超声检测第4-6章20159

1、超声波检测第46章西安特种设备检验检测院杨育H_UT1234561“工欲善其事，必先利其器。”调校仪器检测工件评定结果 超声检测的基本步骤2超声波检测技术简介：1.调校仪器1)调节扫描速度：深度1:1。32)测量回波高度： 孔深 mm 10 20 30 40 50 16 dB 36 38 36 34 32 3)绘制距离-波幅曲线：42.检测工件53.评定结果 JB/T4730.3-2005 评定线(EL) 定量线(SL) 判废线(RL) 8 15 16-12 16-6 16+2 15 46 16-9 16-3 16+5 46120 16-6 16 16+10所以：缺陷

2、 16+12 缺陷 16-5 缺陷 16-7 6检测仪、探头、试块、电缆线、耦合剂等。第4章 超生检测设备与器材71.概述第一类：穿透式检测仪第二类：共振式检测仪以上两类仪器均为连续波，目前已很少使用。第三类：脉冲波检测仪目前使用的主要有以下三种，即：A型脉冲反射式超声波检测仪衍射时差法超声检测技术相控阵超声检测技术4.1.1 超声检测仪的分类81.1 A型脉冲反射式超声波检测仪 仪器向探头周期性的发射一持续时间很短的电脉冲，激励探头向工件发射脉冲超声波，并接收从工件中反射回来的超声波信号。通过检测信号的返回时间和幅度来判断工件中是否存在缺陷及缺陷的大小等情况。模拟式：CTS-22、CTS-2

3、3、CTS-26 数字式：仪器P发P回V发V回9特点：1. 检波信号：2. 波形显示：提供两个信息回波高度回波声压缺陷当量尺寸 定量传播时间传播距离缺陷位置 定位 仪器P发P回V发V回101.2超声波衍射时差法检测技术（TOFD）在焊缝两侧，将一对频率相同的纵波斜探头相向对称放置,发射探头发射的纵波从侧面入射到被检焊缝断面，接收探头会接收到沿工件表面传播的直通波和底面反射波，当有缺陷存在时，在上述两波之间，接收探头还会接收到缺陷上端点和下端点的衍射波。发射探头接收探头上端点下端点内壁反射信号（底波）TOFD 检测方式：11特点：1.射频信号： 幅度、时间、相位。2.成像显示： 与射线底片不同，

4、 不是客观影像。发射探头接收探头直通波LW上端点下端点内壁反射BW波121.3超声波相控阵检测技术 超声波相控阵技术可任意设定声束的偏向角和聚焦深度，使检测条件最佳化； 检测结果以图像显示，即A扫描、B扫描、C扫描、D扫描以及立体成像S扫描等显示方式，具有能实时评定缺陷的优点； 结构简单、探头尺寸小、探头数量少、检测效率高、检测灵活性强、尤其适用于检测结构复杂的工件。13 超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间（延迟法则）激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束（波阵面）的形状和方向，能实现超声波的波

5、束扫描、偏转和聚焦。141.4 射频 检波。1.射频（RF）(Radio Frequency):可以辐射到空间的 电磁频率，300KHz30GHz。1)电流通过导体，导体周围就会形成电磁场，交变电流通过导体，导体周围就会形成交变电磁场，即电磁波。2)每秒变化小于1000次的电流低频电流低频电磁波。每秒变化大于10000次的电流高频电流高频电磁波。3)低频电磁波被大地吸收，不能传播。高频电磁波可以在空间传播。4)射频就是一种高频电磁波。 5)探头的频率为 0.510000 MHz,探头接收超声波后转化的电流即为射频电流，其波型即为射频波形。152.检波： 将音频信号或视频信号从高频信号(无线电波

6、)中分离出来叫解调（从已调制信号中恢复出原信号的过程），也叫检波。 只有时间和幅度，没有相位。幅度时间相位时基线161.5 信号显示 波形显示：A型显示。 成像显示：B、C、S、P型显示。174.1.2 模拟式超声检测仪 1.仪器电路方框图和工作原理 Ve=300000 km/s = 3108 m/s VL=5900 m/s 6103 m/s 182. 仪器主要组成部分的作用1）同步电路（触发电路）： 每秒钟产生数十个至数千个同周期的同步脉冲，作为发射电路、扫描电路和其他辅助电路的触发脉冲，使各电路在时间上协调一致工作。（1）重复频率：每秒钟内发射同步脉冲的次数。（2）自动化检测：重复频率高不

7、漏检。（3）手工检测目视观察：重复频率高波形显示亮度高 便于观察。（4）重复频率过高幻像波误判。 幻像波：两次脉冲间隔时间过短，使未充分衰减的 多次反射进入 下一周期。192）扫描电路（时基电路）： 产生锯齿波电压，施加到示波管水平偏转板 上，使示波管上的光点沿水平方向从左到右 作等速移动，产生一条水平扫描时基线。20时基线调节 扫描速度 调节锯齿波的斜率改变示波管上电子的速度Ve调整所显示的深度范围（深度范围 旋钮13、深度细调 旋钮14） 。 波型 扩展/压缩21 延迟 调节显示器上所显示的时间范围的起点。（脉冲延迟 旋钮15） 波型 左右平移223） 发射电路： 产生100400V （高

8、能仪器：1000V）高压电 脉冲，施加到晶片上,产生脉冲超声波。（1）调谐式发射电路： 超声波脉冲频带窄，谐振频率通常调到与探 头的固有频率相一致。激发宽脉冲，用于穿 透高衰减材料。（2）非调谐式发射电路： 超声波脉冲频带宽，适用于不同频带的探 头。激发窄脉冲，分辨力高。23（3）发射电压高能量大灵敏度高 脉冲宽度大分辨力低。（4）频带宽度： a.为保证某种发射信息的速率和质量所占用的频带宽度容许值。 b.在满足一定失真条件下，信号可以用某段频率范围的信号来表示，此频率范围称为频带宽度。 频带宽度大脉冲宽度小 频带宽度小脉冲宽度大244）接收电路： 度量（衰减）、放大、检波、抑制回波声压经探头

9、晶片转换后得到的微弱电脉冲。25（1）度量、衰减 a.度量：用校准的衰减器对信号幅度定量调节。 b.衰减：将超出显示器幅度范围的信号衰减到显示器可显示的幅度。26（2）放大压电晶片的回波射频电压：V1 = n10102 mV示波管显示所需电压： V2 = n102 V = n105 mV电压放大倍数 放大倍数 104105 则 KV = 80100 dBJB/T4730.3-2005 规定：“80dB以上的连续可调的衰减器。”27（3）检波： 射频信号视频检波信号(4) 抑制： 截去幅度较小的部分信号，不在显示屏上显 示。如截去5%的信号。28阻塞：失去放大能力的一段时间。发射脉冲电压很高（1

10、00400V）,直接进入放大电路形成始波的发射脉冲T使放大器在短时间内放大倍数降低或没有放大作用。那么，在这个“短时间”所对应的声程范围内的缺陷反射回波则无法被放大，所以示波屏上则无此回波信号，此即阻塞。29盲区：看不到反射体回波信号的 一段声程。 始脉冲有一定的宽度，对应一段时间tT。始脉冲电压很高，在始脉冲时间tT内，其他信号被掩埋,不能被看到。 阻塞也有一段时间t阻，在阻塞时间t阻内，回波信号不能被放大，则回波信号同样看不到。 在始脉冲时间tT或阻塞时间t阻（二者大的一个）所对应的声程内的反射体的反射回波看不到，这个声程距离即为盲区。305） 显示电路： 电子枪、水平/垂直偏转板、荧光屏

11、。6） 电源： 220V/110V交流电、蓄电池。313.仪器主要开关旋钮作用及调整321）工作方式选择 旋钮3 “双探”：收发分开、一发一收。 可用一个双晶探头或两个单探头工作。 发射 、接收 “单探”：收发不分、自发自收。 位置1：强度不变，中等发射强度，较高的灵敏 度、分辨力。 位置2：可用“发射强度旋钮”调节发射强度同 时改变仪器的灵敏度和分辨力。 332）发射强度 旋钮4 改变仪器发射脉冲功率，从而改变仪器灵 敏度、分辨力。 发射强度高灵敏度高脉冲宽度大 分辨力低。 （发射强度高 晶片振动持续时间长 脉冲宽度大） 灵敏度满足的前提下，发射强度尽量低 提高分辨力。343）衰减器5、6

12、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)。 调节灵敏度时: 读数大，灵敏度低； 测量回波幅度时: 读数大，波幅高。 粗调衰减器每档10或20dB； 细调衰减器每档2dB、1dB或0.5dB。35衰减 与 增益衰减40dB37dB34dB31dB29dB 10 20 30 40 5040dB37dB34dB31dB29dB 10 20 30 40 508036增益60dB63dB66dB69dB71dB 10 20 30 40 50 80374）增益旋钮8 连续改变探伤仪增益，用来把反射波校准到基 准高度.仪器调节好后不再调整。5)抑制旋钮7： 作用是抑制荧光屏上幅度

13、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，可能造成小缺陷漏检，一般不用。386) 深度范围旋钮13 (声速测量) 较大幅度地改变扫描速度，使扫描线上的回波 间距较大幅度地压缩或扩展。用来粗调荧光屏 扫描线代表的探测范围。7) 深度细调旋钮14 (声速测量) 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。398) 延迟旋钮15 (探头延迟t0测量) 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

14、水中部分调节到荧光屏外不予显示。9) 聚焦旋钮17 调节电子束聚集程度，使示波屏上波形显示清 晰。4041424344其它仪器还有：10) 频率旋钮（窄带探伤仪） 调节放大器带宽，选择探伤频率。 11) 水平旋钮 使扫描线连同其上回波一起左右移动。 用来校准零位。4512) 重复频率旋钮 改变发射电路每秒发射脉冲的次数。 工件厚度大，使用较低的重复频率； 工件厚度小，可使用较高的重复频率。13) 垂直旋钮 改变扫描线的垂直位置，使之上下移动。14) 辉度旋钮 改变波形的亮度。 4615) 深度补偿开关（DAC） 改变放大器的性能，使不同距离上的相同尺寸缺陷的回波高度差异减小。 16) 显示选择

15、开关 选择“检波”或“不检波”显示。 “检波”显示称“视频显示”； “不检波”显示又称“射频显示。474.1.3 数字式超声检测仪（略）4.1.4 仪器维护保养（略）4.1.5 自动检测设备（略）484.1.6 超声测厚仪 共振式、脉冲反射式、兰姆波测厚仪三种。 脉冲反射式：与A型脉冲反射式超声检测仪原理相同，但波束遇到两个反射体时，仅选择声程小的反射体的反射信号。 (最小声程显示原则)494.2 探头4.2.1 压电效应和压电材料1. 压电效应： 正压电效应：交变拉压应力交变电场。 （超声波电脉冲 接收） 逆压电效应：交变电场伸缩变形。 （电脉冲超声波 发射）压电效应机理： 在正常情况下，各

16、原子的电荷平衡，不显电性。受压缩或拉伸时，原子位置变化，使正负电荷中心不对称，从而在晶体表面产生游离电荷，形成电场。反之，在晶体表面加正负电荷，晶体就会产生伸缩变形。 502. 压电材料：具有压电效应的材料。 压电单晶体：各向异性,接收灵敏度高。 石英 (SiO2 ） 硫酸锂（Li2SO4) 铌酸锂 (LiNbo3) 压电多晶体：各向同性，发射灵敏度高。 钛酸钡（BaTiO3） 高钛酸（PbZrTio3） 钛酸铅（PbTiO3） 514.2.2 压电材料主要性能参数1.压电应变常数d33 ：施加单位电压所产生的应变 量。 （逆压电效应 发） d33大发射灵敏度高2. 压电电压常数g33 ：单位

17、应力所产生的电压梯 度。 （正压电效应 收） g33大接收灵敏度高523.介电常数：衡量充放电时间长短，即探头频 率大小。 式中：t电容器极板距离 A电容器极板面积 C电容器电容量 小充放电时间短 f 高 大充放电时间长 f 低534.机电耦合系数K：机械能（声能）与电能之间 的转换效率。 厚度方向 Kt Kt大灵敏度高。径 向 Kp Kp大脉冲宽度大分辨力低 盲区大。545.机械品质因子m： 压电晶片谐振时储存的机械能E储与一个周 期内损耗的机械能E损之比。 m大 振动持续长 脉冲宽度大 分辨力低。 m小 振动持续短 脉冲宽度小 分辨力高。556. 频率常数Nt： 压电晶片在高频电脉冲激励下

18、产生共振时，其 厚度与固有（谐振）频率的乘积为常数。 材料一定， t f0 。 厚度一定， Nt f0 。 晶片发射超声波的频率f取决于晶片厚度t和晶 片中的声速C。 即：f t、C567.居里温度TC：压电材料压电效应消失的温度。 石 英： TC=570 钛酸钡： TC=115 高温检测选用高温探头，防止探头晶片失去压电效应。57超声探头对晶片性能的要求：(1)机电耦合系数 K 转换效率 灵敏度 Kt 转换效率 灵敏度 KP 分辨力(2) 机械品质因子 m 分辨力(3) 压电应变常数 d33 发射灵敏度(4) 压电电压常数 g33 接收灵敏度(5) 频率常数 Nt 介电常数 f (6) 居里

19、温度Tc较高,声阻抗适当。584.2.3 探头的结构 591.压电晶片：电/声 转换、声/电 转换。2）声场声压 Ds P 灵敏度高。 半扩散角 DS 指向性好。3) 晶片表面涂覆金属镀层(银、金、铂)，使电压均匀分布。602.阻尼块和吸声材料 阻尼块 1)使晶片起振后尽快停下来。脉冲宽度 分辨力。 2)吸收晶片向背后发射的超声波。 3)支持晶片。 61吸声材料 在斜楔周围加上吸声材料，减少斜楔内的多次反射波形成的杂乱信号，减少噪声。623.保护膜：用于保护压电晶片，防止晶片磨损或损坏。 1）全透射： 2）硬保护膜: 刚玉, 光洁工件。 3）软保护膜: 塑料, 粗糙工件。634.斜楔： 在工件

20、内形成特定波型和角度的声束。 1）斜楔的斜度即纵波入射角L。 2）斜楔中的纵波声速CL1小于工件中的纵波声速CL2。只有当CL1 CL2时，才能使L L=90643）有些斜楔在前面开槽（消声槽），或者将斜楔做成牛角形，使反射波进入牛角而不返回晶片，从而减少杂波。5.电缆线： 传送电信号。 带屏蔽层的同轴电缆。6.外壳：654.2.4 探头的主要种类1.接触式纵波直探头： 检测与检测面平行 或近似平行的缺陷。 参数: 频率和晶片尺寸。662.接触式斜探头： 探测与表面倾斜的缺陷。1）纵波斜探头（L）：在工件中产生倾斜纵波。 利用小角度（与检测面的夹角）检测。 横波衰减大时，利用纵波穿透能力强的特

21、点检测。（粗晶材料） 同时存在横波干扰。 672）横波斜探头（ L= ）： 通过波型转换在工件中产生横波，且只有横波。标示方法：纵波入射角: 前苏联横波折射角: 西方、日本K值: 中国， K=tgs定位计算方便：L = Kh hL68探头前部磨损 L s K 探头后部磨损 L s K 工件材质不同Cs2不同s 不同 K不同工件温度 Cs2 s K hL69常用斜探头K值与折射角和入射角的关系如下表。(有机玻璃/钢）K1.01.52.02.53.0s45011.356.307.163.404.868.203.471.6028.48.2L36.7044.6049.1051.6053.50703）表

22、面波斜探头（ L）：在工件中产生表 面波，检测表面和近表面缺陷。 有机玻璃/钢：L 57.704）兰姆波探头：检测薄板中的缺陷。5）可变角探头：晶片可旋转连续改变入射角，实现纵波、横波、表面波和板波探伤。主要用于试验和选择合适的入射角。713.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。 优点：a.灵敏度高： 两块晶片， 一发一收， 各用灵敏度 高的材料（多发、单收） 72b.杂波少，盲区小： 隔声层消除了两晶片之间的反射杂波，杂波少。 始脉冲不进入放大器，无阻塞、盲区小。（阻塞或始波产生的盲区在延迟块中，工件中无盲区，不影响缺陷检测）73c.工件中近场区长度

23、小： 延迟块缩短了工件 中的近场长度； d.探测范围可调。L 菱形区abcd向表面移动，水平方向变窄。L 菱形区abcd向内部移动，垂直方向变窄。744.接触式聚焦探头： 点聚焦探头声透镜为球面，线聚焦探头声透镜为柱面。755.水浸式聚焦头： 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。a.聚集探头的焦距: 76b.有机玻璃/水浸聚焦探头水中的焦距： F = 2.2r c.工件中的实际焦距： F= F-L(C3/C2-1)776.高温探头用铌酸锂（12000C）、石英（5500C）和钛酸铅（4600C）等居里温度高的压电材料制作，用于高温工件如原子能反应堆部件探伤。外壳

24、和阻尼块为不锈钢，电缆为高温同轴电缆，耦合剂封装在壳体与晶片之间。用于400-7000C高温探伤。788.爬波探头 爬波是表面下纵波。纵波入射角接近第一临界角时，产生沿工件表面下传播的纵波。 爬波存在一系列波瓣，第一波瓣幅度最大值对应的max随（fD）增大而增大。 爬波探头可探测表面粗糙的工件表面和近表面的缺陷，检测深度较表面波大，并可通过改变（fD）改变探测深度。794.2.5 探头型号 1.探头型号组成： 基本频率：阿拉伯数字，单位MHz。晶片材料：化学元素符号。晶片尺寸：阿拉伯数字。探头种类：汉语拼音缩写。 802.特性： 斜探头：K值、折射角。-阿拉伯数字。 双晶探头：声束汇聚区深度。

25、-阿拉伯数字。 聚集探头：点聚焦：DJ、 线聚焦：XJ81 2.各种探头型号示例：824.3 耦合4.3，1 耦合剂及作用 1) 耦合剂：为改善在探头和工件之间的声能传递，而施加在探头和检测面之间的薄层液体称为耦合剂。 2) 耦合剂的作用： a.填充探头和工件表面之间的空气间隙，使超声波能传入工件。 b.有润滑作用，减小探头磨损，便于探头移动。834.3.2 常用耦合剂： 机油、变压器油、水、水玻璃、甘油、 化学浆糊、纤维素。 几种常用耦合剂声阻抗值： 耦合剂机油水水玻璃甘油声阻抗106kg/m2s1.281.52.172.43844.4 试 块:按一定用途设计制作的含有简单几何 形状人工反射

26、体的试样。 4.4.1 试块的分类和作用1.试块的分类：标准试块、对比试块、模拟试块。 1）标准试块：权威机构制定、性能和制作要求有 专门标准规定的试块。 作 用：仪器、探头、系统性能测试校准和检 测校准。852）对比试块：以特定检测方法，检测特定工件的 试块。含有意义明确的标准反射体 （平底孔、槽等）。 作 用：检测校准。3) 模拟试块：含有模拟的人工缺陷或自然缺陷的 试块。 作 用：检测方法研究、人员资格考核、检 测能力或检测工艺验证。862. 人工反射体1）横通孔、长横孔:线性缺陷特征，有长度的裂 纹、未融合、未焊透、条渣。2）短横孔：近场区，线状反射。远厂区，点状反 射。 3）平底孔：

27、点状面积型缺陷。4）V形槽、U形槽或矩形槽：表面开口线性缺陷。 874.4.2 承压设备用试块介绍 1.标准试块 JB/T4730.2-2005规定的标准试块有： 钢板检测用试块：CB、CB 锻件检测用试块：CS、CS 、CS 焊缝检测用试块：CSK-IA、CSK-A、 CSK-A、CSK-A881）钢板检测用试块 a.CB试块：调节双晶直探头基准灵敏度。 （板厚T=6-20mm） 89b.CBII 试块： 调节单直探头基准灵敏度。 （板厚T20-250mm）。902）锻件检测用试块： a.CSI试块： 调节单直探头基准灵敏度。 （工件厚度T45mm）； 确定缺陷当量。91b.CSII试块：

28、绘制双晶直探头距离波幅曲线，确定基准灵敏度。（工件厚度T45mm） 确定缺陷当量。 92 c. CS试块：测定曲面工件的曲率补偿。933）焊缝检测用试块： a.CSK-IA试块： 测定仪器性能； 测定探头性能； 测定仪器探头系统性能； 调节仪器扫描速度。91/R100: 直探头对准91，调B1至50， B2至100； 斜探头对准R100（或50），找到最高回波，调至100（或50），即为横波声程1：1。94050100 B1/91 B2/91 R50 R100 R100R50B1/91B2/919195b.CSK-IIA试块： （母材厚度T=6-120mm) 制作距波曲线，确定基准灵敏度，确定

29、缺陷大小。 96c.CSK-A试块：（母材厚度T=8-120mm) 制作距波曲线； 确定基准灵敏度； 确定缺陷大小。97d.CSK-A试块：（母材厚度T120-400mm) 制作距波曲线； 确定基准灵敏度； 确定缺陷大小。 CSKA试块尺寸： 98 2. 对比试块 JB/T4730.2-2005使用的标准试块有： 1）钢板横波检测对比试块； 2）锻件横波检测对比试块； 3）无缝钢管检测用对比试块； 4）声能传输损耗超声检测对比试块； 5）奥氏体钢锻件超声检测对比试块 6）铝焊接接头超声检测对比试块； 7）钢制压力管道和管子焊接接头超声检测对比试块； 8）铝及铝合金压力管道和管子焊接接头超声检测

30、对比试块； 9）钛焊接接头超声检测对比试块； 10）堆焊层超声检测对比试块 991）钢板横波检测对比试块 （600 V形槽，d=3%T） 1002）钢管横波检测对比试块a.纵向缺陷检测对比试块： 600V形槽， l=40, t=5%S、8%S、10%S1013）锻件横波检测对比试块与钢管形式相同 600V形槽，l=25、t=1%T。b.横向缺陷检测对比试块：600V形槽，l=40,t=5%S、8%S、10%S1024）焊缝横波检测声能传输损耗差测试对比试块 与受检工件材质相同或相近，厚度约40mm、表面粗糙度与对比试块相同。用于测定横波材质衰减和传输损失差。1035）奥氏体钢锻件超声检测对比试

31、块 a.纵波检测对比试块： b.横波检测对比试块 与碳钢形式相同，槽深d=3%T、5%T1046）铝和铝合金焊接接头超声检测对比试块1057）钛焊接接头超声检测对比试块1068）钢制压力管道和管子焊接接头超声检测 对比试块1079）铝及铝合金压力管道和管子焊接接头超声检测 对比试块10810）堆焊层超声检测对 比试块 a.从堆焊层一侧检测 （纵波双晶斜探头和双晶直探头） b.从母材一侧检测（单直探头、纵波双晶斜探头）109c.检测未结合缺陷（双晶直探头、单直探头） a）从母材侧检测； b）从堆焊层侧检测。1104.4.3 对试块的要求 1）对标准试块的要求 试块材质应均匀，内部杂质少，无影响使

32、用的缺陷 ，易于加工，不易变形和腐蚀，具有良好的声学性能。试块的平行度、垂直度、光洁度和尺寸精度都要符合一定的要求。 2）对对比试块的要求对比试块的材料声学性能应与被检测工件相似，其形状对被检测工件有代表性，厚度与被检测工件相适应。1114.4.4 试块的使用和维护要求 1）试块应在适当部位编号； 2）搬运时防止磕碰划伤； 3）反射体内应保持清结； 4）使用完及时清洁并做防锈处理； 5）防止试块变形。1124.5 仪器和探头的性能及测试4.5.1 仪器、探头及组合性能（见测试方法一节）4.5.2 仪器、探头及组合性能的测试方法 1.仪器性能的测试方法： 与检测直接相关的性能： 垂直线性、水平线

33、性、 动态范围、衰减器精度。 1131）垂直线性： 用垂直线性误差表示（1）定义： a.输入到超声检测仪接收电路的信号幅度与其在超声检测仪显示器上所显示的幅度成正比关系的程度。（书） b.输入到超声检测仪接收器的信号幅度与其在超声检测仪显示器上所显示的幅度成正比关系的程度（GB/T12604.1-2005 无损检测 术语 超声检测 幅度线性） c.工件中反射体回波声压的大小与显示器上脉冲波的高度成正比的程度。114（2）测试方法：试块：CSK-IA 探头：直探头 测试步骤： “抑制”置于“关”或0，衰减余量 不小于30dB。 探头置于试块25mm厚截面，将某次 底波（如B1）调至 100%屏高

34、。 用衰减器每次衰减2dB,记录每次波高（ 百分数）。 计算各次实测波高与理论波高的偏差。理论波高： 计算垂直线性误差： (d1-最大正偏差；d2-最大负偏差）衰减量024681012141618202224实测波高%100理想波高%10079.463.150.139.831.625.119.915.812.6107.96.3偏差d %1152）水平线性：用水平线性误差表示。（1）定义：a.输入到检测仪中的不同回波的时间间隔与超声检测仪显示屏时基线上不同回波的间隔成正比关系的程度。（书）b.由经校准的时间发生器或由已知厚度平板的多次反射所提供的输入信号与在时基线上所指示的位置之间成正比关系的程

35、度。（GB/T12604.1-2005 无损检测 术语 超声检测 时基线性）c.工件中不同反射体的间距与显示器上对应的脉冲波的间距成正比的程度。116（2）测试方法： 试块：CSK-IA 探头：直探头 测试步骤： 将直探头置于CSK-IA试块25mm截面上，用“深度细调”和“延迟”旋钮调节，使示波屏上出现五次底波，且使B1对准2,B5对准10。 记录B2、B3、B4与水平刻度值4、6、8的偏差a2、a3、a4。 计算水平线性误差：1173) 动态范围：指仪器示波屏容纳信号大小的能力。 测试时，仪器抑制置“0”，将100%屏高的反射波用衰 减器衰减到刚能辨别的最小值。总衰减的分贝数即动态 范围。

36、(下图共衰减30dB) 1184) 衰减器精度： 用标准衰减器进行比较测试。 现场测试的简易方法是：用同声程 2 和 4平底孔的反射波幅度进行比较。 如用CS-1的5号2和15号4，将5号试块平底孔反射波调至示波屏适当高度H1，再将探头置于15号试块上，找到平底孔最大回波，衰减12分贝，记录波高H2。 误差计算：1192.探头性能及测试1)距离波幅特性：距离-波幅曲线 纵波直探头：不同深度的平底孔。 横波斜探头：不同深度的横孔。 水浸法探头：水中不同深度的钢球。1202)斜探头入射点和K值（1）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l0:

37、 l0=100-x（2）K值：K值是斜探头折射角的正切值。 探头在离50孔近的一面时： 探头在离50孔远的一面时：入射点1213) 探头主声束偏离与双峰（1）主声束偏离：即探头主声束与探头几何轴线的偏离程度。试块：CSK-IA步骤：将探头对准试块的棱边，移动并转动探头，找到棱边最大回波，此时探头侧面平行线与棱边法线的夹角即为偏离角。122（2）双峰：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。试块：任意横孔试块。步骤：将探头对准横孔前后移动探头，观察波形变化。1233)探头声束护散特性测定 探头声束在某一距离上的声束宽度。 直探头： 平底孔试块。 斜探头： 竖通孔试块。

38、1243. 仪器和探头组合性能及测试1) 灵敏度余量： 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。(1)仪器直探头组合a.增益最大、抑制0、发射强度强。b.探头悬空、调噪声电平10%，记衰减器读数N1 。c.调200/2平底孔到50%，记衰减器读数N2 。 灵敏度余量 N= N2 - N1 (dB) 125(2)仪器斜探头组合a.增益最大、抑制0、发射强度强。b.探头悬空、调噪声电平10%，记衰减器读数N1 。c.调R100到50%，记衰减器读数N2 。 灵敏度余量 N= N2 - N1 (dB)1262)盲区与始脉冲宽度 盲区：是指从探测面可发现缺陷的最小距离。 a

39、.盲区试块:清晰显示平底孔独立回波的最小距离。 b.CSKIA试块：处有独立回波，盲区5 mm。 处有独立回波，盲区10 mm。 处无独立回波，盲区10 mm。 127 始脉冲宽度： 按规定的灵敏度并调至 标准“0点”，示波屏 上始脉冲在20%高度所 对应的时基线的位置 与“0”点的距离Wn， 即为始脉冲宽度， 以钢中的纵波声程 表示。 128JB/T4730-2005 .3规定： 仪器直探头组合的始脉冲宽度(在基准灵敏下）： 对于频率为5MHz的探头，宽度不大于10mm； 对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于15mm。JB/T4730-2005 规定： 使用仪器-直探头系统，检测前应测定

40、始脉冲宽度、灵敏度余量和分辨力，调节或复核扫描量程和扫描灵敏度。JB/T4730-2005 对仪器斜探头系统未要求始脉冲宽度。1293)分辨力：区分两个相邻缺陷的能力。（JB/T 9214-1999 A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法）（1）直探头分辨力的测试： a.将探头对准CSK-IA试块的85mm槽，左右移动探头使85、91反射波等高,并调至满刻度的20-30 %；记录衰减器读数D1； b.调节仪器灵敏度，使85、91回波之间的波谷升高到原来波峰的位置，记录衰减器读数D2； c.分辨力为：D=D2-D1130（2）斜探头分辨力测试： a.将探头对准CSK-IA试块的50 、44

41、孔，移动探头使50、44回波等高，并调至满得度的20-30%，记录衰减器读数D1； b.调节仪器灵敏度，使50、44回波之间的波谷升高到原来波峰高度，记录衰减器读数D2； c.分辨力为：D=D2-D11314）信噪比： 示波屏上有用的最小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波幅度之比。 将探头置于200/1试块上，移动探头使平底孔回波最大，且调 至基准波高 记H信。读取噪声波高H噪。 信噪比为：=20lg(H信/H噪)5）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： 取3个周期的时间T，则回波频率为：1324.6 计算题：晶片厚度t和频率f计算（3.

42、13.4） 例题1（3.4）某探头晶片波速为Cl=5740m/s,晶片厚度t=0.574mm，求探头频率为多少？ 解：Ntf=Cl/2 f=N/t=Cl/2t =5740103/20.574=5106 Hz 例题2 仪器性能计算（3.53.7）（3.7） 用CSK-A试块测定斜探头和仪器分辩力，测得50和44台阶孔反射波等高时波峰高为h1=80%，波谷高 h2=25%。求分辩力为多少？ 解：20lg(h1/h2)=20lg(80/25)=10 dB133 第5章、超声波检测方法分类和特点5.1 按原理分: 1.脉冲反射法把脉冲超声波发射到工件中，根据反射波的情况来检测试件中缺陷的方法。 1)缺

43、陷回波法：依据示波屏上显示的缺陷回波波形进行判断的方法。 时间定位，幅度定量。 2)底波高度法：依据底面回波高度变化判断工件缺陷的方法。灵敏度低于缺陷回波法。 3)多次底波法：依据多次底面回波的次数和波幅度的变化判断工件中有无缺陷的方法。1342.衍射时差法（TOFD）：采用一发一收双探头工作 方式，利用缺陷上、下端部的衍射信号检测和测 定缺陷尺寸的方法。3.穿透法：采用一发一收双探头分别置于工件相对 两端面，依据脉冲波或连续波透过试件之后的能 量变化来检测工件缺陷的方法。4.共振法: 把频率可调的连续波发射到工件中，依据共振频率的变化来判断工件中缺陷或厚度变化的方法称为共振法。（常用于测厚）

44、1355.2 按显示方式分 1. A型显示 2. 超声成像 1) B、C、D扫描成像 2) P扫描成像 3) ALOK超声成像 4) 相控阵S扫描成像1365.3、按使用的波型分5.3.1、纵波法1.纵波直探头法： 用直探头发射纵波进行探伤的方法，称为纵波法。 纵波法主要用于探测与检测面平行的缺陷，常用于板、管、棒材等成形材料和锻件，有时也用于铸件。没有波形转换、传播方向不变，定位方便。2.纵波斜探头法：L ,有折射横板干扰。 粗晶材料、TOFD检测。1375.3.2、横波法1.斜探头接触法： 利用波型转换在试件中产生横波进行探伤的方法。 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

45、和焊缝检测，作为一种辅助检测手段，也用于板材、锻件等与表面倾斜的缺陷检测。2.直探头水浸法： 改变探头与管子轴线的位置可以改变L进而改变折射角s ，从而得到所需角度的折射横波。1385.3.3 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。5.3.4 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。5.3.5 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近表面下的缺陷。1395.4 按探头数目分 1)单探头法：用一个探头兼作发射和接收的探伤方法，是

46、目前使用最广泛的方法。 2)双探头法：用一个探头发射，一个探头接收的方法，用于检测单探头法难于检出的缺陷。 3)多探头法：使用两个以上探头成对组合进行探伤的方法，用于多通道探伤仪自动探伤。1405.5 按耦合方式分类： 1)接触法：探头与工件检测面之间涂很薄的耦合 剂层进行检测的方法，又称直接接触 法。 2)液浸法：将探头与试件浸入液体中，以液体作 为耦合剂的检测方法。用水作耦合剂 时称作水浸法。1413）接触法和液浸法的特点 接触法： 操作方便、设备简单、成本低、 直接耦合 声能损失小 穿透能力大。 耦合不易稳定、检测面粗糙度 要小（打磨处理）。 水浸法： 发射接收稳定、检测面粗糙度 影响小

47、、声束方向调节方便、可缩 小盲区、检测薄工件。 能量损失大。1423)电磁耦合法采用电磁探头激发和接收超声波的检测方法，又称电磁超声检测方法。5.6 按人工干预程度： 手工检测 自动检测143第6章 脉冲反射法超声检测通用技术6.1 检测面的选择和准备 检测面：声波入射面，或探头移动表面。 1.选择原则：考虑缺陷的最大可能取向、使声束 的轴线与缺陷的主反射面接近垂直。 2.多面检测：工件变形过程使缺陷有多种取向； 单面检测存在盲区； 声程过大单面检测灵敏度不能保证。 3.检测面的准备：(保证良好的声耦合） 去除表面松散氧化皮、油漆、油污、焊接飞 溅等。 表面粗糙度一般不大于6.3m。1446.

48、2 仪器与探头的选择6.2.1 检测仪器的选择 依据：工件检测要求、检测场合 考虑因素： 1)定位高 水平线性好。 2)定量高 垂直线性好、衰减器精度高。 3)大型工件 灵敏度余量高、信噪比高、功 率大。 4)近表面缺陷 盲区小。 5)区分相邻缺陷 分辨力高。 6)室外检测 重量轻、亮度高、抗干扰 能力强。 1456.2.2 探头选择 依据：工件材质、形状、缺陷和技术要求1.探头型式：声束轴线尽量与缺陷垂直。 纵波直探头与探测面平行的缺陷。 横波斜探头与探测面倾斜的缺陷。 纵波斜探头与检测面的小角度检测； 横波衰减过大时。 如：堆焊层从堆焊层一侧检测时，用K2.75（ s =70）纵波双晶斜探

49、头检测结合部位的结合情况。 表面波探头表面缺陷。 双晶探头 薄壁工件或近表面缺陷。 聚焦探头 薄壁管或薄件。 水浸探头 水浸探伤工件。146 2.探头频率（0.5-10MHz) 依据：工件材质、厚度、检测要求频率影响： 1)f高，可发现缺陷小 （波的绕射 Df/2） 2)f高，脉冲宽度小，分辨力好 3)f高，指向性好 ( ) 4)f高，近场区长 ( ) 5)f高，衰减大 ( ) 6)f过高，反射指向性下降，面积型缺陷检出率 下降。147反射指向性：反射回波指向检测面的程度。 f过高/2很低缺陷表面的 凹、凸面对入射波产生多方向反射， 使检测面方向的回波降低。 晶粒较细（锻件、轧制件、焊缝） 2

50、.5 5MHz 晶粒较粗（铸件、奥氏体钢） 0.5 2.5MHz1483.探头带宽 宽带探头：脉冲宽度小、分辨力好、盲区小、阻尼大、 灵敏度低。 窄带探头：脉冲宽度大、分辨力差、盲区大、灵敏度 高、穿透能力大。4. 晶片尺寸D（1030） 依据：工件厚度、形状。 晶片尺寸影响：1) D大指向性好（ ）2) D大近场长 （ ）3) D大能量大，发现远距离缺陷能力强。 大尺寸探头厚大工件 小尺寸探头薄工件、表面不平整、曲率大的工件。1495. 斜探头K值 依据：工件厚度、检测对象、缺陷类型 厚工件小K值 薄工件大K值 单面焊未焊透 考虑端角反射，取 K=0.7-1.5 （K0.7或K1.5时，端角

51、反射率很 低，容易漏检） 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 1506.3 耦合剂的选用6.3.1 耦合剂 1.耦合及耦合剂 耦合：超声波在检测面上的声强透射率。 耦合剂：加在探头和工件之间的液体薄层。 2.耦合剂作用 1）排除探头与工件之间的空气。 2）减少摩擦。151 3. 耦合剂的要求： 1）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。 2）声阻抗高，透声性好； 3）来源广、价格便宜； 4）对工件无腐蚀、无污染、对人体无害； 5）性能稳定、不易变质、能长期保存。 4.常用耦合剂 机油、变压器油、水、水玻璃、甘油、化学浆糊、纤维素。几种常用耦合

52、剂声阻抗值： 耦合剂机油水水玻璃甘油声阻抗106kg/m2s1.281.52.172.431526.3.2、影响声耦合的因素1.耦合剂1）耦合层厚度： 厚度为/4的奇数倍或很薄时，透声效果差。 厚度为/2的整数倍或很薄时，透声效果好。2）耦合剂声阻抗大，透声效果好。 耦合剂声阻抗小，耦合效果差。2.工件表面状态的影响1) 表面粗糙度 表面粗糙度大，耦合效果差。一般要6.3m。2) 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。 (曲率半径越大，耦合效果越好。)1536.4 纵波直探头检测技术6.4.1 检测设备的调整： 扫描速度定位 灵敏度 定量 1.扫描速度

53、（时基线）调整1）目的： a.时基线显示的范围足以 包含需要检测的声程范围。 b.时基线的刻度值与超声波 在工件中的声程成一定比例关系。1542）内容： 时基线的刻度值 ：实际声程（单程）=：x 厚板： ：x = 1 ：n 薄板： ：x = n ：13) 方法： 两个不同反射波， 但不能用始波。 深度微调 + 延迟 1552.检测灵敏度调整1）检测灵敏度：在确定的声程范围内发现规定大 小缺陷的能力。 2）目的：发现工件中规定大小的缺陷并对缺陷定 量。3）方法：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。156 试块法：把同深度试块上人

54、工反射体回波调到基准高 度（80%），传输修正值即可。 适用场合：工件厚度T3N或工件无平行底面或圆柱曲 底面（即无底波）。 优点：操作简单、直观。 缺点：需要大量试块； 需要考虑耦合补偿和衰减补偿。例：厚度100的锻件，不允许存在 2平底孔，输入修正值3dB。 （灵敏度：100 / 2) a. CS2 试块上， 100 / 2 回波调至80%。 b. 衰减器右旋3dB(即：波幅提高3dB)即可。157底波计算法：（x3N、平行底面或圆柱底面） a.理论依据：规则反射体回波声压理论平底孔回波声压： 大平底面回波声压： 回波声压分贝差： 158b.方法： 计算底波与同声程平底孔波幅分贝差。 平行

55、底面工件和实心圆柱体:空心圆柱体:“+”外壁探测 “-”内壁探测把底波调至荧光屏基准线，用衰减器把灵敏度提高B/ 。159例：2.5P20Z探头（2.5MHz， 20，直探头 ）检测 x=400mm的饼形锻件，检测灵敏度400mm/ 2mm, (400mm处发现2mm的缺陷)，CL = 5900m/s 解：= CL/f = 5900/2.5106 = 2.36mm 调400mm/B1至80%。 提高B1波幅44dB，即可。 （此时：400mm/ 2mm 回波正好在80% ） 160优点： 可省去大量试块 可不考虑耦合补偿、衰减补偿和曲面补偿使用条件： 工件厚度x3N 底面与探测面平行 底面平滑

56、光洁，不与吸声物质接触适用对象： 具有平行底面的工件 具有圆柱曲底面的工件 1613.传输修正值的测定1）传输修正值：工件与试块表面状况与材质衰减的分贝差。2）工件与试块等厚 V1-V2(衰减型） V2-V1(增益型） 上述测定值包含表面耦 合损耗和材质衰减差。3）工件与试块不等厚 声程不同引起的底波 高度分贝差 V3=20lg(xg/xs) 传输修正值 +V3 设定试块与工件材质相同。 1624.工件材质衰减系数的测定。 回波声压计算公式只考虑声束扩散，未考虑材质衰减。大厚度工件计算法（底波法）调灵敏度和缺陷定量时，应计入材质衰减。 大厚度工件：JB/T4730.3-2005 F.1：“碳钢

57、或低合金钢板材的材质衰减，在频率低于 3 Mz、声程不超过200mm时，或者衰减系数小0.01dB/mm时，可以不计。如声程较大，或材质衰减系数超过上述范围，应考虑材质衰减修正。” 所以，x200mm即应为大厚度。 1）测定方法 工件完好区域、测量三处、取平均值。1632）衰减系数的计算公式 T3N，但 nT3N、 mT3N=（Bn-Bm）20lgn/m/2（mn）T式中： 衰减系数，dB/m（单程）；（Bn-Bm） n次和m次底波实测dB差；(扩散、衰减）20lgn/m n次和m次底波计算dB差；(扩散） T 工件检测厚度，mm； m、n 底波反射次数。 T3N =（B1-B2）-6/2T

58、式中：（B1-B2）衰减器的读数差，dBBn50%,记Bn dBBm50%,记BmdBxB150%,记B1 dBB250%,记B2 dBx1646.4.2 扫查 扫查方式： 全面扫查、局部扫查、分区扫查等。 注意双晶 直探头移动方向要与隔声层垂直。 扫查速度： VDf/n（D探头有效直径、f脉冲重复频率、n取3以上）手工扫查一般不大于150mm/s。 扫查间距: 覆盖率1020%一般要求不小于15%。 1656.4.3 缺陷的评定1）缺陷位置确定 平面位置： 移动探头找到缺陷最大反射波，缺陷位于探头 中心正下方。 埋藏深度： 扫描线比例为1:n时，深度xf=nf； 扫描线比例为n:1时，深度

59、xf=f/n； 1662）缺陷尺寸评定 回波高度法 a.缺陷回波高度法： 缺陷回波占荧光屏高度百分比表示,如80%等。 缺陷回波与标准反射体的分贝差表示， 如25dB。 b.底面回波高度法： 上、下面与入射声束垂直， 缺陷反射面小于入射声束界面时， 可用底面回波高度法。 167 B/BF法：灵敏度一定时，无缺陷底波高度与有缺陷底波 高度之比。 B/BF值越大，缺陷越大。 F/BF法：灵敏度一定时，缺陷回波高度与有缺陷底波 高度之比。 F/BF值越大，缺陷越大。 F/B 法：灵敏度一定时，缺陷回波高度与无缺陷底波 高度之比。 F/B值越大，缺陷越大。 优 点：不需要对比试块和复杂计算。 缺 点：

60、不能明确给出缺陷的尺寸。 未考虑缺陷深度，声束直径等的影响。168 当量法： 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。 适用于小于声束截面尺寸的缺陷。 试块比较法、当量计算法、AVG法。 a.试块比较法： 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。169b.当量计算法： 测量与大平底面的回波分贝差： 测量与平底孔回波的分贝差：170c.AVG法：（例3:2.5MHz, 14直探头，工件厚420 mm,210 mm处发现