便携式数字化超声波探伤仪的校准

周建军

一、引言

随着科学技术的发展，计算机在无损检测领域的广泛应用，使超声波检测仪器由模拟式时代发展到数字化时代，超声波仪器的功能更加强大，重量更轻，使用更加简便，具有数据存储记忆功能，计算机输出接口，DAC/TCG功能，频率可调，RF射频回波显示，自动校准等功能。公司先后购买CTS-3000、USM-35X、EPOCH-4型等数字化超声波探伤仪，数字化超声波探伤仪的校准要求更加严格，各种参数必须精确测量。

二、数字化探伤仪与模拟探伤仪校准的区别

在实际超声波探伤过程中，为了在所规定的检测范围内发现缺陷，并确定缺陷的位置，必须在检测前对探伤仪进行校准，调节仪器的扫描速度，扫描速度是指仪器示波屏时基扫描线的水平刻度值与实际声程的比例关系。校准准确与否直接影响缺陷的定位，两种仪器的调节方法和调节过程有明显区别。

1.调节方法

最常用的检测波形主要有纵波和横波，纵波调节方法两种仪器都采用声程调节方法。横波调节方法两者有很大的区别。模拟超声波探伤仪扫描速度的调节有三种方法，即深度调节、水平调节和声程调节，但声程调节方法很少使用，主要是计算上的麻烦。实际工作中所需要的数据是缺陷的位置，深度和水平调节方法，可以直接从仪器示波屏上显示一已知数据，通过简单计算就可以得到缺陷的水平距离和深度距离。数字化超声波探伤仪扫描速度的调节是声程调节，仪器根据输入的参数自动计算出缺陷的水平距离和深度距离，并在荧光屏上显示。

2.调节过程

模拟超声波探伤仪，利用仪器面板上深度粗调和细调旋钮和水平旋钮反复调节，使标准试块上的两个回波分别对准所规定的水平刻度值，检测范围不同时，需要重新进行调节。数字化超声波探伤仪，只要测量出探头的零点和被检材料的声速，把这两种数据输入就可以了。如果检测不同板厚，可在仪器基本主菜单上的范围子菜单内，调节相应的检测范围。

三、数字化探伤仪校准方法的介绍

数字化超声波探伤仪的校准取决于三个关键参数，即探头零点、探头角度和材料声速。 探头零点是指探头晶片与被测工件耦合面之间存在的声程距离而造成的时间延迟。探头角度通常指横波探伤时探头的折射角，根据折射角的度数，仪器自动计算出缺陷的水平距离和深度距离。材料声速是超声波在该材料中的传播速度，与材料的弹性模量和材料的密度有关，是表征材料声学特性的重要参数，波的类型不同，超声波在该材料中所传播的速度也不同。

探伤仪有两种校准方法，自动校准和非自动校准，数字化超声波探伤仪的校准方法的原理基本是一样的，现以USM35X为例介绍。

1.探头零点和材料声速未知情况下使用自动校准方法

在探头零点和材料声速未知情况下的自动校准方法，使用SWB45-2探头、IIW试块、显示范围200mm，自动校准过程如下。

（1）将探头放置在标准试块IIW上，如图1，前后移动探头，找到R100圆弧面的最高反射回波，选择合适的检测范围（显示范围200mm），以便得到两个回波，在荧光屏上显示。

（2）选择功能组校准菜单，闸门A置于第一个回波上（图1），将回波距离（100mm）输入到参照物1，按回车键进行确认。

（3）闸门A置于第二个回波上，把第二个回波距离（200mm）输入到参照物2，按回车键进行确认。校准完成，荧光屏上两个回波显示在100mm和200mm的刻度上（图2）。

（4）待屏幕刷新后，返回基本菜单，在探头延时和声速子菜单中得到所测探头的零点和材料声速。

2.在材料声速已知情况下的校准方法

在材料声速已知情况下，使用B2S探头、IIW试块、显示范围100mm，校准过程如下。

（1）在基本菜单中，选择声速子菜单，调节声速值，钢中纵波声速5920m/s。

（2）将探头放置在标准试块IIW上，如图3，前后移动探头，找到100mm底面的最高反射回波，回波高度调节到80%。

（3）闸门A置于第一个回波上，闸门高度调节到20%，在基本菜单中，选择探头延时子菜单，调节探头延时值，使显示的声程值为100mm；仪器校准工作完成，波形的位置见图4。

（4）在基本菜单中，子菜单探头延时中显示的值为该探头的零点。

在探头零点和被检材料声速已知的情况下，纵波探伤时把这两个值输入到仪器中；横波探伤时，探头零点、探头折射角、材料声速输入到仪器中，选择合适的检测范围，仪器的校准工作就已完成。

四、数字化探伤仪的校准过程

数字化超声波探伤仪在探头零点和被检材料声速都未知情况下，具有自动校准功能，但是在自动校准过程中发现，即使是同样的仪器、探头和试块，会得到不同的探头零点和材料声速值，当范围改变时，也会得到不同的探头零点和声速值，表1就是使用USM35X，探头B2S，WB45-2，WB60-2，试块IIW，所测到的探头零点和钢中的声速值。

表1

从表1中可以看出，使用同样的探头，同样的试块，同样的探伤人员，每次测的数据是不一样的，尤其横波声速在用不同角度的探头测量时，所得到的数据也是有差异的，但是对于同一探头其零点是一样的，同一材料的声速也是不会有变化的，是一常数。根据使用多台数字化超声波探伤仪的经验，不推荐使用自动校准这种方法校准仪器。

1.推荐按照下面的步骤校准仪器

（1）确定被检材料声速 如果被检材料是普通材质，声速到有关资料中去查；如果被检材料是特殊材质，在材料声速未知的情况下，先测量材料的声速；常用钢的纵波声速为5920m/s，横波声速为3230m/s。

（2）确定所用探头的零点 根据三、2介绍的步骤测量所用探头的零点。

（3）根据检测标准和产品的技术要求，选择合适的检测范围。

2.声速的测量

在特殊材料声速未知情况下，进行超声波探伤，必须测量其声速，加工一块半圆形试块，考虑到进行纵波和横波声速测量，加工成如图5的试块，试块的厚度至少为30mm。横波声速测量过程如下。

（1）将SWB45-2探头放置在试块上，如图5，前移动探头，找到R100圆弧面的最高反射回波，并用压块压在探头上，选择合适的检测范围，以便得到两个稳定的回波。

（2）闸门A置于第一个回波上，闸门B置于第二个回波上，一定要注意闸门B高度要置于和闸门A置于第一个回波上同样波幅的位置。

（3）返回基本菜单，选择子菜单材料声速，调节声速值，直到测量的声程差为100mm。

完成上述操作后，此时的声速值就是被测材料的横波声速值，纵波声速的测量方法是一样的，声速至少测量5次，计算其平均值作为该材料的声速值。

声速测量后，根据三、2测量所用探头的零点，两个参数值都已确定，这时，根据被检材料的厚度选择合适的检测范围，打开仪器基本菜单，在子菜单范围、声速、探头延时中输入相应的数据，仪器校准就已完成。在超声波探伤过程中要注意，闸门的高度及回波的高度要同仪器校准时一致（一般为荧光屏高度的80%），否则仪器显示的各种数据就有误差。

五、结论

数字化超声波探伤仪在具体工作过程中，给探伤人员代来了很大的方便和实用性，但是在具体操作上要求探伤人员认真测量各种数据，尤其是探头的零点和折射角，要根据使用情况，经常进行测量，并对仪器中的数据进行修正，仪器输出的结果才是正确的。