第八章超聲波探傷修改

超聲波探傷

能力知識點1超聲波探傷基本原理

超聲波探傷是利用超聲波在物體中的傳播、反射和衰減等物理特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法。它主要用于檢測金屬材料和部分非金屬材料的內(nèi)部缺陷。超聲波探傷具有成本低、操作方便、檢測厚度大、對人和環(huán)境無害等突出優(yōu)點，但也存在諸如探傷不直觀、難以確定缺陷的性質(zhì)、評定結(jié)果在很大程度上受操作者技術(shù)水平和經(jīng)驗的影響及不能給出永久性記錄等缺點。

1、超聲波的波型（1）縱波質(zhì)點振動方向與波傳播方向一致的波稱為縱波或壓波，用符號L表示?？v波可在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播。（2）橫波質(zhì)點振動方向與波傳播方向垂直的波稱為橫波，用符號S表示。（3）表面波僅在固體表面?zhèn)鞑デ医橘|(zhì)表面質(zhì)點做橢圓運動的聲波，稱為表面波，用符號R表示。能力知識點1超聲波探傷基本原理

2．超聲波的聲速與波長

（1）超聲波的聲速單位時間內(nèi)超聲波傳播的距離即超聲波的聲速。用符號“c”表示。（2）超聲波波長在超聲波的傳播方向上相位相同的相鄰兩質(zhì)點間的距離稱為超聲波的波長，用符號“λ”表示。（3）聲速、波長和頻率之間的關(guān)系

c=?λ能力知識點1超聲波探傷基本原理能力知識點3超聲波的性質(zhì)超聲波具有以下幾方面的性質(zhì)：（一）有良好的指向性1、直線性由于超聲波的波長非常短，因此，它在彈性介質(zhì)中能象光波一樣沿直線傳播。而且超聲波在固定的介質(zhì)中傳播速度是個常數(shù)，所以，根據(jù)傳播時間就能求得其傳播距離，這樣就為探傷中缺陷的定位提供了依據(jù)。

2、束射性聲源發(fā)生的超聲波能集中在一定區(qū)域（稱為超聲場）定向輻射。

能力知識點3超聲波的性質(zhì)（二）異質(zhì)界面上的透射、反射、折射和波型轉(zhuǎn)換1、垂直入射異質(zhì)介面時的透射、反射和繞射當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)垂直入射到第二種介質(zhì)上時，其能量的一部分被反射而形成與入射波方向相反的反射波，其余能量則透過界面產(chǎn)生與入射波方向相同的透射波。超聲波反射能量W反與入射能量W入之比稱之為超聲波能量的反射系數(shù)K，即K=W反/W入。超聲波在異質(zhì)界面上的反射是很嚴(yán)重的，尤其在固－－氣界面上K＝1，因此探傷中良好的耦合是一個必要條件。超聲波能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播.一般探傷中通常把空氣介質(zhì)作為真空處理，所以認(rèn)為超聲波也不能通過空氣進(jìn)行傳播。

能力知識點3超聲波的性質(zhì)2、傾斜入射異質(zhì)界面時的反射、折射、波型轉(zhuǎn)換第一臨界角（α1m）

第二臨界角(α2m)

由第一、第二臨界角的物理意義可知：

1）當(dāng)α＜α1m時，第Ⅱ種介質(zhì)中同時存在著折射縱波和折射橫波，這種情況在探傷中不采用。

2）當(dāng)α1m≤α＜α2m時，第Ⅱ種介質(zhì)中只存在折射橫波,這是常用的斜探頭的設(shè)計原理和依據(jù),也是橫波探傷的基本條件。

3)當(dāng)α≥α2m時，第Ⅱ種介質(zhì)中既無折射縱波又無折射橫波,但這時在第Ⅱ種介質(zhì)表面形成表面波,這是常用表面波探頭的設(shè)計原理和依據(jù)。

能力知識點4超聲波的衰減

超聲波在介質(zhì)傳播過程中，其能量隨著傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱為超聲波的衰減。引起超聲波衰減的原因主要有以下三個方面：

1．散射引起的衰減超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中，尤其在鋼等金屬材料中傳播時，傳輸損失少，傳播距離最大可以達(dá)到數(shù)米遠(yuǎn)。所以，超聲波探傷能夠有較大的探測深度，這一優(yōu)勢是其他探傷方法沒有的。超聲波在介質(zhì)中傳播時，其能量隨著傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱為超聲波的衰減。

2．介質(zhì)吸收性引起的衰減

3．聲束擴(kuò)散引起的衰減

超聲波的產(chǎn)生與接收

（1）逆壓電效應(yīng)與超聲波的產(chǎn)生

超聲波的產(chǎn)生和接收是利用超聲波探頭中壓電晶體片的壓電效應(yīng)來實現(xiàn)的。由超聲波探傷儀產(chǎn)生的電振蕩，以高頻電壓形式加載于探頭中的壓電晶體片的兩面上，由于逆壓電效應(yīng)的結(jié)果，壓電晶體片會在厚度方向上產(chǎn)生持續(xù)的伸縮變形，形成了機(jī)械振動。若壓電晶體片與工件表面有良好的耦合時，機(jī)械振動就以超聲波形式傳播進(jìn)入被檢工件，這就是超聲波的產(chǎn)生。反之，當(dāng)壓電晶體片受到超聲波作用而發(fā)生伸縮變形時，正壓電效應(yīng)的結(jié)果會使壓電晶體片兩表面產(chǎn)生具有不同極性的電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，以回波電信號的形式經(jīng)探傷儀顯示，這就是超聲波的接收。

能力知識點2超聲波的產(chǎn)生與接收

（2）壓電效應(yīng)與超聲波的接收能力知識點1超聲波探頭

超聲波探傷設(shè)備一般由超聲波探傷儀、探頭和試塊組成。

超聲波探頭又稱壓電超聲換能器，是實現(xiàn)電-聲能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件。一、探頭的種類由于工件形狀和材質(zhì)、探傷目的及探傷條件等不同，因而將使用各種不同形式的探頭。在焊縫探傷中常用的探頭有以下幾種：1．直探頭聲束重直于被探工件表面入射的探頭稱為直探頭。它可發(fā)射和接收縱波。由壓電元件、吸收塊、保護(hù)膜和殼體等組成。

能力知識點1超聲波探頭2．斜探頭利用透聲斜楔塊使聲束傾斜于工件表面射入工件的探頭稱為斜探頭。它可發(fā)射和接收橫波。它由探頭、斜楔塊和殼體等部分組成。通常橫波斜探頭以鋼中折射角標(biāo)稱：有γ=40°、45°、50°、60°、70°等幾種；有時也以折射角的正切值標(biāo)稱：k=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。

3．水浸聚焦探頭它是一種由超聲探頭和聲透鏡組合而成的探頭。它可使超聲波束集聚成一點或一條線。由于聚焦探頭的聲束變細(xì)，聲能集中，從而大幅度改善了超聲波的指向性，提高了靈敏度和分辨力。能力知識點1超聲波探頭4．雙晶探頭為了彌補(bǔ)普通直探頭探測近表面缺陷時存在著盲區(qū)大、分辨力低的缺點而設(shè)計的探頭。探頭內(nèi)含兩個壓電元件，分別是發(fā)射晶片和接收晶片，中間用隔聲層分開。雙晶探頭又稱為分割式TR探頭，主要用于探測近表面缺陷和薄工件的測厚。二、探頭的主要參數(shù)焊縫超聲波探傷常使用斜探頭。斜探頭的主要性能如下：1．折射角γ(或探頭K值)γ或K值大小決定了聲束入射工作的方向和聲波傳播途徑，是為缺陷定位計算提供的一個有用數(shù)據(jù)。

2．前沿長度

聲束入射點至探頭前端面的距離稱為前沿長度，又稱為接近長度。入射點是探頭聲束軸線與楔塊底面的交點。探頭在使用前和使用過程中要經(jīng)常要測定入射點位置，以便對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位。能力知識點1超聲波探頭能力知識點1超聲波探頭

3．聲軸偏離角探頭主聲速軸線與晶片中心法線之間的夾角稱為聲速軸線偏向角。三、探頭型號探頭型號由五部分組成，用一組數(shù)字和字母表示，其排列順序如下：（1）基本頻率單位為MHz。（2）晶片材料常用的晶片材料（壓電材料）及其代號見表。能力知識點1超聲波探頭（3）晶片尺寸圓形晶片為晶片直徑；方形晶片為晶片長度×寬度；分割探頭晶片為分割前的尺寸。（4）探頭種類用漢語拼音縮寫字母表示，直探頭也可以不標(biāo)出，主要種類見表所示。（5）探頭特征如斜探頭為其K值或γ，單位為°;

。能力知識點2超聲波探傷儀

超聲波探傷儀是探傷的主體設(shè)備，主要功能是產(chǎn)生超聲頻率電振蕩，并以此來激勵探頭發(fā)射超聲波。同時，它又將探頭接收到的回波電信號予以放大、處理，并通過一定方式顯示出來。一、超聲波探傷儀的分類

1．按超聲波的連續(xù)性可將探傷儀分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波探傷儀三種。

2．按缺陷顯示方式，可將探傷儀分為A型顯示（缺陷波幅顯示）、B型顯示（缺陷俯視圖像顯示）、C型顯示（缺陷側(cè)視圖像顯示）和３D型顯示（缺陷三維圖像顯示）超聲波探傷儀等。能力知識點2超聲波探傷儀

3．按超聲波的通道數(shù)目又可將探傷儀分為單通道和多通道超聲波探傷儀兩種。前者是由一個或一對探頭單獨工作；后者是由多個或多對探頭交替工作，而每一通道相當(dāng)于一臺單通道探傷儀，適用于自動化探傷。二、A型脈沖反射式超聲波探傷儀1．工作原理接通電源后，同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時加至掃描電路和發(fā)射電路。掃描電路受觸發(fā)后開始工作，產(chǎn)生的鋸齒波電壓加至示波管水平（x軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，從而在示波屏上產(chǎn)生一條水平掃描線（又稱時間基線）。能力知識點2超聲波探傷儀能力知識點2超聲波探傷儀

與此同時，發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻窄脈沖加至探頭，激勵壓電晶片振動而產(chǎn)生超聲波，再通過探測表面的耦合劑將超聲波導(dǎo)入工件。超聲波在工件中傳播遇到缺陷或底面時會發(fā)生反射，回波被同一探頭或接收探頭所接收并被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)接收電路放大和檢波后加至示波管垂直（y軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生始波（表面反射波）、缺陷波F、底波B。能力知識點2超聲波探傷儀2．探傷儀主要性能儀器性能將直接影響探傷結(jié)果的正確，為此規(guī)定了探傷儀的各項性能。（1）水平線性（2）垂直線性（3）動態(tài)范圍

能力知識點3試塊

試塊是按一定用途設(shè)計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體的試件。在超聲波探傷技術(shù)中，確定探傷靈敏度、顯示探測距離、評價缺陷大小以及測試儀器和探頭的組合性能等，都是利用試塊來實現(xiàn)的

1、試塊的分類根據(jù)使用目的和要求的不同，通常將試塊分成以下兩大類：標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊。

能力知識點3試塊

CSK-ⅠBRB-2

牛角試塊RB-1第三節(jié)超聲波探傷的基本方法

按探頭與工件接觸方式分類，可將超聲波探傷分為直接接觸法和液浸法兩種。

使探頭直接接觸工件進(jìn)行探傷的方法稱之為直接接觸法。使用直接接觸法應(yīng)在探頭和被探工件表面涂有一層耦合劑作為傳聲介質(zhì)。常用的耦合劑有機(jī)油、甘油、化學(xué)漿糊、水及水玻璃等。焊縫探傷多采用化學(xué)漿糊和甘油。

能力知識點1直接接觸法

垂直入射法和斜角探傷法是直接接觸法超聲波探傷的兩種基本方法。

1、垂直入射法垂直入射法（簡稱垂直法）是采用直探頭將聲束垂直入射工件探傷面進(jìn)行探傷。由于該法是利用縱波進(jìn)行探傷，故又稱縱波法。

垂直法探傷能發(fā)現(xiàn)與探傷面平行或近于平行的缺陷，適用于厚鋼板、軸類、輪等幾何形狀簡單的工件。

能力知識點1直接接觸法垂直法探傷圖2、斜角探傷法斜角探傷法（簡稱斜射法）是采用斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進(jìn)行探傷。由于它是利用橫波進(jìn)行探傷，故又稱橫波法。斜角探傷法能發(fā)現(xiàn)與探測表面成角度的缺陷，常用于焊縫、環(huán)狀鍛件、管材的檢查。直射法：在0.5跨距的聲程以內(nèi)，超聲波不經(jīng)底面反射而直接對準(zhǔn)缺陷的探傷方法，又稱一次波法。一次反射法：超聲波只在底面反射一次而對準(zhǔn)缺陷的探傷方法，又稱二次波法。能力知識點1直接接觸法

斜角法探傷能力知識點2液浸法

液浸法是將工件和探頭頭部浸在耦合液體中,探頭不接觸工件的探傷方法。根據(jù)工件和探頭浸沒方式,分有全沒液浸法、局部液浸法和噴流式局部液浸法等。液浸法當(dāng)用水作耦合介質(zhì)時,稱作水浸法。水浸法探傷時,探頭常采用聚焦探頭,既是最常用的水浸聚焦超聲波探傷。

能力知識點2液浸法

液浸法探傷由于探頭與工件不直接接觸，因此它具有探頭不易磨損，且聲波的發(fā)射和接收比較穩(wěn)定等優(yōu)點。其主要缺點是，它需要一些輔助設(shè)備，如液槽、探頭橋架、探頭操縱器等。

超聲波探傷一般包括探傷前的準(zhǔn)備、實時探傷操作、缺陷的評定、檢驗結(jié)果的分級、記錄與報告等過程。超聲波探傷是通過探傷儀示波屏上反射回波的位置、高度、波形的靜態(tài)和動態(tài)特征來顯示被探焊件質(zhì)量優(yōu)劣的.采用超聲波探傷法對焊縫探傷時,應(yīng)根據(jù)焊件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接方法、使用條件、載荷等,確定不同的探傷方案。第四節(jié)焊縫的超聲波探傷技術(shù)能力知識點1探傷前的準(zhǔn)備一.超聲波探傷由探傷準(zhǔn)備和現(xiàn)場探傷兩部分組成.1.編寫委托檢驗書2.確定參加檢驗的人員3.檢驗員探傷前的準(zhǔn)備4.現(xiàn)場粗探傷5.現(xiàn)場精探傷6.評定焊接缺陷二、檢驗等級的確定一般根據(jù)對焊縫探測方向的多少，把超聲波探傷劃分為A、B、C三個級別：

A級——檢驗的完整程度最低，難度系數(shù)最小。適用于普通鋼結(jié)構(gòu)檢驗。

B級——檢驗完整程度一般，難度系數(shù)較大。適用于壓力容器檢驗。

C級——檢驗完整程度最高，難度系數(shù)最大。適用于核容器及管道的檢驗。

能力知識點1探傷前的準(zhǔn)備三、探傷面及探傷方法的選擇

1．探傷面的選擇與準(zhǔn)備

2．探傷方法的選擇四、耦合劑的選用接觸法探傷常選用甘油、機(jī)油、化學(xué)漿糊等有一定粘度的耦合劑，有時也采用水作耦合劑。對于鋼材等易銹的材料，常采用機(jī)油、變壓器油等。五、探頭的選擇

1．探頭形式的選擇應(yīng)盡量使聲束軸線與缺陷反射面相垂直。能力知識點1探傷前的準(zhǔn)備

2．晶片尺寸的選擇

3．頻率的選擇

4.探頭角度或K值的選擇焊縫探傷中，薄工件宜采用大探頭K值，以拉開跨距，提高分辨力和定位精度。大厚度工件宜采用小K值探頭，以減小整修面的寬度，有利于縮短聲程，減小衰減損失，提高探傷靈敏度。六、探傷儀的調(diào)節(jié)儀器調(diào)節(jié)有兩項主要內(nèi)容，一是探傷范圍和掃描速度調(diào)節(jié)；二是靈敏度調(diào)整。

能力知識點1探傷前的準(zhǔn)備能力知識點1探傷前的準(zhǔn)備

（一）探傷范圍和掃描速度調(diào)節(jié)

1．探傷范圍的調(diào)節(jié)

2．掃描速度的調(diào)節(jié)（1）深度1:1調(diào)節(jié)法（2）水平1:1調(diào)節(jié)法（二）探傷靈敏度的選擇及其調(diào)整

1．探傷靈敏度的選定

2．距離-波幅曲線的制作

3．探傷靈敏度的調(diào)整能力知識點2實時探傷操作1．探傷條件的選擇

2．檢驗區(qū)域?qū)挾鹊拇_定

3．探頭移動區(qū)的確定

4．單探頭的掃查方式（1）鋸齒形掃查（2）基本掃查（3）平行掃查（4）斜平行掃查

能力知識點2實時探傷操作5.雙探頭掃查方式（1）串列掃查（2）交叉掃查（3