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　　2.2.2 垂直表面的內(nèi)部裂紋

　　如圖3所示，對于垂直表面的內(nèi)部裂紋，如果上端點(diǎn)和下端點(diǎn)都是由一次波探測到(如圖3，A)，一次波聲程分別為W1和W2，則其自身高度h為：

　　h = (w2- w1)×cosβ ------(2)

　　如果上端點(diǎn)是由一次波探測到，而下端點(diǎn)是由二次波探測到(如圖3，B)，設(shè)一、二次波的總聲程為L2。如果工件厚度為T，那么L2中一次波聲程為：T/ cosβ; 二次波聲程為：L2-(T/ cosβ);則：

　　W2 = L2-2 ×(L2-(T/ cosβ)) ------(3)

　　2.2.3 傾斜的內(nèi)部裂紋

　　如圖4所示，對于有傾角的的內(nèi)部裂紋，如果上端點(diǎn)和下端點(diǎn)都是由一次波探測到(如圖4，A)，一次波聲程分別為W1和W2，則其自身高度h為： {nextpage}

　　hˊ= (w2- w1)×cosβ ------(4)

　　如果上端點(diǎn)是由一次波探測到，而下端點(diǎn)是由二次波探測到(如圖4，B)，且工件厚度為T，那么總聲程L2中一次波聲程為：T/ cosβ;總聲程L2中二次波聲程為：L2-(T/ cosβ);則：

　　W2 = L2 - 2 ×(L2-(T/ cosβ)) ------(5)

　　hˊ= (w2- w1)×cosβ

　　利用公式(1)--(5)進(jìn)行聲程的數(shù)字化處理，為提高h(yuǎn) 的測量精度，工件厚度T和探頭K值必須精確測量。

　　3. 超聲信號分析儀和分析軟件

　　超聲信號分析儀實(shí)際上是一臺帶有采樣裝置(頻率為30兆)和超聲信號接入裝置的工控計(jì)算機(jī)，具有計(jì)算機(jī)的全部功能。超聲信號從CTS-22型超聲波探傷儀接入。

　　分析軟件采用可視界面技術(shù)，在 WINDOWS環(huán)境下均可運(yùn)行，軟件設(shè)計(jì)以 JB 4730-94 標(biāo)準(zhǔn)為依椐。

　　4. 研究結(jié)果

　　4.1 模擬裂紋定量測量分析

　　線切割模擬裂紋試塊如圖2、圖3、圖4所示，用超聲信號分析儀和分析軟件對其自身(垂直)高度進(jìn)行測量。測量了64個(gè)不同類型的線切割模擬裂紋，實(shí)測結(jié)果與誤差如表1所示。

　　表1 信號分析法自身高度測量數(shù)據(jù)

　　序號垂直高度測量模擬裂紋個(gè)數(shù)絕對誤 差(mm)相對誤 差(%)

　　單 個(gè)平均最 小最 大平 均

　　127-0.09;-0.254;-0.35;-0.66 +0.3; +0.6; +0.650.414.533.020.5

　　248-0.87;-0.82;-0.5

　　+0.82;+0.23;+0.22;+0.586

　　+0.40.555.521.7513.8

　　3510-0.93;-0.5;-0.72

　　+0.13;+0.6;+0.9; +0.65;+0.9

　　+0.918;+0.40.662.618.413.2

　　4613-0.23;-0.83;-0.5; -0.16;-0.22

　　-0.12;-0.812

　　+0.15;+0.54;+0.8; 0.4;+0.5

　　+0.0470.410.813.8 6.8

　　5813-0.2;-0.15;-0.8; -0.48;-0.39

　　-0.74;-0.26;-0.824;-0.15

　　-0.5; -0.67

　　+0.19;+0.1620.421.910.3 5.3

　　61213-0.5;-0.9;-0.17; -0.94;-0.72

　　-0.1;-0.62;-0.82;-0.95-0.5

　　+0.12;+0.5;+0.750.580.87.9 4.8

　　4.2 自然裂紋定位定量測量分析

　　總共制作了38塊自然裂紋(有表面開口裂紋和埋藏裂紋)試塊，用端點(diǎn)反射回波數(shù)字信號測量法對其全部檢測，并將其中七塊(試塊為板、管，缺陷性質(zhì)為表面和埋藏)解剖驗(yàn)證，所得數(shù)據(jù)如表2和表3：

　　表2 自然裂紋端點(diǎn)反射法檢測結(jié)果

　　試塊號試塊厚度缺陷位置缺陷長度

　　(射線測量)缺陷預(yù)制垂直高度實(shí)測高度

　　110表面1522.46/2.5

　　420表面533.47 / 2.74 / 3.79

　　1544表面121011.62

　　1716(管)表面1633.02

　　2010埋藏2222.74 / 2.17

　　3344埋藏 53.54 /3.29

　　3515(管)埋藏1524.27 / 3.485

　　解剖驗(yàn)證的方法如下：

　　(1) 用常規(guī)超聲檢測方法對裂紋進(jìn)行定位，在試塊表面用細(xì)鉆頭打上標(biāo)記，顯示裂紋長度和位置; {nextpage}

　　(2) 對試塊采用MO絲(10-15絲)進(jìn)行線切割，切割方向垂直于焊縫，間距為1-2mm，且將每一薄片編號;

　　(3) 對裂紋自身高度最高處及附近切片進(jìn)行表面拋光處理，并用讀數(shù)顯微鏡觀察、測量裂紋二端點(diǎn)間的垂直高度值(測量數(shù)據(jù)見表3)，對自身高度最高處切片做低倍照相記錄;

　　(4) 上述試塊端點(diǎn)反射法測量結(jié)果，用B顯示軟件顯示裂紋的位置和各項(xiàng)數(shù)值，比較實(shí)際誤差并作誤差分析(因篇幅有限，只發(fā)表二個(gè)試件的低倍照相和B顯示，見圖5和圖6);

　　表3 自然裂紋解剖測量與比較結(jié)果

　　試塊編號 工件厚度 缺陷類型 預(yù)制高度 切片編號 解剖測量高度 端點(diǎn)反射法檢測高度 誤差 備注

　　1 10 表面 2 1-7 2.00 2.46*

　　2.5

　　1-5 2.46

　　1-6 3.03

　　4 20 表面 3 4-5 2.10 2.74 3.47*

　　3.79 +0.10

　　+0.42

　　4-6 2.13

　　4-7 2.15

　　4-8 3.37

　　15 44 表面 10 15-5 8.28 11.62* +3.02 見注2

　　15-3 8.58

　　15-4 8.6

　　17 16(管) 表面 3 17-4 3.37 3.02* -0.35

　　17-3 3.95

　　17-5 4.27

　　17-6 4.30

　　20 10 埋藏 2 20-10 0.1 2.17*

　　2.74+0.27

　　+0.84

　　20-11 0.64

　　20-6 1.18

　　20-4 1.4

　　20-5 1.9

　　33 44 埋藏 5 33-10 2.3 3.29

　　3.54*

　　33-11 2.3

　　33-4 2.82

　　33-5 3.06

　　33-14 3.7

　　33-15 3.7

　　35 15(管) 埋藏 2 35-5 1.65 3.49

　　4.27* +0.45

　　35-6 3.0

　　35-2 3.34

　　35-1 3.82

　　注：1. *有B顯示;

　　2. 15#試塊焊縫根部裂紋表面開口狀態(tài)十分復(fù)雜底部反射波很雜，操作者較難正確判斷缺陷波，故造成較大的操作誤差。

　　圖5 1#試塊裂紋低倍照片和B顯示

　　圖6 20# 試塊裂紋低倍照片與B顯示

　　4.3 試塊解剖裂紋測量結(jié)果與端點(diǎn)反射法測量結(jié)果的比較

　　圖7 顯示了試塊解剖后裂紋實(shí)際測量結(jié)果與端點(diǎn)反射法測量結(jié)果之間的關(guān)系，圖中粗線表示的是實(shí)際測量得到的最小垂直高度與最大垂直高度之間的范圍。由于自然裂紋面不是規(guī)則的矩形面，其高度起伏變化。所以解剖測量到的和系統(tǒng)檢測到的高度都有一定的隨機(jī)性，所測高度只是其中的一部分，精確的確定檢測誤差是很困難的。我們按以下三種情況分析檢測誤差：

　　(1) 如果系統(tǒng)檢測結(jié)果在最小垂直高度與最大垂直高度之間，我們認(rèn)為系統(tǒng)檢測結(jié)果符合實(shí)際狀況;

　　(2) 如果系統(tǒng)檢測結(jié)果小于最小垂直高度，我們認(rèn)為系統(tǒng)檢測結(jié)果具有負(fù)誤差;

　　(3) 如果系統(tǒng)檢測結(jié)果大于最大垂直高度，我們認(rèn)為系統(tǒng)檢測結(jié)果具有正誤差;

　　各號試塊系統(tǒng)檢測結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果之間的關(guān)系及檢測誤差如圖7所示，圖中表示的是絕對誤差。

　　5. 結(jié)論與展望

　　(1) 采用聲程數(shù)字處理技術(shù)的端點(diǎn)反射回波法，對提高裂紋自身(垂直)高度測量精度是非常有效的。具有原理簡單、測量重復(fù)性好、操作方便快捷和實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。對于自身(垂直)高度大于等于2mm的平面型缺陷(裂紋類)，其測量精度(平均絕對誤差)可控制在1mm以內(nèi),相對誤差隨高度的變化而變化。其精度優(yōu)于模擬超聲探傷儀的深度定位法[1];

　　(2) 自行研制的超聲信號分析儀和分析軟件不僅具有模擬超聲儀器和一般數(shù)字式超聲儀器的功能，還具有頻譜分析、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和報(bào)告編輯功能(將另文發(fā)表);

　　(3) 試驗(yàn)研究表明探頭質(zhì)量對檢測精度有一定的影響[2];

　　(4) 利用超聲信號分析系統(tǒng)，可以擴(kuò)大試驗(yàn)研究范圍，特別是薄壁材料(如小口徑管焊縫)的超聲檢測方面的研究。