CN113834878B - 测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块及方法 - Google Patents

测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块及方法，专用试块包括试块基体以及检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ；检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ均呈底面为直角三角形的直三棱柱状，并且四者镶嵌在试块基体中，检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体镶嵌在一起形成一个横截面为正方形的立方体形状；检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面分别位于由检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体所形成的立方体的四个侧面上且齐平。本发明提供的专用试块结构紧凑小巧，轻便易携带，可同时适用于焊缝探伤常见四种K值横波斜探头的测量。

Description

测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试 块及方法
技术领域
本发明涉及超声波探伤技术领域，具体地讲，涉及一种测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块及方法。
背景技术
组合水平线性指的是超声波探头与超声探伤仪相连后，探头发出的超声波在试块(或工件)某一反射面上得到的多次反射回波的实际时间间隔与超声波探伤仪测量出的时间间隔的数值偏差及成正比的程度。组合水平线性直接影响探伤过程中对缺陷的定位准确性，因此各类探伤技术规程中对组合水平线性都有严格的规定，例如NBT47013.3规定水平线性的最大偏差不得超过1％。
现有对组合水平线性的测量方法是：使用纵波直探头在CSK-Ⅰ试块厚度为25mm的大平底上获得多次反射回波，测定这些回波的测量声程与实际声程的差值，进而得到水平线性值。这种技术测出的水平线性只能反映纵波直探头与探伤仪的组合性能，不能反映横波斜探头与探伤仪的组合性能。例如公开号为CN107514966A的专利申请中公开了一种超声波横波斜探头声轴偏斜角的测量装置及方法，它是用来实现对超声波横波探头的声轴偏斜角大小精准测量，不适用于对超声波探头与超声探伤仪的组合水平线性的测量。
考虑到管道焊缝的检测经常使用横波斜探头，因此，现有方法存在根本性不足。此外，现有组合水平线性的测量公式是按照模拟电路式超声波探伤仪给出的，而目前基本都使用数字超声波探伤仪，也需要对原有的测量公式进行一定的修正。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的用于测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块，并提供测量方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块，包括由塑料或树脂材料制成的试块基体，其特征在于：还包括由碳素钢材质制成的检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ；所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ均呈底面为直角三角形的直三棱柱状，并且四者镶嵌在试块基体中，检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体镶嵌在一起形成一个横截面为正方形的立方体形状；所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面分别位于由检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体所形成的立方体的四个侧面上且齐平；所述检测块Ι的底面三角形的其中一个锐角是45°±1°，所述检测块Ⅱ的底面三角形的其中一个锐角是56°±1°，所述检测块Ⅲ的底面三角形的其中一个锐角是63°±1°，所述检测块Ⅳ的底面三角形的其中一个锐角是68°±1°，所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边长度相等，均为35mm～45mm。
优选的，所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱的棱边高度相等。
优选的，由检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体所形成的立方体的高为20mm～40mm，其正方形横截面的边长为60mm～100mm。
本发明还提供了采用上述的专用试块对横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性进行测量的方法，具体方法步骤为：
设定：检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面为检测面，该检测面用于与横波斜探头接触；
检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的其中一个直角边所在的侧面为反射面；
测量方法为：
首先，将横波斜探头置于检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ其中一个检测面上，具体是：测量K1探头时，将K1横波斜探头置于检测块Ι上的检测面上；测量K1.5探头时，将K1.5横波斜探头置于检测块Ⅱ上的检测面上；测量K2探头时，将K2横波斜探头置于检测块Ⅲ上的检测面上；测量K2.5探头时，将K2.5横波斜探头置于检测块Ⅳ上的检测面上；由于检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ都是根据超声波的反射折射定律设计而成的，因此，K1、K1.5、K2、K2.5探头分别在检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ中的入射声束将分别在检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ的反射面发生全发射，这样，在不移动探头的情况下，超声波探伤仪会接受到多次反射回波，进一步的，由于横波斜探头的前沿长度一般在十几毫米左右，按照几何关系，可推得各回波的声程间隔为10mm左右，这个距离即可以使多次回波有效地拉开显示间隔，又能在超声波探伤仪的显示屏上同时显示出多次反射回波，且每个回波的理论时间间隔成严格的倍数正比关系；
然后，调节数字超声波探伤仪，移动闸门分别套住第一次、第二次、第三次、第四次、第五次、第六次反射回波，探伤仪将自动分别读出每一次反射回波最高点对应的声程值，第一次回波的读数值为a1，第二次回波的读数值为a2，第三次回波的读数值为a3，第四次回波的读数值为a4，第五次回波的读数值为a5，第六次回波的读数值为a6；
随后，记录a2-a1，a3-2a1，a4-3a1，a5-4a1，a6-5a1的差值，其中差值绝对值最大的记为|amax|；
最后，按照公式
Figure BDA0003218397750000031
计算水平线性误差δ，b＝5a1。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1.本发明提供的专用试块结构紧凑小巧，轻便易携带，可同时适用于焊缝探伤常见四种K值横波斜探头的测量；
2.本发明提供的专用试块可以使各回波的声程间隔控制适宜，即可有效拉开多次反射回波的显示间隔，又能在一个显示屏的声程范围内同时显示，且每个回波的时间间隔成严格的倍数正比关系，不需要调节仪器声程范围、易于检测人员方便快速的测量和操作；
3、本发明弥补了目前方法只能测量纵波直探头与超声探伤仪组合时的系统水平线性的不足，可以方便地测量出横波斜探头与超声波探伤仪的组合水平线性，该方法与管道焊缝探伤工况相一致，实用性明显优于现有方法；
4.本发明提供的测量方法可以使横波斜探头直接放置到相应的检测块上，不需要移动寻找最大反射波峰，即可得到多次的反射回波；
5.本发明对按照模拟电路式超声波探伤仪给出的水平线性计算公式进行了修正，使其符合数字数字超声波探伤仪的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的专用试块的立体结构示意图。
图2是本发明实施例中的检测块Ι的立体结构示意图。
图3是本发明实施例中的检测块Ⅱ的立体结构示意图。
图4是本发明实施例中的检测块Ⅲ的立体结构示意图。
图5是本发明实施例中的检测块Ⅳ的立体结构示意图。
图6是本发明实施例中的测量方法所使用的整个测量系统的示意图。
图7是本实施例中横波在检测块反射面上发生全反射的原理图。
图8为组合水平线性测量方法示意图。
附图标记说明：检测块Ι1；检测块Ⅱ2；检测块Ⅲ3；检测块Ⅳ4；试块基体5；横波斜探头6；数字超声波探伤仪7；检测面P1；反射面P2。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1至图8。
本实施例公开了一种测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块，其包括由塑料或树脂材料制成的试块基体5，以及包括由碳素钢材质制成的检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3和检测块Ⅳ4。检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3和检测块Ⅳ4均呈底面为直角三角形的直三棱柱状，并且四者镶嵌在试块基体5中，检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4和试块基体5镶嵌在一起经适当的打磨或切削处理后形成一个横截面为正方形的立方体形状，且该立方体的高为20mm～40mm，其正方形横截面的边长为60mm～100mm。
本实施例中，检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3和检测块Ⅳ4四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面分别位于由检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4和试块基体5所形成的立方体的四个侧面上且齐平，因为检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3和检测块Ⅳ4四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面要作为检测面，该检测面用于与横波斜探头6接触，故需要暴露在外侧。
本实施例中，检测块Ι1的底面三角形的其中一个锐角是45°±1°，检测块Ⅱ2的底面三角形的其中一个锐角是56°±1°，检测块Ⅲ3的底面三角形的其中一个锐角是63°±1°，检测块Ⅳ4的底面三角形的其中一个锐角是68°±1°，检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3和检测块Ⅳ4四个直三棱柱中的底面三角形的斜边长度相等，均为35mm～45mm，且检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3和检测块Ⅳ4四个直三棱柱的棱边高度相等。
本实施例中，采用上述的专用试块对横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性进行测量的方法，具体方法步骤为：
设定：检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面为检测面P1，该检测面P1用于与横波斜探头6接触；
检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4四个直三棱柱中的底面三角形的其中一个直角边所在的侧面为反射面P2；
测量方法为：
首先，将横波斜探头6置于检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4其中一个检测面上，具体是：测量K1探头时，将K1横波斜探头置于检测块Ι1上的检测面上；测量K1.5探头时，将K1.5横波斜探头置于检测块Ⅱ2上的检测面上；测量K2探头时，将K2横波斜探头置于检测块Ⅲ3上的检测面上；测量K2.5探头时，将K2.5横波斜探头置于检测块Ⅳ4上的检测面上；由于检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4都是根据超声波的反射折射定律设计而成的，因此，K1、K1.5、K2、K2.5探头分别在检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4中的入射声束将分别在检测块Ι1、检测块Ⅱ2、检测块Ⅲ3、检测块Ⅳ4的反射面发生全发射(参见图7)，这样，在不移动探头的情况下，超声波探伤仪会接受到多次反射回波，进一步的，由于横波斜探头的前沿长度一般在十几毫米左右，按照几何关系，可推得各回波的声程间隔为10mm左右，这个距离即可以使多次回波有效地拉开显示间隔，又能在超声波探伤仪的显示屏上同时显示出多次反射回波，且每个回波的理论时间间隔成严格的倍数正比关系；
然后，调节数字超声波探伤仪7，移动闸门分别套住第一次、第二次、第三次、第四次、第五次、第六次反射回波，探伤仪将自动分别读出每一次反射回波最高点对应的声程值，第一次回波的读数值为a1，第二次回波的读数值为a2，第三次回波的读数值为a3，第四次回波的读数值为a4，第五次回波的读数值为a5，第六次回波的读数值为a6；
随后，记录a2-a1，a3-2a1，a4-3a1，a5-4a1，a6-5a1的差值，其中差值绝对值最大的记为|amax|；
最后，按照公式
Figure BDA0003218397750000051
计算水平线性误差δ，b＝5a1。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块，包括由塑料或树脂材料制成的试块基体，其特征在于：还包括由碳素钢材质制成的检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ；所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ均呈底面为直角三角形的直三棱柱状，并且四者镶嵌在试块基体中，检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体镶嵌在一起形成一个横截面为正方形的立方体形状；所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面分别位于由检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体所形成的立方体的四个侧面上且齐平；所述检测块Ι的底面三角形的其中一个锐角是45°±1°，所述检测块Ⅱ的底面三角形的其中一个锐角是56°±1°，所述检测块Ⅲ的底面三角形的其中一个锐角是63°±1°，所述检测块Ⅳ的底面三角形的其中一个锐角是68°±1°，所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边长度相等，均为35mm～45mm。
2.根据权利要求1所述的测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块，其特征在于：所述检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ和检测块Ⅳ四个直三棱柱的棱边高度相等。
3.根据权利要求1所述的测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的专用试块，其特征在于：由检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ和试块基体所形成的立方体的高为20mm～40mm，其正方形横截面的边长为60mm～100mm。
4.一种测量横波斜探头与数字超声波探伤仪组合水平线性的方法，采用权利要求1-3任一项权利要求所述的专用试块进行测量，其特征在于：
设定：检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的斜边所在的侧面为检测面，该检测面用于与横波斜探头接触；
检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ四个直三棱柱中的底面三角形的其中一个直角边所在的侧面为反射面；
测量方法为：
首先，将横波斜探头置于检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ其中一个检测面上，具体是：测量K1探头时，将K1横波斜探头置于检测块Ι上的检测面上；测量K1.5探头时，将K1.5横波斜探头置于检测块Ⅱ上的检测面上；测量K2探头时，将K2横波斜探头置于检测块Ⅲ上的检测面上；测量K2.5探头时，将K2.5横波斜探头置于检测块Ⅳ上的检测面上；由于检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ都是根据超声波的反射折射定律设计而成的，因此，K1、K1.5、K2、K2.5探头分别在检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ中的入射声束将分别在检测块Ι、检测块Ⅱ、检测块Ⅲ、检测块Ⅳ的反射面发生全发射，这样，在不移动探头的情况下，超声波探伤仪会接受到多次反射回波，由于横波斜探头的前沿长度在十几毫米左右，按照几何关系，可推得各回波的声程间隔为10mm左右，这个距离即可以使多次回波有效地拉开显示间隔，又能在超声波探伤仪的显示屏上同时显示出多次反射回波，且每个回波的理论时间间隔成严格的倍数正比关系；
然后，调节数字超声波探伤仪，移动闸门分别套住第一次、第二次、第三次、第四次、第五次、第六次反射回波，探伤仪将自动分别读出每一次反射回波最高点对应的声程值，第一次回波的读数值为a1，第二次回波的读数值为a2，第三次回波的读数值为a3，第四次回波的读数值为a4，第五次回波的读数值为a5，第六次回波的读数值为a6；
随后，记录a2-a1，a3-2a1，a4-3a1，a5-4a1，a6-5a1的差值，其中差值绝对值最大的记为|amax|；
最后，按照公式
Figure FDA0004185404080000021
计算水平线性误差δ，b＝5a1。
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