超声波检测专题知识

超声波检测专题知识超声波检测专题知识第1页

振动在弹性介质内传输称为波动,简称波。频率在16~2×104Hz之间,能为人耳所闻机械波,称为声波;低于16Hz机械波,称为次声波;高于2×104Hz机械波,称为超声波。如图10-1。当超声波由一个介质入射到另一个介质时,因为在两种介质中传输速度不一样,在介质面上会产生反射、折射和波形转换等现象。

第一节超声波检测物理基础超声波检测专题知识第2页超声波检测专题知识第3页

一、超声波波形及其转换

因为声源在介质中施力方向与波在介质中传输方向不一样,声波波型也不一样。通常有:①纵波——质点振动方向与波传输方向一致波;②横波——质点振动方向垂直于传输方向波;③表面波——质点振动介于横波与纵波之间，沿着表面传输波。横波只能在固体中传输，纵波能在固体、液体和气体中传输,表面波随深度增加衰减很快。为了测量各种状态下物理量,应多采取纵波。纵波、横涉及其表面波传输速度取决于介质弹性常数及介质密度,气体中声速为344m/s,液体中声速在900~1900m/s。超声波检测专题知识第4页

当纵波以某一角度入射到第二介质（固体）界面上时,除有纵波反射、折射外,还发生横波反射和折射,在某种情况下,还能产生表面波。

二、超声波反射和折射

声波从一个介质传输到另一个介质,在两个介质分界面上一个别声波被反射，另一个别透射过界面,在另一个介质内部继续传输。这么两种情况称之为声波反射和折射,如图10-2所表示。超声波检测专题知识第5页超声波检测专题知识第6页

由物理学知,当波在界面上产生反射时,入射角α正弦与反射角α′正弦之比等于波速之比。当波在界面处产生折射时,入射角α正弦与折射角正弦之比,等于入射波在第一介质中波速C1与折射波在第二介质中波速C2之比,即

三、超声波衰减

声波在介质中传输时,伴随传输距离增加,能量逐步衰减,其衰减程度与声波扩散、散射及吸收等原因相关。其声压和声强衰减规律为

Px=P0e-αx

（10-2）

Ix=I0e-2αx

（10-3）超声波检测专题知识第7页式中:Px、Ix——距声源x处声压和声强;x——声波与声源间距离;α——衰减系数,单位为Np/m（奈培/米）。声波在介质中传输时,能量衰减决定于声波扩散、散射和吸收,在理想介质中,声波衰减仅来自于声波扩散,即随声波传输距离增加而引发声能减弱。散射衰减是固体介质中颗粒界面或流体介质中悬浮粒子使声波散射。吸收衰减是由介质导热性、粘滞性及弹性滞后造成,介质吸收声能并转换为热能。超声波检测专题知识第8页

超声波探伤设备普通由超声波探伤仪、探头和试块组成。

第二节超声波检测设备超声波检测专题知识第9页

超声波探头又称压电超声换能器，是实现电-声能量相互转换能量转换器件。一、探头种类因为工件形状和材质、探伤目标及探伤条件等不一样，因而将使用各种不一样形式探头。在焊缝探伤中常见探头有以下几个：1．直探头声束重直于被探工件表面入射探头称为直探头。它可发射和接收纵波。由压电元件、吸收块、保护膜和壳体等组成。

超声波检测专题知识第10页2．斜探头利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工件探头称为斜探头。它可发射和接收横波。它由探头蕊、斜楔块和壳体等个别组成。K=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。3．水浸聚焦探头它是一个由超声探头和声透镜组合而成探头。4．双晶探头双晶探头又称分割式TR探头，主要用探测近表面缺点和薄工件测厚。

超声波检测专题知识第11页二、探头主要参数焊缝超声波探伤常使用斜探头。斜探头主要性能以下：1．折射角γ(或探头K值)γ或K值大小决定了声束入射工作方向和声波传输路径，是为缺点定位计算提供一个有用数据。

2．前沿长度声束入射点至探头前端面距离称前沿长度，又称靠近长度。它反应了探头对有余高焊缝可接近程度。

能力知识点1超声波探头超声波检测专题知识第12页

3．声轴偏离角探头主声速轴线与晶片中心法线之间夹角称为声速轴线偏向角。三、探头型号探头型号由五个别组成，用一组数字和字母表示，其排列次序以下：（1）基础频率单位为MHz。（2）晶片材料常见晶片材料（压电材料）及其代号见表。超声波检测专题知识第13页（3）晶片尺寸圆形晶片为晶片直径；方形晶片为晶片长度×宽度；分割探头晶片为分割前尺寸。（4）探头种类用汉语拼音缩写字母表示，直探头也能够不标出，主要种类见表所表示。（5）探头特征斜探头为其K值或γ，单位为°。超声波检测专题知识第14页

超声波探伤仪是探伤主体设备，主要功效是产生超声频率电振荡，并以此来激励探头发射超声波。同时，它又将探头接收到回波电信号给予放大、处理，并经过一定方式显示出来。一、超声波探伤仪分类

1．按超声波连续性可将探伤仪分为脉冲波、连续波和调频波探伤仪三种。

2．按缺点显示方式，可将探伤仪分为A型显示（缺点波幅显示）、B型显示（缺点俯视图像显示）、C型显示（缺点侧视图像显示）和３D型显示（缺点三维图像显示）超声波探伤仪等。超声波检测专题知识第15页

3．按超声波通道数目又可将探伤仪分为单通道和多通道超声波探伤仪两种。前者是由一个或一对探头单独工作；后者是由多个或多对探头交替工作，而每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用于自动化探伤。二、A型脉冲反射式超声波探伤仪1．工作原理接通电源后，同时电路产生触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路。扫描电路受触发后开始工作，产生锯齿波电压加至示波管水平（x轴）偏转板上，使电子束发生水平偏转，从而在示波屏上产生一条水平扫描线（又称时间基线）。超声波检测专题知识第16页超声波检测专题知识第17页能力知识点2超声波探伤仪

与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲加至探头，激励压电晶片振动而产生超声波，再经过探测表面耦合剂将超声波导入工件。超声波在工件中传输碰到缺点或底面时会发生反射，回波被同一探头或接收探头所接收并被转变为电信号，经接收电路放大和检波后加至示波管垂直（y轴）偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线相应位置上产生始波（表面反射波）、缺点波F、底波B。超声波检测专题知识第18页能力知识点2超声波探伤仪2．探伤仪主要性能仪器性能将直接影响探伤结果正确，为此规定了探伤仪各项性能。（1）水平线性（2）垂直线性（3）动态范围

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试块是按一定用途设计制作含有简单几何形状人工反射体试件。1、试块分类依据使用目标和要求不一样，通常将试块分成以下两大类：标准试块和对比试块。

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CSK-ⅠBRB-2

牛角试块RB-1超声波检测专题知识第21页本课小结

1.超声波探伤设备探头、超声波探伤仪、试块。

2.超声波探伤仪工作原理探伤仪主要性能超声波检测专题知识第22页第三节超声波检测工艺

按探头与工件接触方式分类，可将超声波探伤分为直接接触法和液浸法两种。超声波检测专题知识第23页

使探头直接接触工件进行探伤方法称之为直接接触法。使用直接接触法应在探头和被探工件表面涂有一层耦合剂作为传声介质。常见耦合剂有机油、甘油、化学浆糊、水及水玻璃等。焊缝探伤多采取化学浆糊和甘油。

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垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波探伤两种基础方法。

1、垂直入射法垂直入射法（简称垂直法）是采取直探头将声束垂直入射工件探伤面进行探伤。因为该法是利用纵波进行探伤，故又称纵波法。

垂直法探伤能发觉与探伤面平行或近于平行缺点，适合用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单工件。

超声波检测专题知识第25页垂直法探伤图超声波检测专题知识第26页2、斜角探伤法斜角探伤法（简称斜射法）是采取斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行探伤。因为它是利用横波进行探伤，故又称横波法。斜角探伤法能发觉与探测表面成角度缺点，常见于焊缝、环状锻件、管材检验。直射法：在0.5跨距声程以内，超声波不经底面反射而直接对准缺点探伤方法，又称一次波法。一次反射法：超声波只在底面反射一次而对准缺点探伤方法，又称二次波法。超声波检测专题知识第27页

斜角法探伤超声波检测专题知识第28页

液浸法是将工件和探头头部浸在耦合液体中,探头不接触工件探伤方法。依据工件和探头浸没方式,分有全没液浸法、局部液浸法和喷流式局部液浸法等。液浸法当用水作耦合介质时,称作水浸法。水浸法探伤时,探头常采取聚焦探头,既是最常见水浸聚焦超声波探伤。

超声波检测专题知识第29页能力知识点2液浸法

液浸法探伤因为探头与工件不直接接触，所以它含有探头不易磨损，且声波发射和接收比较稳定等优点。其主要缺点是，它需要一些辅助设备，如液槽、探头桥架、探头操纵器等。超声波检测专题知识第30页

超声波探伤普通包含探伤前准备、实时探伤操作、缺点评定、检验结果分级、统计与汇报等过程。焊缝超声波探伤是经过探伤仪示波屏上反射回波位置、高度、波形静态和动态特征来显示被探焊件质量优劣.采取超声波探伤法对焊缝探伤时,应依据焊件材质、结构、焊接方法、使用条件、载荷等,确定不一样探伤方案。第四节超声波检测缺点判断超声波检测专题知识第31页一.焊缝超声波探伤由探伤准备和现场探伤两个别组成.1.编写委托检验书2.确定参加检验人员3.检验员探伤前准备4.现场粗探伤5.现场精探伤6.评定焊接缺点超声波检测专题知识第32页二、检验等级确实定普通依据对焊缝探测方向多少，把超声波探伤划分为A、B、C三个等级：

A级——检验完整程度最低，难度系数最小。适合用于普通钢结构检验。

B级——检验完整程度普通，难度系数较大。适用于压力容器检验。

C级——检验完整程度最高，难度系数最大。适用于核容器及管道检验。

超声波检测专题知识第33页三、探伤面及探伤方法选择

1．探伤面选择与准备

2．探伤方法选择四、耦合剂选取接触法探伤常选取甘油、机油、化学浆糊等有一定粘度耦合剂，有时也采取水作耦合剂。对于钢材等易锈材料，常采取机油、变压器油等。五、探头选择

1．探头形式选择应尽可能使声束轴线与缺点反射面相垂直。超声波检测专题知识第34页

2．晶片尺寸选择

3．频率选择

4.探头角度或K值选择焊缝探伤中，薄工件宜采取大探头K值，以拉开跨距，提升分辨力和定位精度。大厚度工件宜采用小K值探头，以减小整修面宽度，有利于缩短声程，减小衰减损失，提升探伤灵敏度。六、探伤仪调整仪器调整有两项主要内容，一是探伤范围和扫描速度调整；二是灵敏度调整。

超声波检测专题知识第35页

（一）探伤范围和扫描速度调整

1．探伤范围调整

2．扫描速度调整（1）深度1:1调整法（2）水平1:1调整法（二）探伤灵敏度选择及其调整

1．探伤灵敏度选定

2．距离-波幅曲线制作

3．探伤灵敏度调整超声波检测专题知识第36页1．探伤条件选择

2．检验区域宽度确实定

3．探头移动区确实定

4．单探头扫查方式（1）锯齿形扫查（2）基础扫查（3）平行扫查（4）斜平行扫查

超声波检测专题知识第37页5.双探头扫查方式（1）串列扫查（2）交叉扫查（3）V形扫查

串列式扫查

超声波检测专题知识第38页能力知识点3缺点评定一、缺点位置测定测定缺点在工件或焊接接头中位置称之为缺陷定位。缺点定位必须处理缺点在探伤面上投影位置（X、Y方向数值）。1．垂直入射法时缺点定位缺点定位只需测定沿工件Z轴坐标，即缺点在工件中深度即可。2．斜角探伤时缺点定位（1）水平调整法定位（2）深度调整法定位

超声波检测专题知识第39页能力知识点3缺点评定二、缺点大小测定测定工件或焊接接头中缺点大小和数量称为缺点定