無損檢測(cè)鋁合金超聲標(biāo)準(zhǔn)試塊制作和校驗(yàn)方法Non-destructivetesting—Testmethodforfabricatingandcheckingaluminumalloyultrasonicstandardreferenceblocks中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布I前言 Ⅲ 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14方法概要 5意義和用途 26標(biāo)準(zhǔn)試塊推薦組 27標(biāo)準(zhǔn)試塊用材料 58標(biāo)準(zhǔn)試塊用材料質(zhì)量 59標(biāo)準(zhǔn)試塊制作程序 610物理特性校驗(yàn)程序 711超聲響應(yīng)特性校驗(yàn)程序 7 Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC56)提出并歸口。2應(yīng)平底孔的距離-幅度響應(yīng)曲線和/或面積-幅度響應(yīng)曲線。5意義和用途5.1本標(biāo)準(zhǔn)中面積-幅度響應(yīng)曲線和距離-幅度響應(yīng)曲線是使用5MHz檢測(cè)頻率、特定檢測(cè)儀器、特定檢測(cè)參數(shù)和液浸檢測(cè)方法得出的。5.2盡管超聲評(píng)定是在指定頻率下進(jìn)行的，但是本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試塊可在任何頻率下使用任何脈沖反射式超聲檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行超聲檢測(cè)校準(zhǔn)。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生改變時(shí)，在應(yīng)用前應(yīng)建立距離-幅度響應(yīng)和面6標(biāo)準(zhǔn)試塊推薦組變化對(duì)被檢不連續(xù)超聲響應(yīng)的影響，還用于與實(shí)際檢測(cè)相同條件下的檢測(cè)靈敏度校準(zhǔn)和金屬距離校正?；窘M由表1中列出的10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊組成。通過比較金屬距離為100mm和平底孔直徑分別為試塊編號(hào)*平底孔直徑金屬距離(B?)試塊總高度(Cb)2.0-252.0-302.0-352.0-402.0-452.0-502.0-1003.2-100·編號(hào)由平底孔直徑和金屬距離組成。B、C見圖1所示。3單位為毫米供堵孔用A——試塊背面；B——金屬距離；C——試塊總高度；D——試塊直徑；——平底孔直徑。圖1超聲標(biāo)準(zhǔn)試塊面積-幅度響應(yīng)組由表2列出的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊組成。通過比較相同金屬距離、不同平底孔直徑的3個(gè)及以上標(biāo)準(zhǔn)試塊得到面積-幅度響應(yīng)曲線。表2面積-幅度響應(yīng)組標(biāo)準(zhǔn)試塊的尺寸和編號(hào)試塊編號(hào)平底孔直徑金屬距離(B)試塊總高度(C?)0.8-1002.0-100·編號(hào)由平底孔直徑和金屬距離組成。B、C見圖1所示。4推薦的距離-幅度響應(yīng)組至少由12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊組成，每組只包含表3中3種平底孔直徑中的一個(gè)。推薦組中3組標(biāo)準(zhǔn)試塊中每組金屬距離增量應(yīng)相同。通過比較包含相同孔尺寸的所有標(biāo)準(zhǔn)試塊得到距試塊編號(hào)，1.2—,2.0—,3.2-,b金屬距離(B°)試塊總高度(C)一5.0·編號(hào)由平底孔直徑和金屬距離組成。0平底孔直徑分別為1.2mm、2.0mm、3.2mm。B、C見圖1所示。用于液浸檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)試塊宜進(jìn)行適當(dāng)?shù)年枠O化處理或其他防護(hù)措施。帶防護(hù)層的標(biāo)準(zhǔn)試塊可與需外部接地的探頭一起使用，保證良好的電接觸。不帶防護(hù)層的標(biāo)準(zhǔn)試塊稱為1型；帶防護(hù)層的標(biāo)準(zhǔn)試塊稱為2型。兩種類型標(biāo)準(zhǔn)試塊的超聲特性應(yīng)按第11章的規(guī)定進(jìn)行校驗(yàn)。1型標(biāo)準(zhǔn)試塊在浸水后應(yīng)擦干。2型標(biāo)準(zhǔn)試塊的防護(hù)層不應(yīng)改變其超聲特性。在精密機(jī)械加工中，應(yīng)對(duì)影響標(biāo)準(zhǔn)試塊響應(yīng)的重要參數(shù)進(jìn)行控制，具體包括聲束入射面的粗糙度、57標(biāo)準(zhǔn)試塊用材料制作標(biāo)準(zhǔn)試塊的鋁合金材料宜為7A09-T6擠壓棒材。為了歸一化超聲傳輸特性，棒材應(yīng)在制造試塊前再次進(jìn)行熱處理。注：熱處理推薦工藝：在465℃±5℃下保溫60min±5min,水中淬火至室溫；自然時(shí)效96h±1h;在120℃±5℃下人工時(shí)效24h±1h。為使熱處理后試塊垂直變形最小，推薦進(jìn)行熱處理的試塊長度約為500mm。8標(biāo)準(zhǔn)試塊用材料質(zhì)量8.1概述用于制作標(biāo)準(zhǔn)試塊的原材料質(zhì)量宜按照8.2～8.8的規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)滿足8.9的要求。8.2評(píng)定程序通用評(píng)定程序是沿棒材的直徑方向入射脈沖縱波，觀察超聲噪聲電平。使用液浸法時(shí)，耦合劑采用無氣泡的清潔水。8.3檢測(cè)儀器用于評(píng)定棒材質(zhì)量的脈沖反射型超聲檢測(cè)儀檢測(cè)頻率應(yīng)為10MHz。檢測(cè)儀器宜在忽略電噪聲的條件下滿足必要的靈敏度等級(jí)，宜在顯示屏垂直上限至少50%的范圍內(nèi)對(duì)接收到的脈沖進(jìn)行線性用于評(píng)定的檢測(cè)頻率應(yīng)為10MHz。應(yīng)使用晶片直徑為9.5mm±0.5mm的液浸探頭。將直徑為5mm的軸承級(jí)鋼球安裝在固定支架上浸在水里，將聲束對(duì)準(zhǔn)鋼球，設(shè)置探頭晶片表面到鋼球表面的距離(水聲程)等于最后一個(gè)聲壓極大值處(Y。)。調(diào)節(jié)掃查機(jī)構(gòu)獲得鋼球的最大顯示幅度。調(diào)節(jié)檢測(cè)儀器的靈敏度(或增益)控制，使顯示幅度達(dá)到顯示屏垂直上限的50%。將探頭置于水聲程為探頭最后一個(gè)聲壓極大值處(Y。)減去材料半徑處，使聲束從棒材直徑處入射接收到最多次數(shù)的背反射。然后縱向掃查棒材，觀察超聲噪聲電平最大高度。將棒材旋轉(zhuǎn)90°,再作相同的縱向掃查。在掃查過程中，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注探頭是否對(duì)準(zhǔn)棒材。超聲束對(duì)準(zhǔn)棒材時(shí)可獲得最多次數(shù)的6當(dāng)棒材超聲噪聲電平最大顯示值小于直徑為5mm鋼球最大顯示值的20%時(shí)，材料可驗(yàn)收。在掃查過程中，宜始終能觀察到至少5個(gè)背反射信號(hào)?？沈?yàn)收的棒材中不應(yīng)含有超過超聲噪聲電平的不9標(biāo)準(zhǔn)試塊制作程序標(biāo)準(zhǔn)試塊尺寸公差按9.2～9.8以及圖1的規(guī)定，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊的尺寸見表1～表3。當(dāng)金屬距離B不大于150mm時(shí)，試塊直徑D不小于50mm;當(dāng)金屬距離B大于150mm時(shí)，試塊直徑D不小于75mm。表面粗糙度不應(yīng)大于6.3μm,試塊總高度C極限偏差為±0.1mm。標(biāo)準(zhǔn)試塊聲束入射面相對(duì)于背面的平面度應(yīng)小于0.005mm、平行度應(yīng)小于0.02mm,聲束人射面表面粗糙度應(yīng)不大于1.6μm,背面表面粗糙度應(yīng)不大于3.2μm。平底孔中心相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試塊背面的垂直度小于0.02mm,中心線與以圓柱體中心線為基準(zhǔn)的同軸度極限偏差小于0.1mm,孔底平面度為每3.2mm范圍內(nèi)不大于0.02mm,孔底粗糙度不大于3.2μm,平底孔深度為15.0mm,平底孔直徑極限偏差為±0.01mm或直徑的1%,取兩者較大值。在標(biāo)準(zhǔn)試塊平底孔在完成機(jī)械加工后，應(yīng)用適宜的清洗液清洗孔底，再插入毛細(xì)管用干燥的過濾壓縮空氣編號(hào)規(guī)則為平底孔直徑-金屬距離，如平底孔直徑為1.2mm、金屬距離為50mm的試塊編號(hào)為1.2-50,編號(hào)的大小和位置見圖1。在標(biāo)記過程中應(yīng)防止試塊表面特別是入射面出現(xiàn)痕跡和劃痕。封孔前對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行超聲響應(yīng)檢測(cè)，檢測(cè)合格后塞入相同牌號(hào)的鋁合金孔塞封孔。在孔塞就位710物理特性校驗(yàn)程序10.1聲束入射面外形尺寸可采用百分表和劃線臺(tái)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)試塊聲束人射面和背面的平面度和平行度。聲束人射面平行度大于0.02mm或者平面度大于0.005mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)試塊不可驗(yàn)收。10.2聲束入射面表面粗糙度用粗糙度儀測(cè)量聲束入射面表面粗糙度，在整個(gè)聲束入射面上移動(dòng)粗糙度儀進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。聲束入射面表面粗糙度大于1.6μm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)試塊不可驗(yàn)收。11超聲響應(yīng)特性校驗(yàn)程序11.1超聲響應(yīng)檢測(cè)目的為檢測(cè)平底孔和孔底面的性能，應(yīng)使用液浸法對(duì)物理特性符合驗(yàn)收要求的標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行超聲檢測(cè)。超聲檢測(cè)包括檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)試塊響應(yīng)和可能的角度誤差。標(biāo)準(zhǔn)試塊超聲響應(yīng)是孔底面粗糙度和平面度的函數(shù)。產(chǎn)生角度誤差的原因是孔底面與聲束入射面不平行。如果標(biāo)準(zhǔn)試塊的超聲響應(yīng)不理想，可用再次清洗孔底面的方法改進(jìn)，因此在用永久性的鋁合金塞封孔前應(yīng)進(jìn)行初次超聲檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)試塊超聲響應(yīng)檢測(cè)頻率為5MHz。任何一款適用于5MHz檢測(cè)頻率、可用于液浸法檢測(cè)的脈沖反射型超聲檢測(cè)儀器都可應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)試塊檢測(cè)。所使用的儀器應(yīng)能在必要的靈敏度水平下對(duì)接收到的脈沖進(jìn)行穩(wěn)定線性放大，不存在界面信號(hào)干擾。如果儀器內(nèi)部沒有線電壓調(diào)壓變壓器，為保證最大的調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)木€電壓調(diào)壓變壓器。應(yīng)按照11.4的規(guī)定進(jìn)行儀器校準(zhǔn)。可提供被檢標(biāo)準(zhǔn)試塊、鋼球和探頭準(zhǔn)確位置信息的容器。掃查機(jī)構(gòu)應(yīng)能在兩個(gè)互相垂直的平面內(nèi)以小耦合劑可采用無氣泡的清潔水。在不改變耦合劑超聲特性的情況下可使用防腐劑或(和)潤濕劑。在比較不同標(biāo)準(zhǔn)試塊的超聲響應(yīng)特性時(shí)，應(yīng)選用相同溫度的水。應(yīng)使用滿足11.5超聲特性曲線的液浸探頭。探頭的換能器形狀為平圓形狀，材料可選用滿足要求的任何壓電材料，聲束特性諧振頻率應(yīng)為5.0MHz,有效直徑應(yīng)能在80mm～90mm范圍內(nèi)產(chǎn)生最后8由于不同檢測(cè)儀器的接收器或者回波放大器的放大特性存在差異，超聲響應(yīng)的幅度有可能不能在檢測(cè)儀顯示屏整個(gè)可讀范圍內(nèi)線性地顯示。為了獲得標(biāo)準(zhǔn)試塊用檢測(cè)系統(tǒng)的必要特性，應(yīng)確定檢測(cè)系按照GB/T28880給出的方法評(píng)定檢測(cè)系統(tǒng)的線性度時(shí)，應(yīng)使用滿足11.3要求的系統(tǒng)。按照GB/T28880給出的方法評(píng)定檢測(cè)系統(tǒng)的垂直線性。為了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)試塊的響應(yīng)特性，只使用儀器垂直線性誤差在固定響應(yīng)比±5%范圍之內(nèi)的部分，即確定了垂直線性上限和垂直線性下限。b)直徑為12.8mm的鋼球在水中的距離-幅度響應(yīng)曲線；c)直徑為12.8mm的鋼球在水中的聲束輪廓；d)可使用滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的任何壓電材料的探頭。用于評(píng)定探頭超聲特性的系統(tǒng)應(yīng)滿足11.3的要求。掃查機(jī)構(gòu)應(yīng)保證水聲程調(diào)節(jié)范圍為0mm~將直徑為12.8mm的鋼球固定在水聲程等于探頭最后一個(gè)近場(chǎng)最大值Y。的位置獲得鋼球的初始制使響應(yīng)達(dá)到儀器垂直線性上限的100%。從6.4mm到最后一個(gè)近場(chǎng)最大值Y。點(diǎn)的范圍內(nèi)以不大于6.4mm的增幅，從最后一個(gè)近場(chǎng)最大值Y。點(diǎn)到150mm的范圍內(nèi)以不大于12.8mm的增幅改變水聲程。水聲程的每一個(gè)增量應(yīng)使鋼球保持在聲束中心軸的位置，繪制以水聲程為響應(yīng)增量函數(shù)的關(guān)系曲線。合格探頭典型軸向距離-幅度響應(yīng)曲線如圖2所示。只有最后一個(gè)近場(chǎng)最大測(cè)量值Y。點(diǎn)在80mm～90mm、距離-幅度響應(yīng)曲線與圖2所示相近的探頭才能顯示出相當(dāng)于11.8.1和11.8.2所要求9幅度，垂直線性上限的百分?jǐn)?shù)/%幅度，垂直線性上限的百分?jǐn)?shù)/%幅度，垂直線性上限的百分?jǐn)?shù)/%幅度，垂直線性上限的百分?jǐn)?shù)/%水聲程/mm大值。如圖3所示，合格探頭的聲束輪廓應(yīng)無明顯副瓣。在平行于探頭的平面內(nèi)掃查4次，每45°掃查一次，校驗(yàn)聲束輪廓的對(duì)稱性。聲束直徑等于垂直線性上限50%(下降6dB)時(shí)的聲束輪廓。合格探頭的4次掃查中最小聲束直徑與4次掃查中最大聲束直徑之比應(yīng)不小于0.75。越過晶面的距離/mm頭在4次掃查中兩個(gè)最大點(diǎn)之間的幅度變化不大于15%,越過晶面的距離/mm圖4合格探頭Y,點(diǎn)的聲束特性11.6超聲檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)試塊的準(zhǔn)備檢查標(biāo)準(zhǔn)試塊孔底面和入射面的清潔度，必要時(shí)可用適宜的清洗液清洗孔底面再用干燥的壓縮空氣吹干。進(jìn)行初次超聲檢測(cè)時(shí)，臨時(shí)塞封孔洞。臨時(shí)封塞時(shí)，采用防水膠帶貼在標(biāo)準(zhǔn)試塊背面的孔上。11.7.1將探頭對(duì)準(zhǔn)浸在水中的標(biāo)準(zhǔn)試塊，使標(biāo)準(zhǔn)試塊表面與探頭表面的距離為90mm。用百分尺微調(diào)標(biāo)準(zhǔn)試塊與探頭之間的距離(在士1mm范圍內(nèi))。調(diào)節(jié)探頭與標(biāo)準(zhǔn)試塊之間的角度，接收到標(biāo)準(zhǔn)試塊最多次數(shù)的背反射或者人射面的最大顯示。11.7.2接收到超聲直射聲束后，橫向移動(dòng)探頭調(diào)節(jié)孔底面的最大反射(線性范圍內(nèi))。按照本標(biāo)準(zhǔn)獲得最大響應(yīng)后，在兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)微調(diào)探頭角度，記錄孔底面顯示高度的增加值。如果通過調(diào)節(jié)探頭獲得的孔底面響應(yīng)的增量小于直射聲束時(shí)孔底面的最大反射的10%,則認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)試塊可驗(yàn)收。將探頭對(duì)準(zhǔn)浸在水中的標(biāo)準(zhǔn)試塊，使探頭晶體面與標(biāo)準(zhǔn)試塊入射面的距離等于水聲程Y。。用百分尺精確調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)試塊和探頭之間的水聲程。調(diào)節(jié)探頭和標(biāo)準(zhǔn)試塊之間的角度得到標(biāo)準(zhǔn)試塊最大次數(shù)的背反射或者入射面的最大顯示值。達(dá)到超聲垂直入射后，橫向移動(dòng)探頭，必要時(shí)重新微調(diào)探頭獲得孔底面最大顯示。上述方法用于檢測(cè)面積-幅度響應(yīng)組或距離-幅度響應(yīng)組中的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊，繪制如圖5和圖6所示的曲線。如果讀數(shù)精度滿足11.4.3和11.8.3.3的規(guī)定，可采用其他方法得到所需要的幅度響應(yīng)曲線(如經(jīng)校準(zhǔn)的增益控制)?？捎?1.8.3規(guī)定方法對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)報(bào)告中宜包括獲得數(shù)據(jù)和繪制曲線所使用的方法。設(shè)定儀器靈敏度，用于繪制如圖5所示的面積-幅度響應(yīng)曲線，調(diào)整儀器增益控制，使直徑為3.2mm的孔的最大響應(yīng)等于或者小于儀器的垂直線性上限。在此靈敏度條件下獲得組內(nèi)(見表4)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊最大顯示值，繪制如圖5所示的曲線。如圖5所示，滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一組標(biāo)準(zhǔn)試塊的幅度和相對(duì)平底孔面積成具有大致線性、單調(diào)關(guān)系(即兩點(diǎn)之間斜率為正值),顯示在顯示屏垂直線性上限±2%的+2dB或-3dB范圍內(nèi)。注：為了保證面積-幅度響應(yīng)組、距離-幅度響應(yīng)組和基本組標(biāo)準(zhǔn)試塊之間關(guān)系的一致性，按照11.8.3的方法進(jìn)行評(píng)定時(shí)，所有標(biāo)準(zhǔn)試塊滿足“表4”規(guī)定的響應(yīng)要求，滿足“表4”要求的標(biāo)準(zhǔn)試塊包括垂直線性上限的±2%,適用于距離-幅度響應(yīng)組、面積-幅度響應(yīng)組和基本組。所有標(biāo)準(zhǔn)試塊的直徑包括1.2mm、2.0mm、3.2mm。表4標(biāo)準(zhǔn)試塊超聲響應(yīng)校驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)(見圖6)試塊編號(hào)2.0—,3.2—,b標(biāo)準(zhǔn)試塊響應(yīng)°極限偏差°標(biāo)準(zhǔn)試塊響應(yīng)極限偏差°最小值最大值最小值最大值注：包括曲線A和曲線B在內(nèi)的所有指示值都在校準(zhǔn)過的基礎(chǔ)上四舍五入到0.5dB。如果通過所列的A和B的數(shù)值計(jì)算得出的差異在+2dB和一3dB之間，該指示值本身已經(jīng)四舍五入到0.5dB。·編號(hào)由平底孔直徑和金屬距離組成。平底孔直徑分別為1.2mm、2.0mm、3.2mm?！ご怪本€性上限百分值。幅度，垂直線性上限的百分?jǐn)?shù)/%相對(duì)面積/×0.42mm2平底孔埋深/mm11.8.3.1設(shè)定儀器靈敏度用于繪制如圖6所示的距離-幅度響應(yīng)曲線，調(diào)整儀器增益控制，使鋼球的響應(yīng)等于檢測(cè)系統(tǒng)垂直線性上限的80%。注：對(duì)于鋁合金材料而言，檢測(cè)頻率為5MHz時(shí)的人射面分辨力可限制在12.8mm,因此金屬距離小于12.8mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊不用本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的探頭和儀器進(jìn)行檢測(cè)。的鋼球來設(shè)置檢測(cè)靈敏度。在鋼球上仔細(xì)調(diào)節(jié)探頭位置得到響應(yīng)的最大幅度值。調(diào)節(jié)增益控制的過程應(yīng)使響應(yīng)始終小于垂直線性上限。當(dāng)?shù)玫阶畲箜憫?yīng)時(shí)，增加增益使幅度值達(dá)到線性上限的80%。保持檢測(cè)靈敏度恒定，得到組內(nèi)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊的最大響應(yīng)值，繪如制圖6中曲線A所示的距離-幅度響應(yīng)曲線。表4給出了編號(hào)從一15到一80的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊(金屬距離從15mm到80mm的一組試塊)以百分?jǐn)?shù)表示的響應(yīng)值。11.8.3.3因?yàn)榻饘倬嚯x大于64mm時(shí)響應(yīng)幅度變小，對(duì)于金屬距離較大的標(biāo)準(zhǔn)試塊可通過增加儀器靈敏度來提高精度(見圖6中的曲線B)。在編號(hào)為一40號(hào)標(biāo)準(zhǔn)試塊(