《超声波探伤讲义》PPT课件.ppt

姚志忠 单位：三浦工业设备（苏州）有限公司 地址：苏州工业园区胜港街南前巷8号 电话13306261810 传真邮编：215024,超声波探伤方法与探伤工艺,超声波探伤补充教材 (修改版) 编写：姚志忠 中国锅炉压力容器检验协会 教育工作委员会 二00六年四月,超声波探伤方法与探伤工艺(修改版) 编写说明,根据锅炉压力容器压力管道特种设备无损检测人员级资格考核培训班组织委员会的安排，于2004年4月将将本人负责超声波探伤方法和工艺讲课部分的讲稿编印成册，作为级人员超声波探伤专业培训的补充教材。阅读本补充教材时，应同时阅读超声波探伤教材。,本补充教材内容为：第四章超声波探伤方法和通用探伤技术，第五章板材和管材超声波探伤，第六章锻件与铸件超声波探伤，第七章焊缝超声波探伤，第八章超声波探伤工艺。每章中的内容和顺序均与超声波探伤教材全部对应。自JB/T4730-2005承压设备无损检测颁布后发现原补充教材涉及超声检测标准部分的相关内容与,JB/T4730-2005承压设备无损检测第3部分超声检测中相应规定不完全符合，为了更好地贯彻执行JB/T4730-2005承压设备无损检测标准，对原补充教材涉及JB/T4730-2005承压设备无损检测标准的相关内容均按JB/T4730-2005承压设备无损检测标准第3部分超声检测规定内容要求进行了修改，现印刷的为修改版。,由于本人的局限性、缺点和错误难免，请阅读本补充教材的人员提出宝贵意见和建议，使本补充教材更加完善。 本补充教材编写过程中得到中国锅炉压力容器检验协会教育工作委员会杜京社同志的支持与帮助，在此表示感谢！ 编写者：姚志忠 2006.4,第四章 超声波探伤方法和通用探伤技术,第一节 超声波探伤方法概述 超声波探伤方法按波的类型可分为脉冲波法和连续波法，按探伤方法原理可分为反射法、穿透法和共振法，按波形可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法和爬波法，按耦合方式可分为直接接触法和液浸法，按探头个数可分为单探头法、双探头法和多探头法，现将各种探伤方法分类列于下图4.1：,超声波探伤方法图例4-1.doc,第二节 仪器与探头的选择,一、探伤仪选择 1.仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。 2.其次可考虑检测目的，如对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器， 选择数字式探伤仪更好。对定量要求高时，应选择垂直线性误差小，衰减器精度高的仪器，对,大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区分辨好的仪器。 主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求和便携、稳定等方面。,二、探头选择 1. 型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定： 如：焊缝斜探头 钢板、铸件直探头 钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚集） 近表面缺陷双晶直探头 表面缺陷表面波探头,2. 探头频率选择 超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷的能力，从统计规律发现当缺陷大小为 时，可稳定地发现缺陷波，对钢工件用2.55MHZ，为：纵波2.361.18，横波1.290.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值为：0.61.2mm之间，横波可稳定检测缺陷最小值为：0.30.6之间。,这对压力容器检测要求已能满足。 故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等常采用2.55MHZ。 对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等因会出现许多林状反射，（由材料中声阻抗有差异的微小界面作为反射面产生的反射），也和材料噪声干扰缺陷检测，故采用较低的0.52.5MHZ的频率比较合适，主要是提高信噪比，减少晶粒反射。,此外应考虑检测目的和检测效果，如从发现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸时，则声束指向性变坏，不利于检测远场缺陷，所以应综合考虑。,3. 晶片尺寸选择： 原则：晶片尺寸要满足标准要求，如满足JB/T4730-2005要求，即晶片面积500mm2，任一边长25mm。,其次考虑检测目的，有利于发现缺陷，如工件较薄，则晶片尺寸可小些，此时N小。铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N大、0小。发现远距离缺陷能力强。,考虑检测面的结构情况 如对小型工件，曲率大的工件复杂形状工件为便于耦合要用小晶片，对平面工件，晶片可大一些。,4. 斜探头K值选择： 原则：保证声束扫到整个检测断面，对不同工件形状要具体分析选择。 尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用K大些的探头。薄工件K大些，厚工件K可小些。 根据检测对象选K： 如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在K=0.84-1时检测灵敏度最高。,第三节 耦合与补偿,耦合就是实现声能从探头向工件的传递，它可用探测面上声强透过率来表示耦合的好坏，声强透过率高，表示声耦合好。,一、耦合剂在工件与探头之间表面，涂敷液体、排除空气，实现声能传递该液体即耦合剂。 实际耦合剂声阻抗在1.52.5106公斤/米2，而钢声阻抗为45106公斤/米2。所以靠耦合剂是很难补偿曲面和粗糙表面对探测灵敏度的影响。 水银耦合效果最好，声阻抗为：19.8106kg/m2与钢接近，但有毒、很贵，故不推荐。,对耦合剂的要求： 对工件表面和探头表面有足够浸润性，并既有流动性，又有附着力强，且易清洗。 声阻抗大，应尽量和被检工件接近。 对人体无害，对工件无腐蚀作用。 来源广，价格低廉。 性能稳定。,二、影响声耦合的主要因素 3.耦合层厚度d： 在均匀介质中： 最好：d=n 即半波长整数倍时声压透射率为1，几乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。 最不好：d=（2n+1） 即四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，反射率最高。,此时相当于钢保护膜直探头探测钢件。根据均匀介质中异质薄层对声波的反射特性，其声压反射r为： 在非均匀介质中，根据教材1.37式，当d=n时和d=（2n+1） , 且Z2= 时，声强透射率最大，超声检测大多情况满足次种条件。,由式可看出：当耦合层d=时，r=0、t=1，灵敏度可以保证，但发射反射 脉冲后面干扰振荡增加，也影响缺陷检测，故实际上常使用d0的光滑工件使耦合层d0，效果好。 如果再增加耦合层厚度，可以使界面波和工件多次反射波分得很开，探伤图,形变得很清晰，如控制在底面回波在第二次界面回波前出现，对缺陷判断有利（这是水浸探伤中的水层耦合原理）。,为使耦合层耦合效果好，由教材1.36式和1.37式可知，则必须使r0，此时t1，或T= 达最大，即声能从探头全部透到工件，则由声压反射率表示式知，r0得Sin 0，即d0或d0，但d0，即工件表面越平整，耦合剂层厚d越接近零，耦合越好。,4.工件表面粗糙度影响 由上面均匀介质中异质薄层对声波的声压反射率表示式可知d0时，可得r0。耦合效果越好。表示工件表面光洁度越光越好，表面粗糙度越差。则d越大耦合越差。但是当表面太光后探头和工件之间耦合层由于表面张力吸附作用，变成真空使探头移动困难。同时因真空不能传播声波，使耦合变差。 一般工件要求粗糙度Ra=6.3m,5.耦合剂声阻抗影响 一般液体耦合剂声阻抗均比工件声阻抗小，故对同一探测面（光洁度相工件 材质相同）声阻抗越大的耦合剂耦合效果越好。,6. 工件表面形状影响 平面工件耦合最好。 凸曲面和凹曲面均耦合不好。 在实际工作中，T最大处声压透射率为平面接触时，透射率一半时的曲率半径 为声耦合临界曲率半径R0。,则：R0=0.45fD2Zt/C0Z0（1+Zt/Zm） f频率，D晶片直径，Zt保护膜或斜透声楔声阻抗， Z0耦合剂声阻抗，Zm工件声阻抗，C0耦合剂声速。,当工件曲率半径R与临界曲率半径R0比较R/R0=1时，修正值2.5dB以下， R/R01时，可不修正，此时修正值为2.5dB以下，当R/R01时要修正，可用实测修正。,大致值为： R/R0 = 0.5 0.3 0.2 0.1 1 4 5dB 7dB 9 dB 15dB 2.5dB 0dB,三、表面耦合损耗测定与补偿 1. 耦合损耗测定 试块和工件在材质、反射体、探头、仪器相同条件下，仅表面光洁度不同测出相同反射体（声程相同）回波高度dB差。声程不同时，应对声程变化引起的dB差进行修正。,2. 补偿 将试块上反射体回波高调至某高h，再提高测得的dB值，即为补偿。 利用底波反射横波耦合损耗测试实例：,用两个相同规格斜探头，作一发一收方式先在试块上相对探测，分别测得两探头相距一跨距和二跨距时底面回波高H1和H2，在示波屏上作出H1和H2连线。再将两探头在工件上相对探测，同样分别测得两探头相距一跨距和二跨距时底面回波,高h1和h2，在示波屏上作出h1和h2连线。则H1和H2连线位于h1和h2连线上方，这是因为工件表面粗糙耦合差引起的结果，则此两线高度差即为表面耦补偿差dB值。 当试块厚度小于工件时，h1位于H1和H2中间，当试块厚度大于工件时，H1位于h1和h2中间。,第四节 探伤仪调节,一、扫描线比例调节 1.纵波：以工件厚度声程为基准调节，一般将工件二次底波调节10格。 （直探头）一般将工件一次底波调节5格。 多次反射：Bn。根据工件厚和反射次数决定。,2.横波 声程调节法常用于 直探头 管座角焊缝 斜探头 T型焊 可用IIW和IIW2试块法来调节。,水平法 CSK-IA法（利用R100，R50） 横孔试块法（CSK-IIIA和CSK-IIA或薄板试块法）。,深度法 CSK-IA（利用R100，R50） CSK-IIIA、IIA。,二、探伤仪灵敏度调节法 1.试块法 根据工件探伤灵敏度要求。 将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某基准波高（如50%高）， 再根据工件厚度、要求、调节衰减器达到要求的灵敏度，这方法要注意下到几点： 试块和工件材质不同，衰减不同的补偿。 试块和工件表面粗糙度不同的补偿。,试块反射体声程和工件检测灵敏度要求声程不同引起补偿（扩散、材质）。 试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体种类不同引起补偿。,2.工件底波法调整灵敏度 要求： 工件底面和探测面平行。 工件底面和探测面形状相同，且规则。 dB=20lg 工件底面和探测面形状不同。 如带中心孔的轴或筒体外表面或内表面探测。,A dB =20lg +10lg B dB =20lg 10lg 特点：方便、不用试块 不考虑表面补偿 不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同） 方法：只要求出底波高与要求的检测灵敏度反射法之间回波高度差。,第五节 缺陷位置测定,一、纵波（直探头）缺陷定位： 将缺陷波在扫描线上刻度与所调比例对比求得缺陷波声程。,二、表面波探伤缺陷定位： 根据缺陷波前沿位置按所调扫描线比例确定缺陷离探头距离。,三、横波平面工件缺陷定位： 9.声程比例调节 定出水平距离Lf=nTfSin和深度df=nTfCOS，二次波df=2T-nTfCOS。,10.按水平比例调节 定出：水平距离Lf=nTf可直接在扫描线上读出深度df=nTf/K，二次波 df=2T-nTf/K。,11.按深度比例调节 定出：水平距离Lf=KnTf 深度：df= nTf 二次波：df=2T nTf,四、横波周向探测 1. 外园周向探测 离外表深度 H=R-,弧长, L,=,tg-1,式中：d为扫描线上显示的平板工件深度。 H为曲面工件上缺陷离外表面实际深度。 R 为工件外半径。 K为探头K值。 为缺陷离探头外表面弧长。,L,2. 内壁周向探测 h= r = tg-1,L,特点：hd L L 式中：r为工件内半径。,3. 最大探测壁厚 探头在筒体外表面探测时，主声束与内表面相切时筒体的壁厚即为最大探测壁厚Tm。此时探头折射为：,Sin=（R、r分别为筒体外、内半径） 则 即TmR,4. 声程修正系数和跨距修正系数m。 当探头在外园探测时，设平板工件跨距 AH=2Ttg 工件上横波一次波声程 AG=式中T工件板厚，探头折射角。, 设 AE 为厚度为T的平板工件一次横波声程， 为工件上外园面一跨距弧长，则： = m =, AE,经整理得 = m=,一般： 1.1时可不作修正，则1.1时修正条件，可求得： K=1.0 r/R0.86 K=2.0 r/R0.96 K=2.5 r/R0.975 由上式可得到,和T/D关系曲线 m和T/D关系曲线 实际应用时可查图，可求出缺陷靠近内壁（一次）和外壁（二次）的水平跨距和缺陷位置。 实际缺陷位置仍用前面外壁探测公式，本节只起是否要修正来说。,第六节 缺陷大小测定,一、当量法 适用于小于声场的缺陷的当量测定。 12.当量试块比较法 方法：将人工缺陷（试块上标准反射体）与工件中自然缺陷回波比较，定出 的缺陷当量。,要求： 加工一系列不同声程，不同形状（平底孔或横孔），不同尺寸（直 径不同）试块，将自然缺陷声程与试块上声程相近的反射体比较。,试块与工件材质相近或相同，光面光洁度，工件形状相同或一致。 探测条件一致，仪器、探头、灵敏度一致。 优点：直观，测得当量值较明确。 缺点：要做大量试块，成本高。 对X3N时做试块不易，故仅在X3N时应用。,13.当量计算方法 当量：不同类型和不同大小的工件中的任何缺陷反射回波高与同声程的某 标准（规则）反射体的反射回波高相同时，则该标准（规则）反射体的类型和尺寸即为该缺陷的当量。 由于实际缺陷的几何形状，表面状况、方向，缺陷性质各不相同，其声吸 收、声散射比标准规则几何反射体复杂的多。,一般实际缺陷总比所定的当量值大35倍，或更多。 当量计算方法： 利用规则形状反射体回波声压（第二章中介绍的几种）与缺陷回波声压（缺 陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。 基本公式：（各标准反射体回波声压） 大平底：,平底孔： 长横孔： 短横孔： Lf短横孔长，Df短横孔直径。 球孔：,园柱曲面：PC= 凸面 r内半径 PC= 凹面 R外半径。,考虑材质衰减应均乘上：e- 式中：P=2P0Sin 在X3N时 P= 具体计算： 用公式计算：应根据缺陷波高与所定探伤灵敏度比较或和底波高比较，再与探伤灵敏度比较。,计算时应考虑： 材质衰减。 如题中不考虑，就不管。 如题中告诉衰减，要弄清是双程还是单程的。 是否要不同孔型之间相互换算。 如灵敏度为平底孔，题中要求求出长横孔当量，这要互换。 X3N近似准确。, 用AVG图计算，可直接查得缺陷相对大小G，再乘探头晶片尺寸DS则可得缺陷尺Df。 用实用当量曲线可在曲线上直接查得缺陷当量直径。,二、测长法： 适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷。 指示长度：根据缺陷波高，用探头移动距离的方法。按规定方法测得的缺陷长称指示长度。,特点：由于工件中实际缺陷取向、性质、表面状态均影响缺陷回波高度。故指示长度一般小于或等于实际长度（此时所用dB值即缺陷波最高波下降dB值6dB时），当dB6dB时，一般将缺陷测大，即指示长度大于实际长度。,1. 相对灵敏度测方法 相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准，使探头沿缺陷长度方向两端移动，使缺陷波下降一定的dB值。常用6dB（半波）、12dB（波高）、20dB（全波消失）。, 6dB法（半波） 适用于： 缺陷只有一个高点 缺陷基本垂直声束 缺陷沿探头移动方向基本均匀 缺陷长度大于声束截面,指所用波束截面 这里指6dB波束截面, 端点6dB法：一般将缺陷测大 缺陷有多个高点时，用端部6dB法即使端部波高下降6dB。 关键：确定端部缺陷回波峰值（最高值），找到了缺陷端部峰值后，和6dB法同样操作。,2. 绝对灵敏度法 探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺陷方向移动（不管缺陷最高在何值）。使缺陷波下降至规定的位置如评定线，如JB/T4730 中区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度法。 特点： 测长是与缺陷最高波多少无关。, 缺陷长度（指示长度）与缺陷波高和所规定的测长值位置有关，如缺陷波高只比规定测长灵敏度高3dB，即为3dB测长，一般将缺陷测短。 如缺陷波高比规定测长灵敏度高20dB，即为20dB测长，一般将缺陷测大。,3. 端点峰值法：一般将缺陷测少。 在探头移动过程中发现缺陷有多个高点，则将缺陷两端点最大波高处探头位置的距离作为端点峰值法指示长度。 关键：寻找端点峰值位置。 以上测长法适用：长条形缺陷, 对于缺陷回波包络线只有一个极大值的缺陷，可用最大波高衰减法，常用6dB法。 对缺陷回波包络线有多个极大值缺陷，可用端点6dB法或端点峰值法。 对条形气孔、未焊缝等宜用6dB法。 对裂纹、未熔合、条形夹渣等宜用1012dB法。对小于10mm缺陷宜用3dB法。（标准规定指示长度小于10mm，以5mm计）。, 对中间粗、两端细或细长缺陷（裂纹、未熔合）用端点法可获得较好的结果。 用20dB法时应考虑声场修正。（即测得移动长度应减去声场直径才为缺陷指示长度）,三、底波高度法 在远场（X3N），当缺陷比声束截面小时，缺陷波高与面积成正比（此时可用当量法定缺陷大小）；当小缺陷数量很多，或缺陷面积逐渐增加，则缺陷越大，所遮挡的声束愈多，造成缺陷处工件底波下降越大，此时可用缺陷波与底波相对波高来评价缺陷的大小。,1. ：BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高 2. ：BG无缺陷处底波高度 3. 此方法在钢板、锻件探伤中常应用。,第七节 缺陷自身高度的测定,一、表面波波高法： 利用表面波传播时遇到深度较小缺陷时反射回波随深度增加而升高的特点。 只适用：表面开口缺陷 缺陷深度小于2的情况。 该法存在许多问题，未说清，现介绍一下表面波探伤的情况：,（）表面波的性质： 14.表面波即瑞利波，介质表层质点具有纵波和横波的综合特性。 15.表面波在介质中传播时，介质质点只限于在传播方向与垂直于表面的 平面内，其轨迹为椭圆。 16.表面波声场的深度范围为2，可探测的深度范围也为2。,17.当表面波传播时，深度=0.183时，质点不作水平方向振动（在此深度 上有缺陷将不会引起反射，也就是检测不出）。此即表示表面波能检测的最小深度（此深度对钢材，用5MHZ，就相当于0.1mm）。 18.表面波的传播速度，对平面波而言，与频率无关，与材料的泊松比 和横波声速CS有关。,CR= （二） 表面波产生 1. 直接用石英进行Y切割产生。 2. 利用纵波斜入射到工件表面产生表面波。 sinR=,CL=斜楔有机玻璃纵波速度 CR=钢中表面波速度 对钢和有机玻璃而言。R=6264较好。 3.探头晶片一般用矩形晶片。,4.实用中无近场长度影响（N已全部在透场楔内）。 （即透声楔内纵波行程较大。） （即大于N）,（三） 表面波的传播特性 1. 对表面柱孔和近表面横孔随孔径增大反射率增加，频率越高，反射率增大越快。,2. 对棱角边的反射有下列特性（棱角可认为相当于裂纹）。 用2.55MHZ频率表面波，反射信号在棱角小于或等于90时有 较强的反射；大于90之后，反射逐渐降低；大于170时，棱边反射降为零。,因工件中裂纹与表面之间会成各种角度，为防止漏检，必须从两个方向上探测。 表面波传到棱边时会产生波型转换，变型波遇到反射面时，同样 会产生反射回波，形成干扰回波。 如图：表面波在A、B反射间还有 S变型横波到底面的反射，波型为：S,棱边曲率半径R5时，表面波几乎全部跨越传播，无反射；棱 边曲率半径R时，反射信号最大。,3. 表面波传播时，表面有油层，则表面波的垂直成份向油层辐射，衰减很大，表面回波幅度降为零。 故传播路径上有油滴会产生反射，用油手拍打探头前表面时，表面波会衰减掉。,4. 表面光洁度和材料组织对表面波传播影响：粗糙的表面，不但声耦合不好，而且表面波传播过程中容易发生散射，使表面波衰减较大，（传播方向与机加工刀痕同向，衰减小些），材料晶粒粗大，且晶粒界面对表面波减衰很大，晶粒越大，衰减作用越大。,5.材料厚度对表面波传播影响： 材料厚度大于2时，材料厚度对表面波传无影响。 材料厚度小于2时，表面波衰减显著增加。 因此表面波探伤不宜在小于2的板中进行。,6.表面波在人工槽上的反射（直角棱边槽）与槽的长度和深度有关。 槽长一定时，深度在0.1832范围内时随深度增加而表面波反射波增高。 深度一定时，槽长度在声场直径以内时随槽长增加，表面波反射波增加。,当槽长增大超过声场直径时表面波反射波趋向最大，并保持此值不变。 因此，表面波波高法只适用于裂纹长度一定时，波高随着深度增加而增加。对于自然裂纹不知多长，多深时，光凭波高高度，就断定深度大是依据不足的。,二、表面波延时法测量表面裂纹纵向尺寸（深度） 1. 单探头法 扫描线比例1:n。（常用1:1） 表面波在开口缺陷开口处A和裂纹下端B反回波为TA和TB。则裂纹深度h=n(TB-TA)。 当比例为1:1时，h= TB-TA （当板厚T不是很大时，在裂纹尖端产生变型横波S）则横波S传到底面任反回，荧光屏上出现S反回波TS则裂纹深度。,h=T-1.08（TS-TB） 这里,2. 双探头法 两探头一发一收，扫描线按1:n调常用1:1。先在无缺陷处将探头相对，相距a mm。将始波调在O，记录直通回波H在T1。然后移至裂纹两侧，相同间距a，记录表面波通过裂纹回传位置。 则裂纹深度h=,当扫描比例1:1时为h= 如果遇到裂纹尖端产生变型横波S，S对传到底面反回出现回波T3，则裂纹深度h为：h=T - （T3- T2）=T - 0.54（T3- T2） 这种测量方法：利用裂纹开口处回波和尖端处回波时间上差异来测量裂纹深度，不是以回波强度作信息。所以，表面光洁度，耦合状况等对测量精度无影响。,缺点： 这种方法测量的是裂纹开口处到达尖端的距离h当裂纹倾斜时，则hh。 当裂纹内有油、或水时，裂纹表面粗糙时及下端裂太尖时，裂纹尖端B回波可能不出现。,表面波探伤应用程序： 频率：5MHZ 耦合剂：甘油、粘度较大的机油 表面要求：光洁度要高一些，除油、污、除锈蚀，露出金属光泽。 扫描速度调节：,为调节准确，一般不用试块（如试块和工件材质，表面完全相同也可以用试块）。将探头垂直对准工件的一个棱边，探头前沿距棱边40mm，荧光屏出现棱边波B1，将B1调在4格。再将探头后移至离棱边65mm，将棱边波B2调在6.5格。,注意，在调节时，探头在位置1和2时棱边波B1和B2要通过水平，细调深度，反复调。,灵敏度调节： 利用工件本身直角棱边反射波作参考信号。据实验：对6.5mm长，深度为0.1mm的表面开口裂纹用5MHZ探头表面波探测（垂直探测），在距离40mm时比直角棱边反射波低21dB。则调节时，只要在40mm处探直角棱边使回波调到基准波高（如50%），再提高21dB，灵敏度就调好了。,三、端部回波峰值法 利用超声波入射到裂纹端部，出现一个较强的回波（称端部峰值回波， 实质是由端部强裂散射引起回波峰值）。测量裂纹深度（开口裂纹） 裂纹深h为h= = 如用K=1探头，则h= （实际测量时常用K1斜探头） l0探头前沿长度，a探头前沿至缺陷距离。,利用此法测表面未口裂纹高度， 聚焦探头测效果好 对上端点深度小于5mm困难 将扫描线按深度1:1调，h1和h2分别表示缺陷上、下端点离开探测面距离，可直接在扫描线读取，则裂纹高度h： h=h2 h1= （a为探头分别探测到缺陷上、下端点时的探测位置处探头入射点之间的距离，可以在工件上测量出来，k探头k值。）,四、横波端角反射法 横波射到下表面开口缺陷（根部未焊透，下表面裂纹等）回波高h与波长以及探头K值有关。,经试验在矩形槽深2mm以内，回波高度dB值与h/的变化不是单调的，而是起伏的。 因此，此种方法光靠波高无法确定缺陷深度，实际应用时，用不同深度槽形试块对比得出缺陷深，故误差较大。,当横波探测到下表面开口缺陷时，形成角镜反射条件，可用角镜反射法测量： 将探伤仪扫描线按深度1:1调节，当探测面与缺陷不在同一面时使探头置于表面开口背侧，声束轴线对准缺陷与下表面直角处（此处角镜），将此波调至荧光屏高80%，此波用C表示，然后提高灵敏度1525dB，探头向前移动，,当声束轴线扫查到开口缺陷顶部时，出现缺陷波反射波DE，当DE达到最大值声束轴线完全离开缺陷端点时，在近靠DE的前方，将出现第一个峰值加波，称端点衍射波DW，则开口缺陷自身高度H=C-DW，当探测面与开口缺陷在同一面上时，只需探测到开口缺陷的下端点，此时DW位于DE后方，则缺陷深度H=DW。用此法可测量单面焊未焊透高度。,用此种方法，还可探测焊缝中埋藏缺陷高度，探头置于焊缝任一探测面上，探测到缺陷上端点的衍射波为DW上，探测到下端点的衍射波为DW下，则缺陷本身高度H=DW下DW上,五、横波串列式双探头法 两个探头一发一收， 特点：工件中无缺陷时，接收探头收不到回波。,工件中有缺陷时，发射探头发出的声波通过工件底面反射至接收探头。 示波屏只出现一个缺陷波且位置固定不动，出现在半跨距处。 只能检测厚工件中垂直于表面的大缺陷，（如窄间隙厚焊缝电渣焊缝中未焊透）。,发和收两探头移动方向相反。 当两个探头靠在一起时，可测缺陷下端点最下部位置，该位置离工件下表面距离h为：h= 称死区范围，b为两探头靠近时入射点之间距离。此式为近似式，即认为 时得出。K=1时完全正确。 即当缺陷下端离下表面距离小于h时测不到。见书P143，图4.41。,六、相对灵敏度10dB法 先用一次波找到缺陷最高波，再前后移动探头，确定探头在探测面上的位置A和B，再根据位置A、B的声程X1、X2和探头K值，确定缺陷高度：h。 h= X2COS2- X1COS1（书上式4.35）。,这里关键是如何确定X1、X2和1和2可用试块人工缺陷测定得到。也可通过98年练习中例3说明。用计算法得到。,七、散射法（衍射法）： 该法特点： 两探头在裂纹两侧相对移动，以裂纹为中心线。 一定要找到裂纹端部最高回波。 适用于开口裂纹，且深度3mm。,第八节 影响缺陷定位、定量的主要因素,一、影响缺陷定位的主要因素： 19.仪器的影响：水平线性、水平刻度精度。 20.探头：主声束偏向，探头波束双峰，斜探头斜楔磨损使K值变化，探头晶片发射、接收声波指向性。,21.工件影响 表面粗糙：表面凹凸不平引起进入工件声束分叉。,工件材质：材质晶粒引起林状反射，即材料噪声，试块与工件材质差异，引起声速变化，试块与工件应力差异，引起声速变化使K值变。压力应力声速增加，拉应力声速减小每1kg/mm2引起0.01%。,工件表面形状 曲面工件探测时探头平面时为点或线接触探头磨成曲面，使入射点改变， 从而引起K值变化。,工件边界：靠工件边界探测时，由于侧壁干扰，使主声束偏向，改变K值。 工件温度： 工件温度升高K值增大。 工件温度下降K值变小。,工件中缺陷：缺陷反射指向性引起不在主声束入射缺陷时出现高反射，引起误判。,22.操作人员影响 调仪器扫描线比例不准。 测探头入射值，K值不准。 定位方法不当：曲面工件未修正等。,二、影响缺陷定量的因素 1. 仪器、探头性能影响 频率偏差（使调灵敏度引起偏差也影响定量垂直性偏差，衰减器精度误差）。 探头形式，晶片尺寸（影响N大小） 探头K偏差（往复透过率与入射角有关）。,2. 耦合偏差及材质衰减测量偏差，传输损失等。 3. 工件几何形状和尺寸（曲率变化要补偿） 4. 缺陷的影响 缺陷的形状，方位与入射波夹角等，指向性（回波指向性），表面粗糙度，性质，位置（在近场或远场等）等。,第九节 缺陷性质分析,一、根据加工工艺分析缺陷性质： 对各种工件根据加工工艺不同进行分析。 如锻钢：则可能产生白点，裂纹这是最危险的缺陷。 铸钢：易在洗胃口附近产生疏松或缩孔。 焊缝：产生气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。,二、根据缺陷特征分析缺陷性质 缺陷特征为：大小、形状、密集程度、位置等几方面： 大小：有些缺陷一出现往往比较大，如铸件中缩孔，疏松一出现就一大片，如探伤时发现大面积缺陷，就可断定这类缺陷。,形状分为： 平面形缺陷：在不同探测面上探测这种缺陷，其回波高显著不同，探测时声束垂直于平面时回波很高，声束平行于平面时回波很低，一般此类缺陷为裂纹、夹层类。,点状缺陷：各个方向探测，缺陷回波差不多，无明显变化，大多为气孔、夹渣、夹砂等。 缺陷密集程度：在荧光屏扫描线某一范围内连续出现一系列簇状缺陷，在不同方向探测缺陷回波情况差不多。,缺陷位置分析： 如大型铸件（如大的汽轮发电机转子）在中心和端部锻压部位易出现裂纹。 在焊缝中心有一定长度的缺陷大多为未焊透。在焊缝根部为单面焊未焊透。 在熔合线附近，如连续或间断为坡口边缘未熔合等。,三、根据缺陷波形分析缺陷性质 缺陷波高度变化 23.静态波形探测时探头和缺陷相同稳定时波形。 各种缺陷内部含的物质不同，对入射的声波吸收情况不同。探头探测时回 波高度、形状各不相同。,24.动态波形 探测时探头和缺陷相对移动，移动方式为：平移、前后移、环绕缺陷、转动等。观察缺陷波的变化情况，并用缺陷波尖端的包络线来分析得到缺陷性质判断结论。,四、根据底波分析缺陷性质，在钢板中大量应用 根据一次底波B1情况： 缺陷波很强，B1消失大面积缺陷（夹层、裂纹等）。 缺陷波和B1共存，缺陷较小，可能为单个缺陷波和B1均很底或消失，可能倾斜形缺陷或疏松等。,根据多次底波情况： 钢板中重皮处多次反射消失，无缺陷处多次反射清晰可见。 薄钢板中小缺陷用一次波较难发现，可用多次反射可观察到，也可观察多次反射衰减情况。,第十节 非缺陷回波的判别,一、迟到波 条件：探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散声束纵波射到侧壁产生变型横波，再变成给纵波经底面反回探头引导成迟到波。,二、61反射： 特定反射。当纵波入射到钢/空气界面。 +=90 纵波入射角 横波反射角。,由 及 即入射角=61时，出现=29的很强的横波反射。,三、三角反射回波 直探头在实心园柱体探测得的迟到反射。 B1L底波声程d H1L等边三角形反射波声程1.3d H2L-S-L反射波声程1.67d。 探测此类工件如工件中无缺陷，则出现三角形反射，如无此三角形波，则此工件中存在缺陷。,四、其它非缺陷波： 25.探头杂波 26.工件轮廓波各种形状工件轮廓波不相同要具体分析。 27.耦合剂反射表面波及大K值探头探伤时出现。,28.幻象波 重复频率太高时产生，可降低重复频率。 29.草状回波（林状回波） 工件晶粒粗大引起，可降低频率。 30.其它变型波 根据具体工件情况及横波探伤时特定条件，要具体分析。,第十一节 侧壁干涉,纵波探头靠近侧壁，经侧反射的纵波和变型横波与直接传播的纵波互相干涉，造成越靠近侧壁，回波反而下降，探头离开一定位置回波反而上升。 避免侧壁干扰条件： 侧壁反射波声程与直接传播声程差大于4。,1. 轴线小缺陷无侧壁干扰条件： 对钢 2. 底面无干扰： 对钢 试块宽最小要满足上述条件。,第五章 板材和管材超声波探伤,第一节 板材超声波探伤 一、板材分类 40mm厚板,二、钢板中常见缺陷 存在于内部 分层钢锭中非金属夹杂物，金属氧化物，硫化物以及夹渣在轧制过程中被轧扁而形成。,这些缺陷有的是钢水本身产生，如脱氧时加脱氧剂造成，或炼钢炉混入钢水中的耐火材料等，这些缺陷在钢锭中位置没有一定规律，故出现在钢板中位置也无序。,分层是以上缺陷轧制而成，大多与钢平行，且具有固定走向。为平面状缺陷，严重时形成完全剥离的层状裂纹，对小的点状夹杂物则形成小的局部分层。,白点存在于内部 钢中氢在加工过程来不及向外扩散，在钢板成型后，氢原子逐渐在钢板中的微缺陷（如非金属夹杂物）旁缓慢地以氢气形式析出，造成氢裂纹。其断面呈白色故称白点。,常见于锻钢中和厚钢板中。 折迭和重皮存在于表面 钢板表面因局部折、轧形成的双层金属， 基本平行于表面。 裂纹轧制工艺和温度不合适时造成。存在于钢板表面，偶尔在内部。 裂纹较少见，如轧制工艺稳定，这类缺陷不常见。,三、探伤方法 1.接触法 探头通过耦合层直接与钢板接触，当探头位于完好区时，仪器上出现底波多次反射。 采用底波多次反射法探伤应满足下面三条件：,工件的探伤面与底面互相平行，确保产生多次反射。（如工件加工倾斜就不合适）。 钢板材质晶粒度必须均匀，保证无缺陷处底面多次反射波次数的稳定。（各次相同）。,材质对超声波的衰减要小。保证反射底波有足够数量，以利探伤观察。一般碳钢、 不锈钢均能满足这些条件。,2.水浸法 探头晶片离开钢板一段距离，通过水耦合。 在探伤仪荧光屏上将同时出现水层多次反射和钢板底面多次反射波，如水层厚度控制不好会互相干扰，不利探伤。,探伤时调节水层厚度，使水层波与某次底波重合。 水层厚H和板厚关系为： H= ，n为重合次数。 对充水直探头的要求：, 为满足多次重合法要求，水层厚度要连续可调。 调至不同厚度时，必须保证发射的声束与钢板表面垂直。 充水探头内水套管内径必须大于最大水层厚度时声束直径。, 进出水口位置应大于最大水层可调厚度，且出水口应小于进水口，保证水套充满水。 探伤时应及时注意排除水中气泡。或采用消泡剂去除气泡。,3.探伤图形分析： 图形：当钢板中出现缺陷，则缺陷波出现在钢板一次波之前，如一次重合法，则缺陷波 在第二次波之前，如二次重合法，则缺陷亦出现在第二次波之前，第三波为钢板二次波和水层二次波重合。,叠加效应： 当缺陷比较小时，缺陷回波从第一次开始会随着出现的二次、三次波高逐渐增高，几次以后又逐渐降低，这是由于对同一个小缺陷会产生不同反射路径且互相迭加后造成的一种波形动态现象，随探头移动有所变化。,出现这种现象，在中板中较多（即640mm范围）。 利用F1评价缺陷。 当20mm时用F2评价缺陷减少近场区影响。,三、探头与扫查方式 1.频率2.55MHZ 晶片直径：1425mm 探头形式：单晶直探头 较大，用于20mm以上钢板检测 联合双晶直探头 较薄时，盲区小 一般用=6-20mm钢板,2.扫查方式 根据标准要求，一般可采用全面扫查，列线扫查、边缘扫查和格子扫查， 当发现缺陷后应在缺陷周围附近认真细查测缺陷面积。,四、探测范围和灵敏度调整 1.探测范围调整（扫描线要求有400mm范围） 80mm B5 （仪器有400mm范围） 80mm时 B2B5由实际情况决定，但B2以上必须出现。,2.灵敏度调整 阶梯试块法： 20mm，将与工件等厚度的试块底面第一次底波高50%满幅再提高10dB。,平底孔试块： 20mm，试块上5平底孔第一次底波50%满幅。 注意：a. 试块钢板与被探钢材质相近。,b. 试块钢板不得有2当量以上缺陷。 c. 试块上5平底孔垂直于表面，平底孔底面与表面平行，光滑。 d. 平底孔距离按JB/T4730-2005标准表2 CB标准试块要求。,底波法： 3N，可用B1达50% 当20mm时也可用B5达50%计，但要和5平底孔波作试验比较，使灵敏度一致。,五、缺陷判别与测定 1.缺陷判别按JB/T4730-2005标准要求执行。 2.缺陷位置测定： 深度位置测定：可直接从荧光屏上缺陷波与底波相对位置中测出。 平面位置测定：可根据直探头在钢板上位置画出在板材表面的位置直接确定。最后记录在报告上。,3.缺陷性质判断： 结合：波型特点和钢板制造工艺综合判断。 波型特点大致为： 分层或夹层 缺陷波形整齐、均匀、陡直、规律性强，大多处在钢板中心部位，底波明显下降或消失。,折迭 在探测面附近时不一定直接产生缺陷波，对底波多次反射波次数。（减少次数，并使多 次反射波位置改变）始波加宽，有时使底波消失。 在底面附近时反射条件变差，使底波位置前移。（缩短声波路程）,白点 波形尖锐活跃，重复性差，底波明显降低，次数减少，移动探头时回波起伏大，此起彼落，且在板厚方向对称。,分散夹杂物： 缺陷位置无规律性。 缺陷分布有一定范围，呈分散性。 缺陷特点：位置不一定，一片片出现，无序变化，不一定影响底波多次反射次数。,4.缺陷定量（用探头移动法测缺陷大小） 按JB/T4730-2005标准4.1.6条规定方法测定。 （主要测长度即指示长度及面积） 在板厚方向尺寸标准中未规定测。,六、质量等级判定： 按JB/T4730-2005标准4.1.7条规定评定。 JB/T4730-2005标准标准中表3钢板质量分级表中数据适用于非白点、裂纹等危险缺陷，即非危险缺陷。,第二节 复合材料超声波探伤,一、复合板材常见缺陷 1.制造方法： 母材炭钢或低合金钢或不锈钢板 复合层不锈钢、钛及钛合金、铜及铜合金，铝及铝合金，镍及镍合金等（加复合层目的：改进和提高耐腐蚀性能）。 制造方法：轨制、粘接、堆焊和爆炸。,2.常见缺陷： 脱层（脱接）即母材和复合层未粘合牢。 接合不良，界面处未全部复合好。 脱层和接合不良可以是完全脱接，也可以是部分脱接。,二、探伤方法： 探头：14mm25mm直探头或联合双直探头，纵波检测频率：2.55MHZ，一般采用5MHZ较好。,探伤灵敏度：复合板完好区第一次底波B1达80%满幅高。 探测面：母材一侧，也可以从复合层一侧。 扫查方式：类似于探中厚板的钢板探伤。按JB/T4730-2005标准4.4.3.3条规定扫查。,三、缺陷判别 1. 两种材料声阻抗相近 如不锈钢/碳钢 （可从母材侧探，也可从复合层侧探） （当完好时，界面无反射波） 2. 两种材料声阻抗相关较大，如钛/碳钢。 因复合好时也存在出现界面回波。因此可用试块比较确定缺陷。,按JB/T4730-2005标准4.4.5条规定，也可用钢板底波来确定缺陷： 当第一次底波高度低于荧光屏满刻度的5%，且明显有未结合缺陷反射波存在，且波高5%，则该部位称为未结合区。其尺寸大小测定方法为：移动探头，使第一次底波升高到荧光屏满刻度的40，以此时探头中心作为未结合区边界点。,3. 利用底波和复合界面波高dB差来判别复合情况。 条件：不考虑材质衰减与扩散衰减： 底面全反射时： B（dB）= =,底面不是全反射（即存在第三介质，底面反射率r） B（dB）= = r= T=1-r2 r=,如碳钢和不锈钢等界面回波dB值为： 复合材料 界面波/底波（比例） 界面波/底波（分贝） 188不锈钢 0.0035 -49.1 镍 0.0755 -22.5 铜 0.155 -16.2 钛 0.270 -11.4 铝 0.570 -4.9,四、缺陷的测定与评级 按JB/T4730-2005标准4.4.6条规定评定。 1.缺陷指示长度：按该缺陷最大长度作为其指示长度。单个缺陷指示长度小于25mm时不作记录。,2.缺陷测面积 多个相邻的未结区，当其最小间距20mm时，应作为单个未结合区处理，其面积为各个未结合区面积之和。 未结合区总面积占复合板总面积的百分比为未结合率。,3.评级 复合钢板质量等级评定按下表：,在坡口预定线两侧各50mm范围内，缺陷指 示长度大于等于25mm时均定为级。,第三节 电薄板超声波探伤（板波探伤）,板波产生： 利用纵波斜入射至薄板，为提高效率。 当入射纵波波长L和板波波长B对应时，。,并可得 （CL透声楔中纵波速度，CP板中板波相速度）。 板波衰减： 随传播距离起伏变化，无变化规律，不呈单调。, 与板面清洁有关，板面有水、油时衰减大。 板波在薄板中传播时，遇到板端部或缺陷会产生反射，同时会产生波型转换（即板 波模式波型转换）。,板波探伤程序： 1.方法： 一个探头单收发（用穿透法即二个探头一收一发的也有，不常用）。 2.探伤条件 仪器：0.55MHZ功率较大的探伤仪。 探头：接触式、水浸式或轮胎式单收发探头。 试块：与板材质、板厚相等的板材试块。 反射体：1或2 竖通孔。 尺寸：200300,探伤频率：根据板厚选择f，使板中波长与板厚相当。 板波类型：与入射选择： 端面反射波高，传播距离大，波型单一。 群速度快，易识别缺陷为原则。 仪器调节：利用试块调节扫描线比例和灵敏度。（试块端部或人工孔）,探测与缺陷测定： 探头沿轧制方向移动，声束与轧制方向垂直，先观察端面回波情况，即找出出现端面回波最大距离，然后以此范围将钢板分段检查。,缺陷位置： 可根据扫描线上缺陷波位置估算工件上位置。 也可用手拍打缺陷波来确定工件中位置。 指示长度测定：半波法或全波法。 最后根据指示长度范围确定缺陷面积。,第四节 管材超声波探伤,一、管材制造工艺及常见缺陷 无缝钢管用穿孔法和高速挤压法制成。 穿孔法是将园钢在轧辊滚轧的同时用穿孔机穿孔。穿孔后的管子形状不规整，表面 毛糙，再通过心棒轧管机或心棒减径机，定径机等工艺压延，平整成型。 高速挤压法是通表面润滑的原材料在挤压机中直接挤压成型，加工精度较高。,焊接管：先将原材料卷成管形再焊接，大口径管多用此焊接管。 电阻焊接管： 由经热轧成型的管型卷材送到电阻焊接管成型机中自动卷成管材，在焊口上通以高频,电流，产生电阻热，利用这种热量焊接口，这种焊口都是直的，又称直焊管。 埋弧自动焊接管： 钢板卷成螺旋形或加工成纵