概述
按一般法規(guī)或規(guī)章要求，一旦檢測出一個可疑的內(nèi)孔表面（ID）相連的裂紋，則必須對它進行鑒定。初始過程通常包括使用與檢測階段相同的1.5、2.25或5MHz斜探頭。進一步評估信號幅度、上升和降落時間、回波動態(tài)響應(yīng)和脈沖持續(xù)時間，希望籍此能幫助確定該可疑信號是否來自內(nèi)部相連幾何體、沉頭孔、根部或者是否是一個實際的缺陷。
另一種方法，即使用單晶片爬波探頭也可用于鑒定過程，這種方法逐漸盛行，因為它簡易而且能對該可疑缺陷提供檢測以及初步的定量信息。
單晶片爬波探頭詳述
用于內(nèi)孔（ID）爬波技術(shù)的單晶片探頭設(shè)計成能在感興趣的材料中產(chǎn)生70度的折射縱波。用于產(chǎn)生70度縱波的入射角也會生成其他波型的波。這些不同模式的波互相作用從而產(chǎn)生一個獨特的回波波型――波型變化決定于引起回波的缺陷材料中的深度。每種成分的行為可分為以下三種類型：
直接縱波：這是70度折射縱波，在快速簡易的校準(zhǔn)程序后，只有在裂紋非常深的時候才出現(xiàn)。
橫波（30－70－70）：伴隨著70度的縱波，同時會產(chǎn)生一個30度的橫波。30度橫波傳播到試塊底面，有一部分聲波能量將折射為70度縱波信號。這種“波型轉(zhuǎn)換”的70度波將撞擊反射體表面然后傳播回到探頭。該往返信號也被認為是“30－70－70”信號來表示三角聲程的每一段的角度。這個信號出現(xiàn)在中間壁厚的或是很深的缺陷處。
內(nèi)表面爬波：這種波型實質(zhì)上是一種沿著試塊內(nèi)表面?zhèn)鞑サ谋砻婵v波。當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)表面爬波時，為可能存在內(nèi)表面相連缺陷提供強有力的證據(jù)，所以內(nèi)表面爬波信號被認為是一種“標(biāo)記”。
使用爬波探頭校準(zhǔn)
爬波技術(shù)之所以相對容易實施，歸因于校準(zhǔn)和信號評定很大程度上基于波型識別的簡單概念這一事實。一般而言，這三種波型模式產(chǎn)生的信號是否出現(xiàn)A－掃描顯示取決于反射體的種類和幾何形狀。
涉及這三種波形中的兩種波形的定位回波的校準(zhǔn)：內(nèi)表面爬波和30－70－70信號。建議校準(zhǔn)在與被檢測材料同樣厚度的校準(zhǔn)試塊上進行。為了接近被檢測的裂紋，需要在試塊內(nèi)切割出一系列的切槽。具有代表性的切槽深度為20％～80％壁厚。由于能產(chǎn)生這三種波型模式指示，試塊側(cè)面可以用于校準(zhǔn)。當(dāng)參考試塊和測試材料厚度一樣時，每一種信號的到達時間的差值是一樣的。實施校準(zhǔn)時，來自試塊邊緣的30－70－70信號應(yīng)該定位于探傷儀屏幕的第四格而內(nèi)表面爬波信號定位于第五格。一旦建立起這種關(guān)系，就可以開始使用爬波探頭進行探傷和信號識別過程。由于在爬波組件中包含的較高的能量，以及爬波在靠近內(nèi)表面處傳播的事實，它對于內(nèi)表面連接裂紋非常而不遵循表面幾何形狀，對于使用橫波探頭能提供強烈指示的焊縫根部這樣的反射體，爬波的靈敏度比較低。因為這個原因，檢測員可以對原先判定為缺陷的重新評定，也可對懷疑為內(nèi)表面連接指示體補充掃查檢測材料。因為每一種波形模式只在特定的條件下爬波探頭也允許用戶獲得初步的尺寸信息
圖1的A掃描只顯示ID爬波信號，這表明有淺裂紋存在。圖2中的A－掃描同時顯示內(nèi)表面爬波和30-70-70往返信號，這表明有中間層內(nèi)缺陷存在。圖3中的A－掃描顯示了所有的三種信號。ID爬波、30－70－70往返信號和直接的縱波信號都存在。這表明有深裂紋存在。由于任何超聲技術(shù)都存在局限性。來自三種波形模式的信號可能有不同的幅值關(guān)系，這取決于探頭頻率、阻尼特性、晶片尺寸和被檢材料的厚度。更有甚者，被檢金屬的類型和實際內(nèi)表面形狀也可能改變?nèi)肷浣菑亩淖兓夭ǚ店P(guān)系。由于這些原因，對這種技術(shù)建議使用合適的校準(zhǔn)試塊。
這種潛伏的可變性也是這種技術(shù)之所以作為定性方法的原因?；夭ǖ年P(guān)系對于缺陷大致的深度給出了一個非常好的指示，但是必須使用進一步定量技術(shù)來驗證反射體的深度。
定量技術(shù)
定量技術(shù)使用定量流程圖
使用內(nèi)表面爬波技術(shù)得到的結(jié)果可用一個定量流程圖來概括
尖端衍射技術(shù)
這種方法用于定量范圍約為5－35％壁厚深度的淺裂紋。在這種方法中，來自裂紋尖端的信號的抵達時間用于確定裂紋深度。為了簡化這個過程，儀器校準(zhǔn)成每一個屏幕格子對應(yīng)用一個特定的裂紋深度。典型地，選定屏幕的最初五格中的每一格代表材料厚度的20％。因此，穿過20％壁厚深處的裂紋會在第4個屏幕分格上產(chǎn)生信號，穿過40％壁厚深處的裂紋會在第3個屏幕分格上產(chǎn)生信號等等。同樣要注意在這個技術(shù)中要把尖端信號和角反射分離開，從這種分離中獲得的信息使操作者對裂紋深度做出最終的精確的判定。圖4顯示了一個穿過20％壁厚缺陷的A－掃描波形。
為了對來自裂紋尖端的信號提供良好的分辨率，典型的是使用高阻尼、5MHz、45或60度的斜探頭。由于裂紋尖端的信號可能比較弱，探傷儀應(yīng)該有RF顯示模式。當(dāng)信噪比比較差時，用這種顯示模式可以更容易地看到裂紋尖端信號，如圖5所示。
雙波型技術(shù)
這種方法用于對穿透30-70%壁厚深度范圍的裂紋進行定量。典型地使用3MHz雙晶片串列式的探頭。該探頭由前面的晶片發(fā)射50度折射縱波和相應(yīng)的橫波，并由后面接收來自晶片的波形。
這種探頭的校準(zhǔn)和使用實質(zhì)上是尖端衍射和爬波技術(shù)的結(jié)合。使用尖端衍射技術(shù)，探傷儀是這樣校準(zhǔn)的，使得來自裂紋尖端的信號位于屏幕特定的分格上。在評定/定量過程中同樣使用這種衍射技術(shù)，來記錄和使用不同波型波的分離。
高角度縱波技術(shù)
最后的定量技術(shù)用于穿過約60－95％壁厚深度范圍的裂紋進行定量。這種方法再次使用來自裂紋尖端信號抵達時間作為裂紋深度的指示。來自靠近表面的裂紋的信號校準(zhǔn)在前幾個分格處而更深一點的指示信號校準(zhǔn)在更多數(shù)目的分格處。應(yīng)該注意：這些指示信號顯示了保持試樣中的大量的好的材料的數(shù)量，而不是裂紋的實際深度。我們建議這種技術(shù)使用雙晶片高角度縱波探頭。對于檢測幾乎完全沿著壁厚方向傳播的裂紋，內(nèi)表面爬波探頭是很有用的。
結(jié)論
這些技術(shù)最重要的方面就是它們的簡易性。一旦理解了聲束的行為，檢測和定量內(nèi)表面連接缺陷的過程就成為校準(zhǔn)和波型識別的一種技術(shù)。此外，因為該定量技術(shù)基于回波的抵達時間，因此，在本質(zhì)上就更精確。而傳統(tǒng)技術(shù)則利用信號的幅值，會因耦合條件而遭受許多變化。采用渡越時間基本技術(shù)，會降低或消除這些變化的影響。
按一般法規(guī)或規(guī)章要求，一旦檢測出一個可疑的內(nèi)孔表面（ID）相連的裂紋，則必須對它進行鑒定。初始過程通常包括使用與檢測階段相同的1.5、2.25或5MHz斜探頭。進一步評估信號幅度、上升和降落時間、回波動態(tài)響應(yīng)和脈沖持續(xù)時間，希望籍此能幫助確定該可疑信號是否來自內(nèi)部相連幾何體、沉頭孔、根部或者是否是一個實際的缺陷。
另一種方法，即使用單晶片爬波探頭也可用于鑒定過程，這種方法逐漸盛行，因為它簡易而且能對該可疑缺陷提供檢測以及初步的定量信息。
單晶片爬波探頭詳述
用于內(nèi)孔（ID）爬波技術(shù)的單晶片探頭設(shè)計成能在感興趣的材料中產(chǎn)生70度的折射縱波。用于產(chǎn)生70度縱波的入射角也會生成其他波型的波。這些不同模式的波互相作用從而產(chǎn)生一個獨特的回波波型――波型變化決定于引起回波的缺陷材料中的深度。每種成分的行為可分為以下三種類型：
直接縱波：這是70度折射縱波，在快速簡易的校準(zhǔn)程序后，只有在裂紋非常深的時候才出現(xiàn)。
橫波（30－70－70）：伴隨著70度的縱波，同時會產(chǎn)生一個30度的橫波。30度橫波傳播到試塊底面，有一部分聲波能量將折射為70度縱波信號。這種“波型轉(zhuǎn)換”的70度波將撞擊反射體表面然后傳播回到探頭。該往返信號也被認為是“30－70－70”信號來表示三角聲程的每一段的角度。這個信號出現(xiàn)在中間壁厚的或是很深的缺陷處。
內(nèi)表面爬波：這種波型實質(zhì)上是一種沿著試塊內(nèi)表面?zhèn)鞑サ谋砻婵v波。當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)表面爬波時，為可能存在內(nèi)表面相連缺陷提供強有力的證據(jù)，所以內(nèi)表面爬波信號被認為是一種“標(biāo)記”。
使用爬波探頭校準(zhǔn)
爬波技術(shù)之所以相對容易實施，歸因于校準(zhǔn)和信號評定很大程度上基于波型識別的簡單概念這一事實。一般而言，這三種波型模式產(chǎn)生的信號是否出現(xiàn)A－掃描顯示取決于反射體的種類和幾何形狀。
涉及這三種波形中的兩種波形的定位回波的校準(zhǔn)：內(nèi)表面爬波和30－70－70信號。建議校準(zhǔn)在與被檢測材料同樣厚度的校準(zhǔn)試塊上進行。為了接近被檢測的裂紋，需要在試塊內(nèi)切割出一系列的切槽。具有代表性的切槽深度為20％～80％壁厚。由于能產(chǎn)生這三種波型模式指示，試塊側(cè)面可以用于校準(zhǔn)。當(dāng)參考試塊和測試材料厚度一樣時，每一種信號的到達時間的差值是一樣的。實施校準(zhǔn)時，來自試塊邊緣的30－70－70信號應(yīng)該定位于探傷儀屏幕的第四格而內(nèi)表面爬波信號定位于第五格。一旦建立起這種關(guān)系，就可以開始使用爬波探頭進行探傷和信號識別過程。由于在爬波組件中包含的較高的能量，以及爬波在靠近內(nèi)表面處傳播的事實，它對于內(nèi)表面連接裂紋非常而不遵循表面幾何形狀，對于使用橫波探頭能提供強烈指示的焊縫根部這樣的反射體，爬波的靈敏度比較低。因為這個原因，檢測員可以對原先判定為缺陷的重新評定，也可對懷疑為內(nèi)表面連接指示體補充掃查檢測材料。因為每一種波形模式只在特定的條件下爬波探頭也允許用戶獲得初步的尺寸信息
圖1的A掃描只顯示ID爬波信號，這表明有淺裂紋存在。圖2中的A－掃描同時顯示內(nèi)表面爬波和30-70-70往返信號，這表明有中間層內(nèi)缺陷存在。圖3中的A－掃描顯示了所有的三種信號。ID爬波、30－70－70往返信號和直接的縱波信號都存在。這表明有深裂紋存在。由于任何超聲技術(shù)都存在局限性。來自三種波形模式的信號可能有不同的幅值關(guān)系，這取決于探頭頻率、阻尼特性、晶片尺寸和被檢材料的厚度。更有甚者，被檢金屬的類型和實際內(nèi)表面形狀也可能改變?nèi)肷浣菑亩淖兓夭ǚ店P(guān)系。由于這些原因，對這種技術(shù)建議使用合適的校準(zhǔn)試塊。
這種潛伏的可變性也是這種技術(shù)之所以作為定性方法的原因?；夭ǖ年P(guān)系對于缺陷大致的深度給出了一個非常好的指示，但是必須使用進一步定量技術(shù)來驗證反射體的深度。
定量技術(shù)
定量技術(shù)使用定量流程圖
使用內(nèi)表面爬波技術(shù)得到的結(jié)果可用一個定量流程圖來概括
尖端衍射技術(shù)
這種方法用于定量范圍約為5－35％壁厚深度的淺裂紋。在這種方法中，來自裂紋尖端的信號的抵達時間用于確定裂紋深度。為了簡化這個過程，儀器校準(zhǔn)成每一個屏幕格子對應(yīng)用一個特定的裂紋深度。典型地，選定屏幕的最初五格中的每一格代表材料厚度的20％。因此，穿過20％壁厚深處的裂紋會在第4個屏幕分格上產(chǎn)生信號，穿過40％壁厚深處的裂紋會在第3個屏幕分格上產(chǎn)生信號等等。同樣要注意在這個技術(shù)中要把尖端信號和角反射分離開，從這種分離中獲得的信息使操作者對裂紋深度做出最終的精確的判定。圖4顯示了一個穿過20％壁厚缺陷的A－掃描波形。
為了對來自裂紋尖端的信號提供良好的分辨率，典型的是使用高阻尼、5MHz、45或60度的斜探頭。由于裂紋尖端的信號可能比較弱，探傷儀應(yīng)該有RF顯示模式。當(dāng)信噪比比較差時，用這種顯示模式可以更容易地看到裂紋尖端信號，如圖5所示。
雙波型技術(shù)
這種方法用于對穿透30-70%壁厚深度范圍的裂紋進行定量。典型地使用3MHz雙晶片串列式的探頭。該探頭由前面的晶片發(fā)射50度折射縱波和相應(yīng)的橫波，并由后面接收來自晶片的波形。
這種探頭的校準(zhǔn)和使用實質(zhì)上是尖端衍射和爬波技術(shù)的結(jié)合。使用尖端衍射技術(shù)，探傷儀是這樣校準(zhǔn)的，使得來自裂紋尖端的信號位于屏幕特定的分格上。在評定/定量過程中同樣使用這種衍射技術(shù)，來記錄和使用不同波型波的分離。
高角度縱波技術(shù)
最后的定量技術(shù)用于穿過約60－95％壁厚深度范圍的裂紋進行定量。這種方法再次使用來自裂紋尖端信號抵達時間作為裂紋深度的指示。來自靠近表面的裂紋的信號校準(zhǔn)在前幾個分格處而更深一點的指示信號校準(zhǔn)在更多數(shù)目的分格處。應(yīng)該注意：這些指示信號顯示了保持試樣中的大量的好的材料的數(shù)量，而不是裂紋的實際深度。我們建議這種技術(shù)使用雙晶片高角度縱波探頭。對于檢測幾乎完全沿著壁厚方向傳播的裂紋，內(nèi)表面爬波探頭是很有用的。
結(jié)論
這些技術(shù)最重要的方面就是它們的簡易性。一旦理解了聲束的行為，檢測和定量內(nèi)表面連接缺陷的過程就成為校準(zhǔn)和波型識別的一種技術(shù)。此外，因為該定量技術(shù)基于回波的抵達時間，因此，在本質(zhì)上就更精確。而傳統(tǒng)技術(shù)則利用信號的幅值，會因耦合條件而遭受許多變化。采用渡越時間基本技術(shù)，會降低或消除這些變化的影響。
