第八章超声波探伤修改

超声波探伤

能力知识点1超声波探伤基本原理

超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方法。它主要用于检测金属材料和部分非金属材料的内部缺陷。超声波探伤具有成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等突出优点，但也存在诸如探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作者技术水平和经验的影响及不能给出永久性记录等缺点。

1、超声波的波型（1）纵波质点振动方向与波传播方向一致的波称为纵波或压波，用符号L表示。纵波可在固体、液体和气体介质中传播。（2）横波质点振动方向与波传播方向垂直的波称为横波，用符号S表示。（3）表面波仅在固体表面传播且介质表面质点做椭圆运动的声波，称为表面波，用符号R表示。能力知识点1超声波探伤基本原理

2．超声波的声速与波长

（1）超声波的声速单位时间内超声波传播的距离即超声波的声速。用符号“c”表示。（2）超声波波长在超声波的传播方向上相位相同的相邻两质点间的距离称为超声波的波长，用符号“λ”表示。（3）声速、波长和频率之间的关系

c=ƒλ能力知识点1超声波探伤基本原理能力知识点3超声波的性质超声波具有以下几方面的性质：（一）有良好的指向性1、直线性由于超声波的波长非常短，因此，它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播。而且超声波在固定的介质中传播速度是个常数，所以，根据传播时间就能求得其传播距离，这样就为探伤中缺陷的定位提供了依据。

2、束射性声源发生的超声波能集中在一定区域（称为超声场）定向辐射。

能力知识点3超声波的性质（二）异质界面上的透射、反射、折射和波型转换1、垂直入射异质介面时的透射、反射和绕射当超声波从一种介质垂直入射到第二种介质上时，其能量的一部分被反射而形成与入射波方向相反的反射波，其余能量则透过界面产生与入射波方向相同的透射波。超声波反射能量W反与入射能量W入之比称之为超声波能量的反射系数K，即K=W反/W入。超声波在异质界面上的反射是很严重的，尤其在固－－气界面上K＝1，因此探伤中良好的耦合是一个必要条件。超声波能在弹性介质中传播，不能在真空中传播.一般探伤中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。

能力知识点3超声波的性质2、倾斜入射异质界面时的反射、折射、波型转换第一临界角（α1m）

第二临界角(α2m)

由第一、第二临界角的物理意义可知：

1）当α＜α1m时，第Ⅱ种介质中同时存在着折射纵波和折射横波，这种情况在探伤中不采用。

2）当α1m≤α＜α2m时，第Ⅱ种介质中只存在折射横波,这是常用的斜探头的设计原理和依据,也是横波探伤的基本条件。

3)当α≥α2m时，第Ⅱ种介质中既无折射纵波又无折射横波,但这时在第Ⅱ种介质表面形成表面波,这是常用表面波探头的设计原理和依据。

能力知识点4超声波的衰减

超声波在介质传播过程中，其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。引起超声波衰减的原因主要有以下三个方面：

1．散射引起的衰减超声波在大多数介质中，尤其在钢等金属材料中传播时，传输损失少，传播距离最大可以达到数米远。所以，超声波探伤能够有较大的探测深度，这一优势是其他探伤方法没有的。超声波在介质中传播时，其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。

2．介质吸收性引起的衰减

3．声束扩散引起的衰减

超声波的产生与接收

（1）逆压电效应与超声波的产生

超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中的压电晶体片的两面上，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。若压电晶体片与工件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片受到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两表面产生具有不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形式经探伤仪显示，这就是超声波的接收。

能力知识点2超声波的产生与接收

（2）压电效应与超声波的接收能力知识点1超声波探头

超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头和试块组成。

超声波探头又称压电超声换能器，是实现电-声能量相互转换的能量转换器件。一、探头的种类由于工件形状和材质、探伤目的及探伤条件等不同，因而将使用各种不同形式的探头。在焊缝探伤中常用的探头有以下几种：1．直探头声束重直于被探工件表面入射的探头称为直探头。它可发射和接收纵波。由压电元件、吸收块、保护膜和壳体等组成。

能力知识点1超声波探头2．斜探头利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工件的探头称为斜探头。它可发射和接收横波。它由探头、斜楔块和壳体等部分组成。通常横波斜探头以钢中折射角标称：有γ=40°、45°、50°、60°、70°等几种；有时也以折射角的正切值标称：k=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。

3．水浸聚焦探头它是一种由超声探头和声透镜组合而成的探头。它可使超声波束集聚成一点或一条线。由于聚焦探头的声束变细，声能集中，从而大幅度改善了超声波的指向性，提高了灵敏度和分辨力。能力知识点1超声波探头4．双晶探头为了弥补普通直探头探测近表面缺陷时存在着盲区大、分辨力低的缺点而设计的探头。探头内含两个压电元件，分别是发射晶片和接收晶片，中间用隔声层分开。双晶探头又称为分割式TR探头，主要用于探测近表面缺陷和薄工件的测厚。二、探头的主要参数焊缝超声波探伤常使用斜探头。斜探头的主要性能如下：1．折射角γ(或探头K值)γ或K值大小决定了声束入射工作的方向和声波传播途径，是为缺陷定位计算提供的一个有用数据。

2．前沿长度

声束入射点至探头前端面的距离称为前沿长度，又称为接近长度。入射点是探头声束轴线与楔块底面的交点。探头在使用前和使用过程中要经常要测定入射点位置，以便对缺陷进行准确定位。能力知识点1超声波探头能力知识点1超声波探头

3．声轴偏离角探头主声速轴线与晶片中心法线之间的夹角称为声速轴线偏向角。三、探头型号探头型号由五部分组成，用一组数字和字母表示，其排列顺序如下：（1）基本频率单位为MHz。（2）晶片材料常用的晶片材料（压电材料）及其代号见表。能力知识点1超声波探头（3）晶片尺寸圆形晶片为晶片直径；方形晶片为晶片长度×宽度；分割探头晶片为分割前的尺寸。（4）探头种类用汉语拼音缩写字母表示，直探头也可以不标出，主要种类见表所示。（5）探头特征如斜探头为其K值或γ，单位为°;

。能力知识点2超声波探伤仪

超声波探伤仪是探伤的主体设备，主要功能是产生超声频率电振荡，并以此来激励探头发射超声波。同时，它又将探头接收到的回波电信号予以放大、处理，并通过一定方式显示出来。一、超声波探伤仪的分类

1．按超声波的连续性可将探伤仪分为脉冲波、连续波和调频波探伤仪三种。

2．按缺陷显示方式，可将探伤仪分为A型显示（缺陷波幅显示）、B型显示（缺陷俯视图像显示）、C型显示（缺陷侧视图像显示）和３D型显示（缺陷三维图像显示）超声波探伤仪等。能力知识点2超声波探伤仪

3．按超声波的通道数目又可将探伤仪分为单通道和多通道超声波探伤仪两种。前者是由一个或一对探头单独工作；后者是由多个或多对探头交替工作，而每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用于自动化探伤。二、A型脉冲反射式超声波探伤仪1．工作原理接通电源后，同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路。扫描电路受触发后开始工作，产生的锯齿波电压加至示波管水平（x轴）偏转板上，使电子束发生水平偏转，从而在示波屏上产生一条水平扫描线（又称时间基线）。能力知识点2超声波探伤仪能力知识点2超声波探伤仪

与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲加至探头，激励压电晶片振动而产生超声波，再通过探测表面的耦合剂将超声波导入工件。超声波在工件中传播遇到缺陷或底面时会发生反射，回波被同一探头或接收探头所接收并被转变为电信号，经接收电路放大和检波后加至示波管垂直（y轴）偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生始波（表面反射波）、缺陷波F、底波B。能力知识点2超声波探伤仪2．探伤仪主要性能仪器性能将直接影响探伤结果的正确，为此规定了探伤仪的各项性能。（1）水平线性（2）垂直线性（3）动态范围

能力知识点3试块

试块是按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试件。在超声波探伤技术中，确定探伤灵敏度、显示探测距离、评价缺陷大小以及测试仪器和探头的组合性能等，都是利用试块来实现的

1、试块的分类根据使用目的和要求的不同，通常将试块分成以下两大类：标准试块和对比试块。

能力知识点3试块

CSK-ⅠBRB-2

牛角试块RB-1第三节超声波探伤的基本方法

按探头与工件接触方式分类，可将超声波探伤分为直接接触法和液浸法两种。

使探头直接接触工件进行探伤的方法称之为直接接触法。使用直接接触法应在探头和被探工件表面涂有一层耦合剂作为传声介质。常用的耦合剂有机油、甘油、化学浆糊、水及水玻璃等。焊缝探伤多采用化学浆糊和甘油。

能力知识点1直接接触法

垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波探伤的两种基本方法。

1、垂直入射法垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将声束垂直入射工件探伤面进行探伤。由于该法是利用纵波进行探伤，故又称纵波法。

垂直法探伤能发现与探伤面平行或近于平行的缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单的工件。

能力知识点1直接接触法垂直法探伤图2、斜角探伤法斜角探伤法（简称斜射法）是采用斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行探伤。由于它是利用横波进行探伤，故又称横波法。斜角探伤法能发现与探测表面成角度的缺陷，常用于焊缝、环状锻件、管材的检查。直射法：在0.5跨距的声程以内，超声波不经底面反射而直接对准缺陷的探伤方法，又称一次波法。一次反射法：超声波只在底面反射一次而对准缺陷的探伤方法，又称二次波法。能力知识点1直接接触法

斜角法探伤能力知识点2液浸法

液浸法是将工件和探头头部浸在耦合液体中,探头不接触工件的探伤方法。根据工件和探头浸没方式,分有全没液浸法、局部液浸法和喷流式局部液浸法等。液浸法当用水作耦合介质时,称作水浸法。水浸法探伤时,探头常采用聚焦探头,既是最常用的水浸聚焦超声波探伤。

能力知识点2液浸法

液浸法探伤由于探头与工件不直接接触，因此它具有探头不易磨损，且声波的发射和接收比较稳定等优点。其主要缺点是，它需要一些辅助设备，如液槽、探头桥架、探头操纵器等。

超声波探伤一般包括探伤前的准备、实时探伤操作、缺陷的评定、检验结果的分级、记录与报告等过程。超声波探伤是通过探伤仪示波屏上反射回波的位置、高度、波形的静态和动态特征来显示被探焊件质量优劣的.采用超声波探伤法对焊缝探伤时,应根据焊件的材质、结构、焊接方法、使用条件、载荷等,确定不同的探伤方案。第四节焊缝的超声波探伤技术能力知识点1探伤前的准备一.超声波探伤由探伤准备和现场探伤两部分组成.1.编写委托检验书2.确定参加检验的人员3.检验员探伤前的准备4.现场粗探伤5.现场精探伤6.评定焊接缺陷二、检验等级的确定一般根据对焊缝探测方向的多少，把超声波探伤划分为A、B、C三个级别：

A级——检验的完整程度最低，难度系数最小。适用于普通钢结构检验。

B级——检验完整程度一般，难度系数较大。适用于压力容器检验。

C级——检验完整程度最高，难度系数最大。适用于核容器及管道的检验。

能力知识点1探伤前的准备三、探伤面及探伤方法的选择

1．探伤面的选择与准备

2．探伤方法的选择四、耦合剂的选用接触法探伤常选用甘油、机油、化学浆糊等有一定粘度的耦合剂，有时也采用水作耦合剂。对于钢材等易锈的材料，常采用机油、变压器油等。五、探头的选择

1．探头形式的选择应尽量使声束轴线与缺陷反射面相垂直。能力知识点1探伤前的准备

2．晶片尺寸的选择

3．频率的选择

4.探头角度或K值的选择焊缝探伤中，薄工件宜采用大探头K值，以拉开跨距，提高分辨力和定位精度。大厚度工件宜采用小K值探头，以减小整修面的宽度，有利于缩短声程，减小衰减损失，提高探伤灵敏度。六、探伤仪的调节仪器调节有两项主要内容，一是探伤范围和扫描速度调节；二是灵敏度调整。

能力知识点1探伤前的准备能力知识点1探伤前的准备

（一）探伤范围和扫描速度调节

1．探伤范围的调节

2．扫描速度的调节（1）深度1:1调节法（2）水平1:1调节法（二）探伤灵敏度的选择及其调整

1．探伤灵敏度的选定

2．距离-波幅曲线的制作

3．探伤灵敏度的调整能力知识点2实时探伤操作1．探伤条件的选择

2．检验区域宽度的确定

3．探头移动区的确定

4．单探头的扫查方式（1）锯齿形扫查（2）基本扫查（3）平行扫查（4）斜平行扫查

能力知识点2实时探伤操作5.双探头扫查方式（1）串列扫查（2）交叉扫查（3