鋼結(jié)構(gòu)無損檢測-超聲波檢測之檢測方法（鋼結(jié)構(gòu)檢測）

無損檢測

超聲檢測技術(shù)分類的方式有多種，較常用的有以下幾種：①原理分類：脈沖反射法、穿透法、共振法；②顯示方式分類:A型顯示、B型顯示、C型顯示；③波型分類:縱波法、橫波法、瑞利波法、蘭姆波法；④探頭數(shù)目分類:單探頭法、雙探頭法、多探頭法；⑤耦合方式分類:接觸法、液浸法；⑥按入射角度分類:直射聲束法、斜射聲束法。無損檢測

超聲波檢測

檢測方法穿透法：穿透法通常采用兩個(gè)探頭，分別放置在試件兩側(cè)，一個(gè)將脈沖波發(fā)射到試件中，另一個(gè)接收穿透試件后的脈沖信號(hào)，依據(jù)脈沖波穿透試件后能量的變化來判斷內(nèi)部缺陷的情況，如圖所示。無損檢測

無損檢測

接觸法直射聲束穿透法當(dāng)材料均勻完好時(shí)，穿透波幅度高且穩(wěn)定:當(dāng)材料中存在一定尺寸的缺陷或存在材質(zhì)的劇烈變化時(shí)，由于缺陷遮擋了一部分穿透聲能，或材質(zhì)引起聲能衰減，可使穿透波幅度明顯下降甚至消失，很明顯，這種方法無法得知缺陷深度的信息，對(duì)于缺陷尺寸的判斷也是十分粗略的無損檢測

無損檢測

單探頭法與雙探頭法：單探頭法：使用一個(gè)探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的檢測技術(shù)稱為單探頭法。單探頭法操作方便，是目前最常用的一種檢測技術(shù)。如前所述，單探頭脈沖反射法可為直射法或斜射法，都要求缺陷主反射面與聲束軸線垂直。當(dāng)缺陷主反射面與入射面的傾角較大時(shí)，或由于結(jié)構(gòu)上的原因和表面狀態(tài)的原因不能使聲束達(dá)到所需要的角度時(shí)，單探頭就可能難以有效地檢測出所要求的缺陷。無損檢測

超聲波檢測

檢測方法雙探頭法：使用兩個(gè)探頭，一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收，主要用于檢測單探頭法難以檢出的缺陷。圖為雙探頭法幾種典型的排列方式。當(dāng)試件中存在與檢測面垂直的平面型缺陷時(shí)，單探頭無法實(shí)現(xiàn)聲束與缺陷平面相垂直。若缺陷為上表面或下表面開口的缺陷，尚可利用橫波端角反射進(jìn)行檢測。若缺陷位于上下面之間，則常用圖（a）所示的串列式雙探頭法進(jìn)行檢測。檢測時(shí)采用兩個(gè)入射角相同的探頭，將兩個(gè)探頭放置在同一個(gè)面上，并朝向同一個(gè)方向。當(dāng)試件中無缺陷時(shí)，接收探頭收不到回波；當(dāng)試件中存在圖中所示的缺陷時(shí)，發(fā)射探頭發(fā)射的聲波經(jīng)缺陷反射到達(dá)底面，再從底面反射至接收探頭。無損檢測

可以看出，對(duì)于特定深度的缺陷，只有在兩個(gè)探頭之間相距特定距離時(shí)，才能接收到經(jīng)底面反射的回波。當(dāng)兩個(gè)探頭相距最近時(shí)，可檢測的缺陷深度是由兩個(gè)探頭前沿長度、試件厚度和折射角度決定的可檢測缺陷的最大深度。掃查時(shí)通過改變的探頭間距，對(duì)試件中不同深度的缺陷進(jìn)行檢測。而且，對(duì)于一定厚度的試件和一定角度的探頭，聲波經(jīng)過的路徑長度是不變的，因此，缺陷在時(shí)基線上的位置是不隨深度改變的。無損檢測

用來檢測與表面垂直的缺陷的另一種技術(shù)是圖（b）所示的技術(shù)。兩個(gè)探頭以相同的方向分別放置在試件的兩個(gè)相對(duì)面上，當(dāng)試件中存在圖中所示的缺陷時(shí)，發(fā)射探頭發(fā)射的聲波經(jīng)缺陷反射被另一個(gè)探頭所接收。檢測時(shí)缺陷顯示的特點(diǎn)與上述串列式相似，也是在屏幕上固定位置出現(xiàn)，只是同樣厚度的試件聲程減少了一半。掃查時(shí)，單個(gè)面上需要提供的探頭移動(dòng)距離較小，且需要兩面放置探頭。無損檢測

如圖（c）所示的技術(shù)是在同一個(gè)面上，采用一收一發(fā)兩個(gè)探頭檢測與表面平行的缺陷。這種技術(shù)僅在特殊情況下，直探頭不能在缺陷上方放置時(shí)采用。除了單探頭法與雙探頭法以外，有時(shí)，還使用兩個(gè)以上的探頭組合起來進(jìn)行檢測，稱為多探頭法。采用這類技術(shù)的目的是為了提高檢測效率，通常采用多通道儀器和自動(dòng)掃查裝置。無損檢測

無損檢測

雙探頭的排列方式

無損檢測

接觸法與液浸法：從探頭與試件間聲耦合的方式來看，還可將超聲檢測技術(shù)分為接觸法與液浸法兩大類。接觸法檢測是將探頭與試件表面直接接觸進(jìn)行檢測的技術(shù)，通常在探頭與檢測面之間涂有一層很薄的耦合劑，以改善探頭與檢測面之間聲波的傳導(dǎo)。液浸法是將探頭和試件全部或部分浸于液體中，以液體作為耦合劑，聲波通過液體進(jìn)入試件進(jìn)行檢測的技術(shù)。液浸法最常用的耦合劑為水，此時(shí)，又稱為水浸法。由于液體中不存在剪切力，只有縱波能夠在液體中傳播，但隨著聲束在試件表面入射角的不同，試件中同樣可以產(chǎn)生縱波、橫波、表面波、蘭姆波等波型，從而實(shí)現(xiàn)不同波型的檢測。無損檢測

超聲波檢測

檢測方法圖為液浸法直射聲束縱波檢測的示意圖。由圖中可以看出，液浸法A掃描[應(yīng)在第一次出現(xiàn)時(shí)（第71頁）進(jìn)行說明。第一次已增加]顯示與接觸法有不同特征。在發(fā)射脈沖之后，首先出現(xiàn)的是聲波經(jīng)過液層以后在液體與試件的界面反射回來的波，稱為界面回波(S)。之后，出現(xiàn)與接觸法時(shí)相似的缺陷回波和底面回波。觀察A掃描[同上。第一次已增加]顯示時(shí)，常用延遲功能將始波調(diào)到顯示屏之外，僅觀察界面回波以后的部分。無損檢測

無損檢測

液浸法直射聲束縱波檢測

無損檢測

直射波束法與斜聲束法：直射波束波——使聲束軸線垂直于檢測面進(jìn)入試件進(jìn)行檢測的技術(shù)，稱為直射聲束法。直射聲束法可以是單晶直探頭脈沖反射法、雙晶直探頭脈沖反射法和穿透法。直射聲束法通常采用的波型是縱波，在未加特殊說明時(shí)，所謂縱波檢測，通常是指直射聲束縱波脈沖反射法。直射聲束法的耦合方式可為接觸法或水浸法。直射聲束接觸法中脈沖反射法和穿透法也包含在此。無損檢測

超聲波檢測

檢測方法直射聲束脈沖反射法主要用于鑄件、鍛件、軋制件的檢測，適用于檢測平行于檢測面的缺陷。由于波型和傳播方向不變，缺陷定位比較方便、準(zhǔn)確。對(duì)于單直探頭檢驗(yàn)，由于聲場接近于按簡化模型進(jìn)行理論推導(dǎo)的結(jié)果，可用當(dāng)量法對(duì)缺陷尺寸進(jìn)行評(píng)定。另外，在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，縱波速度大于其他波型的速度，穿透能力強(qiáng)，可探測試件的厚度是所有波型中最大的。無損檢測

雙晶探頭脈沖反射法利用兩個(gè)晶片一發(fā)一收，可以在很大程度上克服直探頭反射法盲區(qū)的影響。其檢測原理如圖所示。雖然兩個(gè)晶片用隔聲層隔開，仍能接收到少量界面處直接反射的聲波(S)，但通常幅度較低。無缺陷時(shí)接收的第一個(gè)較高幅度的回波應(yīng)為底面回波(B)，缺陷回波位于界面回波和底面回波之間。雙晶探頭適用于檢測近表面缺陷，也可用于薄試件、小直徑棒材等。無損檢測

無損檢測

無缺陷無損檢測

有缺陷雙晶探頭脈沖反射法斜射聲束波——使聲束以一定入射角(大于00)進(jìn)入檢測面，利用在試件中產(chǎn)生的傳播方向與檢測面成一定角度的波進(jìn)行檢測的技術(shù)稱為斜射聲束法。根據(jù)入射角度選擇的不同，試件中產(chǎn)生的波型可同時(shí)有縱波與橫波，也可為純橫波或表面波。斜射聲束法最常用的是采用橫波作為檢測波型的斜射橫波法，也就是通常所說的橫波法。無損檢測

斜射聲束的產(chǎn)生通常有兩種方式，一種是采用接觸法斜角探頭，由晶片發(fā)出的縱波通過一定傾角的斜楔到達(dá)接觸面，在界面處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，在試件中產(chǎn)生折射后的斜射聲束；另一種是利用水浸直探頭，在水中改變聲束入射到檢測面時(shí)的入射角，從而在試件中產(chǎn)生所需波型和角度的折射波。無損檢測

如圖所示斜射聲束橫波檢驗(yàn)的兩種典型情況。對(duì)于接觸法斜角探頭，斜楔常用材料為有機(jī)玻度CL=2.73×103m/s)。根據(jù)折射定律，當(dāng)試件材料為鋼時(shí)(縱波速度CL=5.9×103m/s，橫波速度Cs=3.23×103m/s)，可得第一臨界角α1為27.6°，第二臨界角α11為57.8°，入射角在這兩個(gè)角度之間，則試件中呈現(xiàn)單一橫波。通常檢測所用橫波折射角為38°