超聲波探傷培訓(xùn)教材

1、超聲波探傷1 序言 1.1 超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展簡史 盡管自古就對(duì)聲學(xué)開展了研究，但是直到十九世紀(jì)中后期人類才知道存在自己聽不到的高頻聲音（即超聲波） 。有趣的是，超聲波的具體應(yīng)用與 1912 年泰坦尼克號(hào)郵輪的沉沒這一著名海難直接相關(guān)，當(dāng)時(shí)所提出的及時(shí)發(fā)現(xiàn)水下冰山和障礙物的要求刺激了超聲波的應(yīng)用，其中英國科學(xué)家提出的利用超聲波的束射性可以發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離水下目標(biāo)的思想雖然未能付諸實(shí)施，但是直接推動(dòng)了超聲檢測的研究和應(yīng)用。一次世界大戰(zhàn)后期，為了探測另一類更為危險(xiǎn)的水下障礙物潛水艇，超聲波技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用再一次得到了有力推動(dòng)，當(dāng)時(shí)所發(fā)展的壓電超聲發(fā)生裝置和石英晶體換能器等一直是超聲檢測的技術(shù)基礎(chǔ)。 超聲

2、波應(yīng)用于材料的無損檢測領(lǐng)域起源于二十世紀(jì)二十年代末三十年代初，蘇聯(lián)和德國的科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)報(bào)導(dǎo)了超聲波在材料檢測方面的應(yīng)用，從此開創(chuàng)了一個(gè)全新的領(lǐng)域。二十世紀(jì)四十年代的整個(gè)十年都是在二次世界大戰(zhàn)中度過的，戰(zhàn)爭對(duì)于技術(shù)發(fā)展的迫切要求再次成為超聲檢測技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)力。探測潛艇的超聲波聲納得以廣泛應(yīng)用，但是其回波檢測的思想對(duì)于短距離材料檢測而言實(shí)在是超越了當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)水平，因此只能采用連續(xù)波透射法，這種探傷方法有很大的局限性，僅限于一些專業(yè)學(xué)院作研究用途或裝置在少數(shù)幾個(gè)冶金研究室內(nèi)。 戰(zhàn)爭以后，隨著對(duì)超聲波探傷原理和特性的不斷深入了解，特別是脈沖反射法的應(yīng)用、縱波、橫波、板波和表面波相繼發(fā)現(xiàn)并成功應(yīng)

3、用，超聲波在無損檢測方面優(yōu)點(diǎn)也得以充分體現(xiàn)，因此在二十世紀(jì)四十年代末超聲波探傷開始被用于解決一些嚴(yán)格的質(zhì)量問題，并在冶金制造業(yè)得到了越來越廣的應(yīng)用。二十世紀(jì)六七十年代，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的進(jìn)步，超聲波探傷儀器和裝備不斷小型化，并出現(xiàn)了由電池供電的便攜式超聲波探傷儀器，同時(shí)新材料技術(shù)的發(fā)展也使新型的性能更為優(yōu)越的壓電材料得以廣泛應(yīng)用，相關(guān)的探傷方法、探傷標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)等也趨于成熟，因此超聲波探傷在對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)格要求的航空航天、原子能工業(yè)、石油化工業(yè)、鍋爐和壓力容器行業(yè)、冶金制造業(yè)以及建筑業(yè)等得到了全面應(yīng)用，成為最為重要和廣泛應(yīng)用的無損檢測方法。 1.2 超聲波檢測在厚板制造領(lǐng)域的應(yīng)用

4、厚板超聲波探傷是厚板質(zhì)量檢查的重要手段，五礦營鋼寬厚板廠在剪切線入口、特厚板區(qū)域均設(shè)有超聲波探傷工序。 尤其是剪切線入口處從德國ndt公司引進(jìn)的在線自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備，代表了現(xiàn)代中厚板超聲波探傷的先進(jìn)技術(shù)水平。 厚板的超聲波探傷一般采用縱波脈沖反射法，其中厚度為 550mm 的中厚板通常采用雙晶直探頭和水膜耦合法探傷，以減少表面盲區(qū)并提高檢測靈敏度，而厚度在 50mm 以上的厚板則采用單晶直探頭和直接接觸耦合法。對(duì)于表面狀況不佳的特厚板甚至需要采用透射法來進(jìn)行有效檢測。 另外對(duì)于一些要求非常高的鋼板，有時(shí)也需要利用斜探頭橫波檢測鋼板的表面裂縫類缺陷。同時(shí)超聲波還可用于鋼板厚度的精確測量，利用手

5、提式超聲波測厚儀可以對(duì)修磨后的鋼板剩余厚度進(jìn)行快速準(zhǔn)確測量。 對(duì)于更薄的鋼板，通常采用板波檢測的方法。 2 超聲波探傷的基本原理 用超聲波對(duì)金屬進(jìn)行探傷時(shí)，必須首先對(duì)超聲波用于金屬探傷的原理有所了解，也就是說，從金屬探傷這一角度出發(fā)，應(yīng)對(duì)金屬中超聲波的產(chǎn)生、超聲波在金屬中的傳布以及超聲波在金屬中與缺陷的相互作用有所了解。 2.1 超聲波的基本概念 2.1.1 什么是超聲波 （1）超聲波是聲波的一種，是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播而形成的波動(dòng)，通常以其波動(dòng)頻率 f 和人的可聞?lì)l率加以區(qū)分超聲波與其它聲波種類： 次 聲 波 f103mhz 人耳不可聞 超聲波探傷用的頻率為 0.25mhz15mhz，金

6、屬材料超聲波探傷常用頻率為0.5mhz10mhz，其波長約10mm0.5mm。 由于超聲波頻率比可聞聲波高得多，因此其波長短，加上它在固體中傳播時(shí)傳遞能量較大，這樣使得超聲波傳播時(shí)具有某些與光波類似的特性，為此也常常借用光學(xué)原理來研究和解釋超聲波的物理現(xiàn)象。 （2）超聲波具有以下幾個(gè)特性。 (1) 束射特性 超聲波波長短，聲束指向性好，可以使超聲能量向一定方向集中輻射。 (2) 反射特性 超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到異質(zhì)界面會(huì)產(chǎn)生反射、透射或折射，而反射特性正是脈沖反射法的探傷基礎(chǔ)。 (3) 傳播特性 超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移小、振速高，因此其聲壓聲強(qiáng)均比可聞聲波大，傳播距離遠(yuǎn)

7、，可檢測范圍大。 (4) 波型轉(zhuǎn)換特性 超聲波在兩個(gè)聲速不同的異質(zhì)界面上容易實(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換，從而為各種波型（縱波、橫波、板波、表面波）探傷提供了方便。 人們正是利用了超聲波的這些特性，發(fā)展了超聲波探傷技術(shù)。 2.1.2 超聲波的波型 (1) 縱波 l 當(dāng)彈性介質(zhì)受到交替變化的拉伸、壓縮應(yīng)力作用時(shí)，受力質(zhì)點(diǎn)間距就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生交替的疏密變形，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波動(dòng)傳播方向相同，這種波型稱為縱波，也可叫做“壓縮波”或“疏密波” ，用符號(hào)l表示。圖6-1 就是縱波波型示意圖。凡是能發(fā)生拉伸或壓縮變形的介質(zhì)都能夠傳播縱波。固體能夠產(chǎn)生拉伸和壓縮變形，所以縱波能夠在固體中傳播。液體和氣體在壓力作用下能產(chǎn)生相應(yīng)

8、的體積變化，因此縱波也能在液體和氣體中傳播。 (2) 橫波 s 當(dāng)固體彈性介質(zhì)受到交變的剪切應(yīng)力作用時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的橫向振動(dòng)，介質(zhì)發(fā)生剪切變形；此時(shí)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波動(dòng)的傳播方向垂直，這種波型稱為橫波，也可叫做剪切波，用符號(hào)s表示。圖6-2 為橫波波型示意圖。 在橫波傳播過程中，介質(zhì)的層與層之間發(fā)生相應(yīng)的位移，即剪切變形；因此能傳播橫波的介質(zhì)應(yīng)是能產(chǎn)生剪切彈性變形的介質(zhì)。自然界中，只有固體彈性介質(zhì)具有剪切彈性力，而液體和氣體介質(zhì)各相鄰層間可以自由滑動(dòng)，不具有剪切彈性力（即剪切彈性模量g=0） ，所以橫波只能在固體中傳播，氣體和液體中不能傳播橫波和具有橫向振動(dòng)分量的其他波型。 (3)

9、表面波 當(dāng)固體介質(zhì)表面受到交替變化的表面張力作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)作相應(yīng)的縱橫向復(fù)合振動(dòng)；此時(shí)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)所引起的波動(dòng)傳播只在固體介質(zhì)表面進(jìn)行，故稱表面波。表面波是橫波的一個(gè)特例。 (4) 板波 板波又稱蘭姆波，它是板厚與波長相當(dāng)?shù)膹椥员“鍫罟腆w中傳播的聲波。在板波傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)遍及整個(gè)板厚，板波沿著板的兩個(gè)表面和中部傳播，按板中振動(dòng)波節(jié)的型式可分為對(duì)稱型（s 型）和非對(duì)稱型（a 型）兩種。實(shí)際探傷中，板波主要用于探測薄板如薄壁管內(nèi)的分層、裂紋等缺陷，以及檢測復(fù)合材料的結(jié)合狀況等。 2.1.3 波速與波長 在超聲波探傷中，聲速是缺陷定位的基礎(chǔ)。波動(dòng)在單位時(shí)間內(nèi)的傳播距離就是波動(dòng)傳播的速度，聲學(xué)中又可

10、將波速叫做聲速。從波動(dòng)的定義可知：相位相同的相鄰振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)之間的距離稱為波長，用字母 表示；質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近來回振動(dòng)一次，超聲波就向前傳播了f 的距離（f表示頻率） ，該距離就是每秒鐘傳播的距離，也就是波速（聲速） ，用符號(hào)c表示。 上述定義表明，聲速： c =f 或 = c/f （6-1） 影響超聲波聲速的主要因素是波型、傳播介質(zhì)的彈性性能、工件的尺寸和溫度等，而與頻率無關(guān)。但是對(duì)于蘭姆波的波速并非常數(shù)，是傳布模式的函數(shù)；且與頻率有關(guān)。 2.1.4 聲壓及分貝的概念 (1)、聲壓 聲壓是聲波傳播過程中介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交變振動(dòng)的某一瞬時(shí)所受的附加壓強(qiáng)，用符號(hào) p 表示。聲壓的單位是帕斯卡（pa） 。

11、其表達(dá)式為： p =c v （6-2） 式中： 介質(zhì)密度 v介質(zhì)振速 c介質(zhì)聲速 聲壓與a型脈沖反射式探傷儀示波屏上的回波高度存在線性關(guān)系。 (2)、聲強(qiáng)級(jí)和分貝 聲強(qiáng)級(jí)即聲強(qiáng)的等級(jí)，用來衡量聲強(qiáng)的大小等級(jí)，如噪聲聲強(qiáng)級(jí)，聲響度級(jí)，超聲聲強(qiáng)級(jí)等。一般來說，人耳可聞的最弱聲強(qiáng)為 i0=10-16w/cm2、，稱為標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)，而人耳可忍受的最大聲強(qiáng)可達(dá)10-4w/cm2，兩者相差1012倍，因此常用對(duì)數(shù)來表示聲強(qiáng)級(jí)： 聲強(qiáng)級(jí)的單位為貝爾（bel） ，因此貝爾的單位比較大，工程上應(yīng)用時(shí)將其縮小10 倍后以分貝為單位，用符號(hào)db表示。 如果采用聲壓級(jí)表示，則聲壓級(jí)lp為： 如果超聲波探傷儀具有較好的線性

12、，則兩個(gè)回波的聲壓級(jí)為： 2.2 超聲波的產(chǎn)生 2.2.1 超聲波的獲得 超聲波的獲得是利用某些物質(zhì)特定的物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。自然界中，在一定條件下，可以把一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。因此，原則上凡是能將其他形式能量轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)方式的能量都可以用來發(fā)生超聲波，例如利用機(jī)械沖擊和摩擦產(chǎn)生超聲波的機(jī)械方法；利用物體表面突然受熱時(shí)，由于熱膨脹產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生超聲波的熱效應(yīng)法；利用鐵磁材料在交變磁場中產(chǎn)生交變機(jī)械變形而產(chǎn)生超聲波的磁致伸縮法；利用通有交變電流的線圈靠近導(dǎo)體，用電磁力作用于工件表面而產(chǎn)生超聲波的電磁超聲法等。在超聲探傷中應(yīng)用最多的是利用某些單晶體或多晶陶瓷聲電、電聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)壓

13、電效應(yīng)來獲得超聲波。 大家知道，某些電介晶體（如石英，鋯鈦酸鉛，鈮酸鋰等） ，通過純粹的機(jī)械作用，使材料在某一方向（如厚度）伸長（或縮短） ，這時(shí)晶體表面產(chǎn)生電荷效應(yīng)而帶正或負(fù)電荷，這種效應(yīng)現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在這種晶體的電極上施加高頻交變電壓時(shí)，晶體就會(huì)按電壓的交變頻率和大小，在厚度方向伸長或縮短，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而輻射出高頻聲波超聲波，晶體的這種效應(yīng)稱為負(fù)壓電效應(yīng)。具有正、負(fù)壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電體。 從上述可見，壓電效應(yīng)是可逆效應(yīng)，正是晶體的這種可逆性，我們就可以用壓電晶體來制作超聲波換能器，實(shí)現(xiàn)超聲波和電脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換，使發(fā)射超聲波和接收到的超聲波以電信號(hào)的形式在儀器上顯示出來，從而

14、達(dá)到超聲波探傷的目的。 2.2.2 超聲場 充滿超聲波的空間叫做超聲場，在實(shí)際探傷中超聲場是一個(gè)復(fù)雜的分布，有以下幾個(gè)重要概念需要了解： 一是近場長度 n，在近場內(nèi)超聲波的分布規(guī)律非常復(fù)雜，一般探傷時(shí)不采用近場區(qū)，近場長度與晶片尺寸和超聲頻率有關(guān)，晶片尺寸越大，頻率越高，近場長度越大，在探傷時(shí)可能的近場盲區(qū)就越大； 一是聲束擴(kuò)散角 ，擴(kuò)散角也與超聲波的頻率和晶片尺寸有關(guān)，頻率越高、晶片尺寸越大，擴(kuò)散角越小，超聲聲束的指向性越好，因此近場長度與擴(kuò)散角是相互矛盾的。 2.3 超聲波垂直入射時(shí)的反射和透射規(guī)律 厚板的超聲波探傷通常采用直探頭縱波探傷法，因此了解超聲波垂直入射時(shí)的反射和透射規(guī)律對(duì)于深入

15、了解厚板超聲波探傷非常關(guān)鍵。由于斜探頭橫波探傷法在厚板中應(yīng)用較少，因此斜入射時(shí)的反射、折射等規(guī)律不再介紹。 2.3.1 單一平面界面的垂直入射 當(dāng)超聲波垂直入射于平面界面時(shí)，主要考慮超聲波能量經(jīng)界面反射和透射后的重新分配和聲壓的變化，此時(shí)的分配和變化主要決定于兩邊介質(zhì)的聲阻抗z1和z2。 （3）1. z1z2 超聲波從固體入射至空氣中，聲壓反射系數(shù)接近于1，聲壓透射率接近0。這一情況對(duì)于探頭晶片也是如此，因此超聲探頭若與工件硬性接觸而無液體耦合劑，而工件表面粗糙，則相當(dāng)于將晶片置于空氣中，聲壓將產(chǎn)生全反射而不會(huì)透射入工件，這也就是超聲波探傷為何需要耦合劑的原因。 2. z1z2 在聲阻抗接近的

16、界面上反射聲壓非常小，基本可以忽略，而聲壓透射率和聲能透射率均接近于1，聲能幾乎全部透射至第二介質(zhì)。 2.3.2 各種規(guī)則反射體的反射規(guī)律 規(guī)則反射體的反射規(guī)律是研究超聲波探傷的物理基礎(chǔ)，對(duì)于板材探傷而言，設(shè)備靈敏度的校準(zhǔn)和考核驗(yàn)收等都需要用到各種規(guī)則反射體，因此這里作簡要介紹。 規(guī)則反射體可以分為大平底、平底孔、方形平面、圓柱面和球形面，這里只介紹大平底和平底孔兩種。 2.3.2.1 大平底的反射 大平底是常見的反射面，如厚板的軋制面等，一般用 b 來表示。大平底的反射聲壓與其距聲源的距離xb成反比，也就是說距離每增加一倍，反射聲壓將減少1/2，或者說將降低6db。 2.3.2.2 平底孔的

17、反射 平底孔也是常見的反射體，平底孔的反射規(guī)律為其反射聲壓與其距聲源距離的平方成反比，與平底孔的面積成正比。換句話說，距離每增加一倍，反射聲壓將減少 1/4，也就是降低 12db；而平底孔直徑每增加一倍，反射聲壓將上升4 倍，也就是上升12db。 利用以上規(guī)律，可以制作超聲波探傷常用的dgs曲線。 2.4 超聲波的衰減 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其聲能逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的衰減，產(chǎn)生衰減的原因主要有以下幾種： (1)、由聲束擴(kuò)散引起的衰減 由于超聲波聲束存在擴(kuò)散角，隨著傳播距離的增大，聲束截面也將增大，單位面積上的聲壓及聲能都將下降。這種衰減是造成不同聲程相同反射體回波高度

18、不等的主要原因，也可以通過理論找出其規(guī)律。 (2)、由散射引起的衰減 當(dāng)金屬中存在粗晶、雜質(zhì)時(shí)，超聲波將會(huì)產(chǎn)生散亂反射，引起衰減。這種衰減與材質(zhì)有關(guān)，對(duì)于晶粒較粗的鑄件或奧氏體鋼，頻率較高的超聲波引起散射衰減將十分明顯。 (3)、由吸收引起的衰減 這種衰減是由于介質(zhì)內(nèi)部的摩擦力而造成的，在探傷中不占主要地位。 3 超聲波探傷儀及探頭 3.1 超聲波探傷儀 常用的超聲波探傷儀以a型顯示脈沖反射式為主，在中厚板探傷中大都采用這種探傷儀，作為儀器操作人員也應(yīng)了解這方面的基本知識(shí)，這里簡單介紹其結(jié)構(gòu)和原理。 （4）3.1.1 工作原理和基本組成 圖 6-3 是 a 型脈沖反射式探傷儀的基本電路方框圖，

19、由圖可知，它主要是由同步電路、時(shí)基電路（掃描電路） 、發(fā)射電路、接收放大電路四個(gè)部分和示波管、電源、探頭等組成。 四個(gè)電路的主要作用如下： (1)、同步電路 同步電路是超聲波探傷儀的指揮中心，它產(chǎn)生周期性的脈沖，控制發(fā)射電路、接收放大電路、時(shí)基電路協(xié)調(diào)一致地工作。同步電路每秒鐘的工作次數(shù)就是探傷儀的重復(fù)頻率。 (2)、發(fā)射電路 發(fā)射電路在同步電路產(chǎn)生的正觸發(fā)脈沖作用下，在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生上升時(shí)間短，脈沖窄、能量高的高頻電脈沖，送往探頭晶片經(jīng)電聲轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生超聲波。 (3)、時(shí)基電路 時(shí)基電路在同步脈沖的控制下產(chǎn)生鋸齒波電信號(hào)，送往示波管的水平偏轉(zhuǎn)線圈，產(chǎn)生從左至右的勻速水平掃描線，也稱為時(shí)基線。

20、 (4)、接收放大電路 接收放大電路包括高頻放大器、衰減器、檢波器、視頻放大器和深度補(bǔ)償?shù)取＝邮辗糯蟮闹饕饔檬菍⑽⑷醯膹奶筋^晶片處送來的電信號(hào)經(jīng)數(shù)級(jí)放大后加至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)線圈上，使回波信號(hào)能以一定幅度顯示。 3.1.2 超聲波探傷儀的主要調(diào)節(jié)旋鈕及其作用 (1)、輝度、聚焦和輔助聚焦旋鈕 輝度旋鈕用以調(diào)節(jié)掃描線及圖像亮度， 聚焦和輔助聚焦旋鈕相互配合調(diào)節(jié)掃描線及圖像清晰度。 (2)、水平和探測范圍調(diào)節(jié)旋鈕 水平調(diào)節(jié)也叫零位調(diào)節(jié)，使整個(gè)時(shí)間軸左右移動(dòng)。與探測范圍旋鈕配合，可以使入射點(diǎn)與時(shí)間軸原點(diǎn)相重合，給缺陷定位帶來方便。 探測范圍旋鈕控制掃描線時(shí)間軸比例，對(duì)于不同厚度的工件采用不同的探測

21、范圍設(shè)定可以使顯示清晰、準(zhǔn)確。 (3)、發(fā)射強(qiáng)度和增益調(diào)節(jié)旋鈕 發(fā)射強(qiáng)度可調(diào)節(jié)發(fā)射脈沖的輸出功率，強(qiáng)發(fā)射可以提高靈敏度，但也會(huì)使脈沖變寬，分辨率變差。 增益調(diào)節(jié)有粗調(diào)、細(xì)調(diào)和微調(diào)三種調(diào)節(jié)量，它由衰減器（或增益器）和增益微調(diào)旋鈕來完成。用于控制放大電路的放大量，其調(diào)整單位為db。 有關(guān)便攜式超聲波探傷儀的面板、主要旋鈕以及對(duì)應(yīng)功能將在厚板手動(dòng)超聲波探傷一節(jié)詳細(xì)描述。 3.2 超聲波探頭 超聲波探傷是用超聲波探頭實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換的，因此超聲波探頭又稱為超聲波換能器，其電聲轉(zhuǎn)換是可逆的。在第一節(jié)中已經(jīng)講過，產(chǎn)生超聲波的方法很多，但用得最為普遍的還是壓電材料制成的超聲波探頭。 超聲波檢測探頭的種類很多，根

22、據(jù)波形不同分為縱波探頭（直探頭）、橫波探頭（斜探頭）、表面波、板波探頭等。根據(jù)耦合方式分為接觸式探頭和液浸探頭。根據(jù)聲速分為聚焦探頭和非聚焦探頭。根據(jù)晶片數(shù)不同分為單晶探頭、雙晶探頭等。（5）3.2.1 壓電超聲探頭的基本組成 壓電探頭一般由晶片、阻尼塊、保護(hù)膜（對(duì)于水浸探頭和斜探頭則是有機(jī)玻璃）組成。其主要結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。 保護(hù)膜接頭 (1)、晶片 晶片是超聲波探頭的核心，晶片的材料就是壓電材料，常用的晶片材料用壓電單晶和壓電陶瓷兩種，單晶壓電材料常用的有石英，而壓電陶瓷常用的有鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛等。 晶片本身大多不導(dǎo)電，因此通常在其兩面均鍍上導(dǎo)電材料作為電極，并在電極上引出接線。

23、 晶片的振動(dòng)頻率取決于晶片的厚度和超聲波在晶片材料中的聲速。 (2)、直探頭保護(hù)膜 保護(hù)膜的作用是保護(hù)晶片不與工件直接接觸以免磨損。常用保護(hù)膜有硬性和軟性兩類。硬性保護(hù)膜適用于工件表面光潔度高、且平整的情況，用于粗糙表面時(shí)聲能損失較大；軟性保護(hù)膜用于表面光潔度不好或有一定曲率的表面時(shí)，可改善耦合條件。(3)、背襯吸收塊（阻尼塊）為提高晶片發(fā)射效率，其厚度均應(yīng)保證晶片在共振狀態(tài)下工作，但共振周期過長或晶片背面的振動(dòng)干擾都會(huì)導(dǎo)致脈沖變寬、盲區(qū)增大。因此在晶片背面填充吸收這類噪聲能量的吸收材料，可使干擾聲能迅速耗散，降低探頭本身雜亂的信號(hào)。 阻尼塊的阻尼作用越大，脈沖的寬度越窄，盲區(qū)越小，分辨率提高

24、，但靈敏度會(huì)相應(yīng)減小。(4)、透聲楔（斜楔）雙晶直探頭和斜探頭常用有機(jī)玻璃或環(huán)氧樹脂作為透聲楔，一是形成一定的聲波入射角，一是延遲聲束的入射距離，避開探頭近場區(qū)，減少探傷盲區(qū)。 3.2.2 分割式雙晶探頭 在中厚板超聲波探傷中，對(duì)于板厚60mm以下的鋼板常用分割式雙晶直探頭（又稱為tr探頭）進(jìn)行探傷，其特點(diǎn)是可以使聲能聚焦，提高檢測靈敏度，尤其是近表面的檢測靈敏度。其結(jié)構(gòu)如圖6-5 所示：雙晶探頭的距離幅度曲線（dac曲線）與普通直探頭不同，原因是其聲束存在一個(gè)聚焦點(diǎn)，在焦點(diǎn)處的聲能最為集中，檢測靈敏度最高。過了焦點(diǎn)以后檢測靈敏度將顯著下降。焦點(diǎn)位置與兩個(gè)晶片的夾角有關(guān)。 3.3 超聲波探傷用

25、試塊 超聲波探傷以各種標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊作為比較的依據(jù)，試塊上具有特定尺寸的規(guī)則反射體提供了一個(gè)固定的聲學(xué)參照，在實(shí)際探傷過程中，將以此作為比較的基準(zhǔn)。 （6）試塊的作用有：（1）確定檢測靈敏度；（2）測定儀器和探頭的性能；（3）調(diào)整掃描速度；（4）評(píng)判缺陷的當(dāng)量大小。超聲波探傷用試塊可以分為標(biāo)準(zhǔn)試塊、對(duì)比試塊兩種。標(biāo)準(zhǔn)試塊是由國際、國家有關(guān)組織部門推薦、確定和通過使用的。國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)試塊有 astm 系列試塊、iiw 試塊（又稱荷蘭試塊，見圖6-6）等，我國的標(biāo)準(zhǔn)試塊有cs-1、cs-2 系列等。對(duì)比試塊則是使用者根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)和制造的試塊，其用途比較單一。 中厚板探傷使用的試塊可以參

26、見第五節(jié)中的圖6-28， 主要使用平底孔和大平底作為規(guī)則反射體。也可以使用 cs-1 和 stb-g 系列標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)試塊的用途以及如何使用這些標(biāo)準(zhǔn)試塊等內(nèi)容也將在以后的章節(jié)中進(jìn)行有針對(duì)性地?cái)⑹觥?4 探傷方法的應(yīng)用 4.1 超聲波探傷方法分類 超聲波探傷的實(shí)質(zhì)是：首先將工件被檢部位處于一個(gè)超聲場中，工件若無不連續(xù)分布，則超聲場在連續(xù)介質(zhì)中的分布是正常的。若工件中存在不連續(xù)分布，則超聲波將在異質(zhì)界面產(chǎn)生反射、折射和透射，使超聲場的正常分布受到影響。使用一種方法測出這種異常分布相對(duì)于正常分布的變化，并找出它們之間變化的規(guī)律就是超聲波探傷的任務(wù)。 4.1.1 脈沖反射法和穿透法 超聲波在

27、傳播過程中遇到缺陷會(huì)產(chǎn)生反射、透射及缺陷后側(cè)聲影，照此不同檢測原理分類可分為脈沖反射法和穿透法（又稱陰影法） 。前者以缺陷的反射聲壓（或聲能）大小（內(nèi)部或底面反射回波的情況）來確定缺陷量值，而后者以測定缺陷對(duì)超聲波的正常傳播的遮擋所造成的聲影大小來確定缺陷的量值。在板材探傷中這兩種方法都得到了使用，但通常使用的還是脈沖反射法，穿透法主要用于200mm以上特厚鋼板的探傷。 與穿透法相比脈沖反射法具有以下特點(diǎn)： 1. 靈敏度高 對(duì)于穿透法，只有當(dāng)超聲聲壓變化大于 20%以上時(shí)才有可能檢測，它相當(dāng)于聲壓只降低 2db。由于探頭晶片尺寸有一定大小及缺陷本身的聲衍射現(xiàn)象，要獲得 20%聲壓變化，缺陷對(duì)聲

28、傳播遮擋面積已相當(dāng)大了。 而對(duì)于脈沖反射法， 缺陷反射聲壓僅是入射聲壓的1%時(shí)， 探傷儀就已經(jīng)能夠檢出，此時(shí)與缺陷反射聲壓相應(yīng)的反射面積是很小的。 2. 缺陷定位精度高 脈沖反射法可利用缺陷反射波的傳播時(shí)間，通過掃描速度調(diào)節(jié)，對(duì)缺陷進(jìn)行正確的厚度方向定位。而穿透法只能確定缺陷面積，無法確定缺陷在厚度方向的位置。 3. 不需要專門的掃查裝置，現(xiàn)場手工操作方便 穿透法中為保持收發(fā)兩個(gè)探頭的相對(duì)位置，往往需要專用掃查裝置，而脈沖反射法單探頭工作時(shí)不需要任何掃查裝置，為各種場合的現(xiàn)場作業(yè)帶來了方便。 穿透法的優(yōu)點(diǎn)在于：一是穿透法幾乎不存在表面盲區(qū)，而脈沖反射法直接接觸探傷時(shí)不能發(fā)現(xiàn)表面缺陷；二是穿透法

29、聲程較脈沖反射法短，適于檢測衰減系數(shù)較大的材料或尺寸較大的工件，比如對(duì)于特厚板的超聲波探傷，在很多場合可以采用穿透法；三是對(duì)于取向不良的缺陷（反射面不與聲束垂直） ，脈沖反射法將可能得不到反射信號(hào)，而穿透法只要缺陷能遮擋聲場就能檢測出缺陷。 （7）4.1.2 脈沖反射法的種類 板材的探傷大多采用脈沖反射法，就這種方法本身來說還可細(xì)分為許多種類： (1)、直接接觸縱波脈沖反射法 這是板材探傷中較為常用的一種方法，特別是在自動(dòng)中厚板探傷中用得非常廣泛。又可分為一次脈沖反射法、多次脈沖反射法和組合雙晶探頭脈沖反射法。 1. 一次脈沖反射法 當(dāng)工件中無缺陷時(shí)，熒光屏上只有始波 t 和一次底面回波 b。

30、當(dāng)工件中有小缺陷時(shí)，始終與底波之間出現(xiàn)缺陷波 f，缺陷波高與其反射面積有關(guān)，此時(shí)底波幅度會(huì)有下降。當(dāng)工件中缺陷大于聲束直徑時(shí)，底波消失，熒光屏上只有始波和缺陷波。 2. 多次脈沖反射法（底波高度法）這是以底面回波為依據(jù)進(jìn)行探傷的一種方法，超聲波在工件的兩個(gè)平行表面間傳播，會(huì)出現(xiàn)多次底面回波，如果試件內(nèi)存在缺陷，底面反射回波高度會(huì)下降甚至消失，觀察多次底波的衰減速度的快慢就可以發(fā)現(xiàn)工件的異常情況。主要適用于檢測面與底面相平行的較厚工件。 3. 組合雙晶探頭脈沖反射法 組合雙晶探頭由一發(fā)一收兩個(gè)晶片和延遲塊組成，可以減少表面盲區(qū)，提高表面缺陷檢測靈敏度。在薄板和中板（板厚20mm）的超聲波探傷中大

31、都使用這種方法。由于探頭研制技術(shù)的發(fā)展，近來這種探頭可以檢測的最大板厚已經(jīng)可以達(dá)到 60mm。我廠在線自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備采用的就是這種組合雙晶直探頭。 (2)、液浸法探傷 直接接觸法雖然具有方便靈活、耦合層薄、聲能損失少等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際探傷時(shí)由于探頭上所施壓力大小、耦合層厚度變化、接觸面積大小、工件表面粗糙度變化等均難以控制，因此其綜合影響難以估算；再則直接接觸法探頭易磨損、檢測速度慢。因此在批量探傷或自動(dòng)探傷中常用液浸法探傷。 液浸法就是探頭與探測面之間有一層液體傳聲層，通常用水作耦合介質(zhì)，所以也常叫水浸法。根據(jù)工件和探頭的浸沒形式，一般可分為全沒液浸法、局部液浸法和間隙法三種。 全沒液浸法和

32、局部液浸法只是工件浸沒程度的不同，其波形顯示是一致的。當(dāng)工件中沒有缺陷時(shí)，在始波t和底波b之間還有一個(gè)界面波s。 間隙法也是采用液層耦合，不過水層很薄，厚度為0.30.8mm，因此探傷波形中沒有界面波s，而與直接接觸法的波形相同，其特點(diǎn)是耦合層可調(diào)節(jié)，且不易磨損探頭。在我廠的厚板在線自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備中就是用到了這種間隙法。 4.2 超聲波探傷的基本方法 4.2.1 超聲波探傷的缺陷定位原理 脈沖反射法超聲波探傷中對(duì)缺陷位置的確定，通常以探頭所在探測面作為測量基準(zhǔn)，觀察示波屏上波形的相應(yīng)的聲程距離就能指示缺陷的位置。 鋼板探傷大多采用直探頭縱波探傷方法，可以利用鋼板兩個(gè)平行的表面對(duì)時(shí)間軸進(jìn)行調(diào)

33、整，然后利用校準(zhǔn)后的聲程比例關(guān)系計(jì)算缺陷在厚度方向的位置。而在新型的數(shù)字化超聲波探傷儀中，缺陷位置可以由探傷儀自動(dòng)計(jì)算給出。 也可用計(jì)算的方法，一般鋼中縱波傳播速度約為6000m/s，如果一缺陷波f與界面波s或始波t的時(shí)間軸上的差值為t，則缺陷在厚度方向的深度位置為 x = 6000t/24.2.2 超聲波探傷缺陷定量方法 超聲波探傷定量方法（即對(duì)缺陷的評(píng)價(jià)方法）對(duì)于鋼板探傷是一個(gè)非常重要的技術(shù)，大致可以分為以下幾種： (1)、當(dāng)量法 當(dāng)量法常用于小于聲束直徑缺陷的定量，用缺陷的當(dāng)量直徑或當(dāng)量面積來表示缺陷的大小。所謂當(dāng)量法是指在一定的探測條件下，用某種規(guī)則的人工缺陷反射體尺寸來表征工件中實(shí)際

34、缺陷相對(duì)尺寸的一種定量方法。它認(rèn)為在相同的探測條件下（包括靈敏度、耦合損失、材質(zhì)衰減等） ，工件中某一聲程上的缺陷返回聲壓與同聲程的試塊上規(guī)則人工反射體的返回聲壓相等（回波幅度一樣高）時(shí)，則該試塊人工缺陷的直徑或面積就是該缺陷的當(dāng)量直徑或當(dāng)量面積。 1. 試塊人工反射體比較法 這是比較原始的方法，這是利用大量不同測距、不同人工缺陷孔徑的試塊，用以與工件中實(shí)際的缺陷相比較。當(dāng)缺陷聲程與某一試塊人工孔缺陷聲程相同，且相同探測條件下二者回波也相等時(shí)，則認(rèn)為人工缺陷的孔徑就是該缺陷的當(dāng)量直徑。由于實(shí)際探傷工作中工件種類繁多，因此需要大量標(biāo)準(zhǔn)試塊，逐一比較十分困難，攜帶也十分不便，因此這種方法已用得較少

35、。 2. dgs法 以有限尺寸晶片輻射的活塞波聲壓方程為基礎(chǔ)，利用反射體標(biāo)準(zhǔn)化聲程 d、相對(duì)缺陷尺寸 s 和其回波高度（或db值）g之間具有的規(guī)律性變化而建立起來的當(dāng)量測定法叫做dgs法。 我廠自動(dòng)探傷設(shè)備采用的當(dāng)量法為 dgs 法，并利用 dgs 曲線確定每個(gè)通道檢測到的缺陷當(dāng)量大小。 (2)、探頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)法 缺陷當(dāng)量測定方法是以缺陷最高回波作為定量基準(zhǔn)的，探頭找到缺陷最高回波后就不再移動(dòng)。而探頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)法是當(dāng)探頭相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)時(shí)，以所發(fā)現(xiàn)的缺陷回波高度控制在某一高度范圍內(nèi)的探頭運(yùn)動(dòng)距離來表示缺陷延伸度的一種方法。 此探頭移動(dòng)距離也可叫做缺陷指示延伸度 （或指示長度） ，它與缺陷的實(shí)際尺寸存在

36、一定的誤差。常用的有-6db法。 (3)、波高表示法 1. 缺陷回波高度表示法 在確定的探測條件下，缺陷尺寸越大反射聲壓越強(qiáng)，對(duì)于垂直線性較好的儀器來說，缺陷回波高度與聲壓成正比，因此缺陷大小可用波高值來表示。 一般采用波高值占全屏滿刻度高度的百分比來表示缺陷回波的大小。 2. 缺陷相對(duì)于底面回波高度表示法 采用缺陷回波相對(duì)于底面高度之比的表示法不能直觀地顯示缺陷量值概念，在有些情況下同樣的波高比值大小，缺陷實(shí)際大小可能相差幾十倍，因此只能作為一種缺陷嚴(yán)重程度的判定依據(jù)，通常來說，比值越大，缺陷越嚴(yán)重。 4.2.3 檢測靈敏度的校準(zhǔn) 檢測靈敏度是指在確定的聲程范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力。檢測

37、靈敏度的基本要求是發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定量，也就是檢出缺陷當(dāng)量的最低要求。檢測靈敏度太高或太低都對(duì)檢測不利。靈敏度太高，顯示屏上雜波多，判辨分析困難。靈敏度太低，容易造成漏檢。根據(jù)靈敏度的基本定義和要求，要完整的表示靈敏度必須具備三個(gè)基本要素，即基準(zhǔn)反射體的幾何尺寸、基準(zhǔn)發(fā)射體的最大探測距離、基準(zhǔn)反射體的基準(zhǔn)反射波高（一般設(shè)定為顯示屏滿幅度20%-80%）。檢測靈敏度的校準(zhǔn)是探傷工作中非常重要的一環(huán)，應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)探傷標(biāo)準(zhǔn)的要求和技術(shù)規(guī)范的規(guī)定等，選擇合適的試樣、基準(zhǔn)反射體和基準(zhǔn)波高，然后再按標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)節(jié)。 (1)、基準(zhǔn)反射體 基準(zhǔn)反射體可以是標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定

38、的一定尺寸人工缺陷的試塊，也可以是按照技術(shù)要求所選定的有人工缺陷的試塊。也可直接利用工件完好部位的大平底面或試塊大平底作為調(diào)節(jié)探測靈敏度的基準(zhǔn)反射體。 (2)、基準(zhǔn)高度 基準(zhǔn)高度 h 是人為規(guī)定的相對(duì)比較基準(zhǔn)，如示波屏垂直滿幅度的 50%、80%等，與探測靈敏度相應(yīng)的人工試塊基準(zhǔn)反射體回波高度應(yīng)與所確定的基準(zhǔn)高度相同，以檢測靈敏度檢出的缺陷超標(biāo)db數(shù)應(yīng)是缺陷波高與此基準(zhǔn)波高相比較后得到的db差值。 (3)、檢測靈敏度的調(diào)節(jié) 檢測靈敏度的一般調(diào)節(jié)方法是：先將探頭置于校準(zhǔn)基準(zhǔn)上，調(diào)節(jié)增益使基準(zhǔn)反射體最高回波達(dá)基準(zhǔn)高度，此時(shí)得到了調(diào)節(jié)基準(zhǔn)。再根據(jù)計(jì)算所得的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)與檢測靈敏度基準(zhǔn)之間db差，使用衰減

39、器調(diào)整該db數(shù)，就能達(dá)到所需的檢測靈敏度。 4.2.4 探頭在工件表面的掃查方式 探頭在工件表面的掃查方式，以探頭在工件探測面上的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡來表示，探頭的運(yùn)動(dòng)過程就是工件被檢部位受到約束（主要是主聲束）掃查的過程。掃查方式多種多樣，沒有一定的限制，其選擇原則有兩條：一是保證工件的整個(gè)被檢區(qū)域有足夠的聲束覆蓋，避免漏檢；二是探頭的移動(dòng)應(yīng)使其入射聲束可能與工件中缺陷反射面垂直，以便獲得最佳檢測效果。（8）常見的掃查方式有： 1. 全面掃查 全面掃查就是探頭在整個(gè)探測面上無一遺漏地循序移動(dòng)，要求相鄰掃查間距不大于探頭直徑，常用于要求較高的工件探傷。 2. 局部掃查 局部掃查就是探頭在整個(gè)探測

40、面上按規(guī)定要求有一定間距地規(guī)則移動(dòng)、相鄰掃查線的間距往往大于探頭直徑。這種掃查方式往往用于探傷要求不太高的工件，例如鋼板探傷常采用這種方式。局部掃查方式又可分為： a、 直線掃查 探頭在平板類工件的探測面上以一定的間距作直線移動(dòng)或斜直線移動(dòng)，如圖6-7 所示。 b、 格子線掃查 探頭按預(yù)先劃好的格子線（格子線間距由有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）先循一個(gè)方向作直線移動(dòng)，然后再轉(zhuǎn)90，沿與原方向垂直的方向作直線移動(dòng)，如圖6-8所示。 c、 點(diǎn)掃查 點(diǎn)掃查時(shí)探頭不作移動(dòng)，僅作跳躍式地與工件指定點(diǎn)接觸，或不作定點(diǎn)只是根據(jù)需要在適當(dāng)部位上抽檢。 4.3 缺陷狀況對(duì)缺陷波高的影響 使用脈沖反射法探傷時(shí)，通常是根據(jù)缺陷回波

41、高度來確定其當(dāng)量大小的，而當(dāng)量大小與缺陷的實(shí)際尺寸往往不盡一致，甚至有很大差距。因此超聲波探傷的誤報(bào)或漏檢情況在實(shí)踐中不可避免。為了減少誤報(bào)或漏檢，了解缺陷狀況對(duì)于缺陷波高的影響十分必要。 (1)、缺陷形狀的影響 工件的實(shí)際缺陷形狀是多種多樣的，具體形狀與工件的制造工藝和運(yùn)行情況有關(guān)，為了簡化研究，通常將缺陷簡化為圓片形、球形和圓柱形三種。比如軋制鋼板中的缺陷一般可以簡化為圓片形。一般來說，在缺陷直徑和探測條件相同的情況下，缺陷波高為圓柱形最高，圓片形次之，球形最低。特別是對(duì)于尺寸小于超聲波波長的點(diǎn)狀缺陷，檢測靈敏度將急劇下降，因此點(diǎn)狀小缺陷非常容易漏檢。 (2)、缺陷方位和指向性 缺陷所處的

42、方位包含兩個(gè)方面的意義，一是指缺陷反射面相對(duì)于入射聲束軸線的位置；二是指缺陷本身與探頭的相對(duì)位置。 1. 缺陷反射面與入射聲束軸線的相對(duì)位置 實(shí)際缺陷反射面與入射聲束軸線垂直的情況是少見的，而互相不垂直的情況是多數(shù)。這樣對(duì)實(shí)際缺陷尺寸的測定往往就偏小。聲束軸線與缺陷反射面垂直時(shí)缺陷波最高，當(dāng)聲束與缺陷反射面法線間夾角變大時(shí)，缺陷波高將急劇變小，當(dāng)夾角增至12時(shí)，波高降至原來的千分之一左右，已經(jīng)很難檢測出來。 2. 缺陷與探頭的相對(duì)位置 缺陷的最大反射面與探頭聲束不在同一軸線上時(shí)，也將造成缺陷回波高度降低。 (3)、缺陷表面粗糙度的影響 缺陷表面光滑與否，是用它的粗糙度與波長的比值來衡量的，表面

43、不平度達(dá)到波長的 1/3 時(shí)，可認(rèn)為該表面是粗糙的，不是鏡面。 對(duì)于表面粗糙的缺陷，入射聲波被亂反射；同時(shí)各部分反射波由于相位差而產(chǎn)生相互干涉。當(dāng)聲束垂直入射時(shí)，缺陷波高隨粗糙度的增大而下降，當(dāng)聲波斜入射時(shí)，缺陷波高隨著粗糙度與波長比值的增大而上升。 (4)、缺陷性質(zhì)的影響 缺陷波高還受缺陷性質(zhì)的影響。入射聲波在界面上的反射率取決于界面兩邊介質(zhì)的聲阻抗；聲阻抗差異越大，反射率越高，缺陷回波也越高。 通常含氣體的缺陷，如鋼中的白點(diǎn)、氣孔，鋼板中的氫裂紋等，其聲阻抗與鋼聲阻抗相差很大，可以近似地認(rèn)為聲波在這類缺陷表面產(chǎn)生全反射，故檢測靈敏度較高；但是對(duì)于由于非金屬夾雜物引起的缺陷，例如鋼中夾灰、夾

44、渣等，因其聲阻抗與鋼聲阻抗相差較小，透射的聲能不能忽略，缺陷回波相應(yīng)也就較低。 4.4 中厚板的探傷方法 （9）4.4.1 板材中常見的缺陷 鋼板的質(zhì)量與冶煉過程和軋制工藝過程有關(guān)，因冶煉和軋制不當(dāng)常會(huì)產(chǎn)生一些缺陷。外部缺陷一般在軋制過程中產(chǎn)生，有重皮、折迭、裂縫、麻點(diǎn)等。內(nèi)部缺陷則在冶煉過程中產(chǎn)生，主要有以下幾種： (1)、分層 鋼錠頭部收縮產(chǎn)生的縮孔， 在成材過程中未切除干凈， 留下的縮孔在軋制后形成夾層， 如圖6-9a所示： (2)、層狀非金屬夾雜物 主要是鋁、硅、錳之類的氧化物，當(dāng)它集中在一起時(shí)，變成夾層，如圖6-9b 所示。 (3)、白點(diǎn)（氫裂紋） 是軋制后發(fā)生的缺陷，由溶解在鋼中的

45、氫原子在非金屬夾雜物某交界處作為氫分子析出而致。因?yàn)閿嗔衙媸前咨?，故稱為白點(diǎn)，如圖6-9c所示。一般在含mn、ni、cr元素的合金鋼板中存在。 上述三種缺陷的延伸方向均與軋制方向基本一致，因此在鋼板探傷中，在軋制面上采用直探頭檢測最為有效。 4.4.2 板材探傷方法分類 板材探傷方法的選用主要以板的厚度來劃分，一般可以分為： 薄板：板厚6mm以下（也有以10mm為分界線的） 中板：板厚6mm60mm； 厚板：板厚60mm以上。 薄板采用板波探傷，中厚板則采用縱波垂直探傷。這里僅介紹中厚板的探傷方法。 4.4.3 板材常用的探傷方法 (1)、單探頭直接接觸多次反射法（見圖6-10所示） 此法的優(yōu)

46、點(diǎn)：比較簡單方便，探傷靈敏度可用底波次數(shù)來定（如將b8波高調(diào)至80%） ，小缺陷也不易漏檢。 缺點(diǎn)：鋼板表面需加工平整，探傷時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，探測速度慢，故適用于小面積或抽查探傷。同時(shí)應(yīng)注意：當(dāng)缺陷較小時(shí)，缺陷回波從第一次開始，會(huì)出現(xiàn)第二次、第三次逐漸升高的現(xiàn)象，這是由于疊加效應(yīng)而引起的。 一般來說，疊加效應(yīng)只有在小缺陷，板厚小于 20mm 以下，底面回波次數(shù)多而衰減很小的情況下產(chǎn)生，這是因?yàn)楫?dāng)缺陷處于板厚中心時(shí)，聲波的傳播路徑就會(huì)增多。所有板材探傷時(shí)，一般應(yīng)以第一次缺陷回波作為評(píng)定缺陷的基準(zhǔn)。當(dāng)板厚較薄時(shí)，也可以采用第二次缺陷回波。 寬厚板培訓(xùn)教材超聲波探傷 (2)、單探頭直接接觸一次或二次反射

47、法 此法的優(yōu)缺點(diǎn)基本上與多次反射法相同，但小缺陷有時(shí)在探傷波形上顯示不出。 (3)、雙晶探頭直接接觸和雙晶探頭間隙法 由于雙晶探頭的角度不同（一般在0與30之間） ，有效探測區(qū)（又稱聚焦區(qū)）也不同，探傷圖形隨之不同。雙晶 0探頭的探傷圖形與單直探頭基本相同。有角度的雙晶探頭，其探傷圖形根據(jù)板厚和角度的變化而變化，探傷時(shí)應(yīng)注意分析。 雙晶探頭由于有延遲塊，改善了近場聲場分布，同時(shí)阻塞現(xiàn)象減少，晶片傾斜時(shí)可探測近表面缺陷，幾乎沒有盲區(qū)。缺點(diǎn)是，在有效探測區(qū)以外靈敏度顯著下降，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)工件厚度選擇相應(yīng)的探頭。 雙晶探頭間隙法的水層厚度為/2 的整數(shù)倍，一般取0.30.8mm。使用間隙法探傷不易磨

48、損，接觸穩(wěn)定，探傷圖形清晰，配上機(jī)械裝置可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，適用于批量探傷。間隙法的探傷圖形與直接接觸法基本相同。 (4)、單探頭水浸法 為減少水槽設(shè)備，一般均采用局部水浸法，其探傷圖形如圖 6-11 所示，水層高度l由所求的重合次數(shù)決定。 由于水中縱波聲速約為鋼中縱波聲速的四分之一，因此當(dāng)采用四次重合法時(shí)，水層高度 l板厚t。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鋼板表面要求比直接接觸法低，探傷速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，適用于大批量探傷。 缺點(diǎn)：精確定位，定量比較困難，一般在發(fā)現(xiàn)缺陷后用直接接觸法精確測定。 (5)、多通道自動(dòng)探傷 一般在鋼板廠生產(chǎn)線上應(yīng)用，可參見第四節(jié)中的內(nèi)容。 4.4.4 板材探傷的檢測條件 (

49、1)、探頭尺寸和頻率 鋼板探傷頻率用得較高，主要考慮指向性，以獲得良好的分辨率，一般選用的探測頻率為25mhz。探頭直徑一般在1030mm之間，使用大尺寸探頭有利于加快探傷速度。探頭頻率和尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中均有具體規(guī)定。 (2)、探測靈敏度和試塊 探測靈敏度的調(diào)節(jié)有兩種方法。一種方法是在人工對(duì)比試塊上調(diào)節(jié)，例如在 gb2970-91 和 jis g0801 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試塊及靈敏度，請(qǐng)參見圖6-28 所示： 探傷靈敏度為試塊上5.0 平底孔的反射波在熒光屏上的第一次反射，要求達(dá)到滿幅度的50%。或?qū)⒆畲蟀搴竦牡撞ǜ叨日{(diào)至50%，再提高10db靈敏度作為檢測靈敏度。 另一方法是以工件本身的底波反射高度

50、（例如100%）作為探測靈敏度。 (3)、檢驗(yàn)區(qū)域范圍 根據(jù)板的用途要求，檢驗(yàn)區(qū)域可分以下幾種： 1. 全面掃查 在整個(gè)鋼板表面上進(jìn)行掃查，掃查時(shí)應(yīng)有 10%的重復(fù)探測面，最好使用局部水浸法或全沒水浸法，探頭移動(dòng)的方向應(yīng)垂直于鋼板壓延方向。 2. 格子線掃查 在鋼板的邊緣周圍50mm以內(nèi)全面掃查， 其余部分劃分為200200mm2或 100100mm2的方格子線，探頭沿格子線掃查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后，在缺陷附近擴(kuò)大掃查范圍，劃出缺陷的分布面積。 3. 列線掃查 在整個(gè)鋼板的探測面上垂直鋼板的壓延方向劃出 200mm 或 100mm 間隔的直線條，探頭沿直線掃查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后再擴(kuò)大掃查。 4. 邊緣掃

51、查 僅在鋼板邊緣周圍50mm的區(qū)域內(nèi)全面掃查或在開孔需要焊接的邊緣周圍50mm內(nèi)全面掃查。 （10）4.4.5 板材探傷缺陷的測定 (1)、缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 缺陷的判定，不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不一，探傷時(shí)應(yīng)務(wù)必注意各標(biāo)準(zhǔn)的具體規(guī)定。例如gb2970-91標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以下三種情況，并應(yīng)標(biāo)記缺陷面積。 1. 缺陷的第一次缺陷回波大于或等于滿刻度的50%； 2. 當(dāng)?shù)谝淮蔚酌婊夭ǜ叨任催_(dá)到滿刻度，此時(shí)，缺陷第一次反射波波高與第一次底面回波高度之比大于或等于50%； 3. 當(dāng)?shù)谝淮蔚酌婊夭ㄏЩ虻扔?0%。 (2)、缺陷指示長度的測定 評(píng)定缺陷不僅要根據(jù)缺陷波的大小，還要考慮缺陷的范圍，測定缺陷的長、寬。測定方

52、法一般在標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。 由于鋼板中的缺陷大多為較為平整的夾層缺陷，且大于聲束截面，因此在gb2970-91標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用6db法（又稱半波高度法）測定，所得的結(jié)果與實(shí)際缺陷長度比較接近。 而在 jis 標(biāo)準(zhǔn)中采用的方法與 6db 法比較相似，它采用了三個(gè)基準(zhǔn)電平，利用它們將缺陷分為小缺陷、中缺陷和大缺陷。 對(duì)于雙晶探頭，有x向掃查和y向掃查。掃查方法由隔聲面配置方向與主壓延方向平行或垂直來決定。x 向掃查：其隔聲面與壓延方向平行，探頭作垂直于壓延方向掃查。y 向掃查：其隔聲面與主壓延方向垂直，探頭作平行于壓延方向掃查。 不管是x向掃查還是y向掃查，探頭隔聲面總是與掃查方向相垂直。 x向掃查

53、和y向掃查的檢測靈敏度有明顯不同，對(duì)于細(xì)長缺陷，一般x方向的探測靈敏度要比y方向的探測靈敏度高46db左右。 兩個(gè)相鄰的缺陷，如果它們間的距離小缺陷的尺寸時(shí)，應(yīng)看作是一個(gè)缺陷，并將兩個(gè)缺陷面積之和作為一個(gè)缺陷面積。當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)不同，具體的算法也不相同。 (3)、探傷結(jié)果的記錄和評(píng)定 缺陷檢出后應(yīng)在缺陷附近仔細(xì)探測，確定缺陷大小和范圍，并作好探傷記錄，記錄缺陷的位置和大小等情況。 5 厚板在線自動(dòng)超聲波探傷裝備及技術(shù) 5.1 概述 5.1.1 總述 厚板超聲波探傷主要用于鋼板內(nèi)部質(zhì)量的檢查，而且由于厚板的軋制缺陷基本與軋制面平行，因此主要應(yīng)用直探頭縱波探傷方法。有時(shí)為了檢測具有一定取向的缺陷或表面缺

54、陷，也可采用斜探頭橫波探傷方法或板波探傷方法作為補(bǔ)充。 5.1.2 厚板超聲波探傷工藝流程 (1)、在線超聲波探傷工藝流程 在線超聲波探傷的工藝流程如圖6-12 所示。板厚50mm鋼板經(jīng)2#冷床和檢查修磨臺(tái)架后進(jìn)入剪切線，經(jīng)過psg測量鋼板形狀后進(jìn)入在線超聲波探傷設(shè)備對(duì)其內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查。探傷檢查合格的鋼板經(jīng)中間噴印機(jī)后進(jìn)入切頭剪，并按計(jì)劃進(jìn)行剪切。而探傷后存在可疑缺陷無法立即判定的鋼板則下線由人工進(jìn)行復(fù)探，并最終做出是否合格的判定。不合格的鋼板根據(jù)生產(chǎn)指令進(jìn)行處理（繼續(xù)進(jìn)行剪切還是更改合同或交貨標(biāo)準(zhǔn)等） 。對(duì)于一些需要下線緩冷的管線鋼板，在緩冷結(jié)束后可直接上線進(jìn)行檢查修磨和探傷。 (2)、熱

55、處理鋼板超聲波探傷工藝流程 熱處理鋼板的超聲波探傷工藝流程如圖6-13 所示，需要人工探傷的鋼板下線進(jìn)入探傷區(qū)域，由探傷人員按照探傷指令的規(guī)定進(jìn)行探傷。探傷不合格的鋼板按照生產(chǎn)指令進(jìn)行處理。 (3)、特厚鋼板超聲波探傷工藝流程 板厚大于 50mm 的特厚板由特厚板冷床下線，經(jīng)地上翻板機(jī)檢查修磨后，需要進(jìn)行探傷的鋼板由行車吊入探傷區(qū)域，由探傷人員根據(jù)探傷指令的規(guī)定進(jìn)行探傷檢查。如圖6-14所示。 （11）5.1.3 在線自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備概述 該設(shè)備從德國ndt公司引進(jìn)， 能夠全自動(dòng)對(duì)厚度560mm的鋼板進(jìn)行100%全面覆蓋掃查探傷，并能自動(dòng)根據(jù)交貨標(biāo)準(zhǔn)對(duì)母板中的各塊子板進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。該設(shè)備的主

56、要特點(diǎn)有： 采用在線母板100%覆蓋探傷方式，因此對(duì)于各成品子板而言可以真正做到無盲區(qū)探傷； 采用組合式雙晶直探頭，dac特性平滑，檢測靈敏度高，可以檢測出3.0mmfbh的缺陷；采用下表面耦合方式，耦合建立速度快，探頭行程短，頭尾探傷盲區(qū)?。?采用全縱向掃查方式，因此可以實(shí)現(xiàn)板材運(yùn)送過程中的連續(xù)探傷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全部鋼板的質(zhì)量普查；探傷速度快，最高探傷速度可達(dá)60m/min； 探頭靴具有隨動(dòng)功能，可跟隨板形緊貼鋼板而不劃傷鋼板表面，保證耦合質(zhì)量； 自動(dòng)化程度高，可自動(dòng)接受生產(chǎn)指令，并自動(dòng)根據(jù)探傷數(shù)據(jù)作出最終的探傷結(jié)果評(píng)判，探傷結(jié)果送往剪切線l2 計(jì)算機(jī)，并參與剪切優(yōu)化； 采用底面回波等效校準(zhǔn)方式，校準(zhǔn)過程簡單高效。 這些探傷技術(shù)和特點(diǎn)均代表了當(dāng)今國際厚板超聲波探傷的先進(jìn)水平，在國內(nèi)更是首屈一指