脉冲反射法超声检测通用技术.ppt

1、第6章 脉冲反射法超声检测通用技术,UT-取证考试培训 中国 苏州 2012,张 志 超 福建省特种设备检验研究院 UT/RT/MT/PT-、GG,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、出具报告 9、仪器、探头系统的复核,目录,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

2、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6.3m，表面应清除杂物、松动氧化 皮、毛刺、油污等；,6.2 仪器与探头的选择,仪器的选择 仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。 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

3、、抗干扰能力好的仪器。,6.2 仪器与探头的选择,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 焊缝横波斜探头、纵波斜探头 钢板、铸件纵波直探头 钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚焦） 近表面缺陷双晶探头 表面缺陷表面波探头 螺栓端面检测及检测面较小小角度纵波斜探头,6.2 仪器与探头的选择,探头频率选择 标准： 0.510MHz，常用2.55MHz。 1、超声波检测灵敏度/2，对钢用2.55MHz，为：纵波2.361.18，横波1.290.65，则纵波检测缺陷最小值为：0.61.2mm，横波检测缺陷最小值为：0.30.6mm。 2、频率高，脉冲宽度小，分辨率高。 3、频率高，半扩散角

4、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。,6.2 仪器与探头的选择,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。 窄带探头：脉冲长，即脉冲宽度大，深度分辨率差，盲区大，灵敏度高，穿透力强。,6.2 仪器与探头的选择,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25mm。 1、晶片大，半扩散角小，指向性好，声束轴线附

5、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。,6.2 仪器与探头的选择,探头K值的选择 1、保证声束扫到整个检测断面，对不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

6、来表示耦合的好 坏，声强透过率高，表示声耦合好。 耦合剂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,6.3.3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,6.3.3影响声耦合的主要因素,耦合层厚度d 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。 即四分之一波长奇数倍时，声压透

7、射率最低，反射率最高。 d0,最好。,6.3.3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。 实际耦合剂声阻抗在1.52.5106公斤/米2，而钢声阻抗为45106公斤/米2。,6.3.3影响声耦合的主要因素,工件表面形状 平面工件耦合最好。 凸曲面次之，点或线接触、 凹曲面均耦合不好，中心不接触。 曲率半径越大，耦合效果越好。,6.4 纵波直探头检测技术,6.4.1 仪器调

8、整 时基线的调整，又叫扫描线比例调节，俗称定标。 实际是扫描速度和零偏调整两步，仪器自动校准，是两步并作一步走，手动校准可分步校准。 扫描速度调整的实质是声速校准。 声速校准正确的标志是：荧光屏上两次底波之间的距离等于板厚（扫描线比例11）或等于n分之一板厚（扫描线比例1n） 。如：板厚为50mm，一二次底波在荧光屏4格和9格（扫描线比例11）；板厚为100mm，一二次底波在荧光屏3格和5.5格（扫描线比例14）。 声速校准完成后，把一次底波在荧光屏板厚位置，或把二次底波在荧光屏2倍板厚位置，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深度。 先校声速，后调零偏。,

9、6.4.1 仪器调整,6.4.1 仪器调整,检测灵敏度调整 1）试块法 将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某基准波高，再根据工件厚度、要求、调节衰减器达到要求的灵敏度。 试块和工件材质不同，衰减不同的补偿。 试块和工件表面粗糙度不同的补偿。 试块反射体声程和工件检测灵敏度要求声程不同引起补偿（扩散、材质）。 试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体种类不同引起补偿。,6.4.1 仪器调整,2）工件底波法调整灵敏度 只要求出底波高与要求的检测灵敏度反射体之间回波高度差。 方便、不用试块 不考虑表面补偿 不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同） 大平底与平底孔的分贝差： 2.5P20Z探头，

10、400mm钢制大平底与同声程 2平底孔的分贝差：44dB。 调整,6.4.1 仪器调整,传输修正值的测定 1、试块与工件厚度相同时 试块上第一次回波B1调到基准波高时衰减器读数dB值V1 ，工件上第一次回波B1 读数dB值V2 ，则传输修正值dBV1V2(dB) dB为正，提高增益；dB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dB值，再按下式修正： 式中：X工工件声程（mm） X试试块声程（mm）,6.4.1 仪器调整,工件材质衰减系数测定： 1、衰减系数（T3N，且满足n3N/T，m=2n） 式中： 衰减系数，dB

11、/m（单程）； （Bn-Bm）-两次衰减器的读数之差，dB； T工件检测厚度，mm； N单直探头近场区长度，mm； m、n底波反射次数。 2、衰减系数（T3N） 材质衰减系数超过4dB/m，应考虑修正 。,6.4 纵波直探头检测技术,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 纵波直探头检测技术,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。,6

12、.4 纵波直探头检测技术,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。,6.4 纵波直探头检测技术,（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x3N的情况 。 缺点：需要大量的试块，携带不方便。,6.4 纵波直探头检测技术,2）缺陷当量评定法（适用于小

13、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 dB，则缺陷的当量尺寸d： dj、xj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。,6.4 纵波直探头检测技术,2）缺陷当量评定法 c）通用AVG曲线法：d=GD 例3:2.5P14Z直探头检测420mm钢工件，在210mm处发现一缺陷比工件底波低26dB，求当量尺寸。 查图：G=0.2 d=0.214=2.8mm,6

14、.4 纵波直探头检测技术,（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）。,6.4 纵波直探头检测技术,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，如GB11345和JB/T4730中区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度法。 c）端点峰值法 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

15、指示长度。,6.4 纵波直探头检测技术,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 工件轮廓波,耦合剂反射 幻象波 草状回波 侧壁干涉波 其它变型波,波型转换与反射折射定律,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。迟到的纵波声程特定X0.76d（d为板厚或棒直径）。L=70，S=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，出现变形横波，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： 以横波来校准仪器

16、（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：,2、61 反射,纵波入射角与横波反射角满足： +=90 在特定位置出现特定反射。 =90- sin=cos 对于钢 =61=29 61反射的声程：,2、61 反射,A处61反射的声程： (W试块上) B处反射的声程： C处反射的声程：,3、三角反射,底波，d。 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-L。,6.4.4 非缺陷回波的判别,4、探头杂波 5、工件轮廓回波 6、幻象波：重复频率过高时产生，现重复频率于深度范围同步调节，一般不会产生。,6.4.4

17、 非缺陷回波的判别,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。,6.4.4 非缺陷回波的判别,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。 1、轴线小缺陷无侧壁干扰条件： 对钢： 2、底面无侧壁干扰条件： 对钢：,6.5 横波斜探头检测技术,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。,6.5 横波斜探头检测技术,数字机在CSK-A试块上是声程11调节扫描比例

18、。 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。 声程校准的实质是声速校准。 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。如： 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。,6.5 横波斜探头检测技术,6.5 横波斜探头检测技术,先校声速，后调零偏。 声程校准，K值校准，则S、L、H正确；若声程

19、校准，K值不准，则S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。,6.5 横波斜探头检测技术,利用W2试块（牛角试块）调整声程11。 使B1、B2分别对准水平刻度25、100即可。 利用半圆试块调整声程11。 使B1、B2分别对准水平刻度0、100，然后调脉冲移位（水平旋钮）使B1对准水平刻度50即可。,6.5 横波斜探头检测技术,水平调节、深度调节: 适用于模拟机，要先知道K值。 声束走

20、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。,6.5 横波斜探头检测技术,距离波幅曲线制作和灵敏度调整：略。 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。 dBV1V2(dB) dB为正，提高增益； dB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。,6.5 横波斜探头检测技术,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。,6.5 横波斜探头检测技术,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。,6.5 横波斜探头检测技术,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。,6.5

21、 横波斜探头检测技术,6.5.2 扫查 按JB/T4730标准要求作前后、左右、环绕和转动扫查。,6.5 横波斜探头检测技术,6.5.3 缺陷的评定 横波平面工件的缺陷定位 1）按声程调节扫描速度 二次波深度：,6.5 横波斜探头检测技术,2）按水平调节扫描速度 二次波深度： 3）按深度调节扫描速度 二次波深度 :,6.5 横波斜探头检测技术,6.5.3 缺陷的评定 2. 横波周向探测 1）外园周向探测 比 大，H比d小。 2）内壁周向探测 比 小，h比d大。,6.5 横波斜探头检测技术,3）最大探测壁厚 K越小，Tm就越大； K越大，Tm就越小。 理论上对钢：=33.2 Tm/D=0.226

22、 K=1， Tm/D=0.146 r/R=0.707 要求80%,6.5 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,端部最大回波法 6dB法 横波端角反射法 横波串列式双探头法 端点衍射法,2）缺陷自身高度的测定,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1。 数字机直接读出：图6-30：h； 图6-31：h=h2-h1；,2）缺陷自身高度的测定,6dB法,2）缺陷自身高度的测定,横波端角反射法 回波高度与h/有关，2mm以内不是单调的。,2）缺陷自身高度的测定,横波串列式双探头法： 回波位置固定不动。 底面盲区,2）

23、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。H= W下- W上,6.5 横波斜探头检测技术,6.5.3 缺陷的评定 4. 非缺陷回波测定 1）工件轮廓回波 2）端角反射波 3）探头杂波 4）表面波 5）草状回波 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：s,6.5 横波斜探头检测技术,“山”形波:,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 探头：主声束偏向，探头波束双峰，斜探头斜楔磨损使K值变化，探头晶片发射、接收声波指向性 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 操作人员影响：调仪器扫描线比例不准，测探头入射值、K值不准，定位方法不当等,6.6 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