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超声波探伤仪垂直线性偏差影响缺陷定量的案例分析

在超声波探伤过程中,不知道大家有没有遇到过这样的情况:制作好DAC曲线后,对工件进行扫查,发现超过评定线的缺陷回波后,移动探头找到缺陷的最高回波,移动闸门框住缺陷波,然后会将缺陷波的波幅自动增益到满屏的80%,然后读取仪器上的SL值。当找到缺陷最高回波,保持探头不动,手动减小增益, DAC曲线和波幅高度同时降低,但是此时的SL读数也会发生变化。下面做个试验来演示SL值的变化过程。

第一步:在CSK-IIA试块上制作DAC曲线,找到横孔回波的最高波,自动增益到满屏的80%,然后按“确定”键,依次找到不同深度横孔的最高波,完成DAC曲线制作。

第二步:找到工件最高波,自动增益到满屏的80%,记录此时的SL读数,固定探头不动,手动减小增益,观察下面3幅图中的SL读数变化。减小仪器的增益,SL值也逐渐减小。

图1 缺陷回波幅度的满屏80%

图2 缺陷回波幅度的满屏20%

图3 缺陷回波幅度的满屏1%

为什么改变增益值SL值会变化?而且是逐渐减小?

我的理解如下:

我们都知道电子仪器仪表都会存在一定的误差,影响缺陷定位的误差称为水平线性偏差,影响缺陷的定量(波幅高度)的误差称为垂直线性偏差,通常超声波检测的标准中都会对探伤仪器的垂直线性和水平线性提出要求,比如NB/T7013.3-2015标准中要求水平线性偏差不大于1%,垂直线性偏差不大于5%,并且每年至少校准一次。因此,可以用垂直线性来解释为什么会导致SL值发生改变。

那又为什么SL值是减小而不是增加呢?

    通常我们制作DAC曲线过程是通过找到一系列深度横孔的高波,然后自动增益到80%,然后根据仪器的dB余量绘制成一条光滑的曲线,每个深度的横孔回波高度都存在一定的函数关系(可以用横孔回波声压计算公式来推导)。问题就在于将回波增益到满屏的80%

制作做好DAC曲线之后,对工件进行扫查,假设找到缺陷最高后自动增益到满屏的80%,仪器默认为此时缺陷回波和横波回波高度都是80%,仪器可以通过函数计算调取与缺陷深度相同的横孔回波值增益值,然后减去此时的dB读数,该差值即为SL值,此时SL读数是最准确的。如果缺陷回波不增益到满屏的80%,而是20%。那么除了上述的计算过程还要减去波幅高度的dB差值,即减去20lg(80/20),此时为SL的读数。

按照上面图片的数据来推算,图1中SL读数为-1.5db(实际值应采用灵敏度余量,为了方便计算采用增益读数),深度为47.2mm的横孔的增益读数53.3+1.5=54.8db,假设图2中缺陷波幅为20%,增益值为41.3,仪器的垂直线性偏差为5%,计算的SL值为-2.1dB,实际读数为-2.3dB,两者基本一致。SL计算过程如下:

SL=54.8-[41.3+(1-0.05)*20lg(80/20)]=2.1dB

垂直线性是影响SL读数变化的主要原因,为了减小垂直线性的偏差对缺陷定量的影响,应在找到缺陷最高波后尽量自动增益到满屏的80%。


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