超声检测DGS技术及应用

范吕慧　施道芸　姚　力

(1.中国第二重型机械集团公司，四川618000；2.绵阳空气动力中心，四川621000)



超声检测DGS技术及应用

范吕慧1施道芸1姚力2

(1.中国第二重型机械集团公司，四川618000；2.绵阳空气动力中心，四川621000)

摘要：介绍了DGS技术的定义、分类以及不同类型DGS曲线的使用方法。

关键词：超声检测；DGS技术；应用

DGS技术是中一种能够快捷、准确确定缺陷当量尺寸的超声检测方法。该方法摒弃了超声检测确定缺陷当量时繁琐的对数和指数运算，极大提高了超声检测的效率、准确性和一致性，实用性高，可广泛推广使用。

1DGS定义

DGS是Distance-Gain-Size的缩写，是一组反应缺陷声程、波幅(增益)和当量尺寸关系的曲线图。

DGS曲线一般由探头或仪器制造商制作，同探头或仪器一起使用。也可采用GB/T 11345—2013中的“纵波DGS参考试块(ZL试块)”和“横波DGS参考试块(HL试块)”，由无损检测人员自行制作使用。现场检测时，利用DGS曲线可以很方便地读出或计算出缺陷当量大小。

DGS曲线适用于除探头盲区外的所有声场区域，能够检测探头近场区和探头远场区的灵敏度和确定缺陷当量。

2DGS分类

通常把DGS曲线分为通用DGS曲线和实用(专用)DGS曲线。一般通用DGS曲线主要用于理论研究，实用(专用)DGS曲线用于现场检测。每一组实用DGS曲线只适用于一个探头或一个型号的探头，而对同型号探头的互换性(也就是参数的一致性)要求较高，除了各探头的实际晶片尺寸、频率和角度应相同，有的还需要与仪器匹配使用。

根据使用形式的差异，将实用(专用)DGS曲线分成三种：DGS曲线面板、仪器内置DGS曲线和DGS曲线图，三种DGS曲线的使用条件各不相同。

(1)DGS曲线面板(见图1)。除了对探头严格的要求外，一套面板只适用于一个型号的仪器，可直接读出缺陷当量值。一般用于模拟式超声波检测仪。

(2)内置DGS曲线(见图2)。与DGS曲线面板功能相同，只适用于仪器本身，可直接显示缺陷当量值。用于数字式超声波检测仪。

图1　DGS曲线面板Figure 1　DGS curves

图2　仪器内置DGS曲线Figure 2　DGS curves in the instrument

图3　DGS曲线图Figure 3　DGS curve graph

(3)DGS曲线图(见图3)。一个探头的曲线可适用于各种型号的仪器，需要计算得出缺陷的当量值。可用于模拟式和数字式超声波检测仪。

目前，直探头、斜探头、双晶探头和高温探头都可用DGS曲线进行灵敏度和缺陷当量确定。

3DGS应用

3.1DGS曲线面板应用

由于各型号仪器的屏幕尺寸大小不一样，每套曲线面板只适用于一个型号的仪器。为使用时便于分辨缺陷，一个型号探头的曲线面板会根据检测厚度做很多块。例如，B2S探头用于USIP11型仪器的面板做成了200 mm、500 mm、1 000 mm和2 000 mm共四块，使用时可根据不同检测厚度选择相应量程的DGS曲线面板。

3.1.1直探头DGS曲线面板应用

以用于USIP11型仪器的B2S探头的DGS曲线面板检测厚度400 mm的工件为例，说明直探头DGS曲线面板的使用方法。

(1)选择500 mm量程的DGS曲线面板，安装在仪器的屏幕上。

(2)按DGS曲线面板的水平刻度调节好仪器的时基线性。

图4　底面回波设置Figure 4　Setting of bottom echo

(3)将工件完好部位的底波峰值点调到RE2线上。DGS曲线面板的底面回波设置见图4。

(4)按DGS曲线面板纵坐标给出的数据(RE1+20 dB，RE2+10 dB)增益10 dB，即将底波幅度提高10 dB。

(5)仪器调节完成后实施检测。

(6)检测时，找到缺陷的最大波幅，根据该缺陷波幅峰值点位置对应的曲线直接读出缺陷的当量。

(7)如果缺陷峰值点位于两曲线之间，利用插值法进行估算。

(8)如果缺陷波幅不在(超出或低于)DGS曲线面板上的曲线范围，按DGS曲线面板说明书执行。对于B2S探头，当缺陷深度≤200 mm时，每降低10 dB，缺陷当量相差一倍；当缺陷深度⟩200 mm时，每降低12 dB，缺陷当量相差一倍。按上面的数据将波幅降到曲线内，其峰值点所对应的缺陷当量乘以2得到该缺陷的当量值。更高波幅或更低波幅的缺陷当量值计算以此类推。

(9)对平行平面工件或实心圆柱体工件不需进行修正，对有圆柱孔的工件应根据检测厚度按偌模图(见图5)进行修正。

3.1.2斜探头DGS曲线面板应用

由于斜探头无法使用工件底波调节仪器，需要使用GB/T 19799.1—2015中1号校准试块和GB/T 19799.2—2012中2号校准试块。

斜探头DGS曲线面板的时基线刻度分为四种：声程、垂直投影距离(深度)、水平投影距离(水平距离)及板厚(双斜探头)。在选择相应斜探头DGS曲线面板时要明确横坐标表示的含义。除了横坐标表示的含义不一样外，斜探头DGS曲线面板的其他使用方法与直探头DGS曲线面板基本相同。

图5　中心孔修正偌模图Figure 5　Correction nomograph of centre hole

在焊缝检测中，斜探头DGS曲线面板的选择由仪器、斜探头和检测工件厚度决定，要确保能够覆盖整个焊缝检测体积。

以用于USM2型仪器的WB…和MWB…探头检测焊缝为例，说明斜探头DGS曲线面板的使用方法。

(1)将合适量程的斜探头DGS曲线面板安装在仪器的屏幕上。

(2)调节时基线性。对于小斜探头(如MWB…)，将来自2号标准试块R25 mm弧面的多次回波调到DGS曲线面板上标注的水平刻度位置；对于大斜探头(如WB…)，将来自1号标准试块R10 mm弧面的多次回波调到DGS曲线面板上标注的水平刻度位置；对于大角度短声程检测时，如WB70-N2检测150 mm内距离，将来自1号标准试块R100 mm弧面1次回波(2次回波不在屏幕上)和镶嵌有机玻璃孔的回波调到标注刻度。

(3)调好仪器的时基线性后，不要再动时基线控制器。对于小斜探头(如MWB…)，移动探头找到2号标准试块R25 mm弧面的第1次回波最大值，通过增益控制器将回波峰值点调到DGS曲线面板上R2圆圈内，2号试块基准波见图6；对于大斜探头(如WB…)，移动探头找到1号标准试块R100 mm弧面的第1次回波最大值，通过增益控制器将回波峰值点调到DGS曲线面板上R1圆圈内，1号试块基准波见图7；也可将1号标准试块镶嵌有机玻璃孔或2号标准试块∅5 mm横孔的最大回波峰值点分别对应调到C1或C2圆圈内。

图6　2号试块基准波Figure 6　Reference wave of No.2 test coupon

图7　1号试块基准波Figure 7　Reference wave of No.1 test coupon

表1　底面回波修正数据Table 1　Correction data of bottom echo

(4)按DGS曲线面板右上角给出的数据(如MWB70 R2+30dB，C2+10dB)增益30 dB，即将2号标准试块R25 mm回波幅度提高30 dB。

(5)底面回波修正。由于平底面与1号或2号标准试块弧面反射回波存在差异，要准确确定缺陷当量还需要进行修正。修正数据和方法由DGS供应商提供。表1是K.K公司提供的数据。

(6)传输修正。

(a)仪器设置为双探头模式(一发一收)，放置两个同型号探头(与DGS面板对应)在1号标准试块上，按图8所示相向放置。移动探头找到最大穿透回波，将该回波峰值点调到DGS面板曲线中的点划线上，记下仪器的dB值V1。

图8　1号试块上探头放置Figure 8　Location of probe on No.1 test coupon

图9　工件上探头放置Figure 9　Location of probe on workpiece

图10　DGS曲线面板传输修正波幅调节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头，找出最大穿透回波(两探头不要跨越焊缝)，工件上探头放置见图9。将其峰值点调到DGS曲线面板中的虚线上，记下仪器的dB值V2。DGS曲线面板传输修正波幅调节见图10。

(c)计算得出修正值ΔV=V2-V1。

(7)完成以上步骤后，仪器调节完成。

(8)检测时，找到缺陷的最大波幅，根据该缺陷波幅峰值点位置对应的曲线直接读出缺陷的当量。

(9)如果缺陷峰值点位于两曲线之间，利用插值法进行估算。

(10)如果缺陷波幅不在(超出或低于)DGS曲线面板上的曲线范围，按DGS曲线面板说明书执行。对于WB-N探头，当缺陷声程≤150 mm时，每降低10 dB，缺陷当量相差一倍；当缺陷声程⟩150 mm时，每降低12 dB，缺陷当量相差一倍。对于MWB-N探头，当缺陷声程≤50 mm时，每降低10 dB，缺陷当量相差一倍；当缺陷声程⟩50 mm时，每降低12 dB，缺陷当量相差一倍。按上面的数据将波幅降到曲线内，其峰值点所对应的缺陷当量乘以2得到该缺陷的当量值。更高波幅或更低波幅时的缺陷当量值计算以此类推。

3.2内置DGS曲线应用

仪器内置的DGS曲线(功能)实际上就是利用计算机技术将DGS曲线通过编制程序安装在计算机里供用户使用。所以，内置的DGS曲线也是跟每个型号的探头对应的。如果仪器里没有，也可以用GB/T 11345—2013给出的试块自己制作DGS曲线。

很多需要人工测试、记录和计算的数据(探头参数和修正值等)由计算机自动完成，还包括各种反射体之间的当量换算。一条DGS曲线可以用大平底、标准试块弧面、横孔或平底孔中的任何一个来完成仪器的校准，计算机会自动换算。

假设在数字式超声波检测仪已按要求完成了所有调节的前提下，介绍有关内置DGS曲线的应用方法。

3.2.1直探头内置DGS曲线应用

以B4S探头、∅3 mm平底孔当量参考线为例，说明直探头内置DGS曲线的应用方法。

(1)在仪器菜单“评估模式”中选择“DGS”(一般有“参考波”、“DAC”和“DGS”等模式，还有按标准分的)。

(2)选择所用的探头型号B4S(对已编程探头，不需再输入参数。)。

(3)输入参考线的平底孔当量直径3 mm。

(4)选择产生参考波的参考反射体型式大平底。

(5)输入参考反射体声程(距离)。

(6)输入声衰减修正值：试块衰减、工件衰减和底面回波修正(1号和2号标准试块)。

(7)将工件完好部位第1次底波峰值点调到仪器满屏内(b1=20%～80%)，作为参考回波。

(8)将闸门移到参考回波上。

(9)选择功能“DGS参考”为“开”，“DGS模式”为“开”，仪器屏幕上便立即生成一条∅3 mm平底孔当量的DGS曲线作为参考线。

(10)以上设置完成后就可以进行检测了。

(11)缺陷当量确定：检测过程中，对于峰值点在屏幕内的缺陷信号，只需将闸门移上去，就会自动显示其平底孔当量值，ER=∅2.87 mm。

(12)如果缺陷波幅超过满屏高度，只需用仪器系统增益，将其峰值点降到屏幕内，仪器就会显示缺陷的实际当量值，而不用考虑系统增益的调节。但是，定量完成后须将增益调回去，以免因缺陷显示波幅太低影响检测灵敏度。

(13)仪器内置DGS功能既可以只显示一条DGS曲线(参考曲线)，也可以显示多条DGS曲线，具体由仪器制造商设置的程序决定。缺陷尺寸测量结果可以设置成多种方式：平底孔当量、与参考曲线H0之间的dB差值H0±ΔdB或与参考曲线之间的波高%数差值H0±ΔH%，也可以同时显示这些数据。分析缺陷回波结果数据：参考线H0=∅2.5 mm(平底孔)，缺陷尺寸ER=∅7.40 mm平底孔当量，声程Sa=36.11 mm，与参考线的dB差Ha=+15.4 dB，得到缺陷波高为H=H0+Ha=∅2.5 mm+15.4 dB。

(14)衰减修正。用工件底面调节灵敏度时，DGS曲线已经考虑了声衰减，不需要再做修正。用参考试块则需要考虑修正值。

3.2.2斜探头内置DGS曲线应用

斜探头内置DGS曲线的使用方法和直探头内置DGS曲线基本一样，只是斜探头不能用工件底面作为参考反射体设置参考线，而需要用1号标准试块的R100 mm弧面或2号标准试块的R25 mm弧面作为参考反射体，并需要进行传输修正和材质修正，其测量方法与DGS曲线面板相同。

如果用横孔作为参考反射体，须同时满足孔的直径至少为波长的1.5倍和声程至少为近场长度的1.5倍。

3.3DGS曲线图应用

DGS曲线图不能直接读出缺陷的当量值，而需要进行简单的计算。

3.3.1直探头DGS曲线图应用

直探头DGS曲线图应用与采用工件大平底计算法调节仪器的方法相比，简化了计算过程。计算法仅适用于探头3倍近场区以外，不适用于3倍近场区以内，而DGS曲线图既可用于3倍近场区以外，也可用于3倍近场区以内。

直探头DGS曲线图右上角是探头型号及一些相关参数，最上面的一条∞或B线代表工件底面，下面每一条线表示一个平底孔当量值直径，线上数据为相应的平底孔当量，横坐标是深度(声程)，纵坐标是dB值(波幅)。

以型号B4S探头(增益型仪器)用∅1.5 mm平底孔当量检测500 mm厚度工件为例，说明直探头DGS曲线图的应用方法。B4S探头DGS曲线图见图11。

(1)在B4S探头DGS曲线图的横坐标上找到坐标A(500，80)，向上作一条垂线，该线与1.5 mm当量线相交于b(500，58)，与∞线(底面)相交于c(500，11.5)。

(2)读出(计算出)c与b之间的dB值差Δ≈37 dB。

图11　B4S探头DGS曲线图Figure 11　DGS curves graph of B4S probe

(3)根据工件厚度调好仪器时基线性。

(4)将工件完好部位的底波高度调到满屏的某一基准高度(如40%)，记录此时的仪器增益dB读数X1(假设为28 dB)；再将仪器增益37 dB，即将底波高度提高37 dB，此时仪器总读数为65 dB。

(5)工件∅1.5 mm/500 mm灵敏度调节完成。

(6)在30 mm(位于近场区，该探头近场长度为88 mm)发现一缺陷，在基准波高(如40%)时，仪器增益dB读数X2(假设为32 dB)，ΔX=X2-X1=4 dB。

(7)从c垂直向下数ΔX=4 dB的距离，得到d(500，15.5)。

(8)从d向左作一条水平线过30 mm。

(9)从坐标e(30，80)向上作一条垂线，与∅1.5 mm平底孔当量线相交于f(30，40.5)，与水平线相交于g(30，15.5)。g就是该缺陷在DGS曲线图上的位置，其当量约为 8 mm+2 dB。

(10)g与f之间的dB差值即为该缺陷与∅1.5 mm平底孔当量dB差值，约为∅1.5 mm+25 dB，该缺陷波幅比∅1.5 mm平底孔当量波幅高出25 dB。

3.3.2斜探头DGS曲线图应用

斜探头DGS曲线图各坐标和曲线含义与直探头DGS曲线图基本相同，右上角参数中增加了底面回波修正值，ΔVK1表示1号标准试块R100 mm弧面，ΔVK2表示2号标准试块的R25 mm或R50 mm弧面。斜探头DGS曲线图见图12。

以用型号MWB60-4斜探头(增益型仪器)，按GB/T 11345—2013 技术2，验收等级AL2(dDSR=2.0 mm)检测30 mm厚度焊缝为例，说明斜探头DGS曲线图的应用方法。

图12　MWB60-4斜探头DGS曲线图Figure 12　DGS curves graph of MWB60-4 angle beam probe

(1)先计算出折射角60°对应厚度30 mm的声程S=60 mm，使用2号标准试块R25 mm作为底面。

(2)在横坐标上找到坐标A(25，80)，向上作一条垂线，该线与∞线(底面)相交于b(25，2.5)。

(3)在横坐标上找到坐标c(60，80)，向上作一条垂线，该线与2 mm当量线相交于d(60，23.5)。

(4)计算出b与d之间的dB值差Δ=21 dB。

(5)底面回波修正。MWB60-4探头DGS曲线图中给出的修正值ΔVK2 R25=0±0.5 dB，可以不做修正。

(6)根据声程或工件厚度调好仪器时基线性。

(7)传输修正。传输修正的方法与斜探头DGS曲线面板的方法基本相同，但数据计算上不同。

由于1号标准试块与2号标准试块的声特性基本一致，考虑到声程长度需要，用1号标准试块代替2号标准试块(如果声程长度足够也可用2号标准试块)进行传输修正值测定。

(a)计算出60°折射角对应1号标准试块厚度25 mm全跨距声程为100 mm，对应30 mm厚工件全跨距声程为120 mm，对应1号标准试块R25 mm弧面声程为50 mm。

(b)从DGS曲线上找出50 mm、100 mm和120 mm声程对应∞线的dB值分别约为3.5 dB、7.5 dB和8.5 dB ，由此可计算出该探头在声程50 mm～100 mm和100 mm～120 mm之间的扩散衰减分别为ΔVB1=4 dB、ΔVB2=1 dB，50 mm～120 mm之间的扩散衰减为ΔVB=ΔVB1+ΔVB2=5 dB。

(c)分别记下同一基准波高(如40%)时仪器在2号试块R25 mm弧面上的回波dB值读数V1(假设15 dB)，在1号试块厚度方向的穿透回波dB值读数V2(假设18 dB)和在工件上(探头不要跨越焊缝)的穿透回波dB值读数V3(假设21 dB)。

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

(8)将2号标准试块R25 mm回波高度调到满屏的某一基准高度(如40%)，记录此时的仪器增益dB读数X1。再将仪器增益g=Δ+ΔV=21 dB +1 dB=22 dB，即将2号试块R25 mm波幅提高22 dB。

(9)用型号MWB60-4探头，按GB/T 11345—2013 技术2，验收等级AL2(dDSR=2.0 mm)检测30 mm厚度焊缝的灵敏度和仪器调节完成。

(10)发现缺陷后，缺陷的平底孔当量或波幅确定方法与直探头DGS曲线图的应用方法完全相同。

(11)按照GB/T 29712—2013验收等级内容对焊缝缺陷进行评判。

4结论

(1)DGS技术采用的仪器校准基准(参考反射体)、缺陷定量方法高度统一，只要仪器和探头的参数满足要求，仪器调节正确，相对于参考试块法，对同一缺陷检测结果的重复性和一致性非常好。

(2)DGS曲线面板和内置DGS曲线可以直接读出缺陷当量值，DGS曲线图也只进行简单运算就能确定缺陷当量值，节省了大量时间，提高了现场检测效率和定量的准确性。

(3)DGS技术只需采用1号和2号标准试块就能完成超声波检测仪器校准，不需要制作参考(对比)试块，节省了试块制作成本，也缩短了检测周期，具有较好的经济性。

参考文献

[1]张林.铸件超声检测DGS曲线法和试块法对比分析[J].大型铸锻件,2015(4):26-28.

编辑杜敏

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

中图分类号：TP274+.53

文献标志码：B

收稿日期：2016—03—28