本文来源:订阅号“NDT新生”
 

摘要:介绍相控阵超声检测(PAUT)用ISO(国际标准化组织)最新校验试块,概述试块的基本特点和主要功能。

 

近些年相控阵超声检测(PAUT)在国内外发展迅速,在工业上已经广泛应用。有关相控阵超声检测(PAUT)的方法标准已及时推出,但涉及用什么试块来校验PAUT系统国内还是比较混乱,不同的操作者,多用不同方法进行PAUT校验。

 

实验证明ISO2400试块不能满足所有PAUT校验要求。为此,IIW (国际焊接学会)VC分会为相控阵检测设计新的校验试块。此校验试块将作为国际新标准ISO19675发布(ISO2400继续有效),发布日期2017-01。

图1 ISO19675:2017标准在ISO官网信息

 

 

1 PAUT IIW试块立项起源

 

由于IIW试块不能满足所有PAUT校验要求,第V委员会启动专为PAUT设计校验试块的项目。第V委员会的工作组由来自多国的代表组成,从2010年开始,大致活动了5年,大部分工作均通过基于互联网的会议用电子方式完成。

 

2 PAUT试块立项开发

 

2.1立项背景和目的初始工作专注于规定立项范围和目标。本专题立项目的是:设计出既实用又价廉的相控阵校验试块,其基本校验作用能满足各国多行业需要、且符合现行标准要求。

 

PAUT的基本校验是:材料声速校验楔块延时校验角度校正增益校验

 

该试块其他要求:

需轻便,性价比高,满足国际法规要求;

能按其他ISO标准规定校核相控阵探头;

能让买主快速、简单校核、确认试块超声特性符合要求。

 

3 PAUT校验试块型式

 

3.1设计四历程

试块型式的设计经历了以下四步(图2):

a)最先送VC分委会的提议由能源行业提出,试块高度为50mm;

b)很快又决定将试块高度从50mm增至100mm;

c)设计成两个斜坡,声束测量可从试块三向进行;

d)完成最终设计型式,打上刻度标记。

 

 图2 PAUT试块设计四历程

 

图3 ISO19675:2017采纳的PAUT校验试块型式

 

粗看,PAUTIIW试块颇似原IIW常规UT试块,但可进行的特性校核和校验功能要多得多。工作组借助于仿真建模,大大加速了新试块的设计确认。

 

3.2 仿真建模

ISO19675:2017的PAUT校验试块是首次使用超声波束仿真建模软件设计的第一个超声校验试块。这样就大大加速了新试快的设计速度,对试块标准反射体的定位,避免产生假信号,校验时无干扰回波,确定试块的外部尺寸都起到了很大的作用。CIVATM用于该项工作,它是由法国CEA开发的软件。CIVATM是精细的全声束传播模型,它用的半解析法,基于脉冲响应函数的综合,可模仿缺陷相互作用,也可作各向异性3D仿真。

 

 图4 用垂直分布的横孔模拟声波反应,以确保对S扫作快速校验校核,而无干扰回波

 

图5 在一个位置偏转探头,模仿声波在各向异性介质中的双折射现象

 

4 PAUT校验试块用法

 

图6 ISO19675:2017的PAUT新试块实物图

 

4.1 ISO19675:2017概述

在ISO 19675 中列入两个附录,以使操作者快速了解 PAUT新试块的适当用法。

 

附录A是规范性附录,说明材料各向异性测评方法,指导试块制作者如何测定声速(这些数值要求列入随同试块提供给用户的技术文件中,以供操作者验证验收用)。

 

附录B是参考性附录,目的是比较PAUT校验试块与ISO2400试块(即比较IIW新老试块),并简单说明其他一些可能用法,如PA探头楔块延时测评、珊瓣测评、活阵元测评、灵敏度均衡、数据测绘校验、相控阵元配置等。

 

4.2 各向异性校验

ISO19675中的PAUT校验试块,只要其材料、热处理和表面光洁度均满足要求,各向异性不应相关(意即材料声速、声衰减应呈各向同性),测定的声速宜在标准提出的范围之内(即纵波声速为5920m/s±30m/s,横波声速为3255m/s±15m/s)。该PAUT试块型式的最大优点是,能让试块买主通过简单测试,快速验证其是否符合标准要求。实际上,从三个正交方向就可快速测定试块声速。测评时要用纵波直探头和横波直探头。选用探头应为宽带,直径不大于12.5mm。

 

应使用适当耦合介质。将探头置于图7所示三个位置,时间读数应在底面回波和第一个多次回波间取值。用横波直探头测取读数时,探头要旋转90°,并比较快波型和慢波型的到达时间。然后记录三种波型的到达时间,通过计算求出相应声速。若有各向异性存在,操作者可先看到轻微的声波双折射。这是由快横波与慢横波引起的。在各向异性较弱的试块中,快横波与慢横波的到达时间差可能看不出来。

 

可选用位置1、2、3(或3*)校验

图7 校验各向异性的探头位置

 

4.3主要用法说明

4.3.1斜探头声束角度测定

应先设置好要测评的斜探头声束延时法则。再将斜探头放在试块上,使R100mm圆弧面回波最大,测出探头入射点。用尖细的标记笔,在探头楔块上划出一线,使之与R100mm圆弧面中心点相符。随后,探头移动,使最高或最低位置的3mm横孔反射回波最大,见图8。按最接近0.5°的刻度,读出试块标记线上指示的角度值,以此确定探头可读出的实际折射角。

图8 斜探头实际折射角的测定

 

4.3.2探头阵元配置显示用延时法则获取的B扫图,观测阵列中每一单元的底波信号幅度和时间。若1#阵元离PAUT校验试块端部最近,则其脉冲回波到达时间最短,而所有随后阵元的脉冲回波到达时间显示,应依次单调增加。图9即表示64阵元探头由试块V形面所得响应的B扫图显示。每一阵元的响应时间略大于相邻阵元,即表明阵元配置正确。

 

图9 测评阵元配置的探头放置和相应B扫图

 

参考文献:

New ISO Calibration Block for Phased Array Ultrasonic Testing