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超聲金屬無損探傷檢測(cè)中缺陷的波形

發(fā)布時(shí)間:2020/8/26 14:09:05

金屬無損探傷檢測(cè)脈沖回波的檢測(cè)能力

對(duì)金屬鑄件來說,在其制造和生產(chǎn)過程中由于各種原因經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的缺陷,這些缺陷既有表面缺陷也有內(nèi)部缺陷。當(dāng)金屬工件進(jìn)行無損探傷檢測(cè)時(shí)、表面性質(zhì)、形狀厚度一致的情況下,收到的底波信號(hào)也基本一致,但當(dāng)被測(cè)工件中存在缺陷或者工件內(nèi)材料存在差異時(shí),底波幅值會(huì)急劇下降甚至直接為零,與此同時(shí),會(huì)出現(xiàn)明顯的缺陷回波。所以在一般情況下,當(dāng)探測(cè)面與被測(cè)工件的底面相互平行時(shí),可以利用回波幅值作為分析缺陷并對(duì)缺陷大小進(jìn)行估計(jì)的一種方法。在用脈沖回波法對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行檢測(cè)時(shí),當(dāng)工件內(nèi)超聲波發(fā)生聲阻抗變化,會(huì)發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生變化的部分存在反射、折射等現(xiàn)象,而發(fā)生這些物理現(xiàn)象后,反射波也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。通過回波信號(hào)幅值的變化,可以對(duì)缺陷的面積、方位、深度等信息完成相應(yīng)的判斷與分析。在缺陷面積、深度、位置等信息不同的情況下,接收到的反射波也會(huì)對(duì)應(yīng)的存在不同。


由于脈沖回波法對(duì)金屬的內(nèi)部缺陷和表面缺陷的檢測(cè)定位能力較強(qiáng),因此可以用一個(gè)收發(fā)合置的探頭在工件的單側(cè)面進(jìn)行檢測(cè)。相對(duì)而言,該方法簡(jiǎn)單且容易操作,對(duì)缺陷的檢測(cè)靈敏度高,速度較快,應(yīng)用費(fèi)用較低,所以一般使用脈沖回波法對(duì)金屬材料進(jìn)行檢測(cè)。但該方法也有其自身的局限性,當(dāng)缺陷與工件內(nèi)無缺陷部分的聲阻抗基本相同時(shí),反射信號(hào)的能量較小,導(dǎo)致反射信號(hào)不易接收。由于脈沖回波法對(duì)被測(cè)工件中接近檢測(cè)表面的缺陷難以識(shí)別,所以存在一定的檢測(cè)盲區(qū)。同時(shí),由于超聲波在物體中傳播聲程較長(zhǎng),而脈沖回波法又需要根據(jù)被測(cè)工件的反射信號(hào)對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)分析,因此當(dāng)材料的聲衰減率過高時(shí),無法使用脈沖回波法對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)


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金屬鑄件在進(jìn)行制作時(shí),由于自身形成的原因,會(huì)使得鑄件成型后其內(nèi)部不均勻,并且因此造成缺陷。鑄件常見缺陷有氣孔、夾渣、縮孔、冷裂紋、材料不均、晶粒粗大等缺陷。


氣孔

在金屬凝固的過程中,由于氣體無法排出而停滯在金屬內(nèi)部,從而形成了氣洞。洞的內(nèi)壁十分光滑且內(nèi)部存在氣體,而超聲波經(jīng)過氣孔時(shí)的反射率較高。因此在使用超聲檢測(cè)時(shí),當(dāng)工件內(nèi)的缺陷為氣孔的情況下,較易被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。一般氣孔的形狀均為球形或橢球形。氣孔的波形特征是反射波峰高并且單一,對(duì)底波影響不大。


縮孔

鑄件冷卻凝固時(shí),由于存在不均勻收縮的現(xiàn)象,使得最后凝固的區(qū)域存在孔洞。當(dāng)這些孔洞較為集中且具有一定的容積時(shí),則將其稱為縮孔。通常縮孔的表面都較為粗糙,并且呈現(xiàn)的形狀均為無規(guī)則分布的。對(duì)比工件內(nèi)的氣孔與縮孔時(shí),可以利用縮孔的兩個(gè)特點(diǎn),對(duì)工件內(nèi)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。縮孔的波形特征是一個(gè)回波內(nèi)具有多個(gè)峰值并且幅值較大。


夾雜

鑄件中較常見的夾雜是內(nèi)在夾雜、外來金屬夾雜及非金屬夾雜。在實(shí)際檢測(cè)時(shí),較常檢測(cè)出的夾雜類的缺陷均為非金屬夾雜,夾雜會(huì)破壞材料自身的連續(xù)性。當(dāng)夾雜出現(xiàn)在工件內(nèi)部的不同位置,并且夾雜物的含量與形態(tài)不同時(shí),均會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生不同的性能影響。當(dāng)前由于真空技術(shù)的普遍應(yīng)用,因此夾雜現(xiàn)象相對(duì)于氣孔而言,更易出現(xiàn)在鑄件內(nèi)并影響其使用。夾雜的回波較弱,在不同方位探測(cè)時(shí),回波變化較大。


裂紋

鑄件在形成過程中,較為常見的裂紋是由于熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致的,或是由鍛造過程中所產(chǎn)生的裂紋,或是由于工件使用時(shí)間過長(zhǎng)造成的疲勞裂紋。冷裂紋在檢測(cè)時(shí)其回波幅值較高,對(duì)底波的影響較大。


晶粒粗大

晶粒粗大是超聲檢測(cè)過程中常見的缺陷,當(dāng)工件存在晶粒粗大的情況時(shí),不但對(duì)工件性能有所影響,甚至?xí)?duì)小缺陷的超聲回波信號(hào)產(chǎn)生影響。


超聲檢測(cè)是一個(gè)聲能量穿透工件后,根據(jù)信號(hào)能量的改變而判定缺陷的過程。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)后通過探頭發(fā)射超聲波,將探頭放置被測(cè)工件表面,超聲波通過耦合劑進(jìn)入被測(cè)工件。當(dāng)被測(cè)工件內(nèi)存在缺陷時(shí),超聲信號(hào)在遇到材料變化的情況后會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反射、折射等物理現(xiàn)象,通過探頭接收反射的超聲信號(hào)。探頭實(shí)際為一個(gè)聲—電換能器,將反射后得到的聲能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào),傳送至放大器,經(jīng)過放大后,通過計(jì)算機(jī)或其他顯示儀器,對(duì)工件內(nèi)部缺陷進(jìn)行顯示并分析。根據(jù)獲得的缺陷反射信號(hào)的時(shí)間與幅值,與標(biāo)準(zhǔn)試塊中的人工缺陷的幅值進(jìn)行比較后,可以對(duì)被測(cè)工件的缺陷位置與尺寸完成估計(jì)。對(duì)金屬材料進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)時(shí),采集得到的信號(hào)為帶噪信號(hào)。在帶噪信號(hào)中,有用信息有可能被噪聲完全湮沒,無法直接獲取,因此需要采用信號(hào)處理技術(shù),將噪聲從檢測(cè)信號(hào)內(nèi)濾除,從而得到清晰明顯的信號(hào)。


超聲信號(hào)是一種非平穩(wěn)的、突變的信號(hào),在進(jìn)行檢測(cè)時(shí),需要對(duì)局部時(shí)間范圍內(nèi)的頻譜信息進(jìn)行相關(guān)表示與分析,傳統(tǒng)的信號(hào)分析方法無法滿足檢測(cè)后對(duì)信號(hào)的相關(guān)要求,因此需要采用時(shí)頻分析方法對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行處理。時(shí)頻分析技術(shù)與傳統(tǒng)的信號(hào)分析方法不同之處在于,這種分析方法不僅是在時(shí)域或頻域上對(duì)信號(hào)完成分析處理,它是在時(shí)域與頻域聯(lián)合的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。時(shí)頻分析的基本思想是:需要使用時(shí)域與頻域相結(jié)合的函數(shù),用這種函數(shù)對(duì)信號(hào)的不同時(shí)間與頻率進(jìn)行描述,并且可以得到各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)頻率與幅值。