劉英和，徐萬(wàn)德，李全余，馬成寶

（1.天津市友聯(lián)螺旋鋼管有限公司，天津 301606；2.天津市友發(fā)鋼管集團(tuán)有限公司，天津 301606）

超聲波探傷儀顯示區(qū)下方發(fā)亮的水平線(xiàn)段稱(chēng)作掃描基線(xiàn)。探傷時(shí)根據(jù)缺陷反射回波在掃描基線(xiàn)上出現(xiàn)的位置來(lái)確定缺陷埋藏位置。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)在超聲波探傷儀中的廣泛應(yīng)用，使數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)比例確定的方法與模擬式超聲波探傷儀出現(xiàn)了不同，相關(guān)教材、儀器操作說(shuō)明書(shū)中均沒(méi)有關(guān)于數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)比例確定方法的介紹與說(shuō)明。筆者通過(guò)對(duì)兩種形式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)調(diào)整過(guò)程與比例確定方法的比較分析，論述了數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)調(diào)整后是否還需要人為確定掃描基線(xiàn)比例的問(wèn)題。

1 模擬式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)比例調(diào)整

1.1 掃描基線(xiàn)實(shí)現(xiàn)定位尺功能

受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，模擬式超聲波探傷儀無(wú)法直接識(shí)別掃描基線(xiàn)上出現(xiàn)的缺陷反射回波埋藏深度與水平距離等信息。因此設(shè)計(jì)人員在顯示器前面放置了一塊保護(hù)面板，在玻璃片的下方等間距做出0，2，4，6，8，10mm等水平刻度，使每一刻度代表一定的長(zhǎng)度，以使掃描基線(xiàn)轉(zhuǎn)化為定位尺。如圖1所示。

圖1 模擬式超聲波探傷儀顯示器保護(hù)面板

1.2 掃描基線(xiàn)調(diào)整的比例確定

1.2.1 調(diào)整目的

調(diào)整掃描基線(xiàn)一是使水平刻度的顯示范圍足以包含需檢測(cè)的深度范圍；二是使保護(hù)面板上的刻度與在材料中聲傳播的距離成一定比例，以便準(zhǔn)確測(cè)定缺陷深度位置。

1.2.2 調(diào)整方法

根據(jù)檢測(cè)范圍，利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射回波，通過(guò)調(diào)節(jié)儀器上的掃描范圍和延遲旋鈕，使兩個(gè)回波信號(hào)的前沿分別位于相應(yīng)的水平刻度處。

1.2.3 調(diào)整過(guò)程

找到R100與R50圓弧反射回波后，配合調(diào)節(jié)模擬探傷儀“深度細(xì)調(diào)”與“脈沖移位”旋鈕使R50，R100圓弧反射回波分別移動(dòng)到顯示器保護(hù)面板水平刻度對(duì)應(yīng)L1，L2位置時(shí)，掃描基線(xiàn)按水平距離比例1∶1調(diào)整結(jié)束。

隨著被檢工件厚度的變化，掃描基線(xiàn)比例可通過(guò)將顯示器保護(hù)面板上的水平刻度值τ與反射體的水平距離L按公式τ：L＝1：n計(jì)算得出，這一過(guò)程實(shí)際是將圖1水平刻度上的每個(gè)值轉(zhuǎn)化成了長(zhǎng)度。

2 數(shù)字式超聲波探傷儀的掃描基線(xiàn)

2.1 顯示器的分辨力

數(shù)字式超聲波探傷儀使用的各種顯示器的參數(shù)之一為分辨力。以640×480分辨力的顯示器為例，掃描列數(shù)為640列，行數(shù)為480行。整個(gè)屏幕實(shí)際就是由640×480個(gè)像素點(diǎn)組成的點(diǎn)陣，點(diǎn)陣數(shù)就稱(chēng)為顯示器的分辨力。如圖2所示。

圖2 顯示器點(diǎn)陣示意

2.2 數(shù)字式超聲波探傷儀顯示區(qū)的建立

圖3網(wǎng)格區(qū)域稱(chēng)作數(shù)字式超聲波探傷儀的顯示區(qū)，顯示區(qū)域的上、下以及左側(cè)顯示了不同數(shù)量的文字與數(shù)字，需要占用不同數(shù)量的像素點(diǎn)。

圖3 某型號(hào)數(shù)字式超聲波探傷儀的顯示區(qū)

通過(guò)前述分析可知，圖2由左至右每行像素點(diǎn)數(shù)為640點(diǎn)，去掉圖3水平方向的數(shù)字、文字以及空白區(qū)域占用的像素點(diǎn)數(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)定圖3顯示區(qū)域由左至右使用512個(gè)像素點(diǎn)來(lái)組成，上、下由320個(gè)像素點(diǎn)組成，即圖3顯示區(qū)是由512×320個(gè)像素點(diǎn)組成的點(diǎn)陣構(gòu)成。

2.3 數(shù)字式超聲波探傷儀電子刻度的建立

數(shù)字式超聲波探傷儀利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將圖1保護(hù)面板上的0，2，4，6，8，10等水平刻度值直接制作成了如圖3顯示區(qū)下方的0，10.8，21.6，32.4，43.2，55.3的電子刻度，刻度數(shù)量為512個(gè)，即與顯示區(qū)內(nèi)由左至右的像素點(diǎn)數(shù)相同，電子刻度的功能與定位尺的功能相同。利用計(jì)算機(jī)的軟件功能，將電子刻度放置到圖3所示顯示區(qū)下方并與某一行像素點(diǎn)重合，此即為數(shù)字式超聲波探傷儀電子刻度的建立過(guò)程。

2.4 顯示范圍的形成

圖3所示數(shù)字式超聲波探傷儀的采樣頻率為15MHz，由上述分析可知電子刻度的刻度數(shù)量與顯示區(qū)中的像素點(diǎn)數(shù)512點(diǎn)相同。

由采樣頻率可得，采集一個(gè)電子刻度（即一個(gè)像素點(diǎn)）所用時(shí)間為1／（15×106）s，采集512個(gè)電子刻度所用時(shí)間為512×1／（15×106）s，橫波聲速為3 240m／s＝3 240×103mm／s。

在512×1／（15×106）s時(shí)間內(nèi)超聲波走過(guò)的聲程S為：

S＝512×1×3 240×103／（15×106）＝110.6mm

發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)超聲波為一去一回，而屏幕只顯示單程，因此圖3電子刻度最終代表的顯示范圍S＝55.3mm。

通過(guò)上述計(jì)算不難看出顯示范圍55.3mm是用512.0個(gè)像素點(diǎn)來(lái)表示的，那么每一個(gè)像素點(diǎn)所代表的長(zhǎng)度為55.3mm／512＝0.11mm。利用計(jì)算機(jī)的軟件功能，使掃描基線(xiàn)與電子刻度重合，即可使數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)間接實(shí)現(xiàn)缺陷定位的功能。

3 數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)的調(diào)整

3.1 調(diào)整過(guò)程

參考圖4使用CSK－IA標(biāo)準(zhǔn)試塊調(diào)整以橫波探傷掃描基線(xiàn)。所用橫波斜探頭超聲波先要在探頭斜楔中走過(guò)距離a，橫波探頭規(guī)格型號(hào)不同a值不同，因此超聲波探傷前需要調(diào)整掃描基線(xiàn)，使圖4入射點(diǎn)的位置為掃描基線(xiàn)起點(diǎn)的位置。

圖4 使用CSK－IA型試塊調(diào)整（校準(zhǔn)）掃描基線(xiàn)示意

數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)調(diào)整時(shí)由于a值的影響，CSK－IA標(biāo)準(zhǔn)試塊上R100圓弧的反射回波一般不會(huì)直接出現(xiàn)在掃描基線(xiàn)（聲程S）100mm的位置，而是需要利用軟件功能將反射回波移動(dòng)到100mm的位置完成掃描基線(xiàn)調(diào)整，也就是說(shuō)數(shù)字式超聲波探傷儀可以使用R50或R100任意一個(gè)圓弧的反射回波就可實(shí)現(xiàn)掃描基線(xiàn)調(diào)整，這一點(diǎn)與模擬式超聲波探傷儀是不相同的。

上述操作步驟不同版本的超聲波探傷教材與標(biāo)準(zhǔn)及部分探傷人員有多種不同叫法，如掃描基線(xiàn)調(diào)整、掃描比例調(diào)整、掃描速度調(diào)整、距離校準(zhǔn)等，但其最終目的只有一個(gè)，即將a值影響去掉，使入射點(diǎn)與掃描基線(xiàn)零點(diǎn)重合。

3.2 電子刻度如何轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度

當(dāng)被檢工件的厚度增大，顯示區(qū)電子刻度顯示的最大范圍不足以包含所需檢測(cè)的深度范圍時(shí)，可以通過(guò)數(shù)字式超聲波探傷儀顯示范圍壓縮功能自動(dòng)擴(kuò)大電子刻度上每一刻度代表的長(zhǎng)度，使最大顯示范圍大于或等于檢測(cè)的深度范圍。如最大顯示范圍是x mm，則每一刻度代表的長(zhǎng)度變?yōu)閤／512mm。

上述分析說(shuō)明，數(shù)字式超聲波探傷儀顯示范圍越小，每一電子刻度所代表的長(zhǎng)度越小，缺陷定位越精確。

3.3 缺陷定位的實(shí)現(xiàn)

任何型號(hào)的數(shù)字式超聲波探傷儀都具備“峰值搜索”功能，此功能有利于探傷人員找到反射回波的最高峰值（即反射回波最高點(diǎn)），儀器自動(dòng)識(shí)別反射回波最高峰值對(duì)應(yīng)的電子刻度值，并自動(dòng)將電子刻度值由左側(cè)第一個(gè)連續(xù)累加到反射回波最高峰值所對(duì)應(yīng)的電子刻度值，并自動(dòng)計(jì)算出缺陷在電子刻度上所處的長(zhǎng)度值。

4 結(jié)語(yǔ)

分析可得，模擬式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)的比例與每一水平刻度值所代表的長(zhǎng)度值是通過(guò)人為計(jì)算與調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，探傷人員需要獲取其信息。

數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)比例是通過(guò)儀器自動(dòng)計(jì)算與調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，而且探傷人員在不清楚數(shù)字式超聲波探傷儀掃描基線(xiàn)比例調(diào)整的具體過(guò)程與步驟的情況下，并不影響缺陷的檢出概率與定位精度。因此筆者建議在使用數(shù)字式超聲波探傷儀時(shí)，工藝、報(bào)告等技術(shù)文件中保留H（深度）、L（水平）、S（聲程）等掃描基線(xiàn)調(diào)整方法的內(nèi)容，而去掉掃描基線(xiàn)比例的填寫(xiě)要求。