ASME标准可靠性应用——频率选择（修改后）

ASME超声检测可靠性应用—频率选择

ASME标准第五卷  第四章规定：频率可以是1~5MHz，那么NDE工程师根据那些参数及数据能够以尽可能高的检测灵敏度和可靠性对频率参数进行确定那？ ASME的理念是要制作模拟件对工艺参数进行验证，以便证明其可靠性。

1、检测时，我们往往追求灵敏度和分辨力两方面因素，并且要具有较高的信噪比，以便分辨缺陷回波。目前，一般规定信噪比应大于10dB。灵敏度高，是为了发现更小的缺陷。但是，不是越小越好，以标准规定的参考灵敏度值即可。比如，厚度小于38mm的焊缝，灵敏度为1.5mm直径的横孔。由于波的绕射，超声检测灵敏度约为波长的一半。一般来说，探头的分辨力好了 ，但灵敏度降低了。这句话的理解类似于射线检测中：“在保证穿透力的情况下，尽量使用较低的管电压，以获得较高的对比度”，意思就是在选择曝光参数时要兼顾穿透力（曝光时间）和对比度两方面因素，最终考虑的是射线检测灵敏度，以像质计灵敏度作为衡量基准。

分辨力是尽量能够区分相邻的缺陷。

2、频率选择的原则：频率的上限一般有衰减和信躁比决定，下限由灵敏度和声脉冲宽度（与分辨力有关）决定。波长较短时，在粗晶材料中，超声波的衰减较严重。比如：同样频率下，横波比纵波在奥氏体中的衰减严重很多。频率越低，波长越长，灵敏度越低，因此将灵敏度作为频率选择的下限条件之一，其次频率越低导致声束越宽，横向分辨力较差。反过来，频率越高，波长越短，灵敏度越高，但是较短的波长与晶粒作用越严重，衰减加强，散射波较多，信噪比较低。

因此，我们选择探头频率时，是为了寻找高灵敏度和分辨力、与高信躁比和低衰减之间的平衡。频率太高，灵敏度、分辨力好了；但是信噪比低了、衰减严重了。

根据相关材料介绍：

1、          具有良好分辨力的条件是：相邻两反射体所产生的峰值应比峰谷差大于6dB

2、          超声检测灵敏度通常要求为波长的一半，一般标准以1.5mm的长横孔或短横孔为参考灵敏度（取决于厚度）。只有当缺陷的尺寸远大于波长时，声束基本全反射，不发生绕射。

说明，关于超声检测的灵敏度为波长的一半以前在论坛中讨论过，这句话如何去理解，理解的前提是什么，有待考究。这里倾向于考虑反射强，还是绕射强的问题。

3、          信噪比一般要求大于10dB或3:1。

小结：

通过以上分析，分辨力和信噪比无法进行定量计算，只能在实际中进行操作验证。也就需要在与被检工件材质、厚度大概一致的模拟件上对信噪比进行验证。而分辨力需要在试块上进行验证，比如美国的RC分辨力试块存在的意义。假如参考灵敏度为1.5mm，当波长等于1.5mm临界条件时，在碳钢中的声速为3240m/s，此时f=3.24/1.5=2.16MHz。作为定性计算（应该为粗略计算）所选择频率至少应大于2MHz。碳钢检测时，频率的上限需要通过信噪比和衰减进行控制。这里涉及到材质、厚度、近场区等相关影响，无法定性讨论。 “AWS D1.1标准规定碳钢检测时频率为2~2.5MHz之间（2000版）”。个人建议：对于厚度38以下的碳钢，一般选择2~3MHz之间的频率即可。如果厚度更大38mm以上，考虑衰减的影响，频率越高，衰减越大，保证穿透力的情况下，可以适当降低频率。（之前理解出现错误）

    实际上，在检测均匀材质、锻件、碳钢等工件时，频率的选择对我们影响不是十分明显。但是在粗晶材料、奥氏体焊缝中，频率的选择显得十分必要。由于经历粗大等原因，导致衰减严重，噪声杂波严重，信噪比严重下降，因此在检测粗晶材料中应尽量保证足够高的信噪比，尽量使用低频探头，一般为0.5~2MHz之间。

个人浅见，希望各位加为补充！