无损检测第四次课

第二章超声波检测技术超声波检测技术2.1超声波的物理本质

2.2超声波的分类2.3超声场的特征2.4超声场在介质中的传播特性2.5规则反射体的回波声压2.6超声检测仪、探头及试块2.7超声波检测方法和通用检测技术2.8超声检测技术的应用2.7超声波检测方法和通用检测技术一、超声波检测方法的分类按波的类型可分为：脉冲波法和连续波法；按探伤方法原理可分为：脉冲反射法、穿透法和共振法；按显示方式可分为：A型显示、B型显示和C型显示；按波形可分为：纵波法、横波法、表面波法、板波法；按探头接触方式可分：为直接接触法和液浸法；按探头个数可分为：单探头法、双探头法和多探头法；按入射角度可分为：有直射声束法和斜射声束法。2.7.1超声波检测方法2.7.1超声波检测方法二、按照检测原理分1.脉冲反射法(a)无缺陷；(b)小缺陷；(c)大缺陷

（1）缺陷回波法：根据超声波检测仪显示屏上缺陷的反射回波情况来判断缺陷有关信息的方法，是反射法的基本方法。2.7.1超声波检测方法（2）底波法：当工件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的；但如果工件内存在缺陷，则底面回波高度会下降甚至消失，依据底面回波高度的变化就可判断工件内的缺陷情况，这种检测方法称为底波高度法。2.7.1超声波检测方法（3）多次底波法：当透入工件的超声波能量较大，而工件厚度较小时，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上则出现多次底波。2.7.1超声波检测方法2.7.1超声波检测方法（4）脉冲反射法的优点：①检测灵敏度高，能发现较小的缺陷；②检测精度较高；③适用范围广；④操作简单方便。（5）脉冲反射法的缺点：①单探头检测，易出现盲区；②由于探头的近场效应，不适用于薄壁件和近表面缺陷的检测；③缺陷波的大小与被检缺陷的取向关系密切，易漏检；④因声波往返传播，故不适用于衰减大的材料。2、穿透法

穿透法是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直射声束穿透法(a)无缺陷；(b)有缺陷

2.7.1超声波检测方法穿透法直观图2.7.1超声波检测方法2.7.1超声波检测方法透射法检测的优点：①在试件中声波单向传播，适合检测高衰减的材料；②对发射和接收探头的相对位置要求严格，须专门的探头支架。特别适用于单一产品大批量加工过程中的自动化检测；③检测时几乎不存在盲区。

透射法检测的缺点：①一对探头单发单收，只能判断缺陷的大小和有无，不能确定缺陷的方位；②当缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低。3、共振法应用共振现象对试件进行检测的方法叫共振法。当试件的厚度为声波半波长的整数倍时，发生共振。在测得超声波的频率和共振次数后，可计算试件的厚度：2.7.1超声波检测方法超声波测厚超声波测厚一、测厚仪的工作过程超声波测厚二、超声波测厚方式共振式测厚仪——利用波速、频率与厚度关系测厚。精度高（0.1mm），工件上下表面须平整光洁，不能直接读数。脉冲反射式测厚仪——利用波速与厚度关系测厚。精度高（0.01mm），可直接读数，应用广泛。拉姆波测厚仪——利用频率、入射角与厚度关系测厚。适用于小直径薄壁管，应用较少。

超声波测厚1、共振式测厚仪共振式——超声波垂直入射到平板工件底面产生全反射。当工件厚度为λ/2的整数倍时，反射波与入射波互相叠加形成驻波，产生共振。

超声波测厚2、脉冲反射式测厚仪脉冲反射式——测量超声波在工件上下底面之间往返一次传播的时间来求得工件的厚度。2.7.1超声波检测方法三、按波形分类1.纵波法使用直探头发射纵波，进行探伤的方法，称为纵波法。纵波法可以分为垂直入射纵波法和小角度入射纵波；纵波法还可分为单晶探头反射法和双晶探头反射法和穿透法。2.7.1超声波检测方法2、横波法

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。由于透入试件的横波束与探测面成锐角，所以又称斜射法。2.7.1超声波检测方法TTTFB’a.无缺陷

b.有缺陷c.端角波3、表面波法使用表面波进行工件检测的方法，称为表面波法。2.7.1超声波检测方法bacTabc4、板波法使用板波进行工件检测的方法，称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状简单的试件探伤，板波充塞于整个试件，可以发现内部的和表面的缺陷。但是检出灵敏度除取决于仪器工作条件外，还取决于波的形式。2.7.1超声波检测方法四、按照使用探头的数目分类1、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。单探头法操作方便，大多数缺陷可以检出，是目前最常用的一种方法。2.7.1超声波检测方法2、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法难以检缝的缺陷。双探头又可根据两个探头排列方式和工作方式进一步分为并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。并列式交叉式V形式K形式串列式2.7.1超声波检测方法3、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。2.7.1超声波检测方法2.7.1超声波检测方法五、按探头接触方式分类1、直接接触法在检测时，探头与工件之间仅涂有很薄的一层耦合剂层，因此可以看作两者直接接触，这种探伤方法称为直接接触法。2、液浸法在检测时，探头与工件之间充满一定厚度的液体介质耦合剂，超声波先通过液体介质后再进入工件，这种探伤方法称为液浸法；耦合剂可以是水，也可以是油。当以水为耦合剂时，称为水浸法；液浸法按探伤方式不同又分为全浸没式和局部浸没式。2.7.1超声波检测方法(1)全浸没式：被检试件全部浸没于液体之中，适用于体积不大，形状复杂的试件探伤，如图所示。(2)局部浸没式：把被检试件的一部分浸没在水中或被检试件与探头之间保持一定的水层而进行探伤的方法，使用于大体积试件的探伤。2.7.1超声波检测方法液浸法：a全浸没式b喷液式c通水式d满溢式2.7.1超声波检测方法2.7.2仪器与探头的选择一、检测仪的选择①定位要求高，选择水平线性误差小。②定量要求高，选择垂直线性误差小、衰减精度高。③大型零件，选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大。④为有效发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，选择盲区小、分辨力好。⑤室外检测，选择重量轻、荧光屏亮度好、抗干扰能力强的便携式仪。2.7.2仪器与探头的选择二、探头的选择探头型式----根据工件的形状，缺陷部位、方向，使声束轴线尽量与缺陷垂直。①纵波直探头，用于平行探测面的缺陷（钢板中夹层）。②横波斜探头，用于与探测面垂直或成一定角度的缺陷（如未焊透、夹渣）。③表面波探头，用于工件表面缺陷（如疲劳裂纹）。④双晶探头，用于工件近表面缺陷。⑤聚焦探头，用于水浸探测管材或板材2.7.2仪器与探头的选择二、探头的选择探头频率----范围为0.5MHz~10MHz。随着频率增加，灵敏度和分辨力高、声束能量集中，利于检测；但高频使近场区长度和衰减大，不利检测。①一般工件。选用较低频率。②锻件、轧制件和焊接件选高频。2.5MHz~5.0MHz。③铸件、奥氏体钢选较低频率。0.5MHz~2.5MHz。2.7.2仪器与探头的选择二、探头的选择晶片尺寸----一般为φ10mm~30mm。随着尺寸增加，声束能量集中，远距离缺陷检出能力增加，近距离扫描范围大，利于检测；但会使近场区长度大，不利检测。①面积范围大的工件。选用大晶片。②厚度较大的工件。选用大晶片。③小型工件。选用小晶片。④表面不平整、曲率较大的工件。选用小晶片。2.7.3耦合一、耦合超声波在探测面上的声强透射率。声强透射率越高，超声耦合越好。偶合剂能够提高耦合效果。二、耦合剂探头与工件表面之间施加的一层透声介质。偶合剂作用在于排除空气、减少摩擦。2.7.3耦合三、耦合剂的种类液体耦合剂----水、甘油、水玻璃、机油。液体耦合剂要具备如下性能：①足够浸润性。容易附着试件表面。②声阻抗与工件接近。超声尽量多地进入试件。③声阻抗高。透声性能好。④无害、价格低廉。2.7.3耦合三、耦合剂的种类干压耦合剂----软橡胶、塑料垫。干压耦合的局限性：①扫描速度低。一般为6cm/s~10cm/s。②某些薄材料不能承受探头压力。③不耐用。需定期整修。④灵敏度不均匀。2.7.3耦合四、影响声耦合的主要因素①耦合层厚度----λ/4透声差，λ/2透声好。②表面粗糙度----粗糙度高，透声差。③声阻抗----声阻抗大，透声好。④工件表面形状----平面透声最好，凸曲面次之，凹曲线最差。一、大型锻件超声检测锻件的种类和规格很多，常见的类型有：饼盘件、环形件、轴类件和筒形件等。2.8.1典型构件的超声检测技术锻件中的常见缺陷可由超声波检测发现的锻件中的缺陷主要来源于两个方面：1）、材料锻造过程中形成的缩孔、疏松、夹杂及偏析等；2）、热处理中产生的白点、裂纹和晶粒粗大等。

2.8.1典型构件的超声检测技术锻件超声检测的特点：探头形式：单直探头、双晶直探头晶片尺寸：φ14-φ30频率：1.0—5.0MHz耦合方式：直接接触法耦合剂：机油、浆糊、甘油等表面状态：不低于6.3μm对比试块：平底孔试块

2.8.1典型构件的超声检测技术轴类锻件2.8.1典型构件的超声检测技术饼形锻件缺陷特点：与轴线垂直直探头轴向探测为主，直探头径向探测为辅2.8.1典型构件的超声检测技术筒类锻件缺陷特点：缺陷沿圆周方向和轴线方向延伸2.8.1典型构件的超声检测技术二、铸件缺陷的检测检测时一般选用较低的超声频率，如0.5～2MHz，因此检测灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检测要求较低，只能检测出面积较大的缺陷。缺陷类型往往以体积型缺陷为主，常有多种形状和性质的缺陷混在一起，且以铸件中心、冒口和浇口附近较多，常见的缺陷有：缩孔、疏松、夹渣、夹砂、气孔和铸造裂纹等。

2.8.1典型构件的超声检测技术三、各类构件焊缝的检测

焊缝探伤一般采用斜射横波接触法，在焊缝两侧进行扫查。探头频率通常为2.5～5.0MHz。发现缺陷后，即可采用三角法对其进行定位计算。仪器灵敏度的调整和探头性能测试应在相应的标准试块或自制试块上进行。

2.8.1典型构件的超声检测技术对接焊缝的斜探头检测左侧右侧探测面：分为上、下面；探测区：分为左、右侧；探头所在位向分为：1、2、3、4四种位置。12342.8.1典型构件的超声检测技术针对不同缺陷的组合探测检测母材层状撕裂

及坡口未熔合直探头利用一次反射法检测焊缝内部缺陷斜探头T型接头的检测2.8.1典型构件的超声检测技术2.8.2超声波测强一、超声回弹综合法2.8.2超声波测强

根据实测声速值和回弹值综合推定混凝土强度的方法。采用带波形显示器的低频超声波检测仪，并配置频率为50~100kHz的换能器，测量混凝土中的超声波声速值。一、超声回弹综合法二、现场测试——测试顺序2.8.2超声波测强结构或构件的每一测区，先进行回弹测试，后进行超声测试（如先进行超声波测量，则在测试面上涂抹的黄油会影响到回弹测试）。非同一测区内的回弹值及超声声速值，在计算混凝土强度换算值时不能混用。二、现场测试——回弹值测量2.8.2超声波测强同一回弹测区在结构的两相对测试面对称布置，每一面的测区内布置8个回弹测点，两面共16个测点。计算测区平均回弹值，应从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，余下的10个回弹值应按下式计算：测区平均回弹值，精确至0.1二、现场测试——声速值测量2.8.2超声波测强超声测距：对测面垂直距离。超声测距：2.8.2超声波测强超声测距：换能器之间距离。2.8.2超声波测强三、数据处理——声速值计算2.8.2超声波测强波速计算：v=l/tm

tm=(t1+t2+t3)/3

v——测区声速值，km/s；l——超声测距，mm；tm——测区平均声时值，μs；t1、t2、t3——分别为测区中3个测点的声时值。三、数据处理——声速值计算2.8.2超声波测强波速值修正：当在混凝土浇灌的顶面与底面测试时，测区声速值应进行修正。va=β·vva——修正后的测区声时值，km/s；β——超声测试面修正系数。在混凝土浇灌顶面及底面测试时，β=1.034；在混凝土侧面测试时，β=1。2.8.2超声波测强四、混凝土强度的推定粗骨料为卵石时2.粗骨料为碎石时2.8.3超声波的其它应用一、超声波物