《超声波检测总复习》PPT课件.ppt

1,超声波检测总复习,王宝军,2,第一部分 专业知识,一、物理基础 1、机械振动 、振动-物体沿直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性运动称为机械振动。 、振动的周期和频率 T=1/f 2、波动和机械波 、波动振动的传播过程称波动。,3,机械振动在弹性介质中的传播过程称机械波。超声波是机械波。 电磁振荡在空间的传播过程称电磁波。X射线属于电磁波。 (392)、产生机械波的条件： 要有机械振动的波源； 要有传播机械振动的弹性介质。 、波动是振动形式和振动能量的传播过程，波动过程中介质质点不发生迁移，而是由各质点的位移连续变化来实现的。 、波长、频率和波速 =C/f 波长与频率成反比，与波速成正比。,4,、声波、次声波和超声波 次声波：频率20Hz的机械波； 声波：频率=2020000Hz的机械波； 超声波：频率20000Hz的机械波. 波长计算： (449)例题：已知钢中的纵波声速为5900m/s，横波声速为3230 m/s。试求2.5MHz的声波在钢中的纵波和横波波长。 解：,5,3、波的类型和特性 、按质点振动方向分类 纵波（压缩波）L质点振动方向与波传播方向相同。 介质质点承受交变拉伸压缩应力，质点疏密相间。能在固体、液体和气体中传播。 横波（切变波）S（T）质点振动方向与波传播方向垂直。 介质质点承受交变剪切应力。只能在固体中传播。,6,表面波（瑞利波）R沿固体介质表面传播的波。介质表面质点作椭圆振动。 只能在固体表面传播。传播深度约2倍波长。 板波（兰姆波）P在厚度与波长相近的薄板中传播的波。两表面介质质点作对称或非对称的椭圆振动，板中心质点作纵向或横向振动。 在厚度与波长相当的薄板中传播。,7,(393)液体中只能传播纵波，不能传播横波。这是因为： 凡能承受拉伸和压缩应力的介质都能传播纵波，液体虽然不能承受拉伸压缩应力，但能承受压应力而产生容积变化，所以能传播纵波。 介质传播横波时，介质受交变剪切应力作用，液体不能承受剪切应力，所以不能传播横波。,8,、按波阵面形状分类 平面波。 柱面波 球面波 活塞波：刚性固定的薄片状声源类似活塞振动所产生的波。距离足够大时，活塞波类似于球面波。 超声探头发生的波是活塞波。 、按振动持续时间分类 连续波：波源不间断振动所辐射的波。 脉冲波：波源间歇振动所辐射的波。,9,4、超声的的传播速度 、固体中的声速与介质的密度和弹性模量有关，还与波的类型的关。 不同介质，声速不同；介质的弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。 在同一固体介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同，并且有以下关系： CLCSCR 对于钢材： CL: CS : CR1.8 : 1 : 0.9 一般近似认为：横波声速约为纵波声束的二分之一。,10,、液体和气体中的纵波速度与容积弹性模量和密度有关，弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。 、板波的波速与频率和板厚有关，它是fd 的函数。 、声速与温度、应力和介质均匀性有关： 一般固体介质的声速随温度的升高而降低。大多数液体介质的声速也随温度的升高而降低。水是例外，低于740C时，随温度的升高而增加。高于740C随温度的升高而降低。 固体介质一般应力增加，声速增加。 晶粒细，声速大，晶粒粗，声速小。,11,5、波的衍射 波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，称波的衍射或绕射。 波的绕射和障碍物尺寸Df及波长的相对大小有关。当Df时，波的绕射强，当Df时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。 6、超声场的特征值 、声压P 超声场中某点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在时的静压强P0之比称为该点的声压。,12,声阻抗Z 超声场中任意一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗。 声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘积。 Z=c 、声强I 单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。 在同一介质中，超声波 的声强与声压的平方成正比。,13,7、分贝与奈培 、分贝 、奈培 、关系：1NP=8.86 dB 1dB=0.115NP 8、超声波垂直入射到界面时的反射和透射 、声压反射率和声压透射率 声压反射率：,14,声压透射率： t-r=1 、声强反射率和声强透射率 声强反射率： 声强透射率： T+R=1,15,、讨论： 超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例与界面两侧介质的声阻抗有关。 声阻抗差越大，声压反射率越大。当Z1Z2或Z2 Z1时，声波几乎全射，无透射。 声阻抗差越小，声压反射率越小，声压透射率越大。当Z1Z2时，声波几乎全透射，无反射。,16,、声压往复透射率 超声探头发射的声波透过工件界面，经底面反射后再透过界面被探头接收。接收的回波声压与入射波声压之比称往复透射率。 在底面全反射的情况下，声压往复透射率： 与声强透射率数值相等。 若底面反射率为： 则声压往复透射率为：,17,声压反射率、透射率和声压往复透射率计算： (458)例题1：不锈钢与碳钢的声阻抗差约为1%，试计算复合界面上的声压反射率？ 解：设碳钢的声阻抗Z钢=1，则不锈钢的声阻抗Z不=1-1%=0.99,18,(471)例题2、已知钛和钢的声阻抗差约为40%。若从钢一侧探测钛/钢复合板，求复合层回波与底面回波的分贝差。 解：,19,9、超声波斜入射到界面的反射和折射 、反射、折射和波型转换 反射： 超声波斜入射至界面时，一部分声波返回原介质中，改变方向传播，称为反射。 折射： 超声波斜入射至界面时，一部分声波进入第二种介质，改变方向继续传播，称为折射。 波型转换： 超声波斜入射至界面时，除产生同种波型的反射和折射波外，不产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换。,20,、反射、折射定律 超声波斜入射到界面时，其产生的反射波、折射波和入射波的角度之间存在下列关系（反射折射定律）： 纵波斜入射 横波斜入射,21,斯奈尔定律可简化为下式表示： 由公式得知：超声波斜入射至平界面时，其反射角、折射角的大小只与界面两侧介质的声速有关。声速大则角大，声速小则度小，声速相等则角度相等,22,反射折射定律计算： (494)例题：采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（CL1=2700m/s,钢CS=3200m/s）,检验某种硬质合焊缝（CS=3800m/s），其实际K值为多大？ 解：K=1 tg1=1 1=45O 根据折射定律： K2=tg=tg57.1o=1.5,23,解法二：,24,、临界角 第一临界角（纵波斜入射） 第二临界角（纵波斜入射） 第三临界角（横波斜入射）,25,、斜入射的声压反射率 斜入射时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗有关，而且与入射角有关。 、端角反射 超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射。 超声波在端角经历了两次反射，纵波入射时端角反射率都很低，横波入射时，当入射角在300和600（K=0.7和1.5)附近时端角反射率很低。,26,10、超声波的在曲面上的反射和透射 、球面波在曲界面上的反射和折射 球面波在曲界面上的反射 球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散。 球面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关，还与界面两侧介质的声速有关。 曲面为凹面，当C1C2时，透射波聚焦；当C1C2时，透射波发散。 曲面为凸面，当C1C2时，透射波发散；当C1C2时，透射波聚焦。,27,11、超声波的衰减 (404) 、衰减及产生原因 衰减：超声波在介质中传播时随距离增加能量逐渐减弱的现象。 产生原因： 扩散衰减：超声波传播过程中，由于波束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱。 散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面时产生散乱反射引起超声波的衰减，同时在示波屏上形成草状回波。 吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起超声波的衰减。 通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括扩散衰减。,28,、影响衰减的因素 介质的衰减程度与介质的晶粒尺寸、各向异性系数和超声波的频率有关。晶粒尺寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，衰减越大。 、衰减系数测定 工件上下表面平行，表面平整光洁，厚度T3N时： 厚度T3N时：,29,二、超声场和规则反射体回波声压,1、圆盘波源发射的纵波声场 、波束轴线上的声压 当 时，经简化处理得： 、近场区和近场长 波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压极大和极小值的区域称为近场区。 最后一个极大值至波源的距离称近场长。 其值为：,30,、远场区 波源轴线上至波源距离大于N的区域称远场区。远场区轴线上的声压随距离单调减小，当x3N时，声压与距离成反比，声波可视为球面波。 、波束指向性与半扩散角 半扩散角： 声束横截面上偏离轴线的第一个声压零值点与波源连线和中心轴线的夹角称半扩散角。 圆形晶片发射的纵波声场，半扩散角：,31,波束指向性： 以确定的扩散角向固定方向辐射超声波的 特性称为波束指向性。 半扩散角越小，指向性就越好。 、波束未扩散区与扩散区 超声波不是从声源开始扩散，存在一个未扩散区b： b1.64N 未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减。 离声源距离大于b的区域称为扩散区，声束存在扩散衰减。,32,2、矩形波源辐射的纵波声场 、声束轴线上的声压： 、半扩散角 、近场区长度,33,3、实际声场与理想声场比较 远场区基本一致，近场区差别较大。实际声场在近场也存在极大极小值，但其极值点少且波动幅度小。,34,5、横波发射声场 、声束轴线上的声压（ x3N) 、近场区长度 、第二介质中的近场长度,35,(460)例题：试计算2.5P1310K1.5斜探头在钢中的近场长度（已知钢中CL2=5900m/s，CS2=3200 m/s；有机玻璃楔块中CL1=2700 m/s，声程L1=15mm）。 解：,36,、半扩散角 ,37,讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近场长度、波束指向性的关系： 由： 1、晶片直径大、波长短（频率高），近场长度大，半扩散角小，指向性好； 2、晶片直径小、波长大（频率低），近场长度小，半扩散角大，指向性差。 所以近场长的探头指向性好，近场短的探头指向性差。,38,6、规则反射体的回波声压 、平底孔回波声压 平底孔回波声压与面积成正比，与距离平方成反比。 任意二平底孔的回波分贝差为：,39,平底孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波降低12dB；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高12dB.,40,、长横孔回波声压 长横孔回波声压与长横直径平方根成正比， 与距离的三分之二次方成反比。 任意二平底孔的回波分贝差为：,41,长横孔直径一定，距离增加一倍，回波降低9dB；长横孔距离一定，孔径增加一倍，回波升高3dB.,42,、短横孔回波声压 短横孔回波声压与短横孔长度，与直径的平方根成正比，与距离的平方成反比。 任意短横孔的回波分贝差为：,43,短横孔直径和长度一定，距离增加一倍，回波降低12dB；短横孔直径和距离一定，长度增加一倍，回波升高6dB；短横孔长度和距离一定，直径增加一倍，回波升高3dB.,44,、球孔回波声压 球孔回波声压与球孔的直径成正比，与距离平方成反比。 任意二球孔的回波分贝差为：,45,球孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波降低12dB；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高6dB.,46,、大平底面回波声压 大平底面的回波声压与距离成反比。 两个距离不同的大平底面的回波分贝差为： 大平底面距离增加一倍，回波降低6dB。,47,、圆柱曲面的回波声压 实心圆柱体，与大平底面相同 空心圆柱体 外圆面探伤 回波声压小于同距离大平底。 内圆面探伤 回波声压大于同距离大平底。,48,49,三、仪器、探头和试块,1、 超声波探伤仪 、仪器的作用 、产生高频电脉冲加于探头，激励探头发射超声波； 、接收探头送回的电信号经处理以一定的方式显示出来。 、仪器按显示方式的分类 、A显示探伤仪：波形显示，横座标代表声波传播时间或距离，纵座标代表声波幅度。,50,、B显示探伤仪：横座标代表探头移动轨迹，纵座标代表声波传播时间。显示工件纵截面图形。 、C显示探伤仪：横座标和纵座标代表探头在工件表面的位置。显示工件内部缺陷的平面图像。 、仪器电路组成 由发射电路、接收电路、扫描电路、同步电路、显示电路、电源电路等六部分组成。 、各部分电路的作用 、同部电路（触发电路）：是整个探伤仪的中心，产生电脉冲，触发探伤仪发射电路、扫描电路等步调一致地工作。,51,、发射电路：产生高频电脉冲，加于探头，激励压电晶片振动产生超声波。 、接收电路：将来自探头的信号进行放大、检波、加至示波管垂直偏转板，在示波屏上显示出来。 、显示电路：显示探伤波形。 、电源：给探伤仪各部分电路供电。 、仪器主要开关旋钮作用及调整 抑制旋钮： 抑制荧光屏上幅度较低或认为不需要显示的杂乱反射波，使之不显示。使用抑制时，仪器垂直线性和动态范围遭破坏，抑制越大，动态范围越小。,52,深度细调旋钮 连续改变扫描线的扫描速度，使扫描线上的回波间距在一定范围内连续变化。用来精确调节探测范围。 延迟旋钮 调节开始发射脉冲时刻与开始扫描时刻的时间差。使扫描线上的回波沿扫描线水平移动，但间距不变。用来进行零位校正。水浸探伤中，用来把水中部分调节到荧光屏外不予显示。 衰减器 衰减器的作用是调节仪器灵敏度和测量回波幅度（改变放大电路的放大倍数）。 深度补偿开关（DAC） 改变放大器的线性，使不同距离上的缺陷回波具有相同或相近的高度。,53,2、超声波探头 、压电效应： 某些晶体材料在交变应力作用下，产生交变电场的效应正压电效应；反之，当晶体材料在交变电场作用下产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。 、压电晶体： 具有压电效应的材料称为压电晶体。 分为：单晶材料：SiO2 、LiSO4、LiNbO3 多晶材料（压电陶瓷）：BaTiO3、PbZrTiO3、PbTiO3 单晶材料：接收灵敏度高； 多晶材料：发射灵敏度高。,54,、探头的种类和结构 (P111-12)直探头（纵波探头） 发射和接收纵波。探测与表面平行的缺陷。 组成： a.压电晶片：发射和接收超声波，用压电材料制成。 b.保护膜：硬保护膜用刚玉制成；软保护膜用塑料掉成。保护压电晶片，防止晶片磨损或损坏。 c.吸收块（阻尼块）：还原树脂加钨粉制成。用于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的杂波和支承晶片。,55,d.外壳：用金属或塑料制成。把各种元件组合在一起并保护之。 e.电缆线：传送电信号。 f.接头：连接探头电缆线。 斜探头： 探测与表面倾斜的缺陷。 a.横波斜探头（L）：通过波型转换在工件中产生横波。 b.纵波斜探头（ L= ）：在工件中产生倾斜纵波。 c.表面波斜探头（ L）：在工件中产生表面波。,56,与直探头不同之处是： 斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发射以在工件中产生波型转换。其上开有吸声槽，周围填充吸声材料，以减少杂波。 表面波探头 在工件中产生表面波，探测表面或近表面缺陷。 结构： 与横波斜探头相同。只是其入射角大于或等于第二临界角。其入射角按下式计算：,57,双晶探头（分割式探头） 双晶直探头、双晶斜探头，用于探测薄工件和近表面缺陷。 结构：由两块压电晶片组成，一块发射超声波，一块接收超声波。晶片前加有有机玻璃延迟块。 双晶探头优点： a.近距离灵敏度高； b.工件中近场区长度小； c.盲区小，杂波小； d.探测范围可调。,58,聚集探头 聚焦直探头由直探头和声透镜组成。利用声透镜使声束会聚到一点或一线。 点聚焦探头声透镜为球面，线聚焦探头声透镜为圆柱面。 、各种探头型号示例：,59,3、试块 、试块的作用 a.测试仪器和探头性能 b.调节仪器扫描速度 c.调整探伤灵敏度 d.评定缺陷大小。 、试块的分类（JB/T4740-2005定义） a.标准试块 用于仪器探头系统校准和检测校准的试块。 b.对比试块 用于检测校准的试块。,60,、承压设备用试块 标准试块 JB/T4740.2-2005规定的标准试块有： a.钢板检测用试块：CB、CB b.锻件检测用试块：CS、CS 、CS c.焊缝检测用试块：CSKIA、CSKA、CSKA、 CSKA。 对比试块 JB/T4740.2-2005使用的标准试块有： a.钢板横波检测对比试块； b.锻件横波检测对比试块；,61,c.无缝钢管检测用对比试块； d.声能传输损耗超声检测对比试块； e.奥氏体钢锻件超声检测对比试块 f.铝焊接接头超声检测对比试块； g.钢制压力管道和管子焊接接头超声检测对比试块； h.铝及铝合金压力管道和管子焊接接头超声检测对比试块； I.钛焊接接头超声检测对比试块； j.堆焊层超声检测对比试块,62,、仪器和探头性能 仪器性能 a.垂直线性：指仪器示波屏上波高与信号电压之间成比例的程度。用垂直线性误差表示。 测试时“抑制”和“深度补偿”置于“关”或0。 b.水平线性：指示波屏时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度。取决于扫描电路锯齿波的线性。用水平线性误差表示。 c.动态范围：指仪器示波屏容纳信号大小的能力。,63,探头性能 a.入射点（前沿距离l0） 入射点即声束轴线与探测面的交点。入射点至探头前沿的距离称为前沿距离。实际探伤中，测定入射点即测定前沿距离。用CSKIA R100圆弧测试。 b. K值：K值是斜探头折射角的正切值。 用CSKIA 50孔圆弧面测试。 c.探头主声束偏离 即探头主声束与探头几何轴线的偏离程度。 用试块任意棱边测试。 d.双峰,64,前后或左右移动探头，同一反射体产生两个波峰的现象，由于声束分叉引起。用任意横孔测试 仪器和探头组合性能 a.灵敏度余量 灵敏度余量是指仪器最大输出时，使规定反射体回波达到基准高度时仪器所剩余的增益余量。用平底孔试块测试。 b.盲区：是指从探测面可发现缺陷的最小距离。在盲区试块或CSKIA试块上行测试。 c.始脉冲宽度：是指在一定的灵敏度条件下，示波屏上始脉冲在20%垂直幅度的延续长度，以钢中的声程表示。,65,d.分辨力 分辨力是指示波屏上区分两个相邻缺陷的能力。 e. 回波频率 回波频率是指仪器和探头组合使用时，从工件中返回的超声信号的频率。 回波频率用示波器测试。,66,四、超声波探伤法和通用探伤技术,1、超声波探伤方法分类 、按原理分类，分为： 脉冲反射法 缺陷回波法 底波高度法 多次底波法 穿透法 共振法,67,、按波型分类： 纵波法 （垂直法） 用直探头发射纵法进行探伤的方法，称为纵波法，又称为垂直法。 纵波法主要用于探测与检测面平行的缺陷，常用于板、管、棒材等变形材料和锻件、焊缝 检测，有时也用于铸件。 横波法（斜角法） 利用波型转换在试件中产生横波进行探伤的方法称为横波法，又称斜角法探伤。 横波探伤主要用于检测与探测面倾斜的缺陷，常用于薄壁管材和焊缝检测，作为一种辅助检测手段，也用于板材、锻件等的与表面倾斜的缺陷检测。,68,表面波法（瑞利波法） 利用表面波探测表面缺陷的方法。适用于检测固体试件的表面缺陷。 板波法（兰姆波法） 利用板波探测薄板中的缺陷的方法，适用于检测薄板（4mm）中的缺陷。 爬波法 利用入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波进行探伤的方法，适用于检测表面比较粗糙的试件表面及表面下的缺陷。,69,、按耦合方式分类： 直接接触法：探头通过一薄层耦合剂与试件表面直接接触进行探伤的方法。 液浸法：探头与试件表面之间充有一定厚度的液层的探伤方法。 a.全浸法 b.局部液浸法 喷液式 通水式 满溢式,70,2、仪器和探头的选择 、探伤仪的选择 依据：工件检测要求、检测场合 考虑因素： 、定位精度水平线性 、定量精度垂直线性、衰减器精度 、大型工件灵敏度余量、信噪比 、小型工件盲区、分辨力 、自动探伤自动报警、DAC 、现场探伤仪器便携性,71,、探头选择 依据：工件材质、形状、缺陷和技术要求 探头型式： 直探头探测与探测面平行的缺陷 斜探头控测与探测面倾斜的缺陷 表面波探头探测表面缺陷 双晶探头探测薄件或近表面缺陷 聚焦探头薄壁管水浸探伤或薄件 水浸探头水浸探伤工件,72,探头频率（0.5-10MHz) 依据：工件材质、厚度、检测要求 频率影响： 频率高，可发现缺陷小（波的绕射） 频率高，脉冲宽度小，分辨力好 频率高，指向性好 频率高，近场区长 频率高，衰减大 晶粒较细（锻件、轧制件、焊缝）2.55MHz 晶粒较粗（铸件、奥氏体钢） 0.5 2.5MHz,73,探头晶片尺寸（10 30） 依据：工件厚度、形状 晶片尺寸影响： 尺寸大，指向性好 尺寸大，近场长 尺寸大，能量大，发现远距离缺陷能力强。 大尺寸探头厚大工件 小尺探头薄工件、表面不平整、曲率大的工件。,74,、斜探头K值 依据：工件厚度、检测对象、缺陷类型 厚工件大K值 薄工件小K值 缺陷方向主声束垂直于缺陷主平面 焊缝主声束能扫查到整个焊缝截面 单面焊未焊透考虑端角反射，取 （K=0.7-1.5) 3、耦合与补偿,75,、耦合超声波在探测面上的声强透射率。 、耦合剂在探头和工件表面之间施加的一层透声介质。 、耦合剂的要求： 能润湿探头和工件表面，流动性和粘度附 着力适当，易于清洗； 声阻抗高，透声性好； 来源广，价格便宜； 对工件无腐蚀，无污染，对人体无害； 性能稳定，不易变质，能长期保存。,76,、常用耦合剂：机油、变压器油、水、水玻璃、甘油、化学浆糊、纤维素 、影响声耦合的因素 耦合剂 耦合层厚度：厚度为/2的整数倍或很薄时，透声效果好。 耦合剂声阻抗：声阻抗大，透声效果好，声阻抗小，耦合效果差。 工件表面状态的影响 表面粗糙度；表面粗糙度大，耦合效果差。一般要求6.3m。 工件表面形状：平面最好，凸面次之，凹面最差。曲面工件，曲率越大，耦合效果越差。,77,4、探伤仪的调节 、扫描速度调节 目的：使探伤仪扫描线水平刻度值 与超声波在工件中的实际声程成一定比例关系，以便在规定的范围内发现缺陷并对其定位。 方法：利用试块或工件中两个距离不同的反射体的反射波信号，用仪器“探测范围”、“深度微调”、“延迟”或“水平”旋钮把二反射波前沿调到水平刻度相应位置。（包括扫描速度调节和零点校准,78,横波探伤扫描速度调节 声程法 CSKIA、 IIW2试块、半圆试块 水平法 CSKIA R50和R100声程对应的水平距离 深度法 CSKIAR50和R100声程对应的深度,79,、探伤灵敏度调节 探伤灵敏度：指在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。 基准灵敏度：一般指记录灵敏度，用于缺陷定量和等级评定。 扫查灵敏度：指实际检测灵敏度，不低于基准灵敏度。 目的：发现工件中规定大小缺陷并对缺陷定量。 内容：用仪器“发射强度”、“增益”和“衰减器”等旋钮把最大探测声程上规定反射体的反射波调到荧光屏基准高度。,80,、常用方法： 试块法、底波计算法 、试块法： 方法：将探头置于试块上，移动探头，找到人工反射体最大回波，用衰减器把回波调至基准高（一般为荧光屏高度80%）。 优点：操作简单，直观。 缺点：需要大量试块 需考虑耦合补 偿和衰减补偿 适用场合：主要用于厚度小于3N的锻件。,81,底波计算法：（x3N） 理论依据：规则反射体回波声压理论 方法： a.计算底波与同声程平底孔波幅分贝差： 平行底面工件和实心圆柱体 空心圆柱体 “+”外壁探测 “-”内壁探测,82,b.把底波调至荧光基准线，用衰减器把灵敏度提高dB。 优点： 可省去大量试块 可不考虑耦合补偿和衰减补偿 适用场合： 主要用于厚度3N且 底面与探测面平行 底面平滑光洁，不与吸声物质接触的工件或具有圆柱曲底面的工件,83,I (p158-42)例题：用2.5P20Z直探头对厚度为400mm的饼形锻件进行轴向纵波探伤。已知钢中=5900mm/s。如何用底波法调节400/2探伤灵敏度？ 解： 将探头置于工件圆柱面完好部位，将底面一次回波B1调至荧光屏高度的80%，再用衰减器将灵敏度提高43.5dB.,84,5、缺陷位置测定 、横波探伤缺陷定位 水平定位法 从水平刻度读出水平距离值，计算缺陷的深度值。 a.一次波法 b.二次波法,85,(491)例题：用2.5P1012K2探头检测厚25mm钢板对接焊缝，扫描线按水平1：1调节。探伤时在水平刻度64mm处发现一缺陷波，计算该缺陷的深度。 解：缺陷位于二次波位， L=64 mm，,86,深度定位法 从水平刻度读出深度值，计算缺陷水平距离。读出的是指示深度d,计算l和d。 a.一次波法 b.二次波法,87,(490)例题1：用5P1012K2斜探头检验板厚T=25mm的钢对接焊缝，扫描按深度21调节。探伤时在水平刻度70mm处发现缺陷波一个，求此缺陷的深度和水平距离。 解：,88,、圆筒周向横波探伤最大探测壁厚,89,II(473) 例题：采用K2斜探头，对外径为600mm的钢管作周向横波探伤，能扫查到的最大壁厚为多少mm？ 解：,90,6、缺陷定量常用方法： 当量法 底波高度法 测长法 、当量法 含义：用与实际缺陷反射波幅相同的人工反射体尺寸表示的缺陷尺寸。一般小于缺陷的实际尺寸。 适用性：小于声束截面尺寸的缺陷。 方法：试块比较法 当量计算法 AVG法,91,试块比较法： 方法：找到与缺陷声程相同的人工反射体最大回波，调到基准高度；找到缺陷反射波最大高度，与基准波高相比较。 优点：操作简单，直观易懂。 缺点：需大量试块；需考虑材质衰减和耦合损耗补偿 当量计算法： a.平行底面工件和实心圆柱体,92,b、空心圆柱体 “+”外壁探测 “-”内壁探测 c.利用缺陷与平底孔回波的分贝差，用下式计算：,93,AVG法： a.计算： b.计算N： c.计算A： d.由 在曲线图上查得G e.计算：=GD,94,、测长法： 含义：根据缺陷波幅变化和探头移动距离确定缺陷长度，称为缺陷指示长度。 适用性：尺寸大于声束截面尺寸的缺陷。 方法： 相对灵敏度测长法 6dB法 端点6dB法 绝对灵敏度测长法 端点峰值法,95,相对灵敏度测长法 含义：以缺陷最大回波为基准，移动探头，使缺陷回波高度降低一定幅度来确定缺陷长度 方法：3dB法、 6dB法、10dB法、 12dB法、 20dB法等，常用的为6dB法。 a.6dB法（半波高度法）： 适用于缺陷波只有一个高点的情况。 b.端点6dB法（端点半波高度法） 适用于缺陷波有多个高点的情况。,96,绝对灵敏度测长法： 含义：在仪器灵敏度一定的条件下，移动探头，使缺陷波幅降到规定高度确定缺陷长度。 端点峰值法： 含义：缺陷波有多个高点时，以缺陷两端最大反射波之间探头移动的距离来确定的缺陷长度。 、底波高度法： 含义：以缺陷波高与底面波高之比表示缺陷大小的方法。 方法：F/BF法；F/BG法；BG/BF法 多次底波法 适用性：有平行底面的工件。,97,II (P208-23)用2.5P14Z直探头检测外径1000mm内径100mm的筒形钢锻件（C=5900m/s，=0.005dB/mm）， 、如何用内孔回波调节探伤灵敏度（2）？ 、探伤中发现一缺陷，深200mm，波幅比内孔回波低12dB，求此缺陷当量。 解： ,98,99,7、缺陷自身高度的测定 、方法（JB/T4730.3-2005附录） 端点衍射法 端部最大回波法 6dB法 、特点 端点衍射波法精度最高，但实际应用时 存在问题，主要是有时端点回波找不到，或在 缺陷端部附近有小缺陷时衍射回波也不容易分 清。（端部最大回波法也存在类似问题） 6dB法精度不是最高，尤其对于当量尺 寸小于声束宽度的缺陷误差更大，但其适用 性比强，在一般情况下都能获得确定数值。,100,8、影响缺陷定位、定量的因素 、影响缺陷定位的主要因素 仪器的影响 a.仪器水平线性 b.仪器水平刻度的精度 探头的影响 a.声束偏离 b.探头双峰 c.斜楔磨损 d.探头指向性,101,工件的影响 a.工件表面粗糙度（指向性变差） b.工件材质（声速、内应力） c.工件表面形状（指向性变化） d.工件温度（声速变化） e.工件中缺陷情况（缺陷方向） 操作人员 a.扫描速度调节误差 b.探头入射点、K值测量误差 c.缺陷最大波位置确定偏差 d.水平刻度读数偏差 e.定位方法错误,102,、影响缺陷定量的因素 仪器及探头的影响 a.频率误差（当量计算法） b.衰减器精度和垂直线性误差 c.探头型式和晶片尺寸 d.探头K值 耦合和衰减的影响 a.表面耦合损耗 b.材质衰减 工件形状 a.底面形状 b.底面与探测面的平行度 c.侧壁干涉,103,缺陷自身的影响 a.缺陷形状（回波声压） b.缺陷方位 c.缺陷波指向性（缺陷大小） d.缺陷表面粗糙度（缺陷波指向性） e.缺陷性质（缺陷内含物） f.缺陷位置（近场区缺陷波高无规律）,104,9、缺陷类型识别和性质估判（JB4730.3-2005) 、回波动态波形的类型（四种） 波形模式I 波形模式 波形模式 a.波形模式a b.波形模式b 波形模式 、缺陷类型识别 方法：通过探头从两个方向扫查（即前后 和左右扫查），观察其回波动态波形来进行。宜 采用一种以上声束方向作多种扫查，包括前后、 左右、转动和环绕扫查，以此对各种超声信息进 行综合评定来识别缺陷。,105,、 缺陷类型（五种） a)、点状缺陷 ：指气孔和小夹渣等小缺陷，大多属体积性缺陷。 b)、线性缺陷 ：线性夹渣、线性未焊透或线性未熔合均属这类缺陷。 c)、体积状缺陷 ：这种缺陷有可测长度和明显断面尺寸，如不规则或球形的大夹渣。 d)、 平面状缺陷 ：裂纹、面状未熔合或面状未焊透等。 e)、多重缺陷：密集气孔或再热裂纹等 。,106,超声波检测应用 （结合JB/T4730.3-2005),1、一般要求 扫查灵敏度 扫查灵敏度通常不得低于基准灵敏度。 I 灵敏度补偿 a)耦合补偿。检测和缺陷定量时，应对由表面粗糙度引起的耦合损失进行补偿。 b)衰减补偿。检测和缺陷定量时，应对材质衰减引起的检测灵敏度下降和缺陷定量误差进行补偿。,107,c）曲面补偿。对探测面是曲面的工件，应采用曲率半径与工件相同或相近的试块，通过对比试验进行曲率补偿。 系统校准和复核 a） 检测前仪器和探头系统测定 b）检测过程中仪器和探头系统的复核 c）检测结束前仪器和探头系统的复核 标准试块 a) 钢板用标准试块：CB、CB； b) 锻件用标准试块：CS、CS、CS； c) 焊接接头用标准试块：CSK-A 、CSK-A、CSK-A、CSK-A。,108, 对比试块 如果涉及到两种或两种以上不同厚度部件焊接接头的检测，试块的厚度应由其最大厚度来确定。 2、钢板超声波检测 、适用于板厚为6mm250mm的碳素钢、低合金钢。奥氏体钢板材、镍及镍合金板材以及双相不锈钢板材的超声检测也可参照执行。 探头选用 a)板厚 620mm 双晶直探头 5MHz b)板厚 2040 单晶直探头 5MHz c)板厚 40250mm 单晶直探头 2.5MHz,109,、扫查方式 探头沿垂直于钢板压延方向，间距不大于100mm的平行线进行扫查。 I钢板超声检测列线扫查时，列线要垂直于钢板的压延方向。因为钢板轧制过程中，板坯中的缺陷延轧制方向伸长，列线与轧制方向垂直，缺陷检测率高，否则，可能造成较大的缺陷漏检。 II 、钢板超声检测判定缺陷的三种情况是： a) F150%者； b) B1100%F1/B150%者； c) B150%者。,110,缺陷测定方法： a）对于前两种情况，在基准灵敏度条件下，移动探头使缺陷反射波下降到荧光屏满刻度的25%，或使F1/B1=50%，此时探头中心点即为缺陷边界点。（两种方法测得结果以严重者为准）； b)对于第三种情况，在基准灵敏度条件下，移动探头使B1升高到荧光屏满刻度的50%，此时探头中心点即为缺陷中心点。,111,3、钢锻件超声检测 、检测方法 锻件应进行纵波检测，对筒形和环形锻件还应增加横波检测。 、扫查灵敏度一般不得低于最大检测距离处的2mm平底孔当量直径。 、记录当量直径超过4mm的单个缺陷的波幅和位置。 4、复合板超声检测 、适用于轧制和爆炸复合板超声检测。 、主要用于复合板复合面未结合缺陷的超声检测,112,5、无缝钢管超声检测 、不适用于内、外径之比小于80%的钢管周向直接接触法横波检测，也不适用于分层缺陷的超声检测。 、对比试块 采用V形槽 人工缺陷。 6、对接焊接接头超声检测 II 、适用于母材厚度为8mm400mm全焊透熔化焊对接焊接接头。不适用于外径小于250mm或内、外径之比小于80%的纵向焊接接头超声检测。 、超声检测技术等级 超声检测技术等级分为A、B、C三个检测级别。A级最低，C级最高。,113,II 、 B级检测 a) 母材厚度8mm46mm：一种K值探头；直射波法和一次反射波法；单面双侧检测。 b) 母材厚度46mm120mm：一种K值探头；直射波法；双面双侧检测。如受几何条件限制，也可在焊接接头的双面单侧或单面双侧采用两种K值探头进行检测。 c) 母材厚度120mm400mm：用两种K值探头；直射波法；双面双侧检测。 d) 应进行横向缺陷的检测。在焊接接头两侧边缘作1020两个方向的斜平行