第六章脉冲反射法超声检测通用技术

1、脉冲反射法超声检测的基本步骤1、工件情况2、检测前的准备工作3、仪器、探头、试块的选择4、仪器调节及灵敏度的确定5、耦合补偿6、扫查方式7、缺陷的测定、记录和评定8、岀具报告9、仪器、探头系统的复核检测面的选择和准备仪器与探头的选择耦合剂的选用纵波直探头检测技术横波斜探头检测技术影响缺陷定位、定量的主要因素 检测记录和报告6.1检测面的选择和准备根本原则：根据被检测缺陷的位置、取向， 使入射声束尽可能垂直于缺陷反射面；缺陷的最大可能取向应根据被检工件材质、 坡口形式、焊接工艺等判断；粗糙度应6.3pm,表面应清除杂物、松动 氧化皮、毛刺、油污等； 仪器的选择:仪器和各项指标要符合检测对象标准规

2、定的要求。: 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。1、对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器2、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，3、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。4、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。5、室外现场检测，重量轻、荧光屏亮度高、抗干扰能力好的仪器。:探头的选择型式选择：原则为根据检测对象和检测目的 决定A焊缝一横波斜探头、纵波斜探头A钢板、铸件一纵波直探头A钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚焦）A近表面缺陷双晶探头表面缺陷一表面波探头螺栓端面检测

3、及检测面较小一小角度纵波斜探 头探头频率选择A标准：0510MH乙常用255MHz。1、超声波检测灵敏度入/2,对钢用2.5-5MH乙入为：纵波 2.36-1.18,横波1.29-0.65,则纵波检测缺陷最小值为: 0.61.2mm,横波检测缺陷最小值为：2、频率高，脉冲宽度小，分辨率高。3、频率高，半扩散角小，指向性好，发现小缺陷能力强。4、频率高，近场区大，对检测不利。5、频率高，衰减大，厚工件、粗晶材料选用低频。=arcsinl.22=arcsinl.22N =-a3=c2Fd3f44久 4cA带宽的选择：带宽：超声脉冲频率具有无数个频率，在主频率附近可利 用的频率有一个范围，称带宽。宽

4、带探头：脉冲短，即脉冲宽度小，深度分辨率好，盲区 小，灵敏度较低，信噪比好，适合粗晶材料探伤。晶片尺寸选择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25mmo1、晶片大，半扩散角小，指向性好，声束轴线附近缺陷检 出能力强。2、晶片大，近场区大，对检测不利；辐射的超声波能量大, 发现远距离缺陷能力强。3、考虑检测面的结构情况如对小型工件，曲率大的工件复2 D2D2/N =424c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C久=arcsinl.22 = arcsinl.22DDf心探头K值的选择1、保证声束扫到整个检测断面，对不

5、同工件 形状要具体分析选择。2、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， 声程大，避免近场检测；厚工件K可小些。3、根据检测对象选K：如单面焊根部未焊透, 选K=0.7-1.43,检测灵敏度最高。6.3耦合剂的选用:耦合一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。:耦合剂一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。常用：水，机油、甘油、水 玻璃、化学浆糊，纤维素、洗洁精等对耦合剂的要求对工件表面和探头表面有足够浸润性，并有流动性，附着力 强，易清洗声阻抗大，应尽量和被

6、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633影响声耦合的主要因素耦合层厚度d 工件表面粗糙度 耦合剂声阻抗 工件表面形状:耦合层厚度d Y 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。+叫即四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，反射 率最高。10k T5040O320(等)巡盤翌回633影响声耦合的主要因素:工件表面粗糙度1、同一耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果差，反射回波低。2、声阻抗低的耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果降低的更快。3、表面太光滑，耦合效果降不会显著增加，但探头移动困难。耦合剂声阻抗同一检测面，耦合剂声阻抗越大耦合效果越好

7、。10图62表面粗糙度对耦合的影响实际耦合剂声阻抗在1525 3N)7tD = 201g吃= 201g 2Aypf 2.5P20Z探头，400mm钢制大平底与同声程2平 底孔的分贝差：44dB0调整6-4.1仪器调整传输修正值的S J定1、试块与工件厚度相同时试块上第一次回波B调到基准波高时衰减器读数dB值V, 工件上第一次回波B/.读数dB值V2 ,则传输修正值 AdB-VV2（dB）dB为正，提高增益；AdB为负，降低增益；传输修正值是表面耦合损失和材质衰减的总和。2、试块与工件厚度不相同时按上述试块与工件同厚度测得的AdB值，再按下式修正：a “ 口匕二 A + 201g式中：X工件声程

8、（mm）X试一试块声程（mm）6-4.1仪器调整工件材质衰减系数测定:1、衰减系数（73/V/L /77=2/7）式中：a一衰减系数，dB/m （单程）；（昂昂1）两次衰减器的读数之差，dB；7=一工件检测厚度，mm；/V单直探头近场区长度，mm；心-62(m-n)T2、衰减系数（T3N）- B9- 6a = 二m、n底波反射次数。2T:材质衰减系数超过4dB/m，应考虑修正o 6.4.2 扫查扫查到整个探伤面;声束扫查到整个工件检测范围内全体积; 探头移动间距相邻有一定范围覆盖重叠区;扫查速度满足JB/T4730标准要求有效声束范围。 6.4.3缺陷的评定缺陷位置确定缺陷平面位置:找到缺陷最

9、大反射波，缺陷位 于探头主声束上，即在探头正下方工件内。埋藏深度:根据缺陷波声程及扫描线比例计算 得出。缺陷尺寸的评定(1)回波高度法a)缺陷回波高度法：根据缺陷回波高 度比检测灵敏度下基准波高比较，确定缺 陷大小。b)底波高度法BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高，BG无缺陷处底波高度。（2）缺陷当量评定法（适用于小于声场的缺陷的当量测定） a）试块对比法：将工件中自然缺陷与人工缺陷（试块 上标准反射体）回波进行比较，定出的缺陷当量。当量 尺寸。 优点：明确直观，结果可靠，不受近场区的限制，对仪 器的水平线性和垂直线性要求也不高，尤其是XV3N的情 况。缺点：需要大量的试块，携带不方便。2）缺陷

10、当量评定法（适用于小于声场的缺陷的当量 测定）b）当量计算方法：利用规则形状反射体回波声压与缺陷回波声压（缺陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。测出缺陷回波高度与基准平底孔回波高度的分贝差厶dB,则缺陷的当量尺寸d：10Xjq、务一基准平底孔的直径与埋深, d、x-缺陷的当量直径与埋深，测出缺陷回波高度与大平底的回波高度的分贝差 dB, 则缺陷的当量尺寸d：Xd-大平底距探头的距离 O1 /J2AdB-2a（xD-x）d=10V 7DCd2）缺陷当量评定法c）通用AVG曲线法：d=GD例325P14Z直探头检测420m m钢工件,波低26dB,求当量尺寸。汽在210mm处发现一缺陷比工件底N旦

11、42=2mm30查图：G=0.27(-1020 $050d=0.2X14=2.8mm图65用平底孔通用AVG曲线定IA（3）缺陷延伸长度的测定（适用于缺陷尺寸大于声束截面时 的缺陷）a）相对灵敏度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法（半波）、端点6dB 法（半波）、12dB法（1/4波高）、20dB法（全波消失）。图6 G半波商度法（6dB法）测反b）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，使缺陷 波下降至规定的位置如评定线，女nGB11345和JB/T4730中 I区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度法。C）端

12、点峰值法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。图68绝对灵敏度法测长图69端点峰值法测长6.4.4非缺陷回波的判别迟到波61反射三角反射回波探头杂波I工件轮廓波耦合剂反射幻象波草状回波I侧壁干涉波其它变型波波型转换与反射折射定律sin aL sin aL _ sin as f sin /3L sin /3S(b)超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射(a)纵波入射；(b)横波入射1、迟到波:条件：探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散声 束纵波斜射到侧壁产生变型反射横波，再经反射变成纵波 到达底面返回探头形成迟到波。迟到的纵波声程

13、特定AX = 0. 76d （d为板厚或棒直径）。aL=70 , aS=33变形横 波很强。变型波的声程之间的关系:注意：:以纵波来校准仪器（定标），或者说纵波斜探头 检测时，岀现变形横波，则示波屏上显示的声程 Sl与实际的横波声程Ss之间的关系为：Sl = Ss）:以横波来校准仪器（定标），或者说横波斜探头 检测时，出现变形纵波，则示波屏上显示的声程 Ss与实际的纵波声程Sl之间的关系为：Ss 二 Slcl2、61 反射:纵波入射角a与横波反射角B满足：a+P=90在 特定位置岀现特定反射。P=90 -a sinp=cosa对于钢 a=6T P=29T61反射的声程:图6116广反射x& -

14、a + b - a-btana - BE+EC- BC Cs2、61 反射 A处6V反射的声程：(Iiw试块上)x4 = d、-7?cos61 + (d2 -sin61) =+1.82t/2 -27? = 83.7mm B处反射的声程：xB = dx -7?cos4亍+ d2 -Rsin45) = dx+d2 -2/?sin45 = 69.&nm:C处反射的声程:JiL L3、三角反射:底波，do:不发生变形转换，形 成等边三角形。:发生变形转换，形成 等腰三角形，L-S-Lor 心。2虜6 H二加反射6.4.4非缺陷回波的判别4、探头杂波5、工件轮廓回波IU 6-15轮廊回疲6、幻象波：重复

15、频率过高时产生，现重复频率于深度范围同步调节，一般不会产生。7、侧壁干涉：纵波探头靠近侧壁，经侧壁反射的纵波和变 型横波与直接传播的纵波互相干涉，造成探头靠近侧壁正 对缺陷检测缺陷回波低，探头远离缺陷检测反而缺陷回波 高，缺陷位置给定时，有一个最佳位置，缺陷回波最高， 但总是偏离缺陷。相对波奇0.01图6 16侧壁于涉对声场的影响: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入。1、轴线小缺陷无侧壁干扰条件：d .min vI 对钢：心3.5耳2、底面无侧壁干扰条件:对钢:6.5.1仪器调整入射点、折射角测定扫描线比例调节声程比例、水平比例、深度比例调节。图6 -18横波检测缺陷位

16、置的确定:数字机在CSKI A试块上是声程1 : 1调节扫描比例。仪器自动校准，把R50和R100同时调整到荧光 屏刻度5和10,实际是声程和零偏都校准完毕。t丄声程校准的实质是声速校准。c声速校准正确的标志是：荧光屏上R50和R100回波之 间的距离等于50mm。女口： R50和R100回波在荧光屏 4格和9格。声速校准完成后，把R100回波放在荧光屏刻度10的 位置，或把R50回波放在荧光屏刻度5的位置，零偏 调整完毕。荧光屏0刻度即为工件表面0点，时基线的 读数直接表示反射回波声程。零偏就是声束在探头内的声程或传播时间，从晶片到 入射点。:先校声速，后调零偏。:声程校准，K值校准，则S、

17、L、H正确；若 声程校准，K值不准，贝IJS正确，L、H不正 确；L、H是根据输入的K值正交分解得来。:快速校准仪器1：输入横波声速3230或3240m/s,把R100回波放在荧光屏刻度100 的位置，测K值、前沿，做曲线。：最快校准仪器2：直接输入:Cs、零偏、K值、前沿，做曲线。5分钟内搞定。:利用IIW2试块（牛角试块）调整声程1 ： 1。使B、B?分别对准水平刻度25、100即可。:利用半圆试块调整声程1 : lo使B B?分别对准水平刻度0、100,然后调脉冲移位（水 平旋钮）使B对准水平刻度50即可。图6 -20用11W2和半圆式块按声程调扫描速度曲11W2试块 b半圆试块:水平调

18、节、深度调节：:适用于模拟机，要先知道K值。:声束走走的路径声程，衰减计算按声程，水平、深度只是便于模拟机定位。:其它略。1 5Soss图618横波检测缺陷位置的确定:距离一波幅曲线制作和灵敏度调整：略。9传输修正值测定和补偿：1) 单探头法测定 工件与试块厚度相同。AdB=VV2(dB) dB为正，提高增益； dB为负，降低增益; 传输修正值是工件图6-21单探头法测传输修止值表面耦合损失和 材质衰减的总和。:传输修正值测定和补偿：1）双探头法测定 工件与试块厚度相同。图6-22双探头测传输修正值 （工件与试块的厚度相同）心传输修正值测定和补偿：2）双探头法测定 工件厚度小于试块厚度。015

19、2S图623双探头测传输修正值（丄件厚度小于试块厚度）心传输修正值测定和补偿：2）双探头法测定 工件厚度大于试块厚度。试块0IS2$图6-24双探头测传输修止值（兀件厚度大于试块耳度）6.5.2扫查按JB/T4730标准要求作前后、左右、环 绕和转动扫查。 ?a)b)c)d)图6 25斜探头的柯査方式小转呦和存H）环绕扫靑c）左右川炎d曲龄打蓟 653缺陷的评定横波平面工件的缺陷定位二次波深度:1）按声程调节扫描速度lf=xfsmp = nrfsmp df xf cos0 = nrf cos/?df = 2T-xf cos = 2Tnrf cos/?IS! 626横波检测缺陷定位2次波 h）二

20、次液2）按水平调节扫描速度=nrfI nr二次波深度：W=2T-； = 2T-在3）按深度调节扫描速度1了 = Knij二次波深度:df =2T-nrf6.5.3缺陷的评定2.横波周向探测1）外园周向探测Z比/大，H比d小。2）内壁周向探测I比/小，h比d大。= 00 GB = R yKcf )2 + (R- dY18CH = CB- (1)= 7(K)2+(r+cf)? - r7 rirf? rzr 亠 Kd=倔亠isoarc FTo图6 27外圖同向检测定位眩6 28内壁周向检测3）最大探测壁厚K越小，Tm就越大;九 5 丄(1 一 sin 0)=丄(1 -7=) D 22V 717FK越

21、大，匚就越小。图6斟探头K值范围的确农理论上对钢：3=33.2T討D=0.226K=l, 丁小=0146 r/R=0.707要求 A80%K00.650.70.81.01.52.02.53.03.5P33.23538.74556.363.468.271.574r/R0.54760.57360.62520.70710.83200.89420.92850.94870.9613TnVD0.22620.21230.18740.14650.08400.05290.03580.02560.01946.5横波斜探头检测技术6.5.3缺陷的评定3.缺陷定量1）测长法2）缺陷自身高度的测定皿匚二端部最大回波法

22、6dB法横波端角反射法 横波串列式双探头法端点衍射法端部最大回波法:一般用K1探头，误差小，聚焦探头精度高，声束直径cpl。:数字机直接读出：图6七0： h；图h=h2hi；J_C 6dB 法反肘体探決尊动方向横波端角反射法:回波高度与h/入有关，2mm以内不是单调的。剛茁横谑端他反射niO矩胎擠囲* M班形惰冋波E.jAH益系:横波串列式双探头法:回波位置固定不动。AB _AB_H-H2 tanF 2K:底面盲区/ =b _ btan0 2K2）缺陷自身高度的测定端点衍射法：用匝门套住上下端点衍射波，读数相减即 可。Hr W下W|.6.5横波斜探头检测技术 653缺陷的评定4非缺陷回波测定1

23、）工件轮廓回波3）探头杂波5）草状回波2）端角反射波4）表面波.6）焊缝中变型波7） “山”形波6.5横波斜探头检测技术:焊缝中变型波:前提：asain图e-39声束人射到探头对侧焊缝下表面图41横筱检测时产住的变型波6.5横波斜探头检测技术 “山”形波:图642#山形液6.6影响缺陷定位、定量的主要因素影响缺陷定位的因素仪器的影响：水平线性、水平刻度精度费詡蠶鸞魁蠶器双峰斜探头斜楔磨损使K值变化,探工件影响:表面粗糙、材质、表面形状、工件边界、工件温度、工件 中缺陷書詮薜驻调仪器扫描线比例不准，测探头入射值、K值不准,-LO 010 20 30 40 50 6旷温度代j65432JO t-2-3732 to-I-2-3?66影响缺陷定位、定量的主要因素:影响缺陷定量的因素仪器、探头性能影响（频率偏差、探头形式、晶片尺寸、 探头K偏差）耦