冷轧辊超声波探伤(3)

超声波探伤中的缺陷定量是对缺陷评定内容的基本组成部分，是指测定缺陷的大小和数量。缺陷的大小定量包括对缺陷的当量尺寸、指示面积和指示长度等的评定。目前对缺陷的定量大致分两类：当缺陷实际尺寸大于缺陷处声束直径时，可采用半波高法(6dB法)或20dB法测量缺陷的指示面积或指示长度；当缺陷的尺寸小于缺陷处的声束直径时，通常采用当量法对缺陷定量。国内的冷轧辊超声波探伤就是采用当量法。国外也有采用将缺陷波高与该处的底波高进行比较的方法，对冷轧辊进行缺陷定量。但是一般说来，这种方法的灵敏度较低，在轧辊的缺陷较多时，容易漏探。而当轧辊的冶金质量较好且稳定时，这种方法尚可采用。当量法探伤就是以标准人工反射体的回波高为基准，对缺陷进行定量的方法。如一个Φ2平底孔当量缺陷的含义是指在同样条件下,该缺陷的超声反射声压与同声程的Φ2平底孔的反射声压相同。由于缺陷方位对于入射超声波的反射不一定是最佳取向，加上实际缺陷的性质和反射面的光滑程度的影响，实际缺陷的大小总是比缺陷的当量大小要大，有时两者相差会很悬殊。在超声波探伤技术发展的早期，缺陷的当量法评定需要使用多块加工有不同声程人工反射体的对比试块。既不方便，也不够精确。随着对超声场数学分析研究的深入和超声波探伤仪、探头性能的完善和提高，基于DGS原理的探伤技术得到了广泛的应用。它克服了试块比较法的缺点，成为锻钢件超声波探伤的标准定量方法。根据超声场中反射体的距离(Distance)、反射体的声压增益量(Gain)及反射体的尺寸(Size)之间的内在数学关系，绘制出它们相关的曲线图表并用于实际的超声探伤工

作，这就是DGS原理或DGS方法。根据超声波在无限大连续介质中的传播规律，圆盘形声源轴线上一点的声压为：D22PX=2P0Sin[ π (+X-X)] (1)λ4式中P0为声源的起始声压；PX为声源轴线上离声源距离X处的声压；D为圆盘源的有效直径；λ为超声波的波长。在超声波探伤中，超声的发射和接受都是由探头完成的。目前最常用的单直探头的换能器均为圆形压电晶片，其产生的超声场被视为活塞波声场。其声源轴线上一点的声压振幅可按式(1)计算。当X>D时，式(1)可简化为:D2PX=2P0Sin(2πλRX2)??(2),式中R= D2即为晶片的半径。当X> 34λ时10有Sin2πλRX2≈2πλRX2，故式(1)又可简化为：PX= P0λFXS??(3) 中Fs为晶片面积，即Fs= πD42。N为所用探头的近场长度，即N＝D4λ2。由式(3)可知PX与X成反比，即当距离X足够大(X>3N)时，圆盘源轴线上的声压随距离的增加而衰减，并可按球面波的衰减规律进行计算。计算表明当X＝3N时，用球面波衰减规律代替活塞波衰减规律产生的误差远小于10％，在工程上是完全允许的。当X＝6N时，活塞波衰减曲线与球面波衰减曲线完全重合。在X<3N的情况下，使用球面波衰减规律来进行缺陷当量评定所产生的误差较大。此时应使用探头专用的DGS曲线图表来进行曲线当量测定，也可使用包括近场区和远场区的通用的DGS曲线图表，见下附图3：图3.包括近场区和远场区的通用的DGS曲线图曲线图表中的横坐标为归一化距离Xn，纵坐标为增益量(dB)，曲线旁边的数字G为缺陷的归一化大小。Xn、G的归一化计算如下Xn＝X/N (4)G =Φ/D (5)现行标准GB/T13315规定，探伤的起始灵敏

度为Φ2平底孔当量，是指在冷轧辊所探部位能发现最大声程处的Φ2当量缺陷的灵敏度。探伤灵敏度的调节可按将完好部位的底波调至基准波高后增益一定dB值的程序来进行。增益量n(dB)的计算按下式：n＝20 log102λX??(6)πΦ2式中λ为所用超声波的波长(mm)；X为所探轧辊部位的直径(mm)；Φ为起始灵敏度规定的平底孔直径(mm)。在检测中如发现在Xf深处有一缺陷，其回波高比基准波高高了ΔdB。则此时该缺陷的当量直径Φf可按下式计算：ΔdB＝20 log10PPΦ2＝40 log10ΦΦ2fXXf(7)式中PΦ为缺陷波高；P2为基准(Φ2)波高；Φ2＝2mm；Φf为缺陷的平底孔当量大小(mm)。当冷轧工作辊开有中心通孔时，按内孔底波作为基准波高来校定探伤灵敏度所用的增益量计算公式为：n＝20 log102λX－10 log10R (8)πΦ2 r式中R为所探部位的外半径；r为中心孔的半径；X为所探部位的壁厚：X=R－r 。

2.2.2 DGS原理探伤快速心算口诀除了按上述公式进行探伤灵敏度计算和缺陷当量评定外，在现场探伤工作中，还可使用基于DGS原理的探伤快速心算口诀，方法简单易行，结果快捷准确。下面分几段介绍：a.校定探伤灵敏度的口诀“DGS－2.0－Φ2－100－33.4”；“频率加倍要减6，距离加倍增6定起始”;“加倍距离分5份，前面两份1.5，后面三份都是1。”口诀的第一部分是说：“按DGS原理探伤，用2.0MHz频率的探头，起始灵敏度为Φ2平底孔当量，当声程为100mm时，基准波高的灵敏度增益量为33.4dB。”在工作中应记住这个基准参数。口诀的第二部分是说：“如所用探伤的频率增大一倍，

基准参数要减去6dB；探伤声程每增大一倍，基准参数要加上6dB。”口诀的第三部分是说：“当所探工件的声程增加时，基准参数的dB数将按下列方式增加：将增大一倍的声程平均分为五份，前面两份中每增加一份，需要将基准参数增加1.5dB；后面三份中每增加一份，需要将基准参数增加1dB。”下面举例说明这三段口诀的使用。 【例一】今有一Φ560/Φ280×1700mm的锻钢冷轧辊，按我国国标进行超声探伤，使用B2S探头，基准底波高为20％屏高。问灵敏度的底波增益量为多少dB？

〖解〗已知辊身直径为Φ560mm，辊颈直径为Φ280mm，B2S探头的标称频率为2.0MHz，国标规定的探伤灵敏度是Φ2起始。我们先算出Φ400mm的基准底波增益量为：n400=(33.4+6+6)dB，再将400～800mm这段声程均分为五份：400～480，480～560，560～640，640～720，720～800(mm)。可知400～560这部分声程的底波增益量为n’=(1.5+1.5)dB。因此为Φ560mm的辊身的基准底波增益量n560=(33.4+6+6+1.5+1.5)dB=48.4dB。因此可以快速心算出辊颈的基准底波增益量为：n280＝(33.4+6+1.5+1.5)dB＝42.4dB。

【例二】欲对某种冷轧辊Φ640mm的辊身部位，采用4MHz的MB4S探头进行探伤，灵敏度为Φ2起始，问探伤灵敏度如何校定？ 〖解〗已知MB4S探头的频率为4MHz，因此基准底波的增益量为：n640=(33.4－6+6+6+1.5+1.5+1)dB＝43.4dB。探伤灵敏度校定时，将辊身反射最强处的底波作为基准底波，并将其调至20％屏高，然后再增益43.4dB。此时起始灵敏度校定完毕。b.测算缺陷声程衰减量的

口诀“声程距离分十份，三个二，两个三，四五七，一十二。”这部分口诀讲的是探伤中，相同当量缺陷因声程变化而引起的增益量变化规律。当在不同声程位置发现缺陷后，可用此口诀快速心算出缺陷的平底孔当量。探伤时，将始脉冲的前沿置于水平刻度零点的稍稍左边，底波声程调至100%。此时自满刻度100%，向左每隔10%声程，一直到接近起始点的10%水平刻度处，相同当量或波高的反射体的声压变化规律是依次增益2、2、2、3、3、4、5、7、12dB。只要知道了缺陷位置的水平百分数和基准波高的dB数，就可迅速地将该缺陷的当量直径确定下来。而当缺陷声程不在水平刻度的10%整数倍处时，可采用内插法，将上述各10%声程区域的dB数近似均分来确定各声程的声压衰减量。让我们记住下表(1)中数字：表1声程的水平刻度区域(%)0/10 10/20 20/30 30/40 40/50 50/60 60/70 70/80 80/90 90/100平底孔声压的声程衰减量(dB)12 7 5 4 3 3 2 2 2总衰减量(dB) 40 28 21 16 12 9 6 4下面举例说明本段口诀的实际应用：

【例三】按GB/T13315标准探伤，在某支Φ620mm冷轧光整机工作辊的探伤中发现在辊身直径的70%深处有一基准波高加12dB的单个缺陷，问该缺陷的平底孔当量为多大？另外在直径的55%深处发现一个基准波高加15.5dB的缺陷，它的当量又是多大？

〖解〗已知基准灵敏度为Φ2当量。按上述口诀，在70%深处的缺陷回波声压的声程衰减量为Δn1＝(2+2+2)dB＝6dB，因此该缺陷的当量尺寸应为Φ2+(12－6)dB＝Φ2.8mm。第二个缺陷的声程衰减量为Δn2＝(2+2+2+3+1.5)dB＝11.5dB，因此，它的当量应为Φ2+(15.5－

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