超声检测第19讲-脉冲反射法超声检测通用技术

1、脉冲反射法超声检测通用技术 脉冲反射法超声检测在检测条件、耦合与补偿、仪器的调节、缺陷的定位、定量、定性等方面都有一些通用的技术，掌握这些通用技术对于发现缺陷并正确评价是很重要的。 脉冲反射法超声检测的基本步骤是:检测前的准备，仪器、探头、试块的选择，仪器调节与检测灵敏度确定，耦合补偿，扫查方式，缺陷的测定、记录和等级评定，仪器和探头系统复核等。一、检测面的选择和准备检测面选择原则：针对一个确定的工件，当存在多个可能的声入射面时，检测面的选择首先要考虑缺陷的最大可能取向。如果缺陷的主反射面与工件的某一表面近似平行，则选用从该表面入射的垂直入射纵波，这样能使声束轴线与缺陷的主反射面接近垂直，这对

2、缺陷的检测是最为有利的。缺陷的最大可能取向应根据材料、坡口形式、焊接工艺等综合分析。很多情况下，工件上可以放置探头的平面或规则圆周面是有限的，超声波的进入面并没有可以选择的余地，只能根据缺陷的可能取向，选择入射超声波的方向。因此，检测面的选择是应该与检测技术的选择结合起来进行的。例如，对于锻件中冶金缺陷的检测，由于缺陷大多平行于锻造表面，通常采用纵波垂直入射检测，检测面可选为与锻件流线相平行的表面。再考虑棒材检测的情况，可能的入射面只有圆周面，采用纵波检测可以检出位于棒材中心区的、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷。若要检测位于棒材表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延伸的缺陷，由于检测面仍是圆周面，

3、所以仍需采用斜射声束沿周向或轴向入射。 有些情况下，需要从多个检测面入射进行检测。如:变形过程使缺陷有多种取向时；单面检测存在盲区，而另一面检测可以弥补时；单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时等。为了保证检测面能提供良好的声耦合，进行超声检测前应目视检查工件表面，去除松动的氧化皮、毛刺、油污、切削或磨削颗粒等。如果个别部位不可能清除，应做出标记并留下记录，供质量评定时参考。二、仪器与探头的选择正确选择仪器和探头对于有效地发现缺陷，并对缺陷定位、定量和定性是至关重要的。实际检测中要根据工件结构形状、加工工艺和技术要求来选择仪器与探头。1检测仪器的选择目前国内外检测仪种类繁多，性能各异，检

4、测前应根据检测要求和现场条件来选择检测仪器。一般根据以下情况来选择仪器: 首要的要求是：选择性能稳定、重复性好和可靠性好的仪器。 (1)对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。 (2)对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器。 (3)对于大型零件的检测，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器。 (4)为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨力好的仪器。 (5)对于室外现场检测，应选择重量轻、荧光屏亮度好、抗干扰能力强的携带式仪器。 超声检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构型式也不一样。检测前应根据被检对象的形状、

5、声学特点和技术要求来选择探头。探头的选择包括探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头K值的选择等。 （1）探头型式的选择 常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头、纵波斜探头、双晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。 纵波直探头波束轴线垂直于检测面，主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。 横波斜探头是通过波型转换来实现横波检测的。横波波长短，检测灵敏度高，主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝中的未焊透、夹渣、裂纹、未熔合等缺陷。 纵波斜探头主要是利用小角度的纵波进行

6、检测，或在横波衰减过大的情况下，利用纵波穿透能力强的特点进行斜入射纵波检测。此时工件中既有纵波也有横波，使用时需注意横波干扰，可利用纵波和横波的速度不同加以识别。 双晶探头用于检测薄壁工件或近表面缺陷。 水浸聚焦探头可用于检测管材和板材;接触聚焦探头可有效提高信噪比，但检测范围较小，可用于已发现缺陷的精确定量等目的。（2）探头频率的选择超声波检测频率一般在O.5lO MHz之间，选择范围大。在选择频率时应明确以下几点:1）由于波的绕射，使超声波检测灵敏度约为2，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。2）：频率越高，脉冲宽度越小，分辨力也就越高，有利于区分相邻缺陷且缺陷定位精度高。3）由0=sin

7、-11.22D可知，频率高，波长越短，半扩散角就越小，声束指向性也就越好，能量集中，发现小缺陷的能力也就越强，但是相对的检测区域也就越小，仅能发现声束轴线附近的缺陷。4）由N=D24可知，频率高进场区长度越大，对检测不利。5）由a3=c2Fd3f4可知，频率越高，衰减越大。对于金属材料，若频率过高或晶粒粗大时，衰减很显著，此时由于晶界的散射还会出现草状回波，信噪比下降，从而导致缺陷检出困难。6）对于面积状缺陷，如果频率太高则会形成显著的反射指向性，如果超声波不是近于垂直入射到面状缺陷表面上，在检测方向可能不会产生足够大的回波，检出率将会降低。对于小缺陷、厚度不大的工件，宜选择较高频率；对于大厚

8、度工件、高衰减材料，应选择较低频率。 （3）探头带宽的选择探头发射的超声脉冲频率都不是单一的，而是有一定带宽的。宽带探头对应的脉冲宽度较小，深度分辨力好，盲区小，但由于探头使用的阻尼较大，通常灵敏度较低;窄带探头则脉冲较宽，深度分辨力变差，盲区大，但灵敏度较高，穿透能力强。研究表明，宽带探头由于脉冲短，在材料内部散射噪声较高的情况下，具有比窄带探头信噪比好的优点。如对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用宽带探头。探头晶片面积一般不大于500 mm2，圆晶片直径一般不大于25 mm，晶片大小对检测也有一定的影响，选择晶片尺寸时要考虑以下因素。(1)由0=arcsin 1.22D可知，晶片尺寸越大，

9、半扩散角将越小，波束指向性将越好，超声波能量就会越集中，这对声束轴线附近的缺陷检出十分有利。(2)由N=D24可知，随着晶片尺寸的增大，近场区长度也将迅速增大，这对检测不利。(3)晶片尺寸越大，辐射的超声波能量也就越大，探头未扩散区扫查范围也将变大，而远距离扫查范围相对就会变小，发现远距离缺陷的能力就会增强。 以上分析说明晶片大小对声束指向性，近场区长度、近距离扫查范围和远距离缺陷检出能力有较大影响。实际检测中，检测面积范围大的工件时，为了提高检测效率宜选用大晶片探头。检测厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。检测小型工件时，为了提高缺陷定位、定量精度宜选用小晶片探头。检

10、测表面不太平整或曲率较大的工件时，为了减少祸合损失宜选用小晶片探头。在横波检测中，探头的K值对缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线的方向、一次波的声程(入射点至底面反射点的距离)有较大的影响。由K =tans可知，K越值大，s也越大，一次波的声程也就越大。 因此在实际检测中，当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。 在焊缝检测中，K值的选择既要考虑到可能产生的缺陷与检测面形成的角度，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。为了检测单面焊根部是否焊透，还应考虑端角反射问题，使1.5，因为K<O.7或K>1.5,端角反射率很低，容易引起漏检(参见2.7.4端角反射)。三、 耦合剂的