傷的準(zhǔn)確率而用多個(gè)角度探頭分別和組合探傷的方法，適于廣泛推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是超聲波在不同聲阻抗界面的折射定律的示意圖；
[0046]圖2_a、圖2_b是采用橫波斜探頭對鋼焊縫進(jìn)行探傷的實(shí)施例的示意圖；
[0047]圖3是橫波斜探頭進(jìn)行鋼焊縫探傷時(shí)缺陷各參數(shù)的示意圖；
[0048]圖4是不同折射角度的超聲波探頭進(jìn)行探傷時(shí)的示意圖；
[0049]圖5-a是對平焊產(chǎn)生的柱孔進(jìn)行探傷的示意圖；
[0050]圖5-b是對橫焊產(chǎn)生的柱孔進(jìn)行探傷的示意圖
[0051]圖6是采用串列式探頭對V形坡口進(jìn)行探傷的示意圖；
[0052]圖7是應(yīng)用本發(fā)明所述超聲波斜探頭進(jìn)行探傷的示意圖；
[0053]圖8是本發(fā)明所述一次橫波、一次縱波、二次橫波、一次變形縱波和二次縱波的示意圖；
[0054]圖9是本發(fā)明所述一次變形縱波進(jìn)行探傷的示意圖；
[0055]圖10是針對分別探到同一個(gè)橫通孔的縱波和橫波的反射回波波形的示意圖；
[0056]圖ΙΙ-a是采用本發(fā)明所述一次縱波和一次變形縱波進(jìn)行探傷時(shí)的示意圖；
[0057]圖ΙΙ-b是采用本發(fā)明所述一次縱波和一次變形縱波進(jìn)行探傷時(shí)，所述超聲波探頭接收到的反射回波的示意圖；
[0058]圖12是本發(fā)明所述一次縱波與二次橫波、以及所述一次縱波與一次變形縱波分別實(shí)現(xiàn)串列式檢測的示意圖；
[0059]圖13-a是圖12中一次縱波的反射示意圖；
[0060]圖13-b是圖12中一次變形縱波的反射示意圖；
[0061]圖13-c是圖12中一次縱波與一次變形縱波形成串列式反射的示意圖；
[0062]圖14是二次變形縱波與一次變形縱波實(shí)現(xiàn)串列式檢測的示意圖；
[0063]圖15是圖14所述串列式檢測的探傷范圍的不意圖；
[0064]圖16是本發(fā)明所述爬波I產(chǎn)生的示意圖；
[0065]圖17是本發(fā)明所述爬波II產(chǎn)生的示意圖；
[0066]圖18-a示出了本發(fā)明所述超聲波斜探頭對IIW試塊進(jìn)行探傷的示意圖；
[0067]圖18-b示出了本發(fā)明所述超聲波斜探頭對IIW試塊進(jìn)行探傷產(chǎn)生的反射回波的示意圖；
[0068]圖19是本發(fā)明所述超聲波探傷方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0069]如圖19所示的一種超聲波探傷方法，包括如下步驟:
[0070]步驟1:準(zhǔn)備入射角為α、縱波折射角為β L和橫波折射角為β T的超聲波斜探頭，所述入射角α、縱波折射角i3L和橫波折射角β T通過超聲波束在第一介質(zhì)中的聲速，以及縱波和橫波在第二介質(zhì)中的聲速，并結(jié)合縱波折射角與橫波折射角互為余角的預(yù)設(shè)條件進(jìn)行確定；
[0071]步驟2:對所述超聲波斜探頭進(jìn)行調(diào)校；
[0072]步驟3:將所述超聲波斜探頭配置于待檢工件的外表面上；
[0073]步驟4:從所述超聲波斜探頭發(fā)出超聲波束對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0074]步驟5:根據(jù)所述超聲波斜探頭接收到的反射回波判斷所述待檢工件有無缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；
[0075]進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)谝唤橘|(zhì)為有機(jī)玻璃，當(dāng)?shù)诙橘|(zhì)為鋼時(shí)，所述入射角α等于23.6°，所述縱波折射角β L等于61.3° ;所述橫波折射角β T等于28.7° ;
[0076]進(jìn)一步地,所述步驟4具體為:
[0077]當(dāng)所述超聲波斜探頭發(fā)出的超聲波束斜射入待檢工件時(shí)，產(chǎn)生折射角為βT的一次橫波和折射角為β L的一次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0078]當(dāng)所述一次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的二次橫波和反射角為β L的一次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0079]當(dāng)所述一次縱波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的一次變形橫波和反射角為β L的二次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0080]當(dāng)所述二次橫波遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的三次橫波和反射角為β L的二次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0081]當(dāng)所述三次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的四次橫波和反射角為β L的三次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0082]所述一次橫波和一次縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了爬波I對待檢工件進(jìn)行探傷；[0083]所述二次橫波和一次變形縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了爬波II對待檢工件進(jìn)行探傷；
[0084]進(jìn)一步地，所述步驟5具體包括如下步驟:
[0085]①界定超聲波斜探頭接收到的任一反射回波是由橫波、縱波或爬波反射產(chǎn)生的；
[0086]②當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由橫波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)一次橫波、二次橫波、一次變形橫波、三次橫波和四次橫波的聲程和傳播時(shí)間不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由一次橫波、二次橫波、一次變形橫波、三次橫波或四次橫波反射產(chǎn)生的；
[0087]當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由縱波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)一次縱波、一次變形縱波、二次變形縱波、三次變形縱波的聲程和傳播時(shí)間不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由一次縱波或變形縱波反射產(chǎn)生的；
[0088]當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由爬波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)爬波I和爬波II的深度距離不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由爬波I或爬波II反射產(chǎn)生的；
[0089]③當(dāng)一反射體對應(yīng)一反射回波時(shí)，根據(jù)步驟②的確定結(jié)果結(jié)合反射回波波形確定該反射體是否為缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；
[0090]當(dāng)一反射體對應(yīng)多個(gè)反射回波時(shí)，根據(jù)步驟②的確定結(jié)果結(jié)合反射回波數(shù)量和各反射回波波形確定該反射體是否為缺陷及相應(yīng)的缺陷位置；
[0091]進(jìn)一步地，
[0092]所述一次縱波與二次橫波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測；
[0093]所述一次縱波與一次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測；
[0094]所述一次變形縱波和二次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測；
[0095]所述一次變形縱波和三次橫波相交的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測。
[0096]一種實(shí)施上述所述超聲波探傷方法的超聲波探傷裝置，包括入射角為α的縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭。
[0097]一種超聲波探傷裝置的縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭，所述縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭的入射角為α。
[0098]本發(fā)明所述超聲波探傷裝置包括入射角為α的超聲波斜探頭，該超聲波斜探頭通過一個(gè)壓電晶片輸出入射角為α的超聲波束；所述入射角α、縱波折射角0L和橫波折射角βΤ通過超聲波束在第一介質(zhì)中的聲速，以及縱波和橫波在第二介質(zhì)中的聲速，并結(jié)合縱波折射角與橫波折射角互為余角的預(yù)設(shè)條件進(jìn)行確定，其中第一介質(zhì)中的聲速指的是超聲波斜探頭中的聲速，現(xiàn)有技術(shù)中通常取有機(jī)玻璃中的聲速即2700m/s，縱波在第二介質(zhì)中的聲速指的是縱波在待檢工件中的聲速，如鋼中的縱波聲速為5900m/s，鋁中的縱波聲速為6260m/s，橫波在第二介質(zhì)中的聲速指的是橫波在待檢工件中的聲速，如鋼中的橫波聲速為3230m/s，鋁中的橫波聲速為3080m/s，當(dāng)超聲波束在第一介質(zhì)中的聲速為2700m/s，縱波和橫波在第二介質(zhì)中的聲速分別為5900m/s和3230m/s時(shí)(即待檢工件為鋼)，根據(jù)折射定律sina/ cLl=sin0L/ c L2=sin^ T/ c T2,結(jié)合縱波折射角與橫波折射角互為余角的預(yù)設(shè)條件即縱波折射角PL和橫波折射角β T之和為90°，則此時(shí)入射角α等于23.6°，縱波折射角β L等于61.3°，橫波折射角βΤ為28.7°，當(dāng)超聲波束在第一介質(zhì)中的聲速為2700m/s，縱波和橫波在第二介質(zhì)中的聲速分別為6260m/s和3080m/s時(shí)(即待檢工件為招)，根據(jù)折射定律sin a / cLl=sin@L/ c L2=sin^ T/ c T2,結(jié)合縱波折射角與橫波折射角互為余角的預(yù)設(shè)條件即縱波折射角PL和橫波折射角βΤ之和為90°，則此時(shí)入射角α等于22.8°，縱波折射角β L等于63.8°，橫波折射角β T為26.2°，現(xiàn)有技術(shù)中縱波一般稱Longitudional wave、橫波一般稱Transverse wave、爬波一般稱Creeping wave,故本發(fā)明所述超聲波探傷裝置包括的入射角為α的超聲波斜探頭由于既利用了縱波探傷，同時(shí)也利用了橫波和爬坡進(jìn)行探傷，故可以稱其為LTCr超聲波斜探頭。
[0099]本發(fā)明當(dāng)所述超聲波斜探頭發(fā)出的超聲波束斜射入待檢工件時(shí)，產(chǎn)生折射角為β T的一次橫波和折射角為β L的一次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；當(dāng)所述一次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為βT的二次橫波和反射角為βL的一次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；當(dāng)所述一次縱波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的一次變形橫波和反射角為β L的二次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；當(dāng)所述二次橫波遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為βT的三次橫波和反射角為βL的二次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；當(dāng)所述三次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的四次橫波和反射角為PL的三次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷；所述一次橫波和一次縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了爬波I對待檢工件進(jìn)行探傷；所述二次橫波和一次變形縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了爬波II對待檢工件進(jìn)行探傷，所述圖7示出了應(yīng)用本發(fā)明所述超聲波斜探頭進(jìn)行探傷的示意圖(未示出爬波)，其中OB為一次橫波、OA為一次縱波、BF為二次橫波、BE為一次變形縱波、AF為三次橫波、AE既是四次橫波又是一次變形橫波，從圖7中可以看出，上述橫波或縱波所傳播的路徑如同蝙蝠的形狀，故本發(fā)明所述超聲波探傷方法可以稱之為蝙蝠形探傷法。
[0100]下面以待檢工件為鋼件的情況對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，待檢工件為鋁或其它材質(zhì)時(shí)同理。
[0101]目前應(yīng)用的縱波斜探頭折射角度分別為45°、60°、70°，在這些角度的縱波產(chǎn)生的同時(shí)，根據(jù)折射定律分別同時(shí)產(chǎn)生22.8°、28.3°、31°的橫波，正如前文所述，超聲波探傷時(shí)只能根據(jù)一種角度來進(jìn)行探傷調(diào)節(jié)和判斷，由于在鋼件中縱波的傳播速度是橫波的
1.826倍(5900/3230)，所以探傷時(shí)只可運(yùn)用縱波的一次波進(jìn)行探傷，若運(yùn)用縱波二次波進(jìn)行探傷，此時(shí)的橫波將和縱波無法分辨，探傷將無法進(jìn)行。
[0102]本發(fā)明所述一次橫波和一次縱波對同一反射體的深度指示相同，具體如下:根據(jù)折射定律 sina L / 27OO=sin0L/59OO=sin0T/323O，當(dāng)縱波折射角 β L 取 61.3。時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的橫波折射角βΤ為28.7°，這兩個(gè)角度互為余角，相加正好為90°，入射角a是23.6°，圖8示出了本發(fā)明所述一次橫波、一次縱波、二次橫波、一次變形縱波和二次縱波的示意圖，其中T為板厚、OA為縱波聲程、OB為橫波聲程，根據(jù)公式T = cos61.3X0A,同時(shí) T = cos28.7 X 0B,所以 cos61.3x0A = cos28.7 X OB,因?yàn)?cos28.7 / cos61.3 =
0.877/0.48=1.826，所以縱波聲程OA和橫波聲程OB之比為0Α/0Β = 1.826，同時(shí)縱波聲速和橫波聲速CL/CT=5900/3230=1.826，這樣進(jìn)而可以得出一次縱波和一次橫波同時(shí)傳播的過程中，對同一個(gè)反射體的深度指示是相同的，同理，所述二次橫波和一次變形縱波對同一反射體的深度指示相同。本發(fā)明所述一次橫波對一反射體的水平距離為所述一次縱波對同一反射體的水平距離的三分之一，所述二次橫波對一反射體的水平距離為所述變形縱波對同一反射體的水平距離的三分之一，具體如下:當(dāng)一次橫波打到待檢工件底面時(shí)，除了有28.7°的二次橫波反射同時(shí)還有61.3°的一次變形縱波反射，這61.3°的反射縱波雖然不是一次縱波的反射，但可視作是它的反射，此時(shí)，二次橫波反射和一次變形縱波反射的深度數(shù)據(jù)是一致的；通過公式T = AD/tg61.3、T = BD/tg28.7、tg61.3=1.826、tg28.7=0.547、進(jìn)而得出BD/AD=0.547/1.826=0.33，其中T為板厚，即28.7。的一次橫波和61.3°的一次縱波對同一個(gè)反射體的水平距離是1/3的關(guān)系，本發(fā)明所述超聲波探傷裝置探傷時(shí)儀器是按照61.3°的一次縱波深度調(diào)節(jié)，當(dāng)一次縱波探傷反映的深度數(shù)據(jù)確定后，水平距離數(shù)據(jù)也同時(shí)確定，即水平距離X1 = tg61.3X缺陷深度(D)，如果確定反射回波是一次橫波的深度數(shù)據(jù)，則水平距離數(shù)據(jù)就是相同深度縱波水平距離的三分之一，同理如果確定反射回波是二次橫波的深度數(shù)據(jù)，則水平距離數(shù)據(jù)就是相同一次縱波水平距離的三分之一。圖9示出了本發(fā)明所述一次變形縱波進(jìn)行探傷的示意圖，如圖9所示，如果確定反射回波是二次縱波的深度數(shù)據(jù)，則二次縱波的水平距離按下式計(jì)算，其中X2為二次縱波的水平距離、PC為一次橫波的水平距離、T為板厚、BB’為缺陷至待檢工件底面的距離，因?yàn)閄2=Bj C+PC，PC=tg28.7XT=0.55T,因?yàn)?BB’ 已知，進(jìn)而 B，C=tg61.3XBB，=1.83XBB’，所以X2=B, C+PC=1.83XBB’ +0.55T。
[0103]本發(fā)明所述步驟4具體包括的第①步，即為:界定超聲波斜探頭接收到的任一回波是由橫波、縱波或爬波反射產(chǎn)生的，如何界定反射回波是橫波、縱波或爬波反射產(chǎn)生的，具體方式有如下幾種:①根據(jù)超聲波斜探頭所在位置確定，看一次橫波是否進(jìn)入了焊縫里；
②根據(jù)反射回波的形狀變化確定，比如針對同一個(gè)橫通孔，當(dāng)縱波和橫波分別探到時(shí)，反射回波形一模一樣，以及該波后面均出現(xiàn)的一個(gè)波的波形也非常相似，圖10示出了針對分別探到同一個(gè)橫通孔的縱波和橫波的反射回波波形，但第一個(gè)波A和第二個(gè)波B的反射距離Λ S對于縱、橫波有差異，縱波后面的反射回波是縱波達(dá)到橫通孔表面產(chǎn)生的表面縱波，橫波后面的反射回波是橫波達(dá)到橫通孔表面產(chǎn)生的表面波，兩個(gè)波的距離Λ S就是表面縱波或表面波沿孔壁一周的距離，測出周長，橫通孔直徑便能得知，進(jìn)而能夠看出在縱波和橫波探傷時(shí)，表面縱波的產(chǎn)生對缺陷表面要求不高，表面波的產(chǎn)生對缺陷表面要求比較高，所以表面縱波比表面波更容易產(chǎn)生，但由于缺陷的表面和方向性是不確定的，且由于橫波和縱波的角度不同，所以產(chǎn)生表面縱波和表面波的機(jī)率也不一樣；③通過水平位置，因?yàn)檫@幾種波的反射時(shí)間上是相同的，深度距離顯示是一致的，由于行走的路徑不同，所以水平距離不同，通過水平距離確定是哪種波的反射有的缺陷縱波橫波都能發(fā)現(xiàn)，但發(fā)現(xiàn)時(shí)探頭位置不同，所以水平距離就不同；⑤有的位置一個(gè)缺陷多個(gè)波反射，從第一個(gè)波判斷位置，其它波輔助判斷，確定最先是那種波先發(fā)現(xiàn)而反射；⑥串列式發(fā)現(xiàn)的缺陷反射波都在一次板厚度和二次板厚度范圍；⑦爬波發(fā)現(xiàn)的缺陷反射波都在底波(板厚度反射板)后較近的范圍出現(xiàn)。
[0104]當(dāng)28.7° —次橫波打到待檢工件底面時(shí)，根據(jù)折射定律，其產(chǎn)生了 28.7° 二次橫波的同時(shí)產(chǎn)生了 61.3°的一次變形縱波，這就是探傷的二次波，當(dāng)用一次縱波開始焊縫探傷工作時(shí)，一次變形縱波也同時(shí)在焊縫里開始工作，若采用現(xiàn)有技術(shù)中的61.3°縱波進(jìn)行一次波和二次波探傷時(shí)，探頭行走的距離是五倍的板厚，而本發(fā)明利用61.3° 一次縱波和61.3° 一次變形縱波探傷，超聲波斜探頭最多行走三倍板厚的距離，一次縱波和一次變形縱波同時(shí)在焊縫里工作，缺陷分別探到但同時(shí)顯示，圖ΙΙ-a示出了采用本發(fā)明所述一次縱波和一次變形縱波進(jìn)行探傷時(shí)的示意圖，圖11-b示出了采用本發(fā)明所述一次縱波和一次變形縱波進(jìn)行探傷時(shí)，所述超聲波探頭接收到的反射回波的示意圖；另外，本發(fā)明所述一次橫波的強(qiáng)度高于等于同時(shí)產(chǎn)生的一次縱波的強(qiáng)度，一次橫波產(chǎn)生的變形縱波的強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二次縱波的強(qiáng)度，這是解決焊縫探傷的關(guān)鍵，使用其它角度的縱波斜探頭雖然也有橫波存在，但橫波的強(qiáng)度達(dá)不到作為橫波二次波和變形縱波探傷強(qiáng)度的要求。
[0105]本發(fā)明所述一次縱波與二次橫波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測，所述一次縱波與一次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測，實(shí)現(xiàn)了采用一個(gè)探頭和一個(gè)壓電晶片便能具有串列式探傷的功能，本發(fā)明所述二次橫波與一次縱波的交點(diǎn)為b，所述一次變形縱波與一次縱波的交點(diǎn)為a，其中交點(diǎn)a的位置在板厚的下三分之一處，交點(diǎn)b的位置在板厚的二分之一附近，圖12是所述一次縱波與二次橫波、以及所述一次縱波與一次變形縱波分別實(shí)現(xiàn)串列式檢測的示意圖，具體計(jì)算如下:
[0106]一次橫波聲程 oe=oo’ /cos28.7=1.14oo’
[0107]Δ oae 中，ae=tg32.6 Xoe=0.639 X 1.14oo，=0.729oo，
[0108]Δ ace 中，ac=sin28.7 Xae=0.48 X 0.729oo，=0.35oo，=0.35T
[0109]Δ obe 中，be=sin32.6 Xoe=0.538 X 1.14oo，=0.614oo，
[0110]Δ bde 中，bd=cos28.7 Xbe=0.877 X 0.614oo，=0.54oo，=0.54T
[0111]在交點(diǎn)a處形成了 61.3°探頭的串列式探傷模式，串列式顯示的深度值也是板厚，計(jì)算如下:
[0112]Λ obe中，ob為縱波，be、oe為橫波，
[0113]oe=oof /cos28.7=1.14oo，=1.14T
[0114]ob=cos32.6 X oe=0.842 X 1.14T=0.96T
[0115]be=sin32.6Xoe=0.538X1.14T=0.614T
[0116]ob 變?yōu)闄M波 0.96T/1.826=0.527T
[0117]eb+ob=0.614T+0.527T=1.14T,與橫波 oe 相等形成板厚回路。
[0118]Δ oae 中，oe=oo，/cos28.7=1.14oo，=1.14T
[0119]oa=l.14T/cos32.6=1.14T/0.842=1.35T
[0120]ae=tg32.6X1.14T=0.639X1.14T=0.729T
[0121]oa+ae=l.35T+0.729T=2.079T
[0122](oa+ae)/l.826=1.14T,與橫波oe相等形成板厚回路；
[0123]此處反射點(diǎn)a —般有三個(gè)數(shù)值顯示，如圖13-a所示，一個(gè)是一次縱波的反射，如圖13-b所不，另一個(gè)是一次變形縱波的反射，如圖13-c所不,第三個(gè)是一次縱波與一次變形縱波的串列式反射；串列式反射回波高是縱波發(fā)射橫波接收和橫波發(fā)射縱波接收的兩個(gè)回路回波的疊加，該交點(diǎn)交柱的范圍比較大，此回路可在上下較大范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺陷，尤其發(fā)現(xiàn)面狀缺陷。
[0124]隨著探頭的移動(dòng)，在焊縫里又出現(xiàn)了二次變形縱波和一次變形縱波的交點(diǎn)a’，圖14是所述二次變形縱波與一次變形縱波實(shí)現(xiàn)串列式檢測的示意圖，交點(diǎn)a’的位置在板厚的上三分之一處附近，這樣便又有了一個(gè)串列式的探傷范圍，圖15示出了采用二次變形縱波和一次變形縱波形成的串列式的探傷范圍；如圖14所示，在交點(diǎn)b處，形成了縱波61.3°反射的功能，縱波和橫波相交為90°，又形成了一個(gè)串列式反射回路，但交點(diǎn)處反射體必須是圓弧形，平面形反射體要形成反射回路必須傾斜28.7°左右，b點(diǎn)的反射體有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)三個(gè)波，一個(gè)是一次縱波的反射，另一個(gè)是二次橫波的反射，第三個(gè)是串列式反射，一個(gè)缺陷有時(shí)會(huì)同時(shí)有幾個(gè)反射回波，這幾個(gè)反射回波是來自不同路徑傳播的聲波對缺陷的不同位置的反射，根據(jù)反射回波的多少和位置可分析缺陷的形狀。
[0125]本發(fā)明所述一次縱波即61.3°縱波在它掃查的任何位置，根據(jù)缺陷的方向能產(chǎn)生達(dá)到垂直待檢工件底面的反射縱波，如圖12中的ac，也可產(chǎn)生平行be的橫波反射回波，此時(shí)缺陷縱波的反射回波探頭可以接收，缺陷橫波的反射回波有的位置可能和爬波形成了回路使得探頭接收，特殊的時(shí)候在交點(diǎn)a和交點(diǎn)b的位置，可能一個(gè)缺陷有四到五個(gè)反射回波出現(xiàn)，這些反射回波都是給一次反射回波提供缺陷形狀分析所用，61.3°縱波斜探頭有著這個(gè)角度特有的功能。
[0126]另外，在一次縱波和一次橫波的傳播過程中，兩個(gè)波之間的包絡(luò)部分相交，形成了新的波源和路徑，折射角大約在36°至40°左右，傳播速度相當(dāng)于橫波，該波同一次縱波和一次橫波相比能量很低，不足于用來探傷，對縱波和橫波探傷又沒有影響，但是該波若打到底面，則轉(zhuǎn)換成能量較大的速度相當(dāng)于縱波的表面波，通常稱作爬波，爬波的傳播類似縱波沿表面爬行，爬波的出現(xiàn)對于檢驗(yàn)表面的裂紋和離表面十毫米內(nèi)的缺陷非常靈敏，對于表面裂紋的反射遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一次縱波和一次橫波，爬波傳播距離較短，當(dāng)一次橫波和一次縱波的包絡(luò)部分相交所形成的波束打到底面產(chǎn)生爬波，該爬波即為本發(fā)明所述爬波I，圖16示出了爬波I產(chǎn)生的示意圖，如圖16所示，有缺陷時(shí)，水平距離A0’是板厚的0.726倍加上缺陷波深度數(shù)值(D)減掉板厚數(shù)值(T)，即AO’ =0.726T+D-T ;當(dāng)二次橫波和一次變形縱波的包絡(luò)部分相交所形成的波束打到上表面時(shí)，同樣產(chǎn)生上表面的爬波，該爬波即為本發(fā)明所述爬波II，圖17示出了爬波II產(chǎn)生的示意圖，如圖17所示，當(dāng)有缺陷時(shí)，最高反射點(diǎn)的水平距離A’ O是板厚的0.9倍加上0.55倍板厚再加上爬波缺陷深度數(shù)值(D)后減掉板厚數(shù)值(T)，即:A’ 0=0.55T+0.9T+D-T，爬波發(fā)現(xiàn)的缺陷均是在底波后十幾毫米內(nèi)顯示，分析爬波就從底波位置開始向后，隨著板厚的增加，缺陷波離底波位置會(huì)越來越遠(yuǎn)，利用爬波能夠完成焊縫上下表面或工件上下表面進(jìn)行探傷。
[0127]本發(fā)明所述步驟2為對所述超聲波斜探頭進(jìn)行調(diào)校，具體包括測定折射角、探傷靈敏度調(diào)整、制作距離波幅曲線等，這些步驟與現(xiàn)有技術(shù)中的橫波斜探頭使用前的調(diào)整和準(zhǔn)備步驟是相同的，探傷儀器的掃描基線(時(shí)間線)每次探傷只能按一個(gè)角度(一個(gè)時(shí)間)調(diào)節(jié)；另外還包括模擬機(jī)掃描線調(diào)整步驟，具體為:將本發(fā)明所述超聲波斜探頭放到IIW試塊上，將探頭對圓弧面掃查，找到最高反射波，此時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)反射波，前面的是縱波反射，后面的是橫波反射，將縱波調(diào)到刻度48處，橫波調(diào)到刻度88處，深度1:1調(diào)整完畢，圖18-a示出了本發(fā)明所述超聲波斜探頭對IIW試塊進(jìn)行探傷的示意圖，圖18-b示出了本發(fā)明所述超聲波斜探頭對IIW試塊進(jìn)行探傷產(chǎn)生的反射回波的示意圖。
[0128]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中奧氏體焊縫由于晶粒粗大，采用橫波探傷晶間反射嚴(yán)重的問題，如果橫波有影響可通過調(diào)整探頭行走的位置將橫波移出，另外對TMCP鋼探傷不需考慮板材的軋制方向，和常規(guī)鋼焊縫探傷一樣，因?yàn)榭v波是振動(dòng)方向和傳播方向是一致的，探傷時(shí)出現(xiàn)的問題一般是對衰減有變化，而對聲速改變不大，橫波是振動(dòng)方向和傳播方向互相垂直，折射角越大聲速變化越大，板材的各向異性越明顯，折射角相應(yīng)改變就大，板材的各向異性越明顯，折射角28.7°產(chǎn)生的變化對探傷沒有影響，解決了過去橫波探頭探傷解決不了的問題，探傷的準(zhǔn)確率較橫波探頭探傷提高了 15%以上。
[0129]本發(fā)明提供的一種超聲波探傷方法、超聲波探傷裝置及縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭，能夠通過一個(gè)超聲波斜探頭同時(shí)產(chǎn)生縱波、橫波和爬波進(jìn)行探傷，采用一個(gè)探頭便能同時(shí)替代幾個(gè)橫波斜探頭的功能，且采用一個(gè)探頭便能具有串列式探傷的功能，實(shí)現(xiàn)了對待檢工件焊縫的全方位掃查，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的縱波斜探頭、橫波斜探頭探傷存在的問題，如探傷奧氏體焊縫和TMCP鋼焊縫困難等，降低了漏檢率，提高了探傷效率，，節(jié)約探傷成本，探頭行走的距離較橫波斜探頭縮短40%，行走距離越短對探傷準(zhǔn)確率越有利，探傷的準(zhǔn)確率能夠提高到90%以上，改變了目前探傷儀器市場針對各種各樣形狀的產(chǎn)品檢驗(yàn)而需要做的各種各樣的探頭的現(xiàn)狀，以及為了提高探傷的準(zhǔn)確率而用多個(gè)角度探頭分別和組合探傷的方法，適于廣泛推廣。
[0130]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波探傷方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:準(zhǔn)備入射角為a、縱波折射角為PL和橫波折射角為βT的超聲波斜探頭，所述入射角a、縱波折射角PL和橫波折射角β T通過超聲波束在第一介質(zhì)中的聲速，以及縱波和橫波在第二介質(zhì)中的聲速，并結(jié)合縱波折射角與橫波折射角互為余角的預(yù)設(shè)條件進(jìn)行確定； 步驟2:對所述超聲波斜探頭進(jìn)行調(diào)校； 步驟3:將所述超聲波斜探頭配置于待檢工件的外表面上； 步驟4:從所述超聲波斜探頭發(fā)出超聲波束對待檢工件進(jìn)行探傷； 步驟5:根據(jù)所述超聲波斜探頭接收到的反射回波判斷所述待檢工件有無缺陷及相應(yīng)的缺陷位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷方法，其特征在于當(dāng)?shù)谝唤橘|(zhì)為有機(jī)玻璃，當(dāng)?shù)诙橘|(zhì)為鋼時(shí)，所述入射角a等于23.6°，所述縱波折射角β L等于61.3° ;所述橫波折射角β T等于28.7°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷方法，其特征在于所述步驟4具體為: 當(dāng)所述超聲波斜探頭發(fā)出的超聲波束斜射入待檢工件時(shí)，產(chǎn)生折射角為β T的一次橫波和折射角為β L的一次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷； 當(dāng)所述一次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為βΤ的二次橫波和反射角為βL的一次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷； 當(dāng)所述一次縱波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為β T的一次變形橫波和反射角為β L的二次縱波對待檢工件進(jìn)行探傷； 當(dāng)所述二次橫波遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為βΤ的三次橫波和反射角為βL的二次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷； 當(dāng)所述三次橫波遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了反射角為βΤ的四次橫波和反射角為β L的三次變形縱波對待檢工件進(jìn)行探傷； 所述一次橫波和一次縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件底面時(shí)，產(chǎn)生了爬波I對待檢工件進(jìn)行探傷； 所述二次橫波和一次變形縱波的包絡(luò)部分相交形成波束，該波束遇到待檢工件頂面時(shí)，產(chǎn)生了爬波II對待檢工件進(jìn)行探傷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波探傷方法，其特征在于所述步驟5具體包括如下步驟: ①界定超聲波斜探頭接收到的任一反射回波是由橫波、縱波或爬波反射產(chǎn)生的； ②當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由橫波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)一次橫波、二次橫波、一次變形橫波、三次橫波和四次橫波的聲程和傳播時(shí)間不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由一次橫波、二次橫波、一次變形橫波、三次橫波或四次橫波反射產(chǎn)生的； 當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由縱波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)一次縱波、一次變形縱波、二次變形縱波、三次變形縱波的聲程和傳播時(shí)間不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由一次縱波或變形縱波反射產(chǎn)生的； 當(dāng)超聲波斜探頭接收到的某一反射回波是由爬波反射產(chǎn)生的，則根據(jù)爬波I和爬波II的深度距離不同，確定超聲波斜探頭接收到的反射回波是由爬波I或爬波II反射產(chǎn)生的； ③當(dāng)一反射體對應(yīng)一反射回波時(shí)，根據(jù)步驟②的確定結(jié)果結(jié)合反射回波波形確定該反射體是否為缺陷及相應(yīng)的缺陷位置； 當(dāng)一反射體對應(yīng)多個(gè)反射回波時(shí)，根據(jù)步驟②的確定結(jié)果結(jié)合反射回波數(shù)量和各反射回波波形確定該反射體是否為缺陷及相應(yīng)的缺陷位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波探傷方法，其特征在于: 所述一次縱波與二次橫波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測； 所述一次縱波與一次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測； 所述一次變形縱波和二次變形縱波的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測； 所述一次變形縱波和三次橫波相交的交點(diǎn)實(shí)現(xiàn)串列式檢測。
6.一種實(shí)施權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述超聲波探傷方法的超聲波探傷裝置，其特征在于包括入射角為α的縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭。
7.—種如權(quán)利要求6所述的超聲波探傷裝置的縱波橫波爬波一體化超聲波斜探頭，其特征在于所述縱波橫 波爬波一體化超聲波斜探頭的入射角為α。
【文檔編號】G01N29/04GK103954687SQ201410148594
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】曲世發(fā) 申請人:大連天億軟件有限公司