第3章超声波检测2014

1、1第三章 超声波检测2超声波检测超声波检测 利用超声波在材料中传播特性，对工件内部质利用超声波在材料中传播特性，对工件内部质量进行检测；超声波在均匀介质中将直线传播，当量进行检测；超声波在均匀介质中将直线传播，当遇到异种介质超声波将发生遇到异种介质超声波将发生反射、折射、透射反射、折射、透射或发或发生波型转换等，利用这些波到达超探仪接收到的信生波型转换等，利用这些波到达超探仪接收到的信号来判断工件质量状况这就是超声波检测。号来判断工件质量状况这就是超声波检测。 3 超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷，它超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷，它的应用十分广泛。所谓超声波是指超过人耳听觉，的应用

2、十分广泛。所谓超声波是指超过人耳听觉，频率频率大于大于2020千赫兹千赫兹的声波。用于检测的超声波，的声波。用于检测的超声波，频率为频率为0.40.42525兆赫兹，其中用得最多的是兆赫兹，其中用得最多的是1 15 5兆兆赫兹。赫兹。在金属的探测中用的是高频率的超声波。这是因为：在金属的探测中用的是高频率的超声波。这是因为：1 1、超声波的指向性好，能形成窄的波束；、超声波的指向性好，能形成窄的波束；2 2、波长短，小的缺陷也能够较好地反射；、波长短，小的缺陷也能够较好地反射；3 3、距离的分辨力好，缺陷的分辨率高。、距离的分辨力好，缺陷的分辨率高。 超声波探伤方法很多，目前用得最多的是脉冲超

3、声波探伤方法很多，目前用得最多的是脉冲反射法。反射法。41 1、超声波的发生及其性质、超声波的发生及其性质1 1）超声波的发生和接收：超声波是一种高频机械波。）超声波的发生和接收：超声波是一种高频机械波。发生超声波探伤用的高频超声波用的是发生超声波探伤用的高频超声波用的是压电压电换能器。压换能器。压电材料主要采用石英、钛酸钡、锆钛酸铅和硫酸锂等。电材料主要采用石英、钛酸钡、锆钛酸铅和硫酸锂等。主要是它们具有主要是它们具有压电效应压电效应，可以将电振动转换成机械振，可以将电振动转换成机械振动，也能将机械振动转换成电振动。动，也能将机械振动转换成电振动。 5、压电效应、压电效应）正压电效应正压电效

4、应晶体材料在外力拉压作用下，晶体材料在外力拉压作用下，产生交变电场的效应称为正产生交变电场的效应称为正压电效应。压电效应。）负压电效应）负压电效应晶体材料在交变电场作用下，晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为负产生伸缩变形的效应称为负压电效应。压电效应。a)石英晶体石英晶体b)正压电效应正压电效应c)负压电效应负压电效应6 要使压电材料产生超声波，将它切成能在一定要使压电材料产生超声波，将它切成能在一定频率下共振的晶片，当高频电压加到晶片的两个电频率下共振的晶片，当高频电压加到晶片的两个电极上时，晶片就在厚度方向产生伸缩（振动），这极上时，晶片就在厚度方向产生伸缩（振动），这样就把

5、电振动转换成机械振动了。其发生的超声波样就把电振动转换成机械振动了。其发生的超声波可传播到被检物体中去。可传播到被检物体中去。 反之，将高频机械振动传到晶片上时，晶片就反之，将高频机械振动传到晶片上时，晶片就被振动，在晶片两电极之间就产生频率与超声波相被振动，在晶片两电极之间就产生频率与超声波相等、强度与超声波成正比的高频电压，这个高频电等、强度与超声波成正比的高频电压，这个高频电压经放大、检波、显示在示波屏上。这就是超声波压经放大、检波、显示在示波屏上。这就是超声波的接收。的接收。 通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶片既作发射又作接收。片既作发射

6、又作接收。72 2）超声波的种类：）超声波的种类： 超声波在介质中传播有不同的方式，波形不同，超声波在介质中传播有不同的方式，波形不同，其振动其振动 方式不同，传播速度也不同。方式不同，传播速度也不同。 根据波动传播时介质质点的振动方向相对于根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波的传播方向的不同，可将波动分为波的传播方向的不同，可将波动分为纵波、横波、纵波、横波、表面波和板波表面波和板波等。等。8A A、纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向、纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相互相平行平行的波。凡能承受拉伸或压缩应力的介质都的波。凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵波。能传播纵

7、波。9B B、横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直、横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波。当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生切变形的波。当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生切变形变，从而形成横波。横波只能在固体介质中传播，不能在液变，从而形成横波。横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。体和气体介质中传播。10D D、板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。按质点的、板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。按质点的振动方向不同分为振动方向不同分为SHSH波和兰姆波。波和兰姆波。C C、表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质、表面波：

8、当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波。可以视为纵波与横波的合成。只能在固体介表面传播的波。可以视为纵波与横波的合成。只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。质中传播，不能在液体和气体介质中传播。11 在超声波探伤中，通常用在超声波探伤中，通常用直探头直探头来产生纵波，纵来产生纵波，纵波是向探头接触面相垂直的方向传播。横波通常是用波是向探头接触面相垂直的方向传播。横波通常是用斜探头来发生的，斜探头是将晶片贴在有机玻璃制的斜探头来发生的，斜探头是将晶片贴在有机玻璃制的斜楔上，晶片振动发生的纵波在斜楔中前进，在探伤斜楔上，晶片振动发生的纵波在斜楔中前进，在探伤面上发生折射，

9、声波斜射入被检物中。通常折射纵波面上发生折射，声波斜射入被检物中。通常折射纵波反射不进入被检物，只有折射横波传入被检物中。反射不进入被检物，只有折射横波传入被检物中。3 3） 探头：探头：12探头的种类和结构探头的种类和结构1) 1) 直探头（纵波探头）直探头（纵波探头）接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电晶片保护膜保护膜直探头用于发射和接直探头用于发射和接收纵波故又称纵波探收纵波故又称纵波探头。主要用于探测与头。主要用于探测与探测面平行的缺陷。探测面平行的缺陷。如板材锻件探伤等。如板材锻件探伤等。132) 2) 斜探头斜探头接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电

10、晶片斜楔斜楔斜探头可分为纵波斜探头（斜探头可分为纵波斜探头（aLa1）,横波斜探头横波斜探头（aL=a1aII）和表面波探头）和表面波探头(aLaII)横波斜探头是利用横波探伤，主要是用于检测与探测面垂横波斜探头是利用横波探伤，主要是用于检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊接汽轮机叶轮等。直或成一定角度的缺陷，如焊接汽轮机叶轮等。表面波探头当入射角大于第二临界角在工件中产生表面波，表面波探头当入射角大于第二临界角在工件中产生表面波，主要检测工件表面缺陷主要检测工件表面缺陷吸声材料吸声材料143) 3) 双晶探头（分割探头）双晶探头（分割探头）接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片

11、压电晶片延时块延时块隔声层隔声层探伤区探伤区双晶探头有两块压电晶片，双晶探头有两块压电晶片，一块用于一块用于发射声波，一块用于接收声发射声波，一块用于接收声波。根据波。根据入射角不同分为纵波双晶探入射角不同分为纵波双晶探头和横波头和横波双晶探头。双晶探头。优点：优点：（1）灵敏度高）灵敏度高（2）杂波少盲区小）杂波少盲区小（3）工件中近场区小）工件中近场区小（4）探测范围可调）探测范围可调双晶探头主要用于检测近表双晶探头主要用于检测近表面缺陷。面缺陷。根椐工件因选择合适的工作根椐工件因选择合适的工作频率、晶片尺寸和探测深度。频率、晶片尺寸和探测深度。153) 3) 聚焦探头聚焦探头探伤区探伤区

12、接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电晶片斜楔斜楔吸声材料吸声材料声透镜声透镜聚焦区聚焦区聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点，其声透镜为聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点，其声透镜为球面；线聚焦理想焦点为一条线，其声透镜为柱面。球面；线聚焦理想焦点为一条线，其声透镜为柱面。16) ) 可变角探头可变角探头可变角探头入射角可变，转动压电晶片可使入射角连续变化，从而实现纵波、可变角探头入射角可变，转动压电晶片可使入射角连续变化，从而实现纵波、横波、表面波和板波探伤。横波、表面波和板波探伤。角度标尺角度标尺接口接口外壳外壳压电晶片压电晶片旋转杆旋转杆耦合剂耦

13、合剂保护膜保护膜17探头型号和规格探头型号和规格1) 1) 探头的标识探头的标识探头的型号标识由以下几部分组成：探头的型号标识由以下几部分组成：基本频率基本频率晶片材料晶片材料晶片尺寸晶片尺寸探头种类探头种类特征特征基本频率：探头的发射频率，用阿拉伯数字表示，单位为基本频率：探头的发射频率，用阿拉伯数字表示，单位为晶片材料：用化学元素缩写符号表示晶片材料：用化学元素缩写符号表示晶片尺寸：压电晶片的大小，圆形晶片用直径表示，矩形用长乘宽表示，单位晶片尺寸：压电晶片的大小，圆形晶片用直径表示，矩形用长乘宽表示，单位mm探头种类：汉语拼音缩写字母代表示探头种类：汉语拼音缩写字母代表示探头特征：汉语拼

14、音缩写字母代表示探头特征：汉语拼音缩写字母代表示) ) 举例举例2.5 P 13 X13 K 25 B 14 ZK值为值为K值斜探头值斜探头矩形晶片矩形晶片13X13mm锆钛酸铅陶瓷锆钛酸铅陶瓷频率频率2.5MHz2.5 P 13 X13 K 2直探头直探头圆形晶片直径为圆形晶片直径为14mm钛酸钡陶瓷钛酸钡陶瓷频率频率2.5MHz184 4） 波长：波在一个周期内或者说质点完成一次振波长：波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的路程称为波长。用动所经过的路程称为波长。用表示，根据频率表示，根据频率f f和波速和波速C C的定义，三者有下列关系：的定义，三者有下列关系： C=fC=f195

15、 5）超声场及其特征量：充满超声波的空）超声场及其特征量：充满超声波的空间叫做超声场，描述超声场的特征量有间叫做超声场，描述超声场的特征量有声压、声强和声阻抗。声压、声强和声阻抗。206 6）界面的反射和透射：）界面的反射和透射：垂直入射时的反射和透射：当超声波垂直地传到界垂直入射时的反射和透射：当超声波垂直地传到界面上时，一部分超声波被反射，而剩余的部分就穿面上时，一部分超声波被反射，而剩余的部分就穿透过去，称为透射透过去，称为透射. .21 例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时，例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时，由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界由于空气与钢的声速和密

16、度相差很大，超声波在界面上接近面上接近100%100%地反射，几乎完全不会传到空气中地反射，几乎完全不会传到空气中（只传约（只传约0.002%0.002%），而钢同水接触时，则有），而钢同水接触时，则有88%88%的的声能被反射，有声能被反射，有12%12%的声能穿透进入水中。通过超的声能穿透进入水中。通过超声波在界面上反射和透射特性得知，如果探头与被声波在界面上反射和透射特性得知，如果探头与被检物之间有空气时，超声波因在界面上全部被反射检物之间有空气时，超声波因在界面上全部被反射而不能进入工件，这就是为什么在而不能进入工件，这就是为什么在 探伤时，必须探伤时，必须在探头与工件之间涂机油或甘油

17、等在探头与工件之间涂机油或甘油等耦合剂耦合剂的原因。的原因。22B B、斜射时的反射和折射：当超声波斜射到界面上、斜射时的反射和折射：当超声波斜射到界面上时，在界面上会产生反射和折射。假如介质为液体、时，在界面上会产生反射和折射。假如介质为液体、气体时，反射波和折射波只有纵波。气体时，反射波和折射波只有纵波。当斜探头接触钢件时，因为两者都是固体，所以反射波和折射波都存在纵波和横波。此时，反射角和折射角是由两种介质中的声速来决定。折射角的计算公式为： sini1/C1=sinL/CL2=sinS/Cs2式中i1入射角；C1入射波声速；L 纵波折射角；CL2第二介质的纵波声速；S 横波折射角；Cs

18、2第二介质的横波声速。23用斜探头时，从晶片发出的纵波传入斜楔后，斜射到探伤面上，如果传入第二介质中同时存在纵波和横波时，对判别会发生困难。入射角的角度大于第一临界角（就是使纵波全部反射，而不进入第二介质），使被检物中只有横波射入。当入射角大于第二临界角时，第二介质中的折射横波也将不存在，波将沿工件表面传播。这就要求纵波的入射角必须在第一临界角与第二临界角之间。如斜楔采用有机玻璃（纵波声速为2.73103米/秒），被检材料为钢（纵波声速为5.9103米/秒），则第一临界角1=2736，第二临界角2=5748。实际用的折射角范围为3880。折射角大小也可以用其正切值表示，称为K值，例如折射角45

19、的探头K值为1，K2就是折射角为63.4的探头。247 7）指向性：）指向性：A A、声波的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质，、声波的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质，叫做声波的指向性。探伤采用高频超声波，其理由叫做声波的指向性。探伤采用高频超声波，其理由之一就是希望它具有指向性，才便于超声波探伤发之一就是希望它具有指向性，才便于超声波探伤发现缺陷，确定缺陷位置。现缺陷，确定缺陷位置。 b晶片a0如图 声束的指向性25 晶片发出的超声波，其方向在某一个范围内，晶片发出的超声波，其方向在某一个范围内，声束是不扩散的，可是，发射到一定程度时，由于声束是不扩散的，可是，发射到一定程度时，由于

20、晶片的制约力减弱，声束就扩散了。晶片的制约力减弱，声束就扩散了。B B、指向角：超声波探头的声场中，在一定角度、指向角：超声波探头的声场中，在一定角度中包含了大部分的超声波能量，这个角度就叫做指中包含了大部分的超声波能量，这个角度就叫做指向角（或叫半扩散角）。指向角向角（或叫半扩散角）。指向角00与超声波波长与超声波波长，晶片直径，晶片直径D D的关系为：的关系为： 0=arcsin(1.12/D)0=arcsin(1.12/D)频率愈高（波长愈短），晶片愈大，则指向角就愈频率愈高（波长愈短），晶片愈大，则指向角就愈小。小。b晶片a0如图 声束的指向性268 8）近场区与远场区：）近场区与远场

21、区： 在超声波探头的声场中，按声压变化规律分为近场区在超声波探头的声场中，按声压变化规律分为近场区和远场区。在近场区内，由于波的干涉效应使某些地方声和远场区。在近场区内，由于波的干涉效应使某些地方声压相互干涉而加强，另一些地方相互干涉而减弱，其结果压相互干涉而加强，另一些地方相互干涉而减弱，其结果是声压起伏变化很大，出现许多个声压极大和极小点。在是声压起伏变化很大，出现许多个声压极大和极小点。在声束轴线上最后一个声压极大值至声源的距离称为近场长声束轴线上最后一个声压极大值至声源的距离称为近场长度，用度，用N N表示。表示。N N值大小与晶片直径值大小与晶片直径D D以及波长有关：以及波长有关：

22、 ND2/4ND2/427 近场区内探测缺陷在定量上会出现误差，近场区内探测缺陷在定量上会出现误差，声压极大值处即使小缺陷的回波也可能较高，而声压极大值处即使小缺陷的回波也可能较高，而声压极小值处，有可能发生较大缺陷的回波较低声压极小值处，有可能发生较大缺陷的回波较低的情况。因此要避免在近场区对缺陷定量。的情况。因此要避免在近场区对缺陷定量。 声场中近场区以外的区域称为远场区，远声场中近场区以外的区域称为远场区，远场区内声束轴线上的声压随距离的增大而降低。场区内声束轴线上的声压随距离的增大而降低。282 2、超声波检测的原理：、超声波检测的原理：超声波检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，超声波

23、检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，以及超声波测晶粒度、测应力等。在超声波探伤以及超声波测晶粒度、测应力等。在超声波探伤中，有根据缺陷的回波和底面的回波进行判断的中，有根据缺陷的回波和底面的回波进行判断的脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况的穿透法；还有由被检物产生驻波来判断缺陷情的穿透法；还有由被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚的共振法。目前用得最多的方法况或者判断板厚的共振法。目前用得最多的方法是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜入射探伤时用横波。把超声波射入被检物的在斜入射探伤时

24、用横波。把超声波射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷的情况。波，根据回波情况来判断缺陷的情况。29 超声波的垂直入射纵波探伤和倾斜入射的横波探伤是超声波的垂直入射纵波探伤和倾斜入射的横波探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法。两种方法各有用途互超声波探伤中两种主要探伤方法。两种方法各有用途互为补充，为补充，纵波探伤主要能发现与探测面平行或稍有倾斜纵波探伤主要能发现与探测面平行或稍有倾斜的缺陷，主要用于钢板、锻件、铸件的探伤。而倾斜入的缺陷，主要用于钢板、锻件、铸件的探伤。而倾斜入射的横波探伤，主要能发现垂直于探伤

25、面或倾斜较大的射的横波探伤，主要能发现垂直于探伤面或倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝的探伤。缺陷，主要用于焊缝的探伤。303 3、试块、试块 1 1）用途：在无损检测技术中，常常采用与已知）用途：在无损检测技术中，常常采用与已知量相比较的方法来确定被检物的状况。超声波探伤量相比较的方法来确定被检物的状况。超声波探伤中是以试块作为比较的依据。试块上有各种已知的中是以试块作为比较的依据。试块上有各种已知的特征，例如特定的尺寸，规定的人工缺陷某一尺寸特征，例如特定的尺寸，规定的人工缺陷某一尺寸的平底孔、横通孔、凹槽等。用试块作为调节仪器、的平底孔、横通孔、凹槽等。用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据，

26、是超声波探伤的一个特点。定量缺陷的参考依据，是超声波探伤的一个特点。超声波探伤技术的发展，一直与试块的研制、使用超声波探伤技术的发展，一直与试块的研制、使用分不开的。分不开的。31 试块在超声波探伤中的用途主要有三方面：试块在超声波探伤中的用途主要有三方面：A A、确定合适的探伤方法。在超声波探伤中，可以、确定合适的探伤方法。在超声波探伤中，可以应用在某个部位有某种人工缺陷的试块来摸索探应用在某个部位有某种人工缺陷的试块来摸索探伤方法。在这种试块上摸索到的探伤规律和方法，伤方法。在这种试块上摸索到的探伤规律和方法，可应用到与试块同材质、同形式、同尺寸的工件可应用到与试块同材质、同形式、同尺寸的

27、工件探伤中去。探伤中去。32B B、确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。对于不同种类、确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。对于不同种类、不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探伤灵敏度。不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探伤灵敏度。为了确定探伤时的灵敏度，就需要带各种人工缺陷的为了确定探伤时的灵敏度，就需要带各种人工缺陷的试块，用人工缺陷的波高来表示探伤灵敏度，是试块试块，用人工缺陷的波高来表示探伤灵敏度，是试块常用的一种方法。为了评价工件中某一深度处的缺陷常用的一种方法。为了评价工件中某一深度处的缺陷大小，用试块中同一深度各种尺寸的人工缺陷与之比大小，用试块中同一深度各种尺寸的人工缺陷与之比较，这就是探

28、伤中应用的缺陷当量法。较，这就是探伤中应用的缺陷当量法。C C、校验仪器和测试探头性能。通过试块可以测试仪器、校验仪器和测试探头性能。通过试块可以测试仪器或探头的性能，以及仪器和探头连接在一起的系统综或探头的性能，以及仪器和探头连接在一起的系统综合性能。合性能。333 3）试块的种类：根据试块的用途，可分为三大类：）试块的种类：根据试块的用途，可分为三大类：A A、调节仪器及测试探头的试块。如图、调节仪器及测试探头的试块。如图B B、纵波探伤用试块，人工缺陷为平底孔。、纵波探伤用试块，人工缺陷为平底孔。C C、横波探伤用试块。如图、横波探伤用试块。如图34试块的种类和结构试块的种类和结构1)

29、IIW1) IIW试块试块T R 2RIIW试块是试块是国际焊接学国际焊接学会标准试块，会标准试块，该试块是荷该试块是荷兰代表首先兰代表首先提出来的，提出来的，故又称荷兰故又称荷兰试块，因形试块，因形状似船形又状似船形又称船形试块。称船形试块。352) IIW22) IIW2试块试块( (牛角试块牛角试块) )T 25 100 T 25 50 75 100中心不开槽中心开槽中心不开槽中心开槽IIW2试块也试块也是国际焊接学是国际焊接学会标准试块，会标准试块，由于外形像牛由于外形像牛角，故俗称牛角，故俗称牛角试块。与角试块。与IIW试块相试块相比比IIW2试块试块体积小重量轻，体积小重量轻，形状

30、简单，易形状简单，易加工，便携带，加工，便携带，但功能较但功能较IIW试块要试块要少。少。363) 3) 半圆试块半圆试块 R3RT半圆试块是一种便于携带的半圆试块是一种便于携带的调校型试块，材质与调校型试块，材质与IIW试块相同，分中心开切口槽试块相同，分中心开切口槽与不开槽两种。与不开槽两种。374) CSK-IA4) CSK-IA试块试块 R50 R100TCSK-IA试块是国试块是国内自主设内自主设计的标准计的标准试块，功试块，功能与能与IIW试块相同。试块相同。增加了增加了R50的反的反射面。射面。385) CS-15) CS-1、CS-2CS-2试块试块396) CSK-IIIA

31、6) CSK-IIIA 试块试块( (参考试块参考试块) )404 4、超声波探伤工艺要点：、超声波探伤工艺要点：1 1）超声波探伤的分类：）超声波探伤的分类：A A、按原理分类：有脉冲反射法、穿透法和共振法、按原理分类：有脉冲反射法、穿透法和共振法三中。目前探伤用得最多的是脉冲反射法。三中。目前探伤用得最多的是脉冲反射法。B B、按显示方式分类：有、按显示方式分类：有A A型显示、型显示、B B型显示、型显示、C C型型显示等。目前使用最多的是显示等。目前使用最多的是A A型显示探伤法。型显示探伤法。41C C、按探伤波型分类：脉冲反射法大致可分为直射探伤法、按探伤波型分类：脉冲反射法大致可

32、分为直射探伤法（纵波探伤法）、斜射探伤法（横波探伤法）、表面波（纵波探伤法）、斜射探伤法（横波探伤法）、表面波探伤法和板波探伤法。用得较多的是纵波和横波探伤法。探伤法和板波探伤法。用得较多的是纵波和横波探伤法。D D、按探头数目分类：有单探头法、双探头法、多探头法。、按探头数目分类：有单探头法、双探头法、多探头法。用得最多的是单探头法。用得最多的是单探头法。E E、按接触方法分类：有直接接触法和水浸法两种。直接、按接触方法分类：有直接接触法和水浸法两种。直接接触法的操作要领是，在探头和工件表面之间要涂布耦接触法的操作要领是，在探头和工件表面之间要涂布耦合剂，以消除空隙，让超声波能顺利地进入工件

33、。耦合合剂，以消除空隙，让超声波能顺利地进入工件。耦合剂可以用机油、水、甘油和水玻璃等。用水浸法时，探剂可以用机油、水、甘油和水玻璃等。用水浸法时，探头和工件之间介有水层，超声波通过水层传播，受表面头和工件之间介有水层，超声波通过水层传播，受表面状态影响不大，可以进行稳定的探伤。状态影响不大，可以进行稳定的探伤。42F F、波形情况、波形情况1）纵波探伤示意图）纵波探伤示意图探头发射和接收超声波，发射探头发射和接收超声波，发射的超声波是脉冲波，脉冲超声的超声波是脉冲波，脉冲超声在工件中遇界面反射超声波，在工件中遇界面反射超声波，超声再在探头中换成电信号经超声再在探头中换成电信号经放大后显示，显

34、示屏上横座标放大后显示，显示屏上横座标表示超声波在工件中传播的时表示超声波在工件中传播的时间，纵座标表示反射的超声波间，纵座标表示反射的超声波声压，与反射面积大小对应。声压，与反射面积大小对应。432 2、横波探伤示意图、横波探伤示意图442 2）基本操作：超声波脉冲反射）基本操作：超声波脉冲反射A A型显示探伤操作要点叙型显示探伤操作要点叙述如下：述如下：A A、探伤时机选择。根据要达到的检测目的，选择最适、探伤时机选择。根据要达到的检测目的，选择最适当的探伤时机，例如：为减小晶粒的影响，电渣焊焊缝当的探伤时机，例如：为减小晶粒的影响，电渣焊焊缝应在正火处理后探伤；锻件在锻造后可能产生锻造缺

35、陷，应在正火处理后探伤；锻件在锻造后可能产生锻造缺陷，应在锻造全部完成后对锻件进行探伤。应在锻造全部完成后对锻件进行探伤。B B、探伤方法选择。根据工件情况，选定探伤方法，如：、探伤方法选择。根据工件情况，选定探伤方法，如：对焊缝，选择单斜探头接触法，对轴类锻件探伤，选用对焊缝，选择单斜探头接触法，对轴类锻件探伤，选用单探头垂直探伤法。单探头垂直探伤法。C C、探伤仪器的选择。根据探伤方法及工件情况，选定、探伤仪器的选择。根据探伤方法及工件情况，选定能满足工件探伤要求的探伤仪器进行探伤。能满足工件探伤要求的探伤仪器进行探伤。45D D、探伤方向和扫查面的选定。进行超声波探伤时，、探伤方向和扫查

36、面的选定。进行超声波探伤时，探伤方向很重要，探伤方向应以能发现缺陷为准。探伤方向很重要，探伤方向应以能发现缺陷为准。应以缺陷的种类和方向来决定，以应以缺陷的种类和方向来决定，以使超声波波束使超声波波束垂直射向缺陷上，其反射回波最大。垂直射向缺陷上，其反射回波最大。如：焊缝探伤时，应根据焊缝坡口形式和厚度选如：焊缝探伤时，应根据焊缝坡口形式和厚度选择扫查面，从一面两侧还是两面四侧探伤？择扫查面，从一面两侧还是两面四侧探伤？E E、频率的选择。根据工件的厚度和材料的晶粒大、频率的选择。根据工件的厚度和材料的晶粒大小，合理的选择探伤频率，例如：对粗晶的探伤，小，合理的选择探伤频率，例如：对粗晶的探伤

37、，不宜选用高频，因为高频衰减大，往往达不到足不宜选用高频，因为高频衰减大，往往达不到足够的穿透力。够的穿透力。F F、晶片直径、折射角的选定。根据探伤的对象和、晶片直径、折射角的选定。根据探伤的对象和目的，合理选用晶片尺寸和折射角。目的，合理选用晶片尺寸和折射角。46超声波探伤仪简单介绍（供学生了解大体情况）超声波探伤仪简单介绍（供学生了解大体情况）一、一、 超声波探伤仪的概述超声波探伤仪的概述、 超声波探伤仪的作用超声波探伤仪的作用超声波探伤仪是超声波探伤的主体设备，它的作用超声波探伤仪是超声波探伤的主体设备，它的作用是产生电振荡并加于换能器（探头）上，激励探头发射是产生电振荡并加于换能器（

38、探头）上，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定的方式显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺的方式显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置大小等信息。陷位置大小等信息。47二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类、按波形特征分类、按波形特征分类i i 脉冲波超声波探伤仪脉冲波超声波探伤仪通过探头向工件周期性的发射不连续且频率不变的超声波，要据超声通过探头向工件周期性的发射不连续且频率不变的超声波，要据超声波的传播时间及幅度判断工件中的缺陷位置和大小，是目前使用最广泛波的传播时间及幅度判断工件中的缺陷位置和大

39、小，是目前使用最广泛的探伤仪。的探伤仪。重复周期f0=1/t0 标称频率振幅强度48、按波形特征分类、按波形特征分类ii ii 连续波超声波探伤仪连续波超声波探伤仪这类仪器是连续的发射和接收频率和振幅都不变的超声信号，根据透这类仪器是连续的发射和接收频率和振幅都不变的超声信号，根据透过工件的超声波变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小，这类仪器灵敏度过工件的超声波变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小，这类仪器灵敏度低，且不能确定缺陷位置，因而已大多被脉冲波探伤仪所代替。低，且不能确定缺陷位置，因而已大多被脉冲波探伤仪所代替。二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类49、按波形特征分类、按波形特征分

40、类iii iii 调频波超声波探伤仪调频波超声波探伤仪这类仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波，这类仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。但只适合检根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。但只适合检查与探测面平行的缺陷，所以也大多被脉冲波探伤仪所代替。查与探测面平行的缺陷，所以也大多被脉冲波探伤仪所代替。二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类502 2、按缺陷显示方式分类、按缺陷显示方式分类i Ai A型显示超声探伤仪型显示超声探伤仪是目前脉冲反射式超声波探伤仪最基本的一种显示方式，在荧光屏

41、上是目前脉冲反射式超声波探伤仪最基本的一种显示方式，在荧光屏上以纵座标代表反射波的幅度，以横座标代表声波的传播时间，从缺陷波以纵座标代表反射波的幅度，以横座标代表声波的传播时间，从缺陷波的幅度和位置来确定缺陷的大小和存在的位置。的幅度和位置来确定缺陷的大小和存在的位置。二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类512 2、按缺陷显示方式分类、按缺陷显示方式分类ii Bii B型显示超声探伤仪型显示超声探伤仪以屏幕面代表被检测对旬由探头移动线和声束决定的截面，纵座标代以屏幕面代表被检测对旬由探头移动线和声束决定的截面，纵座标代表声波的传播时间，横座标代表探头的水平位置，它可以显示出缺陷在表声

42、波的传播时间，横座标代表探头的水平位置，它可以显示出缺陷在纵截面上的二维特征。纵截面上的二维特征。二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类522 2、按缺陷显示方式分类、按缺陷显示方式分类iii Ciii C型显示超声探伤仪型显示超声探伤仪是一种图像显示方式，以屏幕代表被检测对象的投影面，这种显示是一种图像显示方式，以屏幕代表被检测对象的投影面，这种显示方式能给出缺陷的水平投影位置，但不能给出深度。方式能给出缺陷的水平投影位置，但不能给出深度。二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类53二、二、 超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类3 3、按声波通道分类、按声波通道分类 单通道探伤

43、仪：这种仪器由一个或一对探头单独工作，是目前超声波探伤中单通道探伤仪：这种仪器由一个或一对探头单独工作，是目前超声波探伤中应用最广泛的仪器。应用最广泛的仪器。 多通道探伤仪：这种仪器由多个或多对探头交替工作，每一通道相当于一台多通道探伤仪：这种仪器由多个或多对探头交替工作，每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用于自动化探伤。单通道探伤仪，适用于自动化探伤。 目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪都是目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪都是A型显示脉冲反射式探伤仪。型显示脉冲反射式探伤仪。54A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理 1 1、仪器电路原理图、仪器电路

44、原理图电路图是把仪器每一部分用一方框来表示，各方框之间用线条连起来，电路图是把仪器每一部分用一方框来表示，各方框之间用线条连起来，表示各部分之间的关系，说明仪器的大致结构和工作原理。表示各部分之间的关系，说明仪器的大致结构和工作原理。 552仪器主要组成部分的作用仪器主要组成部分的作用同步电路：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲，用来触同步电路：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个脉冲，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致、有条不紊地工作。因此，同步电路是整个探伤仪的路是整个探伤仪的“

45、中枢中枢”，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。，同步电路出了故障，整个探伤仪便无法工作。(2) 扫描电路：扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平扫描电路：扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描时基线。探伤仪面板上的深度粗调、微调、扫描延迟旋钮都是扫描电路的控制旋钮。基线。探伤仪面板上的深度粗调、微调、扫描延迟旋钮都是扫描电路的控制旋钮。探伤时，应根据被探工件的探测深度范围选择适当的深度档级，井配合微调旋钮调探伤时

46、，应根据被探工件的探测深度范围选择适当的深度档级，井配合微调旋钮调整，使刻度板水平轴上每一格代表一定的距离。扫描电路的方框图及其波形见图。整，使刻度板水平轴上每一格代表一定的距离。扫描电路的方框图及其波形见图。A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理 56(3) 发射电路发射电路：发射电路利用闸流管或可控硅的开关特性，产生几百伏至上千伏发射电路利用闸流管或可控硅的开关特性，产生几百伏至上千伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，可控硅的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，可控硅发射电路的典型电路。如图所示

47、。发射电路的典型电路。如图所示。发射电路中的电阻Ro称为阻尼电阻，用发射强度旋钮可改变Ro的阻值。阻值大发射强度高，阻值小发射强度低，因Ro与探头并联，改变Ro同时也改变了探头电阻尼大小，即影响探头的分辨力。 2仪器主要组成部分的作用仪器主要组成部分的作用A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理 57(4) 接收电路：接收电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成。接收电路：接收电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成。它将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，井在它将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管

48、的垂直偏转板上，井在荧光屏上显示。由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波荧光屏上显示。由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约105的放大能力。的放大能力。 接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直接影响到探伤仪的垂直线性、动态接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围、探伤灵敏度、分辨力等重要技术指标。范围、探伤灵敏度、分辨力等重要技术指标。接收电路的方框图及其波形如图所示。接收电路的方框图及其波形如图所示。由大小不等的缺陷所产生的

49、回波信号电压大约有几百微伏到几伏，为了使变化范围由大小不等的缺陷所产生的回波信号电压大约有几百微伏到几伏，为了使变化范围如此大的缺陷回波在放大器内得到正常的放大，并能在示波管荧光屏的有效观察范如此大的缺陷回波在放大器内得到正常的放大，并能在示波管荧光屏的有效观察范围内正常显示，可使用衰减器改变输入到某级放大器信号的电平。一般把放大器的围内正常显示，可使用衰减器改变输入到某级放大器信号的电平。一般把放大器的电压放大倍数用分贝来表示：电压放大倍数用分贝来表示：）（入出dBKVUUlg202仪器主要组成部分的作用仪器主要组成部分的作用A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的

50、一般工作原理 582仪器主要组成部分的作用仪器主要组成部分的作用(5) 显示电路：显示电路主要由示波管及外围电路组成。显示电路：显示电路主要由示波管及外围电路组成。示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏等三部分组成。示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏等三部分组成。 电子枪发射的聚束电子以很高的速度轰击荧光屏时，使荧光物质发光，在荧光屏上电子枪发射的聚束电子以很高的速度轰击荧光屏时，使荧光物质发光，在荧光屏上形成亮点。扫描电路的扫描电压和接收电路的信号电压分别加至水平偏转板和垂直形成亮点。扫描电路的扫描电压和接收电路的信号电压分别加至水平偏转板和垂直偏转板

51、，使电子束发生偏转，因而亮点就在荧光屏上移动，描出探伤图形。由于扫偏转板，使电子束发生偏转，因而亮点就在荧光屏上移动，描出探伤图形。由于扫描速度非常快，肉眼看上去就好象是静止的图象。描速度非常快，肉眼看上去就好象是静止的图象。 A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理 59(6) 电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路提供适当的电能，使整机电路工作。模拟探伤仪一般用模拟探伤仪一般用220伏或伏或110伏交流市电，探伤仪内部有供各部分电路使用的变伏交流市电，探伤仪内部有供各部分电路使用的变压、

52、整流及稳压电路。数字便携式探伤仪多用蓄电池供电，用充电器给蓄电池充电。压、整流及稳压电路。数字便携式探伤仪多用蓄电池供电，用充电器给蓄电池充电。2仪器主要组成部分的作用仪器主要组成部分的作用A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理 60A型脉冲反射式模拟超声波探伤仪的工作过程可参照下图，简要说明如下；型脉冲反射式模拟超声波探伤仪的工作过程可参照下图，简要说明如下；同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板，使电子

53、束发生水平偏转，在荧光屏上产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板，使电子束发生水平偏转，在荧光屏上产生一条水平扫描线。与此同时，发射电路触发产生调频窄脉冲，加至探头，激励压产生一条水平扫描线。与此同时，发射电路触发产生调频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波，超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生反射，电晶片振动，在工件中产生超声波，超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生反射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描相应位置上产生

54、缺陷波和底波。根据偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。缺陷的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。 A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理3仪器的工作流程仪器的工作流程614.仪器主要开关旋钮的作用及其调整仪器主要开关旋钮的作用及其调整 A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理名称名称功能功能显示部分显示部分辉度旋钮辉度旋钮调节时基线和图形的亮度调节时基线和图形的亮度聚焦旋钮聚

55、焦旋钮调节示波管中电子束的聚焦程度，使时基线和波调节示波管中电子束的聚焦程度，使时基线和波形清晰形清晰水平旋钮水平旋钮左右移动时基线，使时基线扫描范围与面板的刻左右移动时基线，使时基线扫描范围与面板的刻度线范围相重合度线范围相重合垂直旋钮垂直旋钮上下移动时基线，使时基线与面板上的时基线刻上下移动时基线，使时基线与面板上的时基线刻度线相重合度线相重合发射部分发射部分工作方式选择旋钮工作方式选择旋钮可在单探头工作方式和双探头工作方式间转换可在单探头工作方式和双探头工作方式间转换发射强度旋钮发射强度旋钮（或称阻尼旋钮（或称阻尼旋钮 ）通过改变发射电路中的阻尼电阻来调节发射超声通过改变发射电路中的阻尼

56、电阻来调节发射超声波的强度和宽度波的强度和宽度624.仪器主要开关旋钮的作用及其调整仪器主要开关旋钮的作用及其调整 A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理接收部分接收部分衰减器旋钮衰减器旋钮（或称增益旋（或称增益旋钮）钮）可定量调节显示的反射波高度，用于调节检测灵敏可定量调节显示的反射波高度，用于调节检测灵敏度，评定缺陷反射波大小度，评定缺陷反射波大小增益微调旋钮增益微调旋钮可在小范围内（如可在小范围内（如6dB内）连续地调节波高内）连续地调节波高频率选择旋钮频率选择旋钮可选择接收电路的频率响应可选择接收电路的频率响应检波方式旋钮检波方式旋钮可选择非检波

57、、全波检波、正检波和负检波可选择非检波、全波检波、正检波和负检波抑制旋钮抑制旋钮使幅度较小的一部分噪声信号不在显示屏上显示使幅度较小的一部分噪声信号不在显示屏上显示名称名称功能功能63名称名称功能功能时基线部分时基线部分深度粗调旋钮深度粗调旋钮（扫描范围旋钮（扫描范围旋钮）以大的区间调节时基线长度所代表的检测范围，以以大的区间调节时基线长度所代表的检测范围，以使需要检测的深度范围的反射波显示在屏幕上使需要检测的深度范围的反射波显示在屏幕上深度微调旋钮深度微调旋钮（声速旋钮（声速旋钮 ）可连续精确地调节时基线代表的检测范围，使时基可连续精确地调节时基线代表的检测范围，使时基线刻度与声传播距离成所

58、需的比例，以对缺陷准确线刻度与声传播距离成所需的比例，以对缺陷准确定位定位延迟旋钮延迟旋钮调节扫描线起始点，将其延迟一段时间开始，配合调节扫描线起始点，将其延迟一段时间开始，配合深度细调，可将所需观察的波形展宽，以便更细致深度细调，可将所需观察的波形展宽，以便更细致地观察，也可用于平移显示的波形，使反射波与时地观察，也可用于平移显示的波形，使反射波与时基线刻度对准基线刻度对准4.仪器主要开关旋钮的作用及其调整仪器主要开关旋钮的作用及其调整 A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理64A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作

59、原理5.模拟仪器的定位调节（扫描比例）模拟仪器的定位调节（扫描比例） 模拟仪器的缺陷定位主要是通过扫描比例的调节，从而在屏幕上观察缺陷回波相对屏模拟仪器的缺陷定位主要是通过扫描比例的调节，从而在屏幕上观察缺陷回波相对屏幕的位置来确定。在模拟仪器的显波屏上横坐标轴上有着等分的十个大格，每一个大幕的位置来确定。在模拟仪器的显波屏上横坐标轴上有着等分的十个大格，每一个大格内又有等分的十小格，通过调节深度和延迟旋钮当示波器内的电子枪的扫描速度调格内又有等分的十小格，通过调节深度和延迟旋钮当示波器内的电子枪的扫描速度调节到某一时刻，屏幕上的每一个小格都与实际距离相对应时，扫描比例调整完毕。节到某一时刻，

60、屏幕上的每一个小格都与实际距离相对应时，扫描比例调整完毕。如果屏幕上每一小格与实际深度距离相对应，则称之为深度比例，如与水平距离相对如果屏幕上每一小格与实际深度距离相对应，则称之为深度比例，如与水平距离相对应，则称之为水平比例。应，则称之为水平比例。当每一小格与实际距离一毫米相对应，则称之为比例当每一小格与实际距离一毫米相对应，则称之为比例1:1，每一小格与，每一小格与2毫米对应，毫米对应，称为称为1:2，每两小格与实际距离一毫米对应称为，每两小格与实际距离一毫米对应称为2:1，以此类推。，以此类推。 在探伤过程中，发现了缺陷回波，只需要从仪器上数出缺陷波对应屏幕上的格数在探伤过程中，发现了缺