第6章_脉冲反射法超声检测通用技术

1、第第6 6章章 脉冲反射法超声检测通用技术脉冲反射法超声检测通用技术超声波检测通用的技术超声波检测通用的技术：探测条件探测条件耦合与补偿耦合与补偿仪器的调节仪器的调节缺陷的定位、定量、定性。缺陷的定位、定量、定性。基本步骤基本步骤：a. 检测前的准备检测前的准备; b. 仪器、探头、试块的选择仪器、探头、试块的选择; c. 仪器调节与检测灵敏度确定仪器调节与检测灵敏度确定; d. 耦合补偿耦合补偿; e. 扫查方式扫查方式; f. 缺陷的测定、记录和等级评定缺陷的测定、记录和等级评定; g. 仪器和探头系统复核。仪器和探头系统复核。6.1 检测面的选择和准备检测面的选择和准备1.检测面的选择原

2、则检测面的选择原则 当一个确定的工件存在多个可能的声入射面时，首先要考虑缺陷的最大当一个确定的工件存在多个可能的声入射面时，首先要考虑缺陷的最大可能取向。根据缺陷的可能取向，选择入射超声波的方向，使声束轴线与可能取向。根据缺陷的可能取向，选择入射超声波的方向，使声束轴线与缺陷的主反射面接近垂直。缺陷的主反射面接近垂直。 检测面的选择应该与检测技术的选择相结合检测面的选择应该与检测技术的选择相结合: 锻件：纵波垂直入射检测，检测面选与锻件流线相锻件：纵波垂直入射检测，检测面选与锻件流线相 平行的表面；平行的表面； 棒材：入射面为圆周面，纵波检测位于棒材中心区的、延伸方向与棒材棒材：入射面为圆周面

3、，纵波检测位于棒材中心区的、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷轴向平行的缺陷；横波检测位于表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延横波检测位于表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延伸的缺陷。伸的缺陷。 多个检测面入射检测：多个检测面入射检测： 变形过程使缺陷有多种取向；变形过程使缺陷有多种取向； 单面检测存在盲区；单面检测存在盲区； 单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时。单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时。2. 检测面的准备检测面的准备 保证检测面能提供良好的声耦合。保证检测面能提供良好的声耦合。 6.2 仪器和探头的选择仪器和探头的选择 正确选择仪器和探头对于有效地发现缺陷，并对缺陷定

4、位、定量和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。实际检测中根据工件结构形状、加工工艺和技术要定性是至关重要的。实际检测中根据工件结构形状、加工工艺和技术要求选择仪器与探头。求选择仪器与探头。6.2.1 检测仪器的选择检测仪器的选择 探探 伤伤 要要 求求 仪仪 器器 性性 能能 定位要求高定位要求高 水平线性误差小水平线性误差小 定量要求高定量要求高 垂直线性好，衰减器精度高垂直线性好，衰减器精度高 大型零件检测大型零件检测 灵敏度余量高，信噪比高，功率大灵敏度余量高，信噪比高，功率大 发现近表面缺陷和发现近表面缺陷和 盲区小，分辨率好盲区小，分辨率好 区

5、分相邻缺陷能力强区分相邻缺陷能力强 室外现场检测室外现场检测 重量轻，显示屏亮，抗干扰能力强，重量轻，显示屏亮，抗干扰能力强， 便携式。便携式。6.2.2 探头的选择探头的选择 根据被检对象的形状、声学特点和技术要求来选择探头。根据被检对象的形状、声学特点和技术要求来选择探头。 选择包括：探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头选择包括：探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头K值。值。1. 探头型式探头型式：一般根据工件形状和可能出现缺陷的部位、方向等条：一般根据工件形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择，使声束轴线尽量与缺陷垂直。件来选择，使声束轴线尽量与缺陷垂直。 纵波直探头

6、纵波直探头：波束轴线垂直于探测面。主要用于检测与检测面：波束轴线垂直于探测面。主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷。平行或近似平行的缺陷。 横波斜探头横波斜探头：通过波型转换来实现横波检测。主要用于检测与：通过波型转换来实现横波检测。主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷。检测面垂直或成一定角度的缺陷。 纵波斜探头纵波斜探头：利用小角度的纵波进行检测，或在横波衰减过大：利用小角度的纵波进行检测，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。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。 双晶探头双晶探头：探测薄壁工件或近表面缺陷。：探测薄壁工件或近表面缺

7、陷。 聚焦探头聚焦探头：用于水浸探测管材或板材。：用于水浸探测管材或板材。2. 探头频率探头频率 超声波检测频率范围为超声波检测频率范围为0.510MHz，选择频率时应考虑的因素：，选择频率时应考虑的因素：a. 检测灵敏度检测灵敏度：检测灵敏度约为：检测灵敏度约为1/2，频率高可提高检测灵敏度。，频率高可提高检测灵敏度。b.分辨力分辨力：频率高，脉冲宽度小，分辨力高。频率高，脉冲宽度小，分辨力高。c. 声束指向性声束指向性： ，频率高，半扩散角小，声束指向性好，频率高，半扩散角小，声束指向性好，能量集中，检测灵敏度高，相对的检测区域小。能量集中，检测灵敏度高，相对的检测区域小。d.近场区长度近

8、场区长度： ，频率高，近场区长度增加。，频率高，近场区长度增加。e. 衰减衰减：s=C2Fd 3f 4，频率高，衰减增加，信噪比下降。，频率高，衰减增加，信噪比下降。f. 缺陷反射指向性缺陷反射指向性：面积状缺陷，频率太高会形成显著的反射指向性。面积状缺陷，频率太高会形成显著的反射指向性。 频率的高低对检测有较大影响，实际检测中要全面分析考虑各方面的频率的高低对检测有较大影响，实际检测中要全面分析考虑各方面的因素，合理选择频率以取得最佳平衡。因素，合理选择频率以取得最佳平衡。 对于小缺陷、厚度不大的工件，晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件，对于小缺陷、厚度不大的工件，晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件

9、，一般选择较高频率（一般选择较高频率（2.510MHz）；对于大厚度工件、高衰减材料选）；对于大厚度工件、高衰减材料选择较低频率（择较低频率（0.52.5MHz）。）。Dsin1.220arc4DN23. 探头带宽探头带宽 宽带探头：宽带探头：脉冲宽度较小，深度分辨率好，盲区小，灵敏度较低；脉冲宽度较小，深度分辨率好，盲区小，灵敏度较低； 窄带探头：窄带探头：脉冲较宽，深度分辨率变差，盲区大，灵敏度较高，穿脉冲较宽，深度分辨率变差，盲区大，灵敏度较高，穿透能力强。透能力强。4. 探头晶片尺寸探头晶片尺寸：晶片面积：晶片面积500mm2，圆晶片，圆晶片25mm。 晶片大小影响晶片大小影响：声束指

10、向性、近场区长度、近距离扫查范围、远距声束指向性、近场区长度、近距离扫查范围、远距离缺陷检出能力。离缺陷检出能力。 选择晶片尺寸时应考虑的因素选择晶片尺寸时应考虑的因素： a. 声束指向性；声束指向性； b. 近场区长度；近场区长度； c. 扫查范围。扫查范围。 大晶片探头大晶片探头:提高检测效率，检测厚工件时有效发现远距离的缺陷；提高检测效率，检测厚工件时有效发现远距离的缺陷； 小晶片探头小晶片探头:检测小工件时提高缺陷定位、定量精度，检测表面不太检测小工件时提高缺陷定位、定量精度，检测表面不太平整或曲率较大工件时减少耦合损失。平整或曲率较大工件时减少耦合损失。Dsin1.220arc4DN

11、25. 横波斜探头横波斜探头K值值： 横波检测中，斜探头横波检测中，斜探头K值影响缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线方值影响缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线方向，一次波的声程。向，一次波的声程。 实际检测中，工件厚度较小时，应选用较大实际检测中，工件厚度较小时，应选用较大K值，工件厚度较大时，值，工件厚度较大时，应选用较小应选用较小K值。值。 焊缝检测中，焊缝检测中，K值的选择应考虑可能产生的与检测面的角度，并保证值的选择应考虑可能产生的与检测面的角度，并保证主声束能扫查整个焊缝截面。检测根部未焊透应考虑端角反射率问题主声束能扫查整个焊缝截面。检测根部未焊透应考虑端角反射率问题.6.3 耦合剂的

12、选用耦合剂的选用6.3.1 耦合剂耦合剂 超声耦合：超声耦合：超声波在检测面上的声强透超声波在检测面上的声强透射率。射率。 耦合剂作用：耦合剂作用：排除探头与工件表面之间排除探头与工件表面之间的空气，使超声波有效的传入工件，达的空气，使超声波有效的传入工件，达到检测的目的。到检测的目的。6.3.2 影响声耦合的主要因素影响声耦合的主要因素1. 耦合层厚度耦合层厚度：厚度为：厚度为/4的奇数倍时，的奇数倍时，透声效果差；为透声效果差；为/2的整数倍或很薄时，的整数倍或很薄时，透声效果好。透声效果好。2. 工件表面粗糙度工件表面粗糙度：对声耦合有明显的影：对声耦合有明显的影响，要求工件检测面响，要

13、求工件检测面Ra6.3m。3. 耦合剂声阻抗耦合剂声阻抗：对耦合效果有较大的影响。：对耦合效果有较大的影响。4. 工件表面形状工件表面形状：平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。曲：平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。曲率半径大，耦合效果好。率半径大，耦合效果好。6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术6.4.1 检测设备的调整检测设备的调整 调整内容：调整内容：a.仪器的扫描速度调整；仪器的扫描速度调整；b.检测灵敏度调整。检测灵敏度调整。 调整目的：调整目的：保证在确定的检测范围内发现规定尺寸的缺陷，并确定保证在确定的检测范围内发现规定尺寸的缺陷，并确定缺陷的位置和大小。缺陷

14、的位置和大小。1. 时基线的调整时基线的调整 调整目的：调整目的：a. 使时基线显示的范围足以包含需检测的深度范围使时基线显示的范围足以包含需检测的深度范围 b.使时基线刻度与在材料中声传播的距离成一定比例，使时基线刻度与在材料中声传播的距离成一定比例，以便准确测定缺陷的深度位置。以便准确测定缺陷的深度位置。 调整内容：调整内容：a. 根据所需扫描声程范围确定时基扫描线比例；根据所需扫描声程范围确定时基扫描线比例； b. 零位调节，将声程零位设置在选定的水平刻度线上。零位调节，将声程零位设置在选定的水平刻度线上。 调整方法：调整方法：根据检测范围，利用已知尺寸的试块或工件上的两次不根据检测范围

15、，利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射波，同反射波， 通过调节仪器的扫描范围和延迟旋钮，使两个信号的前通过调节仪器的扫描范围和延迟旋钮，使两个信号的前沿分别位相应的水平刻度处。沿分别位相应的水平刻度处。 注意注意：调节扫描速度用的试块应与被检工件具有相同的声速。：调节扫描速度用的试块应与被检工件具有相同的声速。2. 检测灵敏度的调整检测灵敏度的调整 检测灵敏度检测灵敏度：在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。一般根在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。一般根据产品技术要求或有关标准确定。据产品技术要求或有关标准确定。 调整目的调整目的：发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。发现工

16、件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。 调节方法调节方法：试块调整法和工件底波调整法。试块调整法和工件底波调整法。（1）试块调整法试块调整法：根据工件的厚度和对灵敏度的要求选择相应的试块。根据工件的厚度和对灵敏度的要求选择相应的试块。将探头对准试块上的人工反射体，调整仪器，使示波屏上人工反射体将探头对准试块上的人工反射体，调整仪器，使示波屏上人工反射体的最高反射回波达到基准高度。的最高反射回波达到基准高度。 注意问题注意问题：a. 工件厚度工件厚度x3N或不能获得底波情况时，较为适宜。或不能获得底波情况时，较为适宜。 b. 试块表面状态和材质衰减是否与被检工件相近，应考虑两者的差试块表面状态和材质

17、衰减是否与被检工件相近，应考虑两者的差异引起的反射波高差异值，并对灵敏度进行补偿。异引起的反射波高差异值，并对灵敏度进行补偿。（2）试块计算法试块计算法：对于厚度：对于厚度x3N的工件，可选用一块材质与工件相同的工件，可选用一块材质与工件相同（衰减系数相同）的平底孔试块（孔埋深（衰减系数相同）的平底孔试块（孔埋深xj3N）来调节不同工件的来调节不同工件的检测灵敏度。调节时要计算试块基准平底孔与检测灵敏度所要求埋检测灵敏度。调节时要计算试块基准平底孔与检测灵敏度所要求埋深与孔径的平底孔的回波声压分贝差。深与孔径的平底孔的回波声压分贝差。 不同直径不同埋深的平底孔翻身回波的声压分贝差为：不同直径不

18、同埋深的平底孔翻身回波的声压分贝差为： Pf 检测灵敏度所要求的平底孔的回波声压；检测灵敏度所要求的平底孔的回波声压； Pj 试块基准平底孔的回波声压；试块基准平底孔的回波声压； df 检测灵敏度所要求的平底孔的孔径；检测灵敏度所要求的平底孔的孔径； dj 试块基准平底孔的孔径。试块基准平底孔的孔径。 dB为检测灵敏度的调节量，计算值为负值时需要提高仪器增益，为检测灵敏度的调节量，计算值为负值时需要提高仪器增益，计算值为正值时需要降低仪器增益。计算值为正值时需要降低仪器增益。 考虑试块与受检工件表面状态的差异，应需要预先测定传输修考虑试块与受检工件表面状态的差异，应需要预先测定传输修正值，并在

19、调节增益时进行补偿。正值，并在调节增益时进行补偿。jffjjfddxxlg40PP20lg如果基准平底孔与检测灵敏度要求的平底孔埋深相差较大，在计算如果基准平底孔与检测灵敏度要求的平底孔埋深相差较大，在计算调节量时还应考虑材质衰减的影响，试块计算法要求试块衰减系数调节量时还应考虑材质衰减的影响，试块计算法要求试块衰减系数与工件相同，因此采用下式计算总的增益调节量：与工件相同，因此采用下式计算总的增益调节量： 被检材料和试块的衰减系数。被检材料和试块的衰减系数。例题例题：用：用f=2.5MHz=2.5MHz、D=20mmD=20mm的纵波探头检测，钢件厚度的纵波探头检测，钢件厚度x为为500mm

20、500mm，传输修正值为，传输修正值为3dB3dB，工件与试块的材料衰减系数工件与试块的材料衰减系数=0.005dB0.005dB，如何利用埋深，如何利用埋深200mm200mm的的2mm2mm平底孔试块按平底孔试块按3mm3mm平底孔调节检测灵敏度？（钢中平底孔调节检测灵敏度？（钢中C CL L=5900m/s=5900m/s） 解：解： 试块中的平底孔埋深和工件厚度均大于试块中的平底孔埋深和工件厚度均大于3N3N， 可用试块计算法来调节检测灵敏度。可用试块计算法来调节检测灵敏度。 检测灵敏度调节量为：检测灵敏度调节量为： 加上传输修正值加上传输修正值3dB3dB，共需增益，共需增益15dB

21、15dB。 调节仪器：将试块中平底孔的最大回波调到规定高度，再增益调节仪器：将试块中平底孔的最大回波调到规定高度，再增益15dB15dB。 mm424DN2dBdBdBxxddxfjjffj1239500200005. 0223500200lg40 xlg40fjjffjjfxxddxxlg40PP20lg(3) 工件底波调整法工件底波调整法：根据工件底面回波与同深度的人工缺陷（如平底根据工件底面回波与同深度的人工缺陷（如平底 孔）回波分贝差孔）回波分贝差dB为定值的原理进行的。为定值的原理进行的。 dB理论计算公式：（理论计算公式：（x3N） 式中：式中：x 工件厚度，工件厚度，mm ； D

22、f 要求探出的最小平底孔尺寸，要求探出的最小平底孔尺寸，mm。 注意问题注意问题：只能用于厚度只能用于厚度x3N的工件，要求工件具有平行底面或圆柱底的工件，要求工件具有平行底面或圆柱底面，且底面光洁干净。面，且底面光洁干净。3. 传输修正值的测定传输修正值的测定 在利用试块调节检测灵敏度时，当工件表面状态和材质衰减与对比在利用试块调节检测灵敏度时，当工件表面状态和材质衰减与对比试块存在差异时采取的一种补偿措施。试块存在差异时采取的一种补偿措施。 测定方法测定方法：通过试块的底波与工件底波进行比较，取其比值的分贝值。通过试块的底波与工件底波进行比较，取其比值的分贝值。 要求要求：试块与工件均有相

23、互平行的大平底表面。试块与工件均有相互平行的大平底表面。2ffBDx2lg20PP20lg 测定方法测定方法：(1) 试块和工件厚度相同试块和工件厚度相同：使试块的一次底面回波使试块的一次底面回波B1和工件的一次底面回波和工件的一次底面回波B2达到同一基达到同一基准高度时的衰减器读数为准高度时的衰减器读数为V1（dB）和）和V2 （dB）。）。 dB=V1-V2 (衰减型衰减型) dB=V2-V1 (增益型增益型)(2) 试块和工件厚度不同试块和工件厚度不同：按上述步骤测得按上述步骤测得dB，再测得试块与工件的声程不同引起的底，再测得试块与工件的声程不同引起的底波高度的分贝差波高度的分贝差V3

24、： 式中：式中：x 工件厚度，工件厚度，mm； xj 试块厚度，试块厚度，mm 。 传输修正值为：传输修正值为：dB V3 。j3xxlg20V 4. 工件材质衰减系数的测定工件材质衰减系数的测定 目的目的：在检测大厚度工件的情况下，用计算法调整灵敏度和评定缺：在检测大厚度工件的情况下，用计算法调整灵敏度和评定缺陷当量时，计算材质衰减引起的信号幅度差。陷当量时，计算材质衰减引起的信号幅度差。 方法方法：在工件无缺陷完好区域，选取三处检测面与底面平行且有代：在工件无缺陷完好区域，选取三处检测面与底面平行且有代表性的部位测定第一次底面回波（表性的部位测定第一次底面回波（B1或或Bn）幅度和第二次底

25、面回波）幅度和第二次底面回波（B2或或Bm）幅度为同一基准高度时的衰减器读数的）幅度为同一基准高度时的衰减器读数的dB差值，按下列差值，按下列公式计算衰减系数。公式计算衰减系数。 (1) 当当x3N时：时： (2) 当当x3N时：时：6.4.2 扫查扫查 扫查扫查：移动探头是声束覆盖到工件上需检测的所有体积的过程。移动探头是声束覆盖到工件上需检测的所有体积的过程。 扫查方式扫查方式：探头移动方式、扫查速度、扫查间距。探头移动方式、扫查速度、扫查间距。 扫查灵敏度扫查灵敏度：为了保证缺陷的检出，防止因耦合不稳使缺陷显示幅为了保证缺陷的检出，防止因耦合不稳使缺陷显示幅度过低而漏检，扫查时将调整好的

26、一起灵敏度在再增益度过低而漏检，扫查时将调整好的一起灵敏度在再增益46dB。)nm( x2/ )mnlg20BB(mnx2/ )6BB(21(1) 扫查方式扫查方式：按探头移动方向、移动轨迹来描述。：按探头移动方向、移动轨迹来描述。扫查方式选择依据扫查方式选择依据： 考虑声束覆盖范围；考虑声束覆盖范围； 根据受检工根据受检工 件的形状、缺陷的可能取向和延伸方向，尽量使缺陷件的形状、缺陷的可能取向和延伸方向，尽量使缺陷能够重复显现，并使动态波形容易判别。能够重复显现，并使动态波形容易判别。a. 全面扫查全面扫查：对工件全部体积进行扫查。：对工件全部体积进行扫查。b. 局部扫查局部扫查：以间隔较大

27、的间距进行扫查，或只扫查工件的某些部位。：以间隔较大的间距进行扫查，或只扫查工件的某些部位。c. 分区扫查分区扫查：将工件分成几个部分（区）分别进行扫查。：将工件分成几个部分（区）分别进行扫查。d. 双晶探头检测双晶探头检测: 扫查方式考虑扫查方向与隔声层方向平行或垂直进行。扫查方式考虑扫查方向与隔声层方向平行或垂直进行。(2) 扫查速度扫查速度：探头在检测面上移动的相对速度。：探头在检测面上移动的相对速度。 扫查速度扫查速度v为：为： 式中：式中：D 探头的有效直径探头的有效直径 f 重复频率重复频率 n 一般取一般取3以上的数值以上的数值(3) 扫查间距扫查间距：相邻扫查线之间的距离。根据

28、探头的最小声束宽度来衡：相邻扫查线之间的距离。根据探头的最小声束宽度来衡量。量。探头有效声束宽度的测定方法：探头有效声束宽度的测定方法：nDfv 6.4.3 缺陷的评定缺陷的评定 评定内容：评定内容： 缺陷位置缺陷位置: 缺陷平面位置和埋藏深度。缺陷平面位置和埋藏深度。 缺陷尺寸缺陷尺寸: 缺陷回波幅度、当量尺寸、延伸长度（或面积）的测量。缺陷回波幅度、当量尺寸、延伸长度（或面积）的测量。1. 缺陷位置的确定缺陷位置的确定 缺陷平面位置的确定缺陷平面位置的确定：缺陷波最大幅度的位置处，通常位于探头的正缺陷波最大幅度的位置处，通常位于探头的正下方。下方。 缺陷埋藏深度的确定：缺陷埋藏深度的确定：

29、 x f = nf2. 缺陷尺寸的评定缺陷尺寸的评定(1) 回波高度法回波高度法：根据回波高度给缺陷定量的方法。：根据回波高度给缺陷定量的方法。 1) 缺陷回波高度法缺陷回波高度法：在调定的灵敏度下，缺陷回波峰值相对于荧光：在调定的灵敏度下，缺陷回波峰值相对于荧光屏垂直满刻度的百分比，或用回波峰值下降或上升至基准高度所需衰屏垂直满刻度的百分比，或用回波峰值下降或上升至基准高度所需衰减（或增益）的分贝数来表示缺陷回波的高度。减（或增益）的分贝数来表示缺陷回波的高度。2) 底面回波高度法底面回波高度法：底面回波高度的降低的多少与缺陷的大小有关。：底面回波高度的降低的多少与缺陷的大小有关。 B/BF

30、法：在一定的检测灵敏度条件下，用无缺陷时的工件底面回波法：在一定的检测灵敏度条件下，用无缺陷时的工件底面回波高度高度B与有缺陷时的工件底面回波高度与有缺陷时的工件底面回波高度BG相比较来确定缺陷相对大小相比较来确定缺陷相对大小的方法。的方法。 F/BF法：用缺陷回波的高度法：用缺陷回波的高度F与缺陷处工件底面回波的高度与缺陷处工件底面回波的高度BG相比相比较来确定缺陷相对大小的方法。较来确定缺陷相对大小的方法。 F/B法：用缺陷回波的高度法：用缺陷回波的高度F与无缺陷处工件底面回波的高度与无缺陷处工件底面回波的高度B相比相比较来确定缺陷相对大小的方法。较来确定缺陷相对大小的方法。 优点优点：不

31、需要对比试块和复杂的计算，可利用缺陷的阴影对缺陷大不需要对比试块和复杂的计算，可利用缺陷的阴影对缺陷大小进行评价有助于检测因缺陷形状、反射率等原因使反射信号较弱小进行评价有助于检测因缺陷形状、反射率等原因使反射信号较弱的大缺陷。的大缺陷。 缺点缺点：不能明确地给出缺陷的尺寸，位考虑缺陷深度、声束直径等不能明确地给出缺陷的尺寸，位考虑缺陷深度、声束直径等对检测结果的影响。不适用于对形状复杂而无底面回波的工件进行对检测结果的影响。不适用于对形状复杂而无底面回波的工件进行检测。检测。(2) 当量评定法当量评定法：将缺陷的回波幅度与规则形状的人工反射体的回波幅：将缺陷的回波幅度与规则形状的人工反射体的

32、回波幅度进行比较的方法。适用于面积小于声束截面的缺陷的尺寸评定。度进行比较的方法。适用于面积小于声束截面的缺陷的尺寸评定。 缺陷的当量尺寸缺陷的当量尺寸：缺陷与规则形状的人工反射体的埋深相同，反射波缺陷与规则形状的人工反射体的埋深相同，反射波高相等，则称该人工反射体的反射面尺寸为缺陷的当量尺寸。高相等，则称该人工反射体的反射面尺寸为缺陷的当量尺寸。 注意注意：通常情况下实际缺陷的实际尺寸要大于当量尺寸。通常情况下实际缺陷的实际尺寸要大于当量尺寸。 1) 试块对比法试块对比法：将缺陷波幅度直接与对比试块中同声程的人工反射体：将缺陷波幅度直接与对比试块中同声程的人工反射体回波幅度相比较，两者相等时

33、以该人工反射体尺寸作为缺陷当量。回波幅度相比较，两者相等时以该人工反射体尺寸作为缺陷当量。 注意注意：采用试块对比法给缺陷定量时，要保持检测条件（试块的材质、采用试块对比法给缺陷定量时，要保持检测条件（试块的材质、表面粗糙度和形状、缺陷和平底孔的埋深、所用的仪器、探头和对探表面粗糙度和形状、缺陷和平底孔的埋深、所用的仪器、探头和对探头施加的压力等）相同。头施加的压力等）相同。 如果缺陷和平底孔的埋深不同，则可用两个埋深与之相近的平底如果缺陷和平底孔的埋深不同，则可用两个埋深与之相近的平底孔，用插值法进行评定。孔，用插值法进行评定。 优点优点：明确直观，结果可靠，不受近场区的限制。明确直观，结果

34、可靠，不受近场区的限制。 缺点缺点：要制作一系列含不同声程不同直径人工缺陷的试块。要制作一系列含不同声程不同直径人工缺陷的试块。2) 当量计算法当量计算法：根据超声检测中测得的缺陷回波与基准波高（或底波）：根据超声检测中测得的缺陷回波与基准波高（或底波）的分贝差值，利用各种规则反射体的理论回波声压公式进行计算，的分贝差值，利用各种规则反射体的理论回波声压公式进行计算，求出缺陷当量尺寸的定量方法。求出缺陷当量尺寸的定量方法。 注意注意：计算法应用的前提是缺陷位于计算法应用的前提是缺陷位于3倍近场长度以外。倍近场长度以外。平底孔回波声压公式平底孔回波声压公式： （x3N）大平底回波声压公式大平底回

35、波声压公式： （x3N）不同直径与距离平底孔，其回波声压间的分贝差值为：不同直径与距离平底孔，其回波声压间的分贝差值为： 若考虑材质衰减引起的声压随距离的变化：若考虑材质衰减引起的声压随距离的变化：2f2fS0 xFFPP x2FPPS0B122121222221xxddlg40 xxdd20lgdB)xx(2xxddlg40 xxdd20lgdB12122121222221 不同距离的平底孔与大平底回波声压间的分贝差值为：不同距离的平底孔与大平底回波声压间的分贝差值为： 若考虑材质衰减引起的声压随距离的变化：若考虑材质衰减引起的声压随距离的变化： 测出缺陷回波高度与基准平底孔回波高度之比的分

36、贝差，计算缺测出缺陷回波高度与基准平底孔回波高度之比的分贝差，计算缺陷的当量尺寸：陷的当量尺寸： 测出缺陷回波高度与大平底回波高度之比的分贝差，计算缺陷的测出缺陷回波高度与大平底回波高度之比的分贝差，计算缺陷的当量尺寸：当量尺寸： 不考虑材质衰减时，上式中的衰减系数不考虑材质衰减时，上式中的衰减系数为为0。21221x2xdlg20dB)xx(2x2xdlg20dBBf2122140)xx(2dBjjj10 xxddD20)xx(2dB2x10 x2dD3) AVG曲线法曲线法：纵波直探头检测时，可用平底孔：纵波直探头检测时，可用平底孔AVG曲线确定缺陷当曲线确定缺陷当量。量。 通用通用AVG

37、曲线、曲线、 实用实用AVG曲线。曲线。原理原理：与当量计算法相同，测出缺陷回波幅度相对于某一基准反射与当量计算法相同，测出缺陷回波幅度相对于某一基准反射体回波幅度的分贝值，根据测得的分贝值，在曲线上查出缺陷的当体回波幅度的分贝值，根据测得的分贝值，在曲线上查出缺陷的当量尺寸。量尺寸。基准基准工件的底面回波或试块工件的底面回波或试块 上的规则反射体回波。上的规则反射体回波。(3) 3) 缺陷延伸长度的测定：对于面积大于声束截面或长度大于声束截面缺陷延伸长度的测定：对于面积大于声束截面或长度大于声束截面直径的缺陷，根据可检测到缺陷的探头移动范围来确定缺陷的大小。直径的缺陷，根据可检测到缺陷的探头

38、移动范围来确定缺陷的大小。 缺陷的指示长度缺陷的指示长度：按规定的方法测定的缺陷长度。与缺陷的实际长度：按规定的方法测定的缺陷长度。与缺陷的实际长度有一定的差别。有一定的差别。 测定原理测定原理：根据缺陷的最大回波高度降低的情况和探头移动的距离来：根据缺陷的最大回波高度降低的情况和探头移动的距离来确定缺陷的边界范围或长度。确定缺陷的边界范围或长度。1) 相对灵敏度测长法相对灵敏度测长法：以缺陷的最高回波为相对基准。沿缺陷的长度：以缺陷的最高回波为相对基准。沿缺陷的长度方向移动探头，降低一定的方向移动探头，降低一定的dB值来测定缺陷的长度。值来测定缺陷的长度。 a. 6dB法法：扫查过程中缺陷反

39、射波只有一个高点情况；：扫查过程中缺陷反射波只有一个高点情况； b. 端点端点6dB法法：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况。：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况。2) 绝对灵敏度测长法：在仪器灵敏度一定的条件下，探头沿缺陷的绝对灵敏度测长法：在仪器灵敏度一定的条件下，探头沿缺陷的长度方向左右移动，当缺陷波高降低到规定位置时，将探头移动长度方向左右移动，当缺陷波高降低到规定位置时，将探头移动的距离作为缺陷的指示长度。的距离作为缺陷的指示长度。3) 端点峰值法：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况，将缺陷两端端点峰值法：扫查过程中缺陷反射波有多个高点情况，将缺陷两端反射波极大值之间探头移动的距离作

40、为缺陷的指示长度。反射波极大值之间探头移动的距离作为缺陷的指示长度。6.4.4 非缺陷回波的判断非缺陷回波的判断1. 迟到波迟到波：当纵波直探头置于细长工件或试块上时，扩散纵波波束：当纵波直探头置于细长工件或试块上时，扩散纵波波束在侧壁产生波型转换（纵波在侧壁产生波型转换（纵波横波，横波横波，横波纵波），最后经底面纵波），最后经底面反射回探头出现的回波。反射回探头出现的回波。2. 6161反射反射：当探头置于直角三角形工件上时，若纵波入射角：当探头置于直角三角形工件上时，若纵波入射角与横与横波反射角波反射角的关系为：的关系为：=90会出现位置特定的反射波。会出现位置特定的反射波。3.三角反射三

41、角反射：纵波直探头径向检测实心圆柱时，扩散声束在圆柱面上形：纵波直探头径向检测实心圆柱时，扩散声束在圆柱面上形成三角反射路径出现的多个反射回波。成三角反射路径出现的多个反射回波。4. 探头杂波探头杂波5. 工件轮廓回波工件轮廓回波6. 幻像波幻像波7. 侧壁干涉波侧壁干涉波(1) 侧壁干涉对检测的影响侧壁干涉对检测的影响 侧壁干涉的影响，改侧壁干涉的影响，改 变了探头的指向性，缺陷变了探头的指向性，缺陷 最高回波不在探头的轴线最高回波不在探头的轴线 上，影响缺陷定位和定量。上，影响缺陷定位和定量。(2) 避免侧壁干涉的条件避免侧壁干涉的条件： 1）探头轴线上的缺陷反射探头轴线上的缺陷反射：2W

42、a4 避免侧壁干涉的最小距离避免侧壁干涉的最小距离 dmin为：为：2）底面反射底面反射：2W a 4 避免侧壁干涉的最小距离避免侧壁干涉的最小距离dmin为：为：ad2minad2min6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术6.5.1 检测设备的调节检测设备的调节1. 探头入射点和折射角的测定探头入射点和折射角的测定2. 扫描速度的调节扫描速度的调节(1)(1)声程调节法声程调节法：示波屏上的水平刻度：示波屏上的水平刻度值值与横波声程与横波声程x x成比例成比例。 ：x=1：n(2)(2)水平调节法水平调节法：示波屏上的水平刻度示波屏上的水平刻度值值与反射体的水平距离与反射体的水平距离

43、 l l 成比例。成比例。 : l=1：n(3)(3)深度调节法深度调节法：示波屏上的水平刻度：示波屏上的水平刻度值值与反射体的深度与反射体的深度d d成比例。成比例。 : l=1：n21150KKl12221100lKKl21150KKl21150Kd12221100dKd用CSK-A试块调节水平调节法深度调节法声程调节法3. 3. 距离距离波幅曲线的制作和灵敏度调整波幅曲线的制作和灵敏度调整 距离距离波幅曲线波幅曲线：相同大小的反射体随探头距离的变化其反射波高：相同大小的反射体随探头距离的变化其反射波高的变化曲线。的变化曲线。 绘制绘制：根据时基线调节的三种方法，按相应的方法进行绘制。根据

44、时基线调节的三种方法，按相应的方法进行绘制。4. 4. 传输修正值的测定和补偿传输修正值的测定和补偿 传输修正值传输修正值：包括试块和工件两者间材料的材质衰减以及工件表面包括试块和工件两者间材料的材质衰减以及工件表面粗糙度和耦合状态引起的表面声能损失。粗糙度和耦合状态引起的表面声能损失。(1)(1)单探头测定法单探头测定法：采用和工件相同厚度试块测定。：采用和工件相同厚度试块测定。dBdB=V=V1 1-V-V2 2 ( (衰减型衰减型) )dBdB=V=V2 2-V-V1 1 ( (增益型增益型) )(2) (2) 双探头测定法：斜入射检测双探头测定法：斜入射检测用一发一收的双探头测定。用一

45、发一收的双探头测定。 1)1)工件与试块的厚度相同工件与试块的厚度相同 2)2)工件厚度小于试块厚度工件厚度小于试块厚度 3)3)工件厚度大于试块厚度工件厚度大于试块厚度6.5.2 扫查扫查 四种基本扫查方式：四种基本扫查方式：前后、左右、转向和环绕扫查。前后、左右、转向和环绕扫查。前后左右扫查用于发现缺陷的存在；前后左右扫查用于发现缺陷的存在；左右扫查用于缺陷横向长度的测定；左右扫查用于缺陷横向长度的测定；转向扫查和环绕扫查确定缺陷的形状。转向扫查和环绕扫查确定缺陷的形状。6.5.3 缺陷的评定缺陷的评定 缺陷的评定包括缺陷的评定包括：缺陷的水平位置和垂直深度的确定以及缺陷尺寸缺陷的水平位置

46、和垂直深度的确定以及缺陷尺寸的评定。的评定。 缺陷的水平位置和垂直深度缺陷的水平位置和垂直深度：根据缺陷反射回波幅度最大时，在时根据缺陷反射回波幅度最大时，在时基线上缺陷回波的前沿位置所读出的声程距离或水平、垂直距离，基线上缺陷回波的前沿位置所读出的声程距离或水平、垂直距离，再按已知的探头折射角计算得到的。再按已知的探头折射角计算得到的。 缺陷的尺寸缺陷的尺寸：通过测量缺陷发射波高与基准反射体回波波高之比，通过测量缺陷发射波高与基准反射体回波波高之比，以及测定缺陷的延伸长度来进行评定的。以及测定缺陷的延伸长度来进行评定的。1. 平面工件的缺陷定位平面工件的缺陷定位 工件中缺陷的位置由探头的折射

47、角和声程来确定或由缺陷的水工件中缺陷的位置由探头的折射角和声程来确定或由缺陷的水平和垂直方向的投影来确定。三种横波扫描速度调节方法（声程、平和垂直方向的投影来确定。三种横波扫描速度调节方法（声程、水平、深度）相对应的缺陷定位方法水平、深度）相对应的缺陷定位方法(1) (1) 按声程调节扫描速度时按声程调节扫描速度时 一次波检测一次波检测：L Lf = xf sin= nf sin d df = xf cos= nf cos 二次波检测二次波检测：L Lf = xf sin= nf sin d df = 2Txf cos= 2Tnf cos(2) (2) 按水平调节扫描速度时按水平调节扫描速度时

48、 一次波检测一次波检测：L Lf = nf 二次波检测二次波检测：L Lf = nf(3) (3) 按深度调节扫描速度时按深度调节扫描速度时 一次波检测一次波检测：L Lf = Knf d df = nf 二次波检测二次波检测：L Lf = Knf d df f = 2T = 2Tnnf fKn KL dfffKnT2 KL T2 dfff2. 2. 圆柱曲面工件的缺陷定位圆柱曲面工件的缺陷定位 沿轴向检测，缺陷定位与平面相同；沿轴向检测，缺陷定位与平面相同； 沿周向检测，缺陷定位与平面不同，分外沿周向检测，缺陷定位与平面不同，分外圆和内壁检测两种情况：圆和内壁检测两种情况：(1) 外圆周向探

49、测外圆周向探测：外圆周向探测圆柱面时，：外圆周向探测圆柱面时，缺陷的位置由深度缺陷的位置由深度H和弧长和弧长L来确定。来确定。 当探头从圆柱曲面外壁作周向检测时，弧当探头从圆柱曲面外壁作周向检测时，弧长长L总比水平距离总比水平距离 l 值大，但深度值大，但深度H总比总比 d 值小。值小。(2) 内壁周向探测内壁周向探测：内壁周向探测圆柱面时，：内壁周向探测圆柱面时，缺陷的位置由深度缺陷的位置由深度 h 和弧长和弧长 l来确定。来确定。 当探头从圆柱曲面内壁作周向检测时，弧当探头从圆柱曲面内壁作周向检测时，弧长长L总比水平距离总比水平距离 l 值小，但深度值小，但深度H总比总比 d 值大。值大。(3) 最大探测壁厚最大探测壁厚：当用采用横波斜探头从外圆：当用采用横波斜探头从外圆周向检测筒体工件时且波束轴线与筒体内壁相切周向检测筒体工件时且波束轴线与筒体内壁相切时，对应的壁厚为最大探测厚度时，对应的壁厚为最大探测厚度Tm，工件