超声波探伤讲义(内部培训资料)

1、实用文档超声波探伤是利用超声波在物质中的传播、 反射和衰减等物理特性来发 现缺陷的一种探伤方法。与射线探伤相比，超声波探伤具有灵敏度高、探 测速度快、成本低、操作方便、探测厚度大、对人体和环境无害，特别对 裂纹、未熔合等危险性缺陷探伤灵敏度高等优点。但也存在缺陷评定不直 观、定性定量与操作者的水平和经验有关、存档困难等缺点。在探伤中， 常与射线探伤配合使用，提高探伤结果的可靠性。超声波检测主要用于探测 试件的内部缺陷。1、超声波 ：频率大于 20KHZ 的声波。它是一种机械波。探伤中常用的超声波频率为0.510MHz,其中22.5MHz被推荐为焊缝探伤的公称频 率。机械振动：物体沿着直线或曲线

2、在某一平衡位置附近作往复周期性的运动, 称为机械振动。振幅A、周期T、频率f 0。波动：振动的传播过程称为波动。C=X *f2、波的类型：(1)纵波L:振动方向与传播方向一致。气、液、固体均可传 播纵波0(2) 横波S:振动方向与传播方向垂直的波。只能在固体介质中传 播0(3) 表面波R:沿介质表面传播的波。只能在固体表面传播。(4) 板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波0只能在固体介 质中传播03、超声波的传播速度 (固体介质中)(1) E:弹性横量，p:密度，c:泊松比，不同介质 E、p不一样,波速也不一样0(2) 在同一介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同Cl CSCR钢: CL=

3、5900m/s， CS=3230m/s， CR=3007m/s4、波的迭加、干涉、衍射 波的迭加原理当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的 振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移 的矢量和0几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并 按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其它波一样，这就 是波的迭加原理，又称波的独立性原理0 波的干涉两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介 质中某些地方的振动互相加强， 而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的 现象叫做波的干涉现象0波的干涉是波动的重要特征，在超

4、声波探伤中，由 于波的干涉，使超声波源附近出现声压极大极小值0 波的衍射(绕射)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，称为波的衍射或波的绕射0波的绕射和障碍物尺寸D及波长入的相对大小有关。当D入时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。波的绕射对探伤即有利又不利。由于波的绕射，使超声波产生晶粒绕射 顺利地在介质中传播，这对探伤是有利的。但同时由于波的绕射，使一些小 缺陷回波显著下降，以致造成漏检，这对探伤不利。5、超声场的特征值(1) 超声场：充满超声波的空间或超声波振动所波及的部分介质。(2) 声阻抗乙超声波中任一点的声压与该处质点振动速度之比。(3)

5、 声强I :单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。( J/cm2 s或 w/ cm2)。6、分贝声强级：某处的声强丨2与标准声强Ii (li=1016瓦/厘米2)之比。*当超声波探伤仪的垂直线性较好时，仪器示波屏上的波高(H)与声压(P) 成正比。7、超声波垂直入射到界面时的反射和透射声压的反射率 r 和透射率 t (单一平界面)(1) 当乙 Z2 (如钢/空气界面或固/空气界面)(钢：Z=4.53X 106g/cm2 s ,有机玻璃：Z=0.33 x 106g/cm2 s 空气：Z=0.00004x 106g/cm2 s)r=-1t=0几乎全反射，无透射。 探伤中，探头和工件间如不施加耦

6、合剂，则形成固(晶片) /气界面，超声波将无法进入工件。(2) 当乙=Z2时r=0t=1几乎全透射，无反射。 若母材与填充金属结合面没有任何缺陷，便不会产生界面回波。8、超声波斜入射到界面时的反射和折射 波型转换：超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射与折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波。这种现象称为波型转换。有机玻璃中： cl1=2730m/s钢中CL2=5900m/scS2=3230m/s9、超声波的衰减 超声波的衰减：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，超声波能量逐渐减弱的现象。10、仪器、探头、试块超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头和试块组成。(1) 仪器常用超声波探

7、伤仪为 A 型脉冲反射式超声波探伤仪。A 型显示：一种波形显示。脉冲波：周期性的发射不连续且频率不变的波。反射式：通过接收反射回波信号。（2）探头 在超声波探伤中，超声波的发射和接收是通过探头来实现的。 探头又称换能器，其核心部件是压电晶体，又称晶片。晶片的功能是把 高频电脉冲转换为超声波，又可把超声波转换为高频电脉冲，实现电一声 能量相互转换的能量转换器件。压电晶片：发射和接收超声波。 压电效应：在交变拉压应力作用下产生交变电场或者在交变电场作用下产 生伸缩变形。机械能转换为电能，电能转换成机械能。按波型分：纵波探头、横波探头、表面波探头、板波探头。 按晶片数分：单晶探头、双晶探头。a, 直

8、探头（纵波探头） 直探头用于发射和接收纵波。直探头主要用于探测与探测面平行的缺陷。b，斜探头横波斜探头是利用横波探伤,主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的 缺陷,如焊缝探伤等。横波斜探头的标称方式常用两种：一种是以横波折散角B s来标称。如 B s=40o，45o，60o等；另一种是以折射角的正切值（K=tg B s）来 标称。 K=1.0，1.5 ， 2.0 ，2.5 等。c,双晶探头探头型号：1、2.5B20Z; 2、5P6X 6K3（3）试块 试块：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样。 超声探伤中是以试块作为比较的依据, 用试块作为调节仪器和定量缺陷的参 考依据是超声

9、探伤的一个特点。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。a, 标准试块：权威或法定机构制定的试块。如GB11345-1989规定CSKZB试块为焊缝超声波探伤用标准试块。主要用于测定斜探 头的入射点、 调整探测范围和扫描速度、 测定仪器探头以及系统 的性能等。b, 对比试块：对比试块又称参考试块，它是由各专业部门按某些具体探伤对象规定的试块。GB11341989规定，RB-1（适应825mm板 厚）、RB-2（适应 8 100mn板厚）和 RB- 3（适用 8 150mn板厚） 为焊缝探伤用对比试块。RB试块组主要用于绘制距离一波幅曲 线、调整探测范围和扫描速

10、度、 确定探伤灵敏度和评定缺陷大小, 它是焊缝评级判定的依据。试块的作用： a. 确定探伤灵敏度； b. 测试仪器和探头的性能；c. 调整扫描速度；d . 评判缺陷的大小。12、仪器和探头性能（1）仪器的性能 垂直线性、水平线性、动态范围等。（2）探头的性能入射点、 K 值、双峰、主声束偏离等。（3）仪器和探头的综合性能 分辨力、盲区、灵敏度余量等。 仪器的性能 垂直线性：仪器示波屏上的波高与探头接收的信号成正比的程度。垂直线性好坏影响缺陷的定量精度。GB11345- 1989规定，仪器的垂直线性误差 D 2KT+5Q P KT+50b, 耦合剂的选择 耦合剂：在探头与工件表面之间施加的一层透

11、声介质。耦合剂作用：i、排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传 入。ii、减少摩擦。耦合剂应满足的要求：i、能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，不难清洗。ii、声阻抗高，透声性能好。iii、来源广，价格便宜。iv、对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。 V、性能稳定，不易变质，能长期保存。c，频率的选择一般2.55.0MHZ薄工件采用较高值，厚工件采用较低值。 d， K 值选择根据工件厚度来选择，薄工件采用大 K 值，避免近场区探伤，厚工件采 用小 K 值，以缩短声程，减少衰减。注意：K值常因工件中的声速变化和探头的磨损而产生变化，所以探伤 前必须在试块上实测K值。e,探

12、测面的选择 根据板厚和缺陷的位向以及检验等级确定。 如纵向缺陷：i、单面双侧，一种 K值。ii、一种或两种K值，两面双侧。探测。（ 2）iii、两种K值，两面双侧，外加K1.0，单面双侧串列式，扫描速度（时基线比例）的调节 声程法、水平法、深度法 . 常用水平法和深度法 SV 20mnH寸，常用水平法。 S 20mnfl寸，常用深度法。等。水平法：使示波屏水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离。RB试块深度法：使示波屏水平刻度值直接显示反射体的垂直深度。RB试块等。（3），距离一波幅曲线（DAC曲线） 描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系曲线称为 距离波幅曲 线。图 25 距离波幅曲线示

13、意图 距离一波幅曲线由定量线、 判废线和评定线组成， 评定线和定量线之间 （包括评定线）称为I区，定量线与判废线（包括定量线）称为U区，判 废线及其以上区域称为川区。两种形式：1、距离一dB曲线 2、距离波高（ %）曲线（面板曲线）（ 4 ）， 扫查方式a、锯齿形扫查。b、前后扫查。c、左右扫查。d、转角扫查。e、环绕扫查。f 、平行或斜平行扫查。g、串列式扫查。 四种基本扫查方式主要用来确定缺陷的位置、方向、形状等情况。（ 5）， 缺陷位置的确定 常用水平定位法、深度定位法。水平定位法：假定仪器按水平1 : 1调节扫描速度。6）， 缺陷大小的测定探伤中发现位于定量线或定量线以上的缺陷要测定缺

14、陷波的幅度和指示长 度。、缺陷波幅度的表示:X 40 （ ）dBSL + () dB 、缺陷波的指示长度测定:指示长度：按规定的方法测定的缺陷长度称为缺陷的指示长度。指示长度总是小于等于缺陷实际长度。a, 相对灵敏度测长法：以缺陷的最高回波为相对基准、沿缺陷的长度方向移动探头，降低一定的dB值来测定缺陷的长度。常用的是 6dB法、 端点6dB法。i, 6dB法（半波高度法）由于波高降低6dB后正好为原来的一半，因此6dB法又称为半波高度法。半波高度法做法：移动探头，找到缺陷的最大反射波（不能饱和），然后沿 缺陷方向左右移动探头， 当缺陷波高度降低一半时， 探头中心 线之间的距离就是缺陷的指示长

15、度。6dB法做法：移动探头找到缺陷最大反射波后，调节衰减器，使缺陷波高 降至基准波高。然后用衰减器将仪器灵敏度提高 6dB,沿缺 陷方向移动探头， 当缺陷波高降至基准波高时， 探头中心线 之间的距离就是缺陷的指示长度。 6dB法（半波高度法）适用于测长扫查过程中缺陷波只有一个高点的 情况。图 31 半波高度法（ 6dB 法）图 32 端点 6dB图 33 端点峰值法ii、端点6dB法（端点半波高度法）当缺陷各部分反射波高有很大变化时，测长采用端点 6dB 法。具体做法：当发现缺陷后，探头沿着缺陷方向左右移动，找到缺陷两端的最 大反射波，分别以这两个端点反射波高为基准，继续向左、向右 移动探头，

16、当端点反射波高降低一半时（或 6dB）,探头中心线之 间的距离即为缺陷的指示长度。适用于测长扫查过程中缺陷反射波有多个高点的情况。b、端点峰值法当缺陷反射波峰起伏变化，有多个高点时，以缺陷两端反射波极大值之 间探头的移动长度来确定缺陷的指示长度。端点峰值法测得的缺陷指示长度比端点 6dB测得的指示长度要小一些。端点峰值法也只适用于测长扫查过程中缺陷反射波有多个高点的情况。 、缺陷长度的计量GB11345-89规定：i.当相邻两缺陷间距小于8mm寸，以两缺陷指示长度之 和作为一个缺陷的指示长度（不含间距）。ii. 缺陷指示长度小于10mn者，按5mm计。 （7），焊缝质量评级：缺陷的大小测定后，要根据缺陷的 当量和指示长度结合有关标准的规定 来评定焊缝的质量级别。GB11345-89标准将焊缝质量分为I、U、M、W级。I级质量最高，W级 质量最低。 W级焊缝a. 反射波高位于川区的缺陷者。b. 反射波超过评定线，检验人员判为裂纹等危害性缺陷者。c. 位于U区的缺陷指示长度超过川级者。 I、u、川级焊缝a. 位于I区的非危害性缺陷评为I级。b. 位于U区的缺陷按下表评定其级别。表1GB11345-89标准，U区缺陷级别评定检验等级评定等级ABC8508 3008 300I2T/3