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核工业无损检测中心 NUCLEAR NDT CENTER 超声-I 讲义讲义(四、方法和通用技术) 钟志民 1 方法分类 n1.1按原理 n超声波探伤方法按原理分类，可分为 脉冲反射法 穿透法 共振法 1.1.1脉冲反射法 n超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波 的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。 n脉冲反射法包括: n缺陷回波法:始波+底波；缺陷波 n底波高度法（底波衰减法）:缺陷对底波的影响 n多次底波法:多次底波 探测面/底面的基本概念 1.1.1脉冲反射法 n特点 灵敏度高 缺陷定位精度高 适用性广泛（耦合方式、波型、多面可达 ） 现场操作方便 盲区较大，定量麻烦，定性难，测得大小 是相对的概念。 1.1.2穿透法 n依据脉冲波或连续波穿透试件之后的 能量变化来判断缺陷情况的一种方法 。 n穿透法常采用两个探头，一收一发， 分别放置在试件的两侧进行探测。 1.1.2穿透法 n特点 无盲区，易于自动化，难于手工操作； 声程短 探测取向不良的缺陷效果好 定位难；更易受耦合情况变化的影响。 1.1.2共振法 n若声波（频率可调的连续波）在被检工件内 传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整 数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率 。当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时 ，将改变试件的共振频率，依据试件的共振 频率特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化 情况的方法称为共振法。 n共振法常用于试件测厚。 1 方法分类 n1.2按波型 n纵波法 n横波法 n表面波法 n板波法 n爬波法 1.2.1纵波法 n使用纵波进行探伤的方法，称为纵波法。 n分为单晶探头反射法、双晶探头反射法和穿透法。 常用单晶探头反射法。 n探测材质多；厚度最大；缺陷定位方便。 主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的探伤，该 法对与探测面平行的缺陷检出效果最佳。在同一介 质中传播时，纵波速度大于其它波型的速度，穿透 能力强，晶界反射或散射的敏感性较差，所以可探 测工件的厚度是所有波型中最大的，可用于粗晶材 料的探伤。 由于盲区和分辨力的限制，其中反射法只能发现 试件内部离探测面一定距离以外的缺陷。 1.2.2横波法 n将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射 至试件探测面，利用波型转换得到横 波进行探伤的方法，称为横波法。 n此方法主要用于管材、焊缝的探伤； 其它试件探伤时，则作为一种有效的 辅助手段，用以发现垂直法不易发现 的缺陷。 1.2.3表面波法 n使用表面波进行探伤的方法，称为表面波法。(叶 片探伤） n这种方法主要用于表面光滑的试件。 n表面波波长很短，衰减很大。一般认为，表面波探 伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。 n仅沿表面传播，对于表面上的复层、油污、不光洁 等，反应敏感，并被大量地衰减。 n利用此特点可通过手沾油在声束传播方向上进行触 摸并观察缺陷回波高度的变化，对缺陷定位。 1.2.4板波法 n使用板波进行探伤的方法，称为板波 法。 n主要用于薄板、薄壁管等形状简单的 试件探伤。 n探伤时板波充塞于整个试件，可以发 现内部和表面的缺陷。 n常用可变角探头调节入射角，确定工 艺参数。 1.3按声束入射方向 n直射声束 n斜射声束 1.3按声束入射方向 n斜射声束（纵波/横波/表面波/板波） n根据底面反射的情况有一次波法、二次波法 和三次波法。 n重要参数 n 折射角 n 一次波；二次波；跨距。 1.3按声束入射方向 1.4按接触方式 n直接接触法 n探头与试件探测面之间，涂有很薄的耦合剂层，因此可以看 作为两者直接接触，此法称为直接接触法。 n此法操作方便，探伤图形较简单，判断容易，检出缺陷灵敏 度高，是实际探伤中用得最多的方法。但对被测试件探测面 的粗糙度要求较高。 n液浸法 n将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行探伤的方法， 称为液浸法。耦合剂可以是油，也可以是水。 n液浸法适用于表面粗糙的试件，探头也不易磨损，耦合稳定 ，探测结果重复性好，便于实现自动化探伤。 n液浸法分为全浸没式和局部浸没式。 1.4按接触方式 n液浸法 n将探头和工件浸于液体中以液体作耦 合剂进行探伤的方法，称为液浸法。 耦合剂可以是油，也可以是水。 n液浸法适用于表面粗糙的试件，探头 也不易磨损，耦合稳定，探测结果重 复性好，便于实现自动化探伤。 n液浸法分为全浸没式和局部浸没式。 1.4按接触方式 1.4按接触方式 1.4按探头数量 n单探头法 使用一个探头兼作发射和接收超声波的 探伤方法称为单探头法，单探头法最常用。 n双探头法 使用两个探头（一个发射，一个接收） 进行探伤的方法称为双探头法，主要用于发 现单探头难以检出的缺陷 n多探头法 使用两个以上的探头成对地组合在一起 进行探伤的方法，称为多探头法。 2声能损耗的测定 n声能损耗（声能传输损失） n材料中无缺陷时，探头发射与接收的 超声波能量之差。 n主要原因： 表面耦合影响显著 材质衰减。 灵敏度试块/工件声能损耗差别大时 ，修正。 3探伤仪的调节 n在实际探伤中，为了在确定的探测范 围内发现规定大小的缺陷，并对缺陷 定位和定量，就必须在探测前调节好 仪器。 n3.1扫描速度的调节 n时基线的水平刻度值与相应声程的比 例关系。 3探伤仪的调节 n1：5表示示波屏上1格代表声程5mm 。 n调节扫描速度的目的是使时基线刻度 与声程成比例。 3探伤仪的调节 n1：5表示示波屏上1格代表声程5mm 。 n调节扫描速度的目的是使时基线刻度 与声程成比例。 3探伤仪的调节 n3.2零点调节 n由于超声波通过保护膜、耦合剂（直探头） 或有机玻璃楔块（斜探头）进入待测工件的 ，缺陷定位时，需将这部分声程移去，才能 得到超声波在工件中实际声程。 n零点一般是通过已知声程的试块进行调节， 如CSK-IA试块中的R100圆弧面（斜探头 ）或深100mm的大平底（直探头）。 3探伤仪的调节 n扫描速度调节应注意的问题 n（1）试块与工件材质相同 n（2）不能利用一次反射波和始波调节 n（3）扫描速度的确定，应满足探测范 围，有要充分利用时基线。 通常，探测范围占据水平刻度的80%或 100%。 3探伤仪的调节 n3.3灵敏度的调节 n概念： n系统灵敏度 n探伤灵敏度 n搜索灵敏度（扫查灵敏度） 3.3灵敏度的调节 n试块法 试块比较法 试块计算法 n工件底波法（大于3N） 3.3灵敏度的调节 n特点分析 试块法：不受底面条件限制 不受声程大小限制 要求制作一套试块 应考虑耦合补偿和衰减损 耗 底波法：一般只能探