超声波检测总复习实用教案

1、1 机械振动在弹性介质中的传播过程称机械波。超声波是机械波。 电磁振荡在空间的传播过程称电磁波。X射线属于电磁波。 (392)、产生机械波的条件： 要有机械振动的波源； 要有传播机械振动的弹性介质。 、波动是振动形式和振动能量的传播过程，波动过程中介质质点不发生(fshng)迁移，而是由各质点的位移连续变化来实现的。 、波长、频率和波速 =C/f 波长与频率成反比，与波速成正比。第1页/共121页第一页，共122页。2、声波、次声波和超声波、声波、次声波和超声波 次声波：频率次声波：频率(pnl)(pnl)20Hz20Hz的机械波；的机械波； 声波：频率声波：频率(pnl)=20(pnl)=2

2、020000Hz20000Hz的机的机械波；械波； 超声波：频率超声波：频率(pnl)(pnl)20000Hz20000Hz的机的机械波械波. .波长计算：波长计算： (449) (449)例题：已知钢中的纵波声速为例题：已知钢中的纵波声速为5900m/s5900m/s，横波声速为，横波声速为3230 m/s3230 m/s。试求。试求2.5MHz2.5MHz的的声波在钢中的纵波和横波波长。声波在钢中的纵波和横波波长。 解：解：第2页/共121页第二页，共122页。33 3、波的类型和特性、波的类型和特性 、按质点振动方向分类、按质点振动方向分类 纵波（压缩波）纵波（压缩波）LL质点振动方向与

3、波质点振动方向与波传播方向相同。传播方向相同。 介质质点承受交变拉伸压缩应力，质点介质质点承受交变拉伸压缩应力，质点疏密相间。能在固体疏密相间。能在固体(gt)(gt)、液体和气体中、液体和气体中传播。传播。 横波（切变波）横波（切变波）S S（T T）质点振动方向质点振动方向与波传播方向垂直。与波传播方向垂直。 介质质点承受交变剪切应力。只能在固介质质点承受交变剪切应力。只能在固体体(gt)(gt)中传播。中传播。第3页/共121页第三页，共122页。4 表面表面(biomin)(biomin)波（瑞利波）波（瑞利波）RR沿固体介质表面沿固体介质表面(biomin)(biomin)传播传播的

4、波。介质表面的波。介质表面(biomin)(biomin)质点作椭圆振动。质点作椭圆振动。 只能在固体表面只能在固体表面(biomin)(biomin)传播。传播深度约传播。传播深度约2 2倍波长。倍波长。 板波（兰姆波）板波（兰姆波）PP在厚度与波长相近的薄板中传播的波。两表面在厚度与波长相近的薄板中传播的波。两表面(biomin)(biomin)介质质点作对称或非对称的椭圆振动，板中心质点作纵向或横向介质质点作对称或非对称的椭圆振动，板中心质点作纵向或横向振动。振动。 在厚度与波长相当的薄板中传播。在厚度与波长相当的薄板中传播。 第4页/共121页第四页，共122页。5 (393)液体(y

5、t)中只能传播纵波，不能传播横波。这是因为： 凡能承受拉伸和压缩应力的介质都能传播纵波，液体(yt)虽然不能承受拉伸压缩应力，但能承受压应力而产生容积变化，所以能传播纵波。 介质传播横波时，介质受交变剪切应力作用，液体(yt)不能承受剪切应力，所以不能传播横波。第5页/共121页第五页，共122页。6 、按波阵面形状分类 平面波。 柱面波 球面波 活塞波：刚性固定的薄片状声源类似活塞振动所产生的波。距离( jl)足够大时，活塞波类似于球面波。 超声探头发生的波是活塞波。 、按振动持续时间分类 连续波：波源不间断振动所辐射的波。 脉冲波：波源间歇振动所辐射的波。第6页/共121页第六页，共122

6、页。74 4、超声的的传播速度、超声的的传播速度 、固体中的声速与介质、固体中的声速与介质(jizh)(jizh)的的密度和弹性模量有关，还与波的类型的关。密度和弹性模量有关，还与波的类型的关。 不同介质不同介质(jizh)(jizh)，声速不同；，声速不同；介质介质(jizh)(jizh)的弹性模量愈大，密度愈小，的弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。声速愈大。 在同一固体介质在同一固体介质(jizh)(jizh)中，纵中，纵波、横波和表面波的声速各不相同，并且有波、横波和表面波的声速各不相同，并且有以下关系：以下关系： CLCSCR CLCSCR 对于钢材：对于钢材： CL: CS : CR

7、1.8 : 1 : CL: CS : CR1.8 : 1 : 0.90.9 一般近似认为：横波声速约为纵波声一般近似认为：横波声速约为纵波声束的二分之一。束的二分之一。第7页/共121页第七页，共122页。8 、液体和气体中的纵波速度与容积弹性模量和密度有关，弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。 、板波的波速与频率和板厚有关，它是fd 的函数。 、声速与温度、应力和介质均匀性有关： 一般(ybn)固体介质的声速随温度的升高而降低。大多数液体介质的声速也随温度的升高而降低。水是例外，低于740C时，随温度的升高而增加。高于740C随温度的升高而降低。 固体介质一般(ybn)应力增加，声速增加。 晶

8、粒细，声速大，晶粒粗，声速小。第8页/共121页第八页，共122页。95、波的衍射 波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘(binyun)改变方向继续前进的现象，称波的衍射或绕射。 波的绕射和障碍物尺寸Df及波长的相对大小有关。当Df时，波的绕射强，当Df时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。6、超声场的特征值 、声压P 超声场中某点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在时的静压强P0之比称为该点的声压。第9页/共121页第九页，共122页。10 声阻抗声阻抗Z Z 超声场中任意一点的声压超声场中任意一点的声压(shn y)(shn y)与该处质点振动速度之比称为声阻抗。与

9、该处质点振动速度之比称为声阻抗。 声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘积。声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘积。 Z=c Z=c 、声强、声强I I 单位时间内垂直通过单位面积的声能称单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。为声强。 在同一介质中，超声波在同一介质中，超声波 的声强与声压的声强与声压(shn y)(shn y)的平方成正比。的平方成正比。 第10页/共121页第十页，共122页。117、分贝与奈培 、分贝 、奈培 、关系：1NP=8.86 dB 1dB=0.115NP8、超声波垂直入射到界面时的反射(fnsh)和透射 、声压反射(fnsh)率和声压透射率 声压反射(fnsh)率

10、：第11页/共121页第十一页，共122页。12 声压声压(shn y)(shn y)透射率：透射率： t-r=1 t-r=1 、声强反射率和声强透射率、声强反射率和声强透射率 声强反射率：声强反射率： 声强透射率：声强透射率： T+R=1 T+R=1第12页/共121页第十二页，共122页。13 、讨论：、讨论： 超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例与界面两侧介超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例与界面两侧介质的声阻抗有关质的声阻抗有关(yugun)(yugun)。 声阻抗差越大，声压反射率越大。当声阻抗差越大，声压反射率越大。当Z1Z1Z2Z2或或Z2 Z2 Z1Z1时

11、，声波时，声波几乎全射，无透射。几乎全射，无透射。 声阻抗差越小，声压反射率越小，声压透射率越大。当声阻抗差越小，声压反射率越小，声压透射率越大。当Z1Z2Z1Z2时，时，声波几乎全透射，无反射。声波几乎全透射，无反射。 第13页/共121页第十三页，共122页。14 、声压往复透射率 超声探头发射的声波透过工件界面( jimin)，经底面反射后再透过界面( jimin)被探头接收。接收的回波声压与入射波声压之比称往复透射率。 在底面全反射的情况下，声压往复透射率： 与声强透射率数值相等。 若底面反射率为： 则声压往复透射率为：第14页/共121页第十四页，共122页。15 声压(shn y)

12、反射率、透射率和声压(shn y)往复透射率计算：(458)例题1：不锈钢与碳钢的声阻抗差约为1%，试计算复合界面上的声压(shn y)反射率？解：设碳钢的声阻抗Z钢=1，则不锈钢的声阻抗Z不=1-1%=0.99 第15页/共121页第十五页，共122页。16(471)(471)例题例题2 2、已知钛和钢的声阻抗差约为、已知钛和钢的声阻抗差约为40%40%。若从钢一侧探测钛。若从钢一侧探测钛/ /钢复合钢复合(fh)(fh)板，求复合板，求复合(fh)(fh)层回波与底面回波的分贝差。层回波与底面回波的分贝差。 解：解：第16页/共121页第十六页，共122页。179、超声波斜入射到界面的反射

13、和折射 、反射、折射和波型转换(zhunhun) 反射： 超声波斜入射至界面时，一部分声波返回原介质中，改变方向传播，称为反射。 折射： 超声波斜入射至界面时，一部分声波进入第二种介质，改变方向继续传播，称为折射。 波型转换(zhunhun)： 超声波斜入射至界面时，除产生同种波型的反射和折射波外，不产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换(zhunhun)。第17页/共121页第十七页，共122页。18 、反射(fnsh)、折射定律 超声波斜入射到界面时，其产生的反射(fnsh)波、折射波和入射波的角度之间存在下列关系（反射(fnsh)折射定律）： 纵波斜入射 横波斜入射第18页/共

14、121页第十八页，共122页。19 斯奈尔定律可简化为下式表示：斯奈尔定律可简化为下式表示： 由公式得知：超声波斜入射至平界面由公式得知：超声波斜入射至平界面(jimin)时，其反射角、折射角的大小只与界时，其反射角、折射角的大小只与界面面(jimin)两侧介质的声速有关。声速大则角两侧介质的声速有关。声速大则角大，声速小则度小，声速相等则角度相等大，声速小则度小，声速相等则角度相等第19页/共121页第十九页，共122页。20 反射折射定律计算：(494)例题：采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（CL1=2700m/s,钢CS=3200m/s）,检验(jinyn)某种硬质合焊缝（CS=3800m

15、/s），其实际K值为多大？ 解：K=1 tg1=1 1=45O 根据折射定律： K2=tg=tg57.1o=1.5第20页/共121页第二十页，共122页。21解法解法(ji f)二：二： 第21页/共121页第二十一页，共122页。22 、临界角 第一(dy)临界角（纵波斜入射） 第二临界角（纵波斜入射） 第三临界角（横波斜入射）第22页/共121页第二十二页，共122页。23 、斜入射的声压反射率 斜入射时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗有关，而且与入射角有关。 、端角反射 超声波在两个平面(pngmin)构成的直角内的反射叫端角反射。 超声波在端角经历了两次反射，纵波入射时端角反射率

16、都很低，横波入射时，当入射角在300和600（K=0.7和1.5)附近时端角反射率很低。第23页/共121页第二十三页，共122页。241010、超声波的在曲面上的反射和透射、超声波的在曲面上的反射和透射 、球面波在曲界面上的反射和折射、球面波在曲界面上的反射和折射 球面波在曲界面上的反射球面波在曲界面上的反射 球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散。入射到凸曲面时，其反射波发散。 球面波透过曲界面后也发生聚焦或发球面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸(o (o t)t)

17、有关，还与界面两侧介质的声速有关。有关，还与界面两侧介质的声速有关。 曲面为凹面，当曲面为凹面，当C1C1C2C2时，透射波聚焦；时，透射波聚焦；当当C1C1C2C2时，透射波发散。时，透射波发散。 曲面为凸面，当曲面为凸面，当C1C1C2C2时，透射波发散；时，透射波发散；当当C1C1C2C2时，透射波聚焦。时，透射波聚焦。第24页/共121页第二十四页，共122页。251111、超声波的衰减、超声波的衰减 (404) (404) 、衰减及产生原因、衰减及产生原因 衰减：超声波在介质中传播时随距离增加衰减：超声波在介质中传播时随距离增加能量逐渐减弱的现象。能量逐渐减弱的现象。 产生原因：产生

18、原因： 扩散衰减：超声波传播过程中，由于波扩散衰减：超声波传播过程中，由于波束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱。束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱。 散射衰减：超声波在介质中传播时，遇散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面到声阻抗不同的界面(jimin)(jimin)时产生散乱反时产生散乱反射引起超声波的衰减，同时在示波屏上形成草状射引起超声波的衰减，同时在示波屏上形成草状回波。回波。 吸收衰减：超声波在介质中传播时，由吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起超声波的衰减。起超声波的衰

19、减。 通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括扩散衰减。扩散衰减。第25页/共121页第二十五页，共122页。26 、影响衰减的因素 介质的衰减程度与介质的晶粒尺寸、各向异性系数和超声波的频率有关。晶粒尺寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，衰减越大。 、衰减系数测定 工件上下表面(biomin)平行，表面(biomin)平整光洁，厚度T3N时： 厚度T3N时：第26页/共121页第二十六页，共122页。27二、超声场和规则反射体回波二、超声场和规则反射体回波(hu b)声压声压1、圆盘波源发射的纵波声场 、波束轴线上的声压 当 时，经简化处理得： 、近场区和近

20、场长 波源附近由于波的干涉而出现(chxin)的一系列声压极大和极小值的区域称为近场区。 最后一个极大值至波源的距离称近场长。 其值为：第27页/共121页第二十七页，共122页。28 、远场区 波源轴线上至波源距离大于N的区域称远场区。远场区轴线上的声压随距离单调减小，当x3N时，声压与距离成反比，声波可视为球面波。 、波束指向性与半扩散角 半扩散角： 声束横截面上偏离轴线的第一个声压零值点与波源连线和中心轴线的夹角( ji jio)称半扩散角。 圆形晶片发射的纵波声场，半扩散角：第28页/共121页第二十八页，共122页。29 波束指向性： 以确定的扩散角向固定方向辐射超声波的 特性称为(

21、chn wi)波束指向性。 半扩散角越小，指向性就越好。 、波束未扩散区与扩散区 超声波不是从声源开始扩散，存在一个未扩散区b： b1.64N 未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减。 离声源距离大于b的区域称为(chn wi)扩散区，声束存在扩散衰减。第29页/共121页第二十九页，共122页。302、矩形波源辐射的纵波声场 、声束轴线(zhu xin)上的声压： 、半扩散角 、近场区长度第30页/共121页第三十页，共122页。313、实际声场与理想声场比较 远场区基本一致，近场区差别较大。实际声场在近场也存在极大极小值，但其极值(j zh)点少且波动幅度小。 第31页/共121页第三十一页

22、，共122页。325 5、横波发射声场、横波发射声场 、声束轴线上的声压（、声束轴线上的声压（ x3N) x3N) 、近场区长度、近场区长度 、第二、第二(d r)(d r)介质中的近场长度介质中的近场长度第32页/共121页第三十二页，共122页。33(460)(460)例题：试计算例题：试计算(j (j sun)2.5P13sun)2.5P1310K1.510K1.5斜探头在钢中的近场长斜探头在钢中的近场长度（已知钢中度（已知钢中CL2=5900m/sCL2=5900m/s，CS2=3200 m/sCS2=3200 m/s；有机玻璃楔块中有机玻璃楔块中CL1=2700 m/sCL1=270

23、0 m/s，声程，声程L1=15mmL1=15mm）。）。 解：解：第33页/共121页第三十三页，共122页。34 、半扩散(kusn)角 第34页/共121页第三十四页，共122页。35讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近场长度、讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近场长度、波束指向性的关系：波束指向性的关系： 由：由： 1 1、晶片直径大、波长短（频率高），近场、晶片直径大、波长短（频率高），近场长度大，半扩散角小，指向性好；长度大，半扩散角小，指向性好； 2 2、晶片直径小、波长大（频率低），近场、晶片直径小、波长大（频率低），近场长度小，半扩散角大，指向性差。长度小，半扩散角大，指向性

24、差。 所以所以(suy)(suy)近场长的探头指向性好，近近场长的探头指向性好，近场短的探头指向性差。场短的探头指向性差。第35页/共121页第三十五页，共122页。366 6、规则反射体的回波声压、规则反射体的回波声压 、平底孔回波声压、平底孔回波声压 平底孔回波声压与面积成正比，与距离平底孔回波声压与面积成正比，与距离(jl)(jl)平方成反比。平方成反比。 任意二平底孔的回波分贝差为：任意二平底孔的回波分贝差为：第36页/共121页第三十六页，共122页。37 平底孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波(hu b)降低12dB；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波(hu b)升高12d

25、B. 第37页/共121页第三十七页，共122页。38 、长横孔回波(hu b)声压 长横孔回波(hu b)声压与长横直径平方根成正比， 与距离的三分之二次方成反比。 任意二平底孔的回波(hu b)分贝差为：第38页/共121页第三十八页，共122页。39 长横孔直径一定长横孔直径一定(ydng)(ydng)，距离增，距离增加一倍，回波降低加一倍，回波降低9dB9dB；长横孔距离一定；长横孔距离一定(ydng)(ydng)，孔径增加一倍，回波升高，孔径增加一倍，回波升高3dB.3dB.第39页/共121页第三十九页，共122页。40 、短横孔回波(hu b)声压 短横孔回波(hu b)声压与短

26、横孔长度，与直径的平方根成正比，与距离的平方成反比。 任意短横孔的回波(hu b)分贝差为： 第40页/共121页第四十页，共122页。41 短横孔直径(zhjng)和长度一定，距离增加一倍，回波降低12dB；短横孔直径(zhjng)和距离一定，长度增加一倍，回波升高6dB；短横孔长度和距离一定，直径(zhjng)增加一倍，回波升高3dB.第41页/共121页第四十一页，共122页。42 、球孔回波声压 球孔回波声压与球孔的直径成正比，与距离( jl)平方成反比。 任意二球孔的回波分贝差为：第42页/共121页第四十二页，共122页。43 球孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波(hu b)降低

27、12dB；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波(hu b)升高6dB.第43页/共121页第四十三页，共122页。44 、大平(d pn)底面回波声压 大平(d pn)底面的回波声压与距离成反比。 两个距离不同的大平(d pn)底面的回波分贝差为： 大平(d pn)底面距离增加一倍，回波降低6dB。第44页/共121页第四十四页，共122页。45 、圆柱曲面的回波(hu b)声压 实心圆柱体，与大平底面相同 空心圆柱体 外圆面探伤 回波(hu b)声压小于同距离大平底。 内圆面探伤 回波(hu b)声压大于同距离大平底。第45页/共121页第四十五页，共122页。46反射体反射体回波声压回

28、波声压差差12x2=2x12=21l2=2l1大平底面大平底面-6dB-平底孔平底孔-12dB+12dB-球孔球孔-12dB+6dB-长横孔长横孔-9dB+3dB-短横孔短横孔-12dB+3dB+6dB第46页/共121页第四十六页，共122页。47三、仪器三、仪器(yq)、探头和试块、探头和试块1 1、 超声波探伤仪超声波探伤仪 、仪器、仪器(yq)(yq)的作用的作用 、产生高频电脉冲加于探头，激励探、产生高频电脉冲加于探头，激励探头发射超声波；头发射超声波； 、接收探头送回的电信号经处理以一、接收探头送回的电信号经处理以一定的方式显示出来。定的方式显示出来。 、仪器、仪器(yq)(yq)

29、按显示方式的分类按显示方式的分类 、A A显示探伤仪：波形显示，横座标显示探伤仪：波形显示，横座标代表声波传播时间或距离，纵座标代表声波代表声波传播时间或距离，纵座标代表声波幅度。幅度。 第47页/共121页第四十七页，共122页。48 、B B显示探伤仪：横座标代表探头移动显示探伤仪：横座标代表探头移动轨迹，纵座标代表声波传播时间。显示工件纵轨迹，纵座标代表声波传播时间。显示工件纵截面图形。截面图形。 、C C显示探伤仪：横座标和纵座标代表显示探伤仪：横座标和纵座标代表探头在工件表面的位置。显示工件内部缺陷的探头在工件表面的位置。显示工件内部缺陷的平面图像。平面图像。 、仪器电路组成、仪器电

30、路组成(z chn)(z chn) 由发射电路、接收电路、扫描电路、同由发射电路、接收电路、扫描电路、同步电路、显示电路、电源电路等六部分组成步电路、显示电路、电源电路等六部分组成(z chn)(z chn)。 、各部分电路的作用、各部分电路的作用 、同部电路（触发电路）：是整个探、同部电路（触发电路）：是整个探伤仪的中心，产生电脉冲，触发探伤仪发射电伤仪的中心，产生电脉冲，触发探伤仪发射电路、扫描电路等步调一致地工作。路、扫描电路等步调一致地工作。第48页/共121页第四十八页，共122页。49 、发射电路：产生高频电脉冲，加于探头，激励压电晶片振动产生超声波。 、接收电路：将来自探头的信号

31、进行放大、检波、加至示波管垂直偏转板，在示波屏上显示出来。 、显示电路：显示探伤波形。 、电源：给探伤仪各部分电路供电。 、仪器主要开关旋钮作用及调整 抑制旋钮： 抑制荧光屏上幅度较低或认为不需要显示的杂乱(zlun)反射波，使之不显示。使用抑制时，仪器垂直线性和动态范围遭破坏，抑制越大，动态范围越小。第49页/共121页第四十九页，共122页。50 深度细调旋钮 连续改变扫描线的扫描速度，使扫描线上的回波间距在一定范围内连续变化。用来精确调节探测范围。 延迟旋钮 调节开始发射脉冲时刻(shk)与开始扫描时刻(shk)的时间差。使扫描线上的回波沿扫描线水平移动，但间距不变。用来进行零位校正。水

32、浸探伤中，用来把水中部分调节到荧光屏外不予显示。 衰减器 衰减器的作用是调节仪器灵敏度和测量回波幅度（改变放大电路的放大倍数）。 深度补偿开关（DAC） 改变放大器的线性，使不同距离上的缺陷回波具有相同或相近的高度。第50页/共121页第五十页，共122页。51 2 2、超声波探头、超声波探头 、压电效应：、压电效应： 某些晶体材料在交变应力作用下，产生交变电场的效某些晶体材料在交变应力作用下，产生交变电场的效应正压电效应；反之，当晶体材料在交变电场作用下产生应正压电效应；反之，当晶体材料在交变电场作用下产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。伸缩变形的效应称为逆压电效应。 、压电晶体：、压电晶体：

33、 具有压电效应的材料称为压电晶体。具有压电效应的材料称为压电晶体。 分为：单晶材料：分为：单晶材料：SiO2 SiO2 、LiSO4LiSO4、LiNbO3LiNbO3 多晶材料（压电陶瓷多晶材料（压电陶瓷(toc)(toc)）：）：BaTiO3BaTiO3、PbZrTiO3PbZrTiO3、PbTiO3PbTiO3 单晶材料：接收灵敏度高；单晶材料：接收灵敏度高； 多晶材料：发射灵敏度高。多晶材料：发射灵敏度高。 第51页/共121页第五十一页，共122页。52 、探头的种类和结构 (P111-12)直探头（纵波探头） 发射和接收纵波。探测与表面平行的缺陷(quxin)。 组成： a.压电晶

34、片：发射和接收超声波，用压电材料制成。 b.保护膜：硬保护膜用刚玉制成；软保护膜用塑料掉成。保护压电晶片，防止晶片磨损或损坏。 c.吸收块（阻尼块）：还原树脂加钨粉制成。用于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的杂波和支承晶片。第52页/共121页第五十二页，共122页。53 d. d.外壳：用金属或塑料制成。把各种元件组合在一起并保护之。外壳：用金属或塑料制成。把各种元件组合在一起并保护之。 e. e.电缆线：传送电信号。电缆线：传送电信号。 f. f.接头：连接探头电缆线。接头：连接探头电缆线。 斜探头：斜探头： 探测与表面倾斜探测与表面倾斜(qngxi)(qngxi)的缺陷。的缺陷。 a.

35、a.横波斜探头（横波斜探头（LL）：通过波型转换在工件中产生横波。）：通过波型转换在工件中产生横波。 b. b.纵波斜探头（纵波斜探头（ L= L= ）：在工件中产生倾斜）：在工件中产生倾斜(qngxi)(qngxi)纵波。纵波。 c. c.表面波斜探头（表面波斜探头（ L L）：在工件中产生表面波。）：在工件中产生表面波。第53页/共121页第五十三页，共122页。54 与直探头不同之处是： 斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发射以在工件中产生(chnshng)波型转换。其上开有吸声槽，周围填充吸声材料，以减少杂波。 表面波探头 在工件中产生(chnshng)表面波，探测表面或近表面缺陷。 结

36、构： 与横波斜探头相同。只是其入射角大于或等于第二临界角。其入射角按下式计算：第54页/共121页第五十四页，共122页。55 双晶探头（分割式探头） 双晶直探头、双晶斜探头，用于探测薄工件和近表面缺陷。 结构：由两块压电晶片组成(z chn)，一块发射超声波，一块接收超声波。晶片前加有有机玻璃延迟块。 双晶探头优点： a.近距离灵敏度高； b.工件中近场区长度小； c.盲区小，杂波小； d.探测范围可调。第55页/共121页第五十五页，共122页。56 聚集探头 聚焦直探头由直探头和声透镜组成。利用声透镜使声束会聚到一点(y din)或一线。 点聚焦探头声透镜为球面，线聚焦探头声透镜为圆柱面

37、。 、各种探头型号示例：第56页/共121页第五十六页，共122页。57 3、试块 、试块的作用(zuyng) a.测试仪器和探头性能 b.调节仪器扫描速度 c.调整探伤灵敏度 d.评定缺陷大小。 、试块的分类（JB/T4740-2005定义） a.标准试块 用于仪器探头系统校准和检测校准的试块。 b.对比试块 用于检测校准的试块。 第57页/共121页第五十七页，共122页。58 、承压设备用试块 标准试块 JB/T4740.2-2005规定的标准试块有： a.钢板检测用试块：CB、CB b.锻件(dunjin)检测用试块：CS、CS 、CS c.焊缝检测用试块：CSKIA、CSKA、CSK

38、A、 CSKA。 对比试块 JB/T4740.2-2005使用的标准试块有： a.钢板横波检测对比试块； b.锻件(dunjin)横波检测对比试块；第58页/共121页第五十八页，共122页。59 c. c.无缝钢管检测用对比试无缝钢管检测用对比试(b shi)(b shi)块；块； d. d.声能传输损耗超声检测对比试声能传输损耗超声检测对比试(b shi)(b shi)块；块； e. e.奥氏体钢锻件超声检测对比试奥氏体钢锻件超声检测对比试(b shi)(b shi)块块 f. f.铝焊接接头超声检测对比试铝焊接接头超声检测对比试(b shi)(b shi)块；块； g. g.钢制压力管道

39、和管子焊接接头超声检测对比试钢制压力管道和管子焊接接头超声检测对比试(b shi)(b shi)块；块； h. h.铝及铝合金压力管道和管子焊接接头超声检测对比试铝及铝合金压力管道和管子焊接接头超声检测对比试(b shi)(b shi)块；块； I. I.钛焊接接头超声检测对比试钛焊接接头超声检测对比试(b shi)(b shi)块；块； j. j.堆焊层超声检测对比试堆焊层超声检测对比试(b shi)(b shi)块块第59页/共121页第五十九页，共122页。60 、仪器和探头性能 仪器性能 a.垂直线性：指仪器示波屏上波高与信号电压之间成比例的程度。用垂直线性误差表示。 测试时“抑制”和

40、“深度补偿”置于“关”或0。 b.水平线性：指示波屏时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度。取决于扫描电路锯齿波的线性。用水平线性误差表示。 c.动态(dngti)范围：指仪器示波屏容纳信号大小的能力。第60页/共121页第六十页，共122页。61 探头性能 a.入射点（前沿距离l0） 入射点即声束轴线与探测面的交点(jiodin)。入射点至探头前沿的距离称为前沿距离。实际探伤中，测定入射点即测定前沿距离。用CSKIA R100圆弧测试。 b. K值：K值是斜探头折射角的正切值。 用CSKIA 50孔圆弧面测试。 c.探头主声束偏离 即探头主声束与探头几何轴线的偏离程度。 用试块任意

41、棱边测试。 d.双峰 第61页/共121页第六十一页，共122页。62 前后或左右移动探头，同一反射体产生两个波峰的现象，由于声束分叉引起。用任意横孔测试 仪器和探头组合性能 a.灵敏度余量 灵敏度余量是指仪器最大输出时，使规定反射体回波达到基准高度时仪器所剩余的增益余量。用平底孔试块测试。 b.盲区：是指从探测面可发现缺陷的最小距离。在盲区试块或CSKIA试块上行测试。 c.始脉冲宽度：是指在一定的灵敏度条件下，示波屏上始脉冲在20%垂直幅度(fd)的延续长度，以钢中的声程表示。 第62页/共121页第六十二页，共122页。63 d.分辨力 分辨力是指示波屏上区分两个相邻缺陷的能力。 e.

42、回波频率 回波频率是指仪器和探头组合使用时，从工件(gngjin)中返回的超声信号的频率。 回波频率用示波器测试。第63页/共121页第六十三页，共122页。64四、超声波探伤四、超声波探伤(tn shng)法和通法和通用探伤用探伤(tn shng)技术技术1 1、超声波探伤方法分类、超声波探伤方法分类 、按原理分类，分为：、按原理分类，分为： 脉冲反射法脉冲反射法缺陷回波法缺陷回波法底波高度法底波高度法多次底波法多次底波法 穿透穿透(chun tu)(chun tu)法法 共振法共振法 第64页/共121页第六十四页，共122页。65 、按波型分类： 纵波法 （垂直法） 用直探头发射纵法进行

43、探伤的方法，称为纵波法，又称为垂直法。 纵波法主要(zhyo)用于探测与检测面平行的缺陷，常用于板、管、棒材等变形材料和锻件、焊缝 检测，有时也用于铸件。 横波法（斜角法） 利用波型转换在试件中产生横波进行探伤的方法称为横波法，又称斜角法探伤。 横波探伤主要(zhyo)用于检测与探测面倾斜的缺陷，常用于薄壁管材和焊缝检测，作为一种辅助检测手段，也用于板材、锻件等的与表面倾斜的缺陷检测。第65页/共121页第六十五页，共122页。66 表面波法（瑞利波法） 利用表面波探测表面缺陷的方法。适用(shyng)于检测固体试件的表面缺陷。 板波法（兰姆波法） 利用板波探测薄板中的缺陷的方法，适用(shy

44、ng)于检测薄板（4mm）中的缺陷。 爬波法 利用入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波进行探伤的方法，适用(shyng)于检测表面比较粗糙的试件表面及表面下的缺陷。第66页/共121页第六十六页，共122页。67 、按耦合方式分类： 直接接触法：探头(tn tu)通过一薄层耦合剂与试件表面直接接触进行探伤的方法。 液浸法：探头(tn tu)与试件表面之间充有一定厚度的液层的探伤方法。 a.全浸法 b.局部液浸法喷液式通水式满溢式第67页/共121页第六十七页，共122页。68 2、仪器和探头的选择 、探伤仪的选择 依据：工件(gngjin)检测要求、检测场合 考虑因素： 、定

45、位精度水平线性 、定量精度垂直线性、衰减器精度 、大型工件(gngjin)灵敏度余量、信噪比 、小型工件(gngjin)盲区、分辨力 、自动探伤自动报警、DAC 、现场探伤仪器便携性第68页/共121页第六十八页，共122页。69 、探头选择 依据：工件材质、形状、缺陷和技术要求 探头型式： 直探头探测与探测面平行的缺陷 斜探头控测与探测面倾斜的缺陷 表面波探头探测表面缺陷 双晶探头探测薄件或近表面缺陷 聚焦(jjio)探头薄壁管水浸探伤或薄件 水浸探头水浸探伤工件第69页/共121页第六十九页，共122页。70 探头频率（0.5-10MHz) 依据：工件材质、厚度、检测要求 频率影响： 频率

46、高，可发现缺陷(quxin)小（波的绕射） 频率高，脉冲宽度小，分辨力好 频率高，指向性好 频率高，近场区长 频率高，衰减大 晶粒较细（锻件、轧制件、焊缝）2.55MHz 晶粒较粗（铸件、奥氏体钢） 0.5 2.5MHz 第70页/共121页第七十页，共122页。71 探头晶片尺寸（10 30） 依据：工件厚度、形状 晶片尺寸影响： 尺寸大，指向性好 尺寸大，近场长 尺寸大，能量大，发现远距离缺陷能力强。 大尺寸探头厚大工件 小尺探头薄工件、表面不平整(pngzhng)、曲率大的工件。第71页/共121页第七十一页，共122页。72 、斜探头K值 依据：工件厚度(hud)、检测对象、缺陷类型

47、厚工件大K值 薄工件小K值 缺陷方向主声束垂直于缺陷主平面 焊缝主声束能扫查到整个焊缝截面 单面焊未焊透考虑端角反射，取 （K=0.7-1.5) 3、耦合与补偿第72页/共121页第七十二页，共122页。73 、耦合超声波在探测面上的声强透射率。 、耦合剂在探头和工件表面之间施加的一层透声介质。 、耦合剂的要求：能润湿探头和工件表面，流动性和粘度附着力适当，易于清洗；声阻抗高，透声性好；来源广，价格便宜；对工件无腐蚀，无污染，对人体无害(w hi)；性能稳定，不易变质，能长期保存。 第73页/共121页第七十三页，共122页。74 、常用耦合剂：机油、变压器油、水、水玻璃、甘油、化学浆糊、纤维

48、素 、影响声耦合的因素(yn s) 耦合剂 耦合层厚度：厚度为/2的整数倍或很薄时，透声效果好。 耦合剂声阻抗：声阻抗大，透声效果好，声阻抗小，耦合效果差。 工件表面状态的影响 表面粗糙度；表面粗糙度大，耦合效果差。一般要求6.3m。 工件表面形状：平面最好，凸面次之，凹面最差。曲面工件，曲率越大，耦合效果越差。第74页/共121页第七十四页，共122页。754、探伤仪的调节 、扫描速度调节 目的：使探伤仪扫描线水平刻度值 与超声波在工件中的实际声程成一定比例关系，以便在规定的范围内发现缺陷并对其定位(dngwi)。 方法：利用试块或工件中两个距离不同的反射体的反射波信号，用仪器“探测范围”、

49、“深度微调”、“延迟”或“水平”旋钮把二反射波前沿调到水平刻度相应位置。（包括扫描速度调节和零点校准第75页/共121页第七十五页，共122页。76 横波探伤扫描速度调节 声程法 CSKIA、 IIW2试块、半圆试块 水平法 CSKIA R50和R100声程对应的水平距离(jl) 深度法 CSKIAR50和R100声程对应的深度第76页/共121页第七十六页，共122页。77 、探伤灵敏度调节 探伤灵敏度：指在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。基准灵敏度：一般指记录灵敏度，用于缺陷定量和等级评定。扫查灵敏度：指实际检测灵敏度，不低于基准灵敏度。目的(md)：发现工件中规定大小缺陷并对缺陷

50、定量。 内容：用仪器“发射强度”、“增益”和“衰减器”等旋钮把最大探测声程上规定反射体的反射波调到荧光屏基准高度。第77页/共121页第七十七页，共122页。78 、常用方法： 试块法、底波计算法 、试块法：方法：将探头置于试块上，移动探头，找到人工反射体最大回波，用衰减器把回波调至基准(jzhn)高（一般为荧光屏高度80%）。优点：操作简单，直观。缺点：需要大量试块 需考虑耦合补 偿和衰减补偿适用场合：主要用于厚度小于3N的锻件。第78页/共121页第七十八页，共122页。79 底波计算法：（x3N） 理论依据：规则反射体回波声压理论 方法： a.计算底波与同声程平底孔波幅分贝差： 平行(p

51、ngxng)底面工件和实心圆柱体 空心圆柱体 “+”外壁探测 “-”内壁探测第79页/共121页第七十九页，共122页。80b.b.把底波调至荧光基准线，用衰减把底波调至荧光基准线，用衰减器把灵敏度提高器把灵敏度提高dBdB。优点：优点：可省去大量试块可省去大量试块可不考虑耦合补偿和衰减补偿可不考虑耦合补偿和衰减补偿适用场合：适用场合：主要用于厚度主要用于厚度3N3N且且底面与探测面平行底面与探测面平行底面平滑底面平滑(pnghu)(pnghu)光洁，不与吸光洁，不与吸声物质接触的工件或具有圆柱曲底声物质接触的工件或具有圆柱曲底面的工件面的工件 第80页/共121页第八十页，共122页。81

52、I (p158-42)例题：用2.5P20Z直探头(tn tu)对厚度为400mm的饼形锻件进行轴向纵波探伤。已知钢中=5900mm/s。如何用底波法调节400/2探伤灵敏度？ 解： 将探头(tn tu)置于工件圆柱面完好部位，将底面一次回波B1调至荧光屏高度的80%，再用衰减器将灵敏度提高43.5dB.第81页/共121页第八十一页，共122页。82 5、缺陷位置测定 、横波探伤缺陷定位 水平定位法 从水平刻度读出水平距离值，计算( j sun)缺陷的深度值。 a.一次波法 b.二次波法 第82页/共121页第八十二页，共122页。83 (491) (491)例题例题(lt)(lt)：用：用

53、2.5P102.5P1012K212K2探头检测厚探头检测厚25mm25mm钢板对接焊缝，扫描线按水平钢板对接焊缝，扫描线按水平1 1：1 1调节。探伤时在水平刻度调节。探伤时在水平刻度64mm64mm处发现一缺陷波，处发现一缺陷波，计算该缺陷的深度。计算该缺陷的深度。 解：缺陷位于二次波位，解：缺陷位于二次波位， L=64 mm L=64 mm， 第83页/共121页第八十三页，共122页。84 深度定位法 从水平刻度读出深度值，计算缺陷(quxin)水平距离。读出的是指示深度d,计算l和d。 a.一次波法 b.二次波法 第84页/共121页第八十四页，共122页。85 (490) (490

54、)例题例题1 1：用：用5P1012K25P1012K2斜探头检验斜探头检验板厚板厚T=25mmT=25mm的钢对接焊缝，扫描按深度的钢对接焊缝，扫描按深度(shnd)21(shnd)21调节。探伤时在水平刻度调节。探伤时在水平刻度70mm70mm处发现缺陷波一个，求此缺陷的深度处发现缺陷波一个，求此缺陷的深度(shnd)(shnd)和水平距离。和水平距离。 解：解：第85页/共121页第八十五页，共122页。86 、圆筒周向横波、圆筒周向横波(hngb)探伤最大探伤最大探测壁厚探测壁厚第86页/共121页第八十六页，共122页。87 II(473) II(473) 例题例题(lt)(lt)：

55、采用：采用K2K2斜探头，斜探头，对外径为对外径为600mm600mm的钢管作周向横波探伤，能扫查的钢管作周向横波探伤，能扫查到的最大壁厚为多少到的最大壁厚为多少mmmm？ 解：解：第87页/共121页第八十七页，共122页。88 6 6、缺陷定量常用方法：、缺陷定量常用方法：当量法当量法底波高度法底波高度法测长法测长法 、当量法、当量法 含义：用与实际缺陷反射波幅相同的人工反含义：用与实际缺陷反射波幅相同的人工反射体尺寸射体尺寸(ch cun)(ch cun)表示的缺陷尺寸表示的缺陷尺寸(ch cun)(ch cun)。一般小于缺陷的实际尺寸一般小于缺陷的实际尺寸(ch cun)(ch cu

56、n)。 适用性：小于声束截面尺寸适用性：小于声束截面尺寸(ch cun)(ch cun)的缺的缺陷。陷。 方法：试块比较法方法：试块比较法 当量计算法当量计算法 AVG AVG法法第88页/共121页第八十八页，共122页。89 试块比较法：试块比较法： 方法：找到与缺陷声程相同的人工反射体最大回波，调到基准高度方法：找到与缺陷声程相同的人工反射体最大回波，调到基准高度(god)(god)；找到缺陷反射波最大高度；找到缺陷反射波最大高度(god)(god)，与基准波高相比较。，与基准波高相比较。 优点：操作简单，直观易懂。优点：操作简单，直观易懂。 缺点：需大量试块；需考虑材质衰减和耦合损耗补

57、偿缺点：需大量试块；需考虑材质衰减和耦合损耗补偿 当量计算法：当量计算法： a. a.平行底面工件和实心圆柱体平行底面工件和实心圆柱体 第89页/共121页第八十九页，共122页。90 b、空心圆柱体、空心圆柱体 “+”外壁探测外壁探测 “-”内壁内壁探测探测 c.利用缺陷利用缺陷(quxin)与平底孔与平底孔回波的分贝差，用下式计算：回波的分贝差，用下式计算： 第90页/共121页第九十页，共122页。91 AVGAVG法：法： a. a.计算计算(j sun)(j sun)： b. b.计算计算(j sun)N(j sun)N： c. c.计算计算(j sun)A(j sun)A： d.

58、d.由由 在曲线图上查得在曲线图上查得G G e. e.计算计算(j sun)(j sun)：=GD=GD第91页/共121页第九十一页，共122页。92 、测长法：、测长法： 含义：根据缺陷波幅变化和探头移动距含义：根据缺陷波幅变化和探头移动距离确定缺陷长度，称为缺陷指示长度。离确定缺陷长度，称为缺陷指示长度。 适用性：尺寸大于声束截面尺寸的缺陷。适用性：尺寸大于声束截面尺寸的缺陷。 方法：方法：相对相对(xingdu)(xingdu)灵敏度测长法灵敏度测长法6dB6dB法法端点端点6dB6dB法法绝对灵敏度测长法绝对灵敏度测长法端点峰值法端点峰值法第92页/共121页第九十二页，共122页

59、。93 相对灵敏度测长法相对灵敏度测长法 含义：以缺陷最大回波为基准，移动含义：以缺陷最大回波为基准，移动探头探头(tn tu)(tn tu)，使缺陷回波高度降低一，使缺陷回波高度降低一定幅度来确定缺陷长度定幅度来确定缺陷长度 方法：方法：3dB3dB法、法、 6dB 6dB法、法、10dB10dB法、法、 12dB12dB法、法、 20dB 20dB法等，常用的为法等，常用的为6dB6dB法。法。 a.6dB a.6dB法（半波高度法）：法（半波高度法）： 适用于缺陷波只有一个高点的情况。适用于缺陷波只有一个高点的情况。 b. b.端点端点6dB6dB法（端点半波高度法）法（端点半波高度法）

60、 适用于缺陷波有多个高点的情况。适用于缺陷波有多个高点的情况。第93页/共121页第九十三页，共122页。94 绝对灵敏度测长法：绝对灵敏度测长法： 含义：在仪器灵敏度一定的条件下，移动含义：在仪器灵敏度一定的条件下，移动探头，使缺陷波幅降到规定高度确定缺陷长度。探头，使缺陷波幅降到规定高度确定缺陷长度。 端点峰值端点峰值(fn zh)(fn zh)法：法： 含义：缺陷波有多个高点时，以缺陷两端含义：缺陷波有多个高点时，以缺陷两端最大反射波之间探头移动的距离来确定的缺陷长最大反射波之间探头移动的距离来确定的缺陷长度。度。 、底波高度法：、底波高度法： 含义：以缺陷波高与底面波高之比表示缺陷含义