范呂慧　施道蕓　姚　力

(1.中國第二重型機械集團公司，四川618000；2.綿陽空氣動力中心，四川621000)

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超聲檢測DGS技術及應用

范呂慧1施道蕓1姚力2

(1.中國第二重型機械集團公司，四川618000；2.綿陽空氣動力中心，四川621000)

摘要：介紹了DGS技術的定義、分類以及不同類型DGS曲線的使用方法。

關鍵詞：超聲檢測；DGS技術；應用

DGS技術是中一種能夠快捷、準確確定缺陷當量尺寸的超聲檢測方法。該方法摒棄了超聲檢測確定缺陷當量時繁瑣的對數和指數運算，極大提高了超聲檢測的效率、準確性和一致性，實用性高，可廣泛推廣使用。

1DGS定義

DGS是Distance-Gain-Size的縮寫，是一組反應缺陷聲程、波幅(增益)和當量尺寸關系的曲線圖。

DGS曲線一般由探頭或儀器制造商制作，同探頭或儀器一起使用。也可采用GB/T 11345—2013中的“縱波DGS參考試塊(ZL試塊)”和“橫波DGS參考試塊(HL試塊)”，由無損檢測人員自行制作使用。現場檢測時，利用DGS曲線可以很方便地讀出或計算出缺陷當量大小。

DGS曲線適用于除探頭盲區(qū)外的所有聲場區(qū)域，能夠檢測探頭近場區(qū)和探頭遠場區(qū)的靈敏度和確定缺陷當量。

2DGS分類

通常把DGS曲線分為通用DGS曲線和實用(專用)DGS曲線。一般通用DGS曲線主要用于理論研究，實用(專用)DGS曲線用于現場檢測。每一組實用DGS曲線只適用于一個探頭或一個型號的探頭，而對同型號探頭的互換性(也就是參數的一致性)要求較高，除了各探頭的實際晶片尺寸、頻率和角度應相同，有的還需要與儀器匹配使用。

根據使用形式的差異，將實用(專用)DGS曲線分成三種：DGS曲線面板、儀器內置DGS曲線和DGS曲線圖，三種DGS曲線的使用條件各不相同。

(1)DGS曲線面板(見圖1)。除了對探頭嚴格的要求外，一套面板只適用于一個型號的儀器，可直接讀出缺陷當量值。一般用于模擬式超聲波檢測儀。

(2)內置DGS曲線(見圖2)。與DGS曲線面板功能相同，只適用于儀器本身，可直接顯示缺陷當量值。用于數字式超聲波檢測儀。

圖1　DGS曲線面板Figure 1　DGS curves

圖2　儀器內置DGS曲線Figure 2　DGS curves in the instrument

圖3　DGS曲線圖Figure 3　DGS curve graph

(3)DGS曲線圖(見圖3)。一個探頭的曲線可適用于各種型號的儀器，需要計算得出缺陷的當量值?？捎糜谀M式和數字式超聲波檢測儀。

目前，直探頭、斜探頭、雙晶探頭和高溫探頭都可用DGS曲線進行靈敏度和缺陷當量確定。

3DGS應用

3.1DGS曲線面板應用

由于各型號儀器的屏幕尺寸大小不一樣，每套曲線面板只適用于一個型號的儀器。為使用時便于分辨缺陷，一個型號探頭的曲線面板會根據檢測厚度做很多塊。例如，B2S探頭用于USIP11型儀器的面板做成了200 mm、500 mm、1 000 mm和2 000 mm共四塊，使用時可根據不同檢測厚度選擇相應量程的DGS曲線面板。

3.1.1直探頭DGS曲線面板應用

以用于USIP11型儀器的B2S探頭的DGS曲線面板檢測厚度400 mm的工件為例，說明直探頭DGS曲線面板的使用方法。

(1)選擇500 mm量程的DGS曲線面板，安裝在儀器的屏幕上。

(2)按DGS曲線面板的水平刻度調節(jié)好儀器的時基線性。

圖4　底面回波設置Figure 4　Setting of bottom echo

(3)將工件完好部位的底波峰值點調到RE2線上。DGS曲線面板的底面回波設置見圖4。

(4)按DGS曲線面板縱坐標給出的數據(RE1+20 dB，RE2+10 dB)增益10 dB，即將底波幅度提高10 dB。

(5)儀器調節(jié)完成后實施檢測。

(6)檢測時，找到缺陷的最大波幅，根據該缺陷波幅峰值點位置對應的曲線直接讀出缺陷的當量。

(7)如果缺陷峰值點位于兩曲線之間，利用插值法進行估算。

(8)如果缺陷波幅不在(超出或低于)DGS曲線面板上的曲線范圍，按DGS曲線面板說明書執(zhí)行。對于B2S探頭，當缺陷深度≤200 mm時，每降低10 dB，缺陷當量相差一倍；當缺陷深度?200 mm時，每降低12 dB，缺陷當量相差一倍。按上面的數據將波幅降到曲線內，其峰值點所對應的缺陷當量乘以2得到該缺陷的當量值。更高波幅或更低波幅的缺陷當量值計算以此類推。

(9)對平行平面工件或實心圓柱體工件不需進行修正，對有圓柱孔的工件應根據檢測厚度按偌模圖(見圖5)進行修正。

3.1.2斜探頭DGS曲線面板應用

由于斜探頭無法使用工件底波調節(jié)儀器，需要使用GB/T 19799.1—2015中1號校準試塊和GB/T 19799.2—2012中2號校準試塊。

斜探頭DGS曲線面板的時基線刻度分為四種：聲程、垂直投影距離(深度)、水平投影距離(水平距離)及板厚(雙斜探頭)。在選擇相應斜探頭DGS曲線面板時要明確橫坐標表示的含義。除了橫坐標表示的含義不一樣外，斜探頭DGS曲線面板的其他使用方法與直探頭DGS曲線面板基本相同。

圖5　中心孔修正偌模圖Figure 5　Correction nomograph of centre hole

在焊縫檢測中，斜探頭DGS曲線面板的選擇由儀器、斜探頭和檢測工件厚度決定，要確保能夠覆蓋整個焊縫檢測體積。

以用于USM2型儀器的WB…和MWB…探頭檢測焊縫為例，說明斜探頭DGS曲線面板的使用方法。

(1)將合適量程的斜探頭DGS曲線面板安裝在儀器的屏幕上。

(2)調節(jié)時基線性。對于小斜探頭(如MWB…)，將來自2號標準試塊R25 mm弧面的多次回波調到DGS曲線面板上標注的水平刻度位置；對于大斜探頭(如WB…)，將來自1號標準試塊R10 mm弧面的多次回波調到DGS曲線面板上標注的水平刻度位置；對于大角度短聲程檢測時，如WB70-N2檢測150 mm內距離，將來自1號標準試塊R100 mm弧面1次回波(2次回波不在屏幕上)和鑲嵌有機玻璃孔的回波調到標注刻度。

(3)調好儀器的時基線性后，不要再動時基線控制器。對于小斜探頭(如MWB…)，移動探頭找到2號標準試塊R25 mm弧面的第1次回波最大值，通過增益控制器將回波峰值點調到DGS曲線面板上R2圓圈內，2號試塊基準波見圖6；對于大斜探頭(如WB…)，移動探頭找到1號標準試塊R100 mm弧面的第1次回波最大值，通過增益控制器將回波峰值點調到DGS曲線面板上R1圓圈內，1號試塊基準波見圖7；也可將1號標準試塊鑲嵌有機玻璃孔或2號標準試塊?5 mm橫孔的最大回波峰值點分別對應調到C1或C2圓圈內。

圖6　2號試塊基準波Figure 6　Reference wave of No.2 test coupon

圖7　1號試塊基準波Figure 7　Reference wave of No.1 test coupon

表1　底面回波修正數據Table 1　Correction data of bottom echo

(4)按DGS曲線面板右上角給出的數據(如MWB70 R2+30dB，C2+10dB)增益30 dB，即將2號標準試塊R25 mm回波幅度提高30 dB。

(5)底面回波修正。由于平底面與1號或2號標準試塊弧面反射回波存在差異，要準確確定缺陷當量還需要進行修正。修正數據和方法由DGS供應商提供。表1是K.K公司提供的數據。

(6)傳輸修正。

(a)儀器設置為雙探頭模式(一發(fā)一收)，放置兩個同型號探頭(與DGS面板對應)在1號標準試塊上，按圖8所示相向放置。移動探頭找到最大穿透回波，將該回波峰值點調到DGS面板曲線中的點劃線上，記下儀器的dB值V1。

圖8　1號試塊上探頭放置Figure 8　Location of probe on No.1 test coupon

圖9　工件上探頭放置Figure 9　Location of probe on workpiece

圖10　DGS曲線面板傳輸修正波幅調節(jié)Figure 10　Adjustment of transmitted correction amplitude of DGS curves

(b)按照相同的方法在工件上放置探頭，找出最大穿透回波(兩探頭不要跨越焊縫)，工件上探頭放置見圖9。將其峰值點調到DGS曲線面板中的虛線上，記下儀器的dB值V2。DGS曲線面板傳輸修正波幅調節(jié)見圖10。

(c)計算得出修正值ΔV=V2-V1。

(7)完成以上步驟后，儀器調節(jié)完成。

(8)檢測時，找到缺陷的最大波幅，根據該缺陷波幅峰值點位置對應的曲線直接讀出缺陷的當量。

(9)如果缺陷峰值點位于兩曲線之間，利用插值法進行估算。

(10)如果缺陷波幅不在(超出或低于)DGS曲線面板上的曲線范圍，按DGS曲線面板說明書執(zhí)行。對于WB-N探頭，當缺陷聲程≤150 mm時，每降低10 dB，缺陷當量相差一倍；當缺陷聲程?150 mm時，每降低12 dB，缺陷當量相差一倍。對于MWB-N探頭，當缺陷聲程≤50 mm時，每降低10 dB，缺陷當量相差一倍；當缺陷聲程?50 mm時，每降低12 dB，缺陷當量相差一倍。按上面的數據將波幅降到曲線內，其峰值點所對應的缺陷當量乘以2得到該缺陷的當量值。更高波幅或更低波幅時的缺陷當量值計算以此類推。

3.2內置DGS曲線應用

儀器內置的DGS曲線(功能)實際上就是利用計算機技術將DGS曲線通過編制程序安裝在計算機里供用戶使用。所以，內置的DGS曲線也是跟每個型號的探頭對應的。如果儀器里沒有，也可以用GB/T 11345—2013給出的試塊自己制作DGS曲線。

很多需要人工測試、記錄和計算的數據(探頭參數和修正值等)由計算機自動完成，還包括各種反射體之間的當量換算。一條DGS曲線可以用大平底、標準試塊弧面、橫孔或平底孔中的任何一個來完成儀器的校準，計算機會自動換算。

假設在數字式超聲波檢測儀已按要求完成了所有調節(jié)的前提下，介紹有關內置DGS曲線的應用方法。

3.2.1直探頭內置DGS曲線應用

以B4S探頭、?3 mm平底孔當量參考線為例，說明直探頭內置DGS曲線的應用方法。

(1)在儀器菜單“評估模式”中選擇“DGS”(一般有“參考波”、“DAC”和“DGS”等模式，還有按標準分的)。

(2)選擇所用的探頭型號B4S(對已編程探頭，不需再輸入參數。)。

(3)輸入參考線的平底孔當量直徑3 mm。

(4)選擇產生參考波的參考反射體型式大平底。

(5)輸入參考反射體聲程(距離)。

(6)輸入聲衰減修正值：試塊衰減、工件衰減和底面回波修正(1號和2號標準試塊)。

(7)將工件完好部位第1次底波峰值點調到儀器滿屏內(b1=20%～80%)，作為參考回波。

(8)將閘門移到參考回波上。

(9)選擇功能“DGS參考”為“開”，“DGS模式”為“開”，儀器屏幕上便立即生成一條?3 mm平底孔當量的DGS曲線作為參考線。

(10)以上設置完成后就可以進行檢測了。

(11)缺陷當量確定：檢測過程中，對于峰值點在屏幕內的缺陷信號，只需將閘門移上去，就會自動顯示其平底孔當量值，ER=?2.87 mm。

(12)如果缺陷波幅超過滿屏高度，只需用儀器系統增益，將其峰值點降到屏幕內，儀器就會顯示缺陷的實際當量值，而不用考慮系統增益的調節(jié)。但是，定量完成后須將增益調回去，以免因缺陷顯示波幅太低影響檢測靈敏度。

(13)儀器內置DGS功能既可以只顯示一條DGS曲線(參考曲線)，也可以顯示多條DGS曲線，具體由儀器制造商設置的程序決定。缺陷尺寸測量結果可以設置成多種方式：平底孔當量、與參考曲線H0之間的dB差值H0±ΔdB或與參考曲線之間的波高%數差值H0±ΔH%，也可以同時顯示這些數據。分析缺陷回波結果數據：參考線H0=?2.5 mm(平底孔)，缺陷尺寸ER=?7.40 mm平底孔當量，聲程Sa=36.11 mm，與參考線的dB差Ha=+15.4 dB，得到缺陷波高為H=H0+Ha=?2.5 mm+15.4 dB。

(14)衰減修正。用工件底面調節(jié)靈敏度時，DGS曲線已經考慮了聲衰減，不需要再做修正。用參考試塊則需要考慮修正值。

3.2.2斜探頭內置DGS曲線應用

斜探頭內置DGS曲線的使用方法和直探頭內置DGS曲線基本一樣，只是斜探頭不能用工件底面作為參考反射體設置參考線，而需要用1號標準試塊的R100 mm弧面或2號標準試塊的R25 mm弧面作為參考反射體，并需要進行傳輸修正和材質修正，其測量方法與DGS曲線面板相同。

如果用橫孔作為參考反射體，須同時滿足孔的直徑至少為波長的1.5倍和聲程至少為近場長度的1.5倍。

3.3DGS曲線圖應用

DGS曲線圖不能直接讀出缺陷的當量值，而需要進行簡單的計算。

3.3.1直探頭DGS曲線圖應用

直探頭DGS曲線圖應用與采用工件大平底計算法調節(jié)儀器的方法相比，簡化了計算過程。計算法僅適用于探頭3倍近場區(qū)以外，不適用于3倍近場區(qū)以內，而DGS曲線圖既可用于3倍近場區(qū)以外，也可用于3倍近場區(qū)以內。

直探頭DGS曲線圖右上角是探頭型號及一些相關參數，最上面的一條∞或B線代表工件底面，下面每一條線表示一個平底孔當量值直徑，線上數據為相應的平底孔當量，橫坐標是深度(聲程)，縱坐標是dB值(波幅)。

以型號B4S探頭(增益型儀器)用?1.5 mm平底孔當量檢測500 mm厚度工件為例，說明直探頭DGS曲線圖的應用方法。B4S探頭DGS曲線圖見圖11。

(1)在B4S探頭DGS曲線圖的橫坐標上找到坐標A(500，80)，向上作一條垂線，該線與1.5 mm當量線相交于b(500，58)，與∞線(底面)相交于c(500，11.5)。

(2)讀出(計算出)c與b之間的dB值差Δ≈37 dB。

圖11　B4S探頭DGS曲線圖Figure 11　DGS curves graph of B4S probe

(3)根據工件厚度調好儀器時基線性。

(4)將工件完好部位的底波高度調到滿屏的某一基準高度(如40%)，記錄此時的儀器增益dB讀數X1(假設為28 dB)；再將儀器增益37 dB，即將底波高度提高37 dB，此時儀器總讀數為65 dB。

(5)工件?1.5 mm/500 mm靈敏度調節(jié)完成。

(6)在30 mm(位于近場區(qū)，該探頭近場長度為88 mm)發(fā)現一缺陷，在基準波高(如40%)時，儀器增益dB讀數X2(假設為32 dB)，ΔX=X2-X1=4 dB。

(7)從c垂直向下數ΔX=4 dB的距離，得到d(500，15.5)。

(8)從d向左作一條水平線過30 mm。

(9)從坐標e(30，80)向上作一條垂線，與?1.5 mm平底孔當量線相交于f(30，40.5)，與水平線相交于g(30，15.5)。g就是該缺陷在DGS曲線圖上的位置，其當量約為 8 mm+2 dB。

(10)g與f之間的dB差值即為該缺陷與?1.5 mm平底孔當量dB差值，約為?1.5 mm+25 dB，該缺陷波幅比?1.5 mm平底孔當量波幅高出25 dB。

3.3.2斜探頭DGS曲線圖應用

斜探頭DGS曲線圖各坐標和曲線含義與直探頭DGS曲線圖基本相同，右上角參數中增加了底面回波修正值，ΔVK1表示1號標準試塊R100 mm弧面，ΔVK2表示2號標準試塊的R25 mm或R50 mm弧面。斜探頭DGS曲線圖見圖12。

以用型號MWB60-4斜探頭(增益型儀器)，按GB/T 11345—2013 技術2，驗收等級AL2(dDSR=2.0 mm)檢測30 mm厚度焊縫為例，說明斜探頭DGS曲線圖的應用方法。

圖12　MWB60-4斜探頭DGS曲線圖Figure 12　DGS curves graph of MWB60-4 angle beam probe

(1)先計算出折射角60°對應厚度30 mm的聲程S=60 mm，使用2號標準試塊R25 mm作為底面。

(2)在橫坐標上找到坐標A(25，80)，向上作一條垂線，該線與∞線(底面)相交于b(25，2.5)。

(3)在橫坐標上找到坐標c(60，80)，向上作一條垂線，該線與2 mm當量線相交于d(60，23.5)。

(4)計算出b與d之間的dB值差Δ=21 dB。

(5)底面回波修正。MWB60-4探頭DGS曲線圖中給出的修正值ΔVK2 R25=0±0.5 dB，可以不做修正。

(6)根據聲程或工件厚度調好儀器時基線性。

(7)傳輸修正。傳輸修正的方法與斜探頭DGS曲線面板的方法基本相同，但數據計算上不同。

由于1號標準試塊與2號標準試塊的聲特性基本一致，考慮到聲程長度需要，用1號標準試塊代替2號標準試塊(如果聲程長度足夠也可用2號標準試塊)進行傳輸修正值測定。

(a)計算出60°折射角對應1號標準試塊厚度25 mm全跨距聲程為100 mm，對應30 mm厚工件全跨距聲程為120 mm，對應1號標準試塊R25 mm弧面聲程為50 mm。

(b)從DGS曲線上找出50 mm、100 mm和120 mm聲程對應∞線的dB值分別約為3.5 dB、7.5 dB和8.5 dB ，由此可計算出該探頭在聲程50 mm～100 mm和100 mm～120 mm之間的擴散衰減分別為ΔVB1=4 dB、ΔVB2=1 dB，50 mm～120 mm之間的擴散衰減為ΔVB=ΔVB1+ΔVB2=5 dB。

(c)分別記下同一基準波高(如40%)時儀器在2號試塊R25 mm弧面上的回波dB值讀數V1(假設15 dB)，在1號試塊厚度方向的穿透回波dB值讀數V2(假設18 dB)和在工件上(探頭不要跨越焊縫)的穿透回波dB值讀數V3(假設21 dB)。

(d)修正值ΔV=(V3-V2-ΔVB1)+(V2-V1-ΔVB2)=1 dB。

(8)將2號標準試塊R25 mm回波高度調到滿屏的某一基準高度(如40%)，記錄此時的儀器增益dB讀數X1。再將儀器增益g=Δ+ΔV=21 dB +1 dB=22 dB，即將2號試塊R25 mm波幅提高22 dB。

(9)用型號MWB60-4探頭，按GB/T 11345—2013 技術2，驗收等級AL2(dDSR=2.0 mm)檢測30 mm厚度焊縫的靈敏度和儀器調節(jié)完成。

(10)發(fā)現缺陷后，缺陷的平底孔當量或波幅確定方法與直探頭DGS曲線圖的應用方法完全相同。

(11)按照GB/T 29712—2013驗收等級內容對焊縫缺陷進行評判。

4結論

(1)DGS技術采用的儀器校準基準(參考反射體)、缺陷定量方法高度統一，只要儀器和探頭的參數滿足要求，儀器調節(jié)正確，相對于參考試塊法，對同一缺陷檢測結果的重復性和一致性非常好。

(2)DGS曲線面板和內置DGS曲線可以直接讀出缺陷當量值，DGS曲線圖也只進行簡單運算就能確定缺陷當量值，節(jié)省了大量時間，提高了現場檢測效率和定量的準確性。

(3)DGS技術只需采用1號和2號標準試塊就能完成超聲波檢測儀器校準，不需要制作參考(對比)試塊，節(jié)省了試塊制作成本，也縮短了檢測周期，具有較好的經濟性。

參考文獻

[1]張林.鑄件超聲檢測DGS曲線法和試塊法對比分析[J].大型鑄鍛件,2015(4):26-28.

編輯杜敏

DGS Technology of Ultrasonic Testing and Its Application

Fan Lvhui,Shi Daoyun,Yao Li

Abstract：The definition and the classification of DGS technology have been described in this article,as well as the application methods for different types of DGS curves.

Key words：ultrasonic testing;DGS technology;application

中圖分類號：TP274+.53

文獻標志碼：B

收稿日期：2016—03—28