王廣星，孟倩倩，李 晴，張微微

(山東瑞祥模具有限公司，濟寧 272400)

成套對比試塊中各試塊透聲特性的一致性會直接影響儀器校準、靈敏度確定、檢測結(jié)果的一致性及缺陷定量的準確性。因此，試塊材料透聲性能的測試對超聲檢測有重要的意義。對于成套試塊，在制作后應(yīng)采用液浸法測定其距離-波幅曲線，即測定將每一平底孔回波提高到相同幅值時所需增益與聲程的關(guān)系，并通過數(shù)據(jù)點畫出最佳擬合線。對于一套可接受的試塊，不應(yīng)有任一點與擬合線相差超過±1 dB[1]。

筆者為了確保高要求平底孔試塊的產(chǎn)品質(zhì)量滿足標(biāo)準要求，從試塊原材料方面進行透聲特性控制并采取標(biāo)準中規(guī)定的水浸檢測方式對其進行測試。

1 試塊材料透聲特性的控制

試塊材料的一致性和純凈度是透聲特性的保證。標(biāo)準GJB 1580A-2004 《變形金屬超聲檢驗方法》 中規(guī)定，對于每套試塊(不少于12 塊)材料，在制作前應(yīng)采用液浸法測定其透聲特性的一致性。所有試塊材料在加工前必須進行超聲檢測，在檢測要求規(guī)定的工作頻率下進行材料檢測時，不應(yīng)有任何高于擬加工標(biāo)準反射體回波幅值25%的回波顯示。

對每一厚度的試塊材料進行測量，記錄將一次底面反射信號提高至同一幅值所需的增益量，同時繪制分貝值與材料厚度的關(guān)系圖，通過各數(shù)據(jù)點畫出最佳擬合線。

對于圓柱形曲面試塊，任何部位由材料引起的底反射幅值變化均不應(yīng)大于2 dB。

2 試塊透聲特性的測試

2.1 測試方法的選擇

2.1.1 儀器和探頭

對于原材料驗收和試塊擬合曲線的制作，使用的探頭一般以5 MHz水浸探頭為主，對于上表面分辨率人工傷的驗收，可以增加10 MHz水浸探頭，但是在制作擬合曲線時，必須保證兩條曲線有若干個人工傷的重疊，以確保人工傷的聲學(xué)準確性[2]。

2.1.2 焦點的測試

在制作原材料驗收和擬合曲線時，水層距離應(yīng)為探頭的焦距長度。使用直徑3.2 mm的鋼球?qū)μ筋^焦點進行測試，探頭焦點測試工裝如圖1所示。將探頭放置在鋼球正上方，鋼球緊貼探頭，同時觀察鋼球回波幅度，當(dāng)鋼球反射波達到最高回波時對應(yīng)的水層距離即為探頭的實際焦距。該測試可確保焦點落在試塊表面。

2.1.3 探頭參數(shù)

使用的超聲波儀器和水浸探頭必須按照相關(guān)規(guī)定每年進行定期校驗，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合標(biāo)準要求，水浸探頭參數(shù)主要涉及探頭水層距離、頻率。當(dāng)復(fù)驗的參數(shù)相差超過10%時，該探頭不可再用于擬合曲線的制作。

2.1.4 水浸檢測裝置

使用的水槽在長、寬、高方向應(yīng)滿足試塊的水浸要求，x軸行程應(yīng)能夠滿足測試試塊長度方向要求，z軸行程應(yīng)能夠滿足測試試塊水層距離要求，水槽底部對圓柱形試塊應(yīng)有固定裝置，并能夠進行w軸的轉(zhuǎn)動，運動機構(gòu)包括x,y,z,a,b,w軸，且6個軸能夠單獨進行運動，各軸運動時應(yīng)保證滿足相對精度和運動控制的要求。水浸檢測設(shè)備實物如圖2所示，水浸檢測試塊及工裝如圖3所示。

2.2 試塊的水浸檢測

2.2.1 平面試塊水浸檢測

制作距離-波幅曲線時首先調(diào)整水層距離，水層距離以探頭的實際焦點落在試塊的表面為準[1]；其次，調(diào)整a、b軸，獲得界面波的最大值，此時探頭和試塊表面成垂直狀態(tài)；最后提高靈敏度，移動x,y軸，將人工傷信號的波幅調(diào)整到滿屏高度的80%，記錄儀器的分貝值；重復(fù)上面的步驟對所有試塊進行檢測。將所有試塊的埋深和分貝值進行整理，形成一條距離-波幅曲線。

2.2.2 曲面試塊水浸檢測

一套曲面試塊的水浸測試可能包含了距離-波幅和面積-波幅關(guān)系。制作曲線時首先調(diào)整水層距離，水層距離以探頭的實際焦點落在試塊的表面為準；其次調(diào)整a,b軸，獲得界面波的最大值，此時探頭和試塊表面成垂直狀態(tài)；最后提高靈敏度，移動x,y,w軸，將人工傷調(diào)整到滿屏高度的80%，記錄儀器的分貝值；重復(fù)上面的步驟對所有試塊進行檢測。將所有試塊的埋深和分貝值根據(jù)人工傷孔徑大小規(guī)律進行整理，形成若干條曲線。

2.2.3 上表面分辨率標(biāo)準反射體水浸檢測

對于埋深在10 mm以內(nèi)的且5 MHz探頭無法發(fā)現(xiàn)的人工傷，一般采用10 MHz探頭進行檢測，具體步驟和其他埋深的人工傷相同，考慮到10 MHz探頭可能無法滿足整套試塊的擬合曲線制作，在使用10 MHz探頭制作曲線時，可僅用10 MHz探頭測試埋深較小的點，5 MHz探頭測試埋深較大的點，為保證各點的連續(xù)性，兩種探頭測試曲線必須重合3個點以上，確保人工傷的聲學(xué)對應(yīng)關(guān)系，制作曲線時，會單獨形成一條10 MHz探頭的曲線。

2.2.4 小規(guī)格曲面試塊水浸檢測

水浸平探頭的焦點相對較大，對小規(guī)格曲面試塊的檢測效果不佳，因此對于該類試塊，宜采用水浸點聚焦探頭進行檢測，檢測方法和曲線制作過程相同。

2.3 測試結(jié)果的確認

2.3.1 反射波幅擬合曲線的測試

將測試試塊第一點的反射波幅調(diào)整至滿屏的80%，固定檢測靈敏度，依次測量不同埋深的平底孔發(fā)射回波幅值，記錄基準波幅值，并計算±1 dB增益所對應(yīng)的反射波幅，依次填入表格中。試塊測試數(shù)據(jù)如表1所示，制作的試塊驗收波幅擬合曲線如圖4所示。

表1 試塊測試數(shù)據(jù)

圖4 試塊驗收波幅擬合曲線

試塊材料為TC4；標(biāo)準反射體為φ2 mm平底孔；測試儀器型號為CTS-1010；測試探頭為5 MHzφ10 mm直探頭。

擬合曲線圖中“■”位置為測試試塊實際反射波幅，紅色“●”位置為±1 dB點。

采用該方式，在一條曲線不能實現(xiàn)全覆蓋時，增加一條曲線，增加的曲線與原曲線至少重疊3點以上。若兩條曲線上的所有點均符合要求，則該試塊測試合格。

2.3.2 反射量擬合曲線的測試

將測試試塊第一點的反射波幅調(diào)整至滿屏的80%，記錄此時的檢測靈敏度，依次測量不同埋深的平底孔(均使反射回波幅值達到滿屏的80%)，記錄各自的檢測靈敏度，不同缺陷埋深試塊測試基準靈敏度如表2所示。試塊驗收靈敏度擬合曲線如圖5所示。

表2 不同缺陷埋深試塊測試基準靈敏度 dB

圖5 試塊驗收靈敏度擬合曲線

2.3.3 擬合曲線評定

對于一套可接受的試塊，不應(yīng)有任一點幅值與

擬合線相差超過±1 dB，超過該值時，應(yīng)重新進行制作和測試，確保試塊滿足要求。

3 結(jié)語

縱波檢測用標(biāo)準試塊是超聲檢測的常用試塊，為保證試塊的一致性及測試數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，在標(biāo)準中對其加工和驗收有著嚴格的要求。文章介紹了縱波檢測標(biāo)準試塊超聲檢測的質(zhì)量控制及測試方法同時，保證了各試塊材料聲學(xué)性能的一致性。同時詳細介紹了試塊加工完成后基于液浸檢測的兩種超聲檢測擬合曲線制作方法。以上兩種檢測方法有效地保障了試塊的驗收質(zhì)量，同時也為超聲檢測同行進行檢測及擬合曲線制作提供了一些參考。