超声检测第六章2014陆志春

1、 江苏特检院江苏特检院常州分院常州分院 陆志春陆志春目录目录n概述概述n检测面的选择和准备检测面的选择和准备 n仪器与探头的选择仪器与探头的选择 n耦合剂的选用耦合剂的选用 n纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术 n横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术 n影响缺陷定位、定量的主要因素影响缺陷定位、定量的主要因素 n检测记录和报告检测记录和报告 6.0 6.0 概述概述n脉冲反射法超声检测技术主要在以下方面：n检测条件n耦合与补偿n仪器的调节n缺陷的定位、定量、定性 经过长期的实践应用与经验积累，已经形成了成熟通用的技术手段。n掌握这些通用技术的熟练对于发现缺陷并正确评价很重要。脉冲反射法超声检

2、测技术基本步骤A A检测前的准备检测前的准备( (检测面选择与处理检测面选择与处理) )B B仪器、探头、试块的选择仪器、探头、试块的选择; ; C 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 D耦合补偿耦合补偿; ; E E扫查方式扫查方式; ; F F缺陷测定、记录和等级评定缺陷测定、记录和等级评定; ; G G仪器和探头系统复核。仪器和探头系统复核。H H后处理后处理I I出具报告出具报告J J仪器、探头系统的复核仪器、探头系统的复核检测前检测前准备阶准备阶段段检测检测阶段阶段检测后检测后处理阶处理阶段段6.1 检测面的选择和准备检测面的选择和准备 检测面选择：检测面选

3、择： A 根据被检测缺陷的位置根据被检测缺陷的位置、取向，使入射声束尽可取向，使入射声束尽可能垂直于缺陷反射面能垂直于缺陷反射面； 缺陷的最大可能取向应根据缺陷的最大可能取向应根据 被检工件材质被检工件材质、坡坡口形式口形式、焊接工艺焊接工艺等等判断判断； B 使声束方向垂直于最危险的缺陷；使声束方向垂直于最危险的缺陷； C 应能使探头与工件间有足够的接触面积应能使探头与工件间有足够的接触面积 D产生较少的非缺陷回波产生较少的非缺陷回波如锻件如锻件轴类轴类钢管钢管层状撕裂层状撕裂未焊透未焊透翼板未熔合翼板未熔合腹板未熔合腹板未熔合焊缝裂纹焊缝裂纹焊缝缺陷焊缝缺陷腹板焊趾裂纹腹板焊趾裂纹翼板焊趾

4、裂纹翼板焊趾裂纹n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、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷；横波检测位于的、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷；横波检测位于表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延伸的缺陷。表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延伸的缺陷。 n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

5、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单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时时表面准备：表面准备：n满足探头移动及声耦合的要求；满足探头移动及声耦合的要求； 不同加工工艺后工件检测的处理要求不同。不同加工工艺后工件检测的处理要求不同。去除松动的氧化皮、毛刺、油污、切削或磨削产生去除松动的氧化皮、毛刺、油污、切削或磨削产生的铁屑，焊接飞溅、焊渣等。的铁屑，焊接飞溅、焊渣等。n不可能清除的部位，应作标记并留下记录，供质量不可能清除的部位，应作标记并留下记录，供质量评定时参考。评定时参考。 n粗糙度应粗糙度应6.3m，表面应清除杂物、松动氧化，表面应清除杂物、松动氧

6、化 皮、皮、毛刺、油污等毛刺、油污等；6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择 仪器的选择 仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。 主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求 和便携、稳定等方面。和便携、稳定等方面。具体：具体：1、对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器、对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器2、对定量要求高时，应选择垂直线性误差小，衰减、对定量要求高时，应选择垂直线性误差小，衰减器精度高的仪器，器精度高的仪器，3、对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率大，、对大型工件或粗

7、晶材料工件探伤，可选择功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。仪器的选择4、对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区、对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区分辨好的仪器。分辨好的仪器。5、室外现场检测，重量轻、荧光屏亮度高、抗干扰能、室外现场检测，重量轻、荧光屏亮度高、抗干扰能力好的仪器。力好的仪器。6、数字超探仪的采样频率不低于最高工作频率的、数字超探仪的采样频率不低于最高工作频率的5倍倍6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择探头的选择探头的选择n选择的依据：选择的依据： 被检对象的形状、声学特点和技术要被检对象的形状、声学特点

8、和技术要求求n选择的内容：选择的内容： 探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头的和横波斜探头的K K值值6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择n型式选择：原则为根据检测对象和检测目的型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定决定n焊缝焊缝横波斜探头、纵波斜探头横波斜探头、纵波斜探头n钢板、铸件钢板、铸件纵波直探头纵波直探头n钢管、水浸板材钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚焦）聚焦探头（线、点聚焦）n 近表面缺陷近表面缺陷双晶探头双晶探头n表面缺陷表面缺陷表面波探头表面波探头n螺栓端面检测及检测面较小螺栓端面检测及检测面较小小角度纵波小角度纵波斜探头斜探头6

9、.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择n探头频率选择探头频率选择 n标准：标准： 0.510MHz，常用，常用2.55MHz。1、超声波检测灵敏度超声波检测灵敏度/2，对钢用，对钢用2.55MHz，为：纵波为：纵波2.361.18，横波，横波1.290.65，则纵波检测缺陷最小值为：，则纵波检测缺陷最小值为：0.61.2mm，横波检测缺陷最小值为：，横波检测缺陷最小值为：0.30.6mm。2、频率高，脉冲宽度小，分辨率高。、频率高，脉冲宽度小，分辨率高。3、频率高，半扩散角小，指向性好，发现小缺陷能、频率高，半扩散角小，指向性好，发现小缺陷能力强，横向定位准。力强，横向定位准。DfcD22.

10、1arcsin22. 1arcsin06.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择4、频率高，近场区大，对检测不利。、频率高，近场区大，对检测不利。5、频率高，衰减大，厚工件、粗晶材料选用低频。、频率高，衰减大，厚工件、粗晶材料选用低频。cfDDN44224323fFdca 6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择n带宽的选择：带宽的选择：带宽：带宽： 超声脉冲频率具有无数个频率，在主频率附近可利超声脉冲频率具有无数个频率，在主频率附近可利用的频率有一个范围，这个范围大小称带宽。用的频率有一个范围，这个范围大小称带宽。宽带探头：宽带探头： 脉冲短，即脉冲宽度小，深度分辨率好，盲区小，脉冲短，即脉冲

11、宽度小，深度分辨率好，盲区小，灵敏度较低，信噪比好，适合粗晶材料探伤。灵敏度较低，信噪比好，适合粗晶材料探伤。 窄带探头：窄带探头： 脉冲长，即脉冲宽度大，深度分辨率差，盲区大，脉冲长，即脉冲宽度大，深度分辨率差，盲区大，灵敏度高，穿透力强。灵敏度高，穿透力强。谐振式发射电路谐振式发射电路非谐振式发射电路非谐振式发射电路发射脉冲波的频谱，按傅里叶级数分析，发射脉冲波的频谱，按傅里叶级数分析，除谐振频率外，还包含许多其他频率除谐振频率外，还包含许多其他频率1100fff6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择n晶片尺寸选择晶片尺寸选择n晶片尺寸要满足标准要求，如满足晶片尺寸要满足标准要求，如满足

12、JB/T4730-2005要求，即晶片面积要求，即晶片面积500mm2，任一边长，任一边长25mm。1、晶片大，半扩散角小，指向性好，声束轴线附近缺、晶片大，半扩散角小，指向性好，声束轴线附近缺陷检出能力强。陷检出能力强。2、晶片大，近场区大，对检测不利；辐射的超声波能、晶片大，近场区大，对检测不利；辐射的超声波能量大，发现远距离缺陷能力强。检测效率高。量大，发现远距离缺陷能力强。检测效率高。DfcD22. 1arcsin22. 1arcsin0cfDDN4422RW2/4时应修正时应修正3、考虑检测面的、考虑检测面的结构情况结构情况 如对小如对小型工件，曲率大的型工件，曲率大的工件复杂形状工

13、件工件复杂形状工件为便于耦合要用小为便于耦合要用小晶片，对平面工件，晶片，对平面工件，晶片可大一些。晶片可大一些。6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择6.2 仪器与探头的选择仪器与探头的选择n探头探头K值的选择值的选择1、保证声束扫到整个检测断面，对不同工件形状要具、保证声束扫到整个检测断面，对不同工件形状要具体分析选择。体分析选择。2、尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽、尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用量用K大些的探头。薄工件大些的探头。薄工件K大些，声程大，避免近大些，声程大，避免近场检测；厚工件场检测；厚工件K可小些。可小些。3、根据检测对象选、根据检测对象

14、选K： 如单面焊根部未焊透，选如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.43，检测灵敏度最高，检测灵敏度最高.（端角反射）（端角反射）aTlbaK0b6.3 耦合剂的选用耦合剂的选用 n耦合实现声能从探头向工件的传递，它可实现声能从探头向工件的传递，它可用探测面上声强透过率来表示耦合的好坏，用探测面上声强透过率来表示耦合的好坏，声强透过率高，表示声耦合好。声强透过率高，表示声耦合好。 n耦合剂在工件与探头之间表面，涂敷液体、在工件与探头之间表面，涂敷液体、排除空气，实现声能传递，该液体即耦合剂。排除空气，实现声能传递，该液体即耦合剂。常用：水，机油、甘油、水玻璃、化学浆糊，常用：水，机油、甘油、水

15、玻璃、化学浆糊，纤维素、洗洁精等纤维素、洗洁精等6.3 耦合剂的选用耦合剂的选用 n对耦合剂的要求 对工件表面和探头表面有足够浸润性，并有对工件表面和探头表面有足够浸润性，并有流动性，附着力强，易清洗，声阻抗大，应流动性，附着力强，易清洗，声阻抗大，应尽量和被检工件接近对人体无害，对工件无尽量和被检工件接近对人体无害，对工件无腐蚀作用来源广，价格低廉性能稳定腐蚀作用来源广，价格低廉性能稳定 6.3.3影响声耦合的主要因素 耦合层厚度耦合层厚度d 工件表面粗糙度工件表面粗糙度耦合剂声阻抗耦合剂声阻抗工件表面形状工件表面形状6.3.3影响声耦合的主要因素n耦合层厚度耦合层厚度dn 即半波长整数倍时

16、声压透射率为即半波长整数倍时声压透射率为1，几，几乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。n 即四分之一即四分之一n波长奇数倍时，声压透射波长奇数倍时，声压透射n率最低，反射率最高。率最低，反射率最高。nd0，最好。，最好。2nd 412）（nd6.3.3影响声耦合的主要因素n工件表面粗糙度工件表面粗糙度1、同一耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果差，反射回波低。、同一耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果差，反射回波低。2、声阻抗低的耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果降低的更快。、声阻抗低的耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果降低的更快。3、表面太光滑，耦合效果不、表面太

17、光滑，耦合效果不会显著增加，但探头移动困难。会显著增加，但探头移动困难。耦合剂声阻抗的影响，同一耦合剂声阻抗的影响，同一检测面，耦合剂声阻抗检测面，耦合剂声阻抗越大耦合效果越好。越大耦合效果越好。n实际耦合剂声阻抗在实际耦合剂声阻抗在1.52.5106公斤公斤/米米2，而钢声阻抗为而钢声阻抗为45106公斤公斤/米米2。6.3.3影响声耦合的主要因素n工件表面形状工件表面形状平面工件耦合最好。平面工件耦合最好。凸曲面次之，点或线接触、凸曲面次之，点或线接触、凹曲面均耦合不好，中心不接触。凹曲面均耦合不好，中心不接触。曲率半径越大，耦合效果越好。曲率半径越大，耦合效果越好。6.4 纵波直探头检测

18、技术纵波直探头检测技术 6.4.1 仪器调整 n时基线的调整时基线的调整 又叫扫描线比例调节，俗称定标、扫描速度调节又叫扫描线比例调节，俗称定标、扫描速度调节n调整目的：保证在确定的检测范围内发现规定尺寸的缺陷，并确定缺陷的位置和大小。n步骤：步骤： 实际是扫描速度和零点调整两步，仪器自动校准，是两步实际是扫描速度和零点调整两步，仪器自动校准，是两步并作一步走，手动校准可分步校准。并作一步走，手动校准可分步校准。 1调零位调零位 2调扫描线比例调扫描线比例06.4.1 仪器调整n扫描速度调整的实质是时基线与超声波传播的扫描速度调整的实质是时基线与超声波传播的距离的比例的校准。距离的比例的校准。

19、 扫描线比例扫描线比例1 n （屏显示：实际值）。（屏显示：实际值）。 如如n=2： 板厚为板厚为50mm，一、二次底波在荧光屏，一、二次底波在荧光屏2.5格和格和5格；格； 如如n=5： 板厚为板厚为100mm，一、二次底波在荧光屏，一、二次底波在荧光屏2格和格和4格。格。6.4.1 仪器调整T=50 T=50 二次底波二次底波T=100 T=100 二次底波二次底波6.4.1 仪器调整如检测厚度为400的锻件？01001：106.4.1 仪器调整n双晶直探头时基线调整双晶直探头时基线调整200B1B26.4.1 仪器调整n检测灵敏度调整检测灵敏度调整 n概念：在确定的声程范围内发现规定大小

20、缺陷的能力n目的：发现工件中规定大小的缺陷并对缺陷定量。n依据：产品技术要求或有关标准规定。n调节：仪器上增益、衰减器、发射强度等灵敏度旋钮n要求：检测灵敏度要适当，太高，杂波多缺陷判断困难；太低，容易漏检。P1强强P2弱弱读数大读数大读数小读数小6.4.1 仪器调整n检测灵敏度调整方法检测灵敏度调整方法 1）试块法）试块法 应用场合：应用场合： 声程小于声程小于3N，或不能获得工件底波，两表面不平行，或不能获得工件底波，两表面不平行 方法：方法： 将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某基准波高，再根据工件厚度、要求、调节衰减器达到基准波高，再

21、根据工件厚度、要求、调节衰减器达到要求的灵敏度。要求的灵敏度。考虑事项：考虑事项：试块和工件材质不同，衰减不同的补偿。试块和工件材质不同，衰减不同的补偿。 试块和工件表面粗糙度不同的耦合补偿。试块和工件表面粗糙度不同的耦合补偿。 试块反射体声程和工件声程不同引起扩散补试块反射体声程和工件声程不同引起扩散补偿。偿。 试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体种类不同引起补偿。种类不同引起补偿。 试块试块锻件：锻件：CS-2 平底孔平底孔 CS-2、 3 、4、 6平底孔平底孔钢板：钢板：CB-平底面平底面 CB-5平底孔平底孔6.4.1 仪器调整2）工件底波法调

22、整灵敏度）工件底波法调整灵敏度 当反射体在声程当反射体在声程3N以外，反射体的声压变化可以外，反射体的声压变化可以用理论计算得出。如计算出底波高与要求的检测以用理论计算得出。如计算出底波高与要求的检测灵敏度反射体之间回波高度差。灵敏度反射体之间回波高度差。方便、不用试块方便、不用试块 不考虑表面补偿不考虑表面补偿不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同）不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同）大平底与平底孔的分贝差：大平底与平底孔的分贝差：2.5P20Z探头，探头，400mm钢制大平底与同声程钢制大平底与同声程 2平平底孔的分贝差：底孔的分贝差：44dB。 这条件下可以这条件下可以dB=20lo

23、gX-8.5dB=20logX-8.5注意：凡是能引起底波降低的情况，用底波调灵敏注意：凡是能引起底波降低的情况，用底波调灵敏度时会增加灵敏度度时会增加灵敏度)3(2lg20lg202NxDxPPffB将衰减器读数减少44dB将底波调至基准波高调整调整6.4.1 仪器调整传输修正值的测定传输修正值的测定 1、试块与工件厚度相同时试块与工件厚度相同时 A 试块上第一次回波试块上第一次回波B1调到基准波高时衰减器读数调到基准波高时衰减器读数dB值值V1； B 工件上第一次回波工件上第一次回波B1调到基准波高时衰减器读数调到基准波高时衰减器读数dB值值V2 ，则传输修正值，则传输修正值 dBV1V2

24、(dB) dB为正，提高增益；为正，提高增益； dB为负，降低增益；为负，降低增益； 传输修正值是表面耦合损失和材质衰减的总和。传输修正值是表面耦合损失和材质衰减的总和。传输修正值的测定传输修正值的测定2、 试块与工件厚度不相同时按试块与工件厚度不相同时按上述试块与工件同厚度测得的上述试块与工件同厚度测得的dB值，再按下式修正：值，再按下式修正： 试工xxVlg203式中：式中：-相同厚度时测得的相同厚度时测得的dB值值X工工工件声程（工件声程（mm） X试试试块声程（试块声程（mm）6.4.1 仪器调整工件材质衰减系数测定：工件材质衰减系数测定：目的：目的： 在检测大厚度工件检测，用计算法调

25、整灵敏度和评定缺陷时，在检测大厚度工件检测，用计算法调整灵敏度和评定缺陷时，计算材质衰减引起的信号幅度差。计算材质衰减引起的信号幅度差。注意：注意： 由于材质衰减系数与频率有关，测定时应采用实际检测工件由于材质衰减系数与频率有关，测定时应采用实际检测工件的探头进行。的探头进行。n方法原理方法原理n利用工件两个相互平行的底面的多次反射波。利用工件两个相互平行的底面的多次反射波。n测定要求：测定要求：n无缺陷处无缺陷处n有代表性的三处的平均值。有代表性的三处的平均值。6.4.1 仪器调整n工件材质衰减系数测定方法：工件材质衰减系数测定方法：1、工件、工件T3N时，时，衰减系数测定衰减系数测定 条件

26、：条件：T3N，且满足，且满足n3N/T，m=2n式中：式中： 衰减系数，衰减系数，dB/m（单程）；（单程）； （Bn-Bm）-两次衰减器的读数之差，两次衰减器的读数之差，dB； T工件检测厚度，工件检测厚度，mm； N单直探头近场区长度，单直探头近场区长度，mm； m、n底波反射次数。底波反射次数。 TnmBBmn)-(26-2.5PZ20N=42T=60?T=70B1B2B3B4B52、工件厚度、工件厚度T3N时，衰减系数测定时，衰减系数测定 n材质衰减系数超过材质衰减系数超过4dB/m，应考虑修正，应考虑修正 。TBB26-21目的：移动探头使声束覆盖到工件需检测的所有体积内容：扫查方

27、式、扫查速度、扫查距离1、扫查方式：描述探头的移动方向、移动轨迹要考虑声束覆盖范围根据工件形状、缺陷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。全面扫查： 大面积局部扫查（平行线扫查）：分区扫查：体积大或形状复杂自动扫查：管类、轴类工件6.4.2 扫查6.4.2 扫查扫查方式： 描述探头的移动方向、移动轨迹双晶探头应注意隔声层与扫查方向的关系6.4.2 扫查2、扫查速度：探头在检测面上相对于工件的移动速度。n扫查速度适当，目视观察时保证缺陷回波能清楚地看到，在自动记录时保证记录装置有明确的记录。n扫查速度的上限与探头的有效声束宽度和重复频率有关，实际计算时的有效声束宽度以

28、探头的直径或宽度为准。n由公式可知：D大，f高，则扫查速度可大一此，反之则扫查速度应慢一些。声束有效宽度的测定声束有效宽度的测定6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术 n6.4.3 缺陷的评定 缺陷位置确定缺陷位置确定 缺陷平面位置缺陷平面位置：找到缺陷最大反射波，缺陷位：找到缺陷最大反射波，缺陷位于探头主声束上，即在探头正下方工件内。于探头主声束上，即在探头正下方工件内。 埋藏深度埋藏深度：根据缺陷波声程及扫描线比例计算得出。：根据缺陷波声程及扫描线比例计算得出。ffnx6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术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 a）缺陷回波

29、高度法：根据缺陷回波高度比）缺陷回波高度法：根据缺陷回波高度比检测灵敏度下基准波高比较，确定缺陷大小。检测灵敏度下基准波高比较，确定缺陷大小。 b）底波高度法）底波高度法BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高，BG无缺陷处底波高度。n如如JB4730中钢板探伤时缺陷的判定中钢板探伤时缺陷的判定6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术 （2）缺陷当量评定法（适用于小于声场的缺陷的当）缺陷当量评定法（适用于小于声场的缺陷的当量测定）量测定） A 试块对比法：将工件中自然缺陷与人工缺陷试块对比法：将工件中自然缺陷与人工缺陷（试块上标准反射体）回波进行比较，定出的缺（试块上标准反射体）回波进行比较，定出

30、的缺陷当量。当量尺寸。陷当量。当量尺寸。优点：明确直观，结果可靠，不受近场区的限制，优点：明确直观，结果可靠，不受近场区的限制，对仪器的水平线性和垂直线性要求也不高，尤其对仪器的水平线性和垂直线性要求也不高，尤其是是x3N的情况的情况 。缺点：需要大量的试块，携带不方便。缺点：需要大量的试块，携带不方便。6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术n当试块厚度与工件厚度不同时，可能一试块厚度小于当试块厚度与工件厚度不同时，可能一试块厚度小于工件厚度，另一试块厚度大于工件厚度，此时用中间工件厚度，另一试块厚度大于工件厚度，此时用中间插入法确定缺陷大小。插入法确定缺陷大小。80120110?db

31、缺陷小于声束直径时用半波高度法测缺陷小于声束直径时用半波高度法测出的是声束直径，所以标准中规定指示长出的是声束直径，所以标准中规定指示长度小于度小于10时按时按5计缺陷指示长度计缺陷指示长度声束直径声束直径6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术 B 当量计算方法：当量计算方法： 原理：利用规则形状反射体回波声压与缺陷回波声压原理：利用规则形状反射体回波声压与缺陷回波声压（缺陷波高（缺陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。值）进行比较得到缺陷当量。方法方法1 测出缺陷回波高度与基准平底孔回波高度的分贝测出缺陷回波高度与基准平底孔回波高度的分贝差差 dB，则缺陷的当量尺寸，则缺陷的当量尺寸d：

32、 dj、xj基准平底孔的直径与埋深，基准平底孔的直径与埋深， d、x缺陷的当量直径与埋深，缺陷的当量直径与埋深，方法方法2 测出缺陷回波高度与大平底的回波高度的分贝差测出缺陷回波高度与大平底的回波高度的分贝差 dB，则缺陷的当量尺寸，则缺陷的当量尺寸d： xD大平底距探头的距离。大平底距探头的距离。40)-(2-10 xxdBjjjxxdd20)-(2-2102xxdBDDxxd例题例题1n工件厚工件厚400，在，在250处有一缺陷比大平底反射波低处有一缺陷比大平底反射波低16dB，探头频率探头频率4MHz，衰减系数，衰减系数0.01dB/mm，求缺陷当量大小。，求缺陷当量大小。一、一、 40

33、0处的孔与大平底的处的孔与大平底的dB差差 -40dB二、现在大平底与二、现在大平底与250处处缺陷相差缺陷相差-16dB三、波高增加了三、波高增加了24dB四、增加原因：四、增加原因：A 声程短扩散小声程短扩散小 增加增加 8dBB 声程短材料衰减少声程短材料衰减少 增加增加 3dBC 缺陷大缺陷大 增加增加 13dBD 从从 =2至至=4 12dB16)52504lg20(84002lg2022200FsPFPs16)5250475. 14lg20(8400475. 12lg2022200FsPFPs31640024250475. 1lg2022例题例题2n钢包耳轴钢包耳轴 直径直径150

34、 长长420衰减系数为衰减系数为0.01dB/mm 2.5MHZ c=5900m/s1、问用大平底调、问用大平底调2灵敏度时，灵敏度时，是低了？还是高了？是低了？还是高了？（P176）2、如在、如在300处有一缺陷波高比处有一缺陷波高比 试块上试块上200 处处2反射波高反射波高40dB，试块材料中衰减不计，试块材料中衰减不计，试块与工件耦合差试块与工件耦合差4dB，缺，缺陷当量大小？陷当量大小？例题例题3n一工件厚一工件厚420衰减系数为衰减系数为0.01dB/mm ，用，用f=2.5MHZ探头检测探头检测 c=5900m/sN=20。 在在200mm处发现一缺陷波，波处发现一缺陷波，波高为

35、高为40% ，此时衰减器读数比，此时衰减器读数比420mm处的处的22平底孔反射波（基平底孔反射波（基准波高准波高80%80%）增加增加40dB，求缺陷当，求缺陷当量大小？量大小？n一工件无法获得大平底底波，一工件无法获得大平底底波，工件的材料衰减系数为工件的材料衰减系数为0.02db/工件与试块表面耦合差工件与试块表面耦合差4db1、如何调灵敏度？、如何调灵敏度？试块上试块上22波高为增益波高为增益5656db，工件上增益为多少工件上增益为多少db时灵敏度满足要求？时灵敏度满足要求？2、现在工件中、现在工件中80处发现一缺陷处发现一缺陷,波高比试块波高比试块20022孔波高高孔波高高4040

36、db，求缺陷当量大小，求缺陷当量大小20080工件试块6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术（2）缺陷当量评定法）缺陷当量评定法 C 通用通用AVG曲线法：曲线法：d=GD例例3:2.5P14Z直探头检测直探头检测420mm钢工件，在钢工件，在210mm处发现一缺陷比工处发现一缺陷比工件底波低件底波低26dB，求当量尺寸。，求当量尺寸。查图：查图：G=0.2d=0.214=2.8mmmmDN21422021420NxjAj0121021NxA6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术 （3）缺陷延伸长度的测定（适用于缺陷尺寸大于声）缺陷延伸长度的测定（适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷

37、）束截面时的缺陷） A 相对灵敏度法相对灵敏度法 相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准，使探相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准，使探头沿缺陷长度方向两端移动，使缺陷波下降一定头沿缺陷长度方向两端移动，使缺陷波下降一定的的dB值，常用值，常用6dB法（半波）、法（半波）、 端点端点6dB法（半法（半波）、波）、 12dB法（法（1/4波高）、波高）、20dB法（全波消法（全波消失）。失）。 6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术b）绝对灵敏度法）绝对灵敏度法 探伤仪在规定探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺灵敏度条件下沿缺陷方向移动，使缺陷方向移动，使缺陷

38、波下降至规定的陷波下降至规定的位置如评定线，如位置如评定线，如GB11345和和JB/T4730中中区区缺陷规定降到测长缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度线即为绝对灵敏度法。法。6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术c）端点峰值法）端点峰值法 在探头移在探头移动过程中发现动过程中发现缺陷有多个高缺陷有多个高点，则将缺陷点，则将缺陷两端点最大波两端点最大波高处探头位置高处探头位置的距离作为端的距离作为端点峰值法指示点峰值法指示长度。长度。 6.4 纵波直探头检测技术纵波直探头检测技术 n6.4.4 非缺陷回波的判别 迟到波迟到波61反射反射三角反射回波三角反射回波 探头杂波探头杂波工件轮廓波

39、工件轮廓波 耦合剂反射耦合剂反射幻幻象象波波 草状回波草状回波侧壁干涉波侧壁干涉波 其它变型波其它变型波 波型转换与反射折射定律波型转换与反射折射定律22111sinsinsinsinsinSSLLSSLLLLccccc超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射(a) 纵波入射；纵波入射； (b) 横波入射横波入射 sLsL1、迟到波、迟到波n条件：条件： 探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散声束纵波斜射到侧壁产生变型反射横波，再经反声束纵波斜射到侧壁产生变型反射横波，再经反射变成纵波到达底面返回探头形成迟到波。迟到

40、射变成纵波到达底面返回探头形成迟到波。迟到的纵波声程特定的纵波声程特定XX0.76d0.76d（d d为板厚或棒直径）。为板厚或棒直径）。L=70L=70，S=33S=33变形横波很强。变形横波很强。产生原因分析产生原因分析XABD0.76d2)33tan3230590033cos(2)tancos(2ddCCdwxsSLsCEXCECCBCXSADCDCECCBCABSLSLS11XWXS1XXSX变型波的声程之间的关系变型波的声程之间的关系n注意：注意：n以纵波来校准仪器（定标），或者说纵波斜探头检以纵波来校准仪器（定标），或者说纵波斜探头检测时，出现变形横波，则示波屏上显示的声程测时，出

41、现变形横波，则示波屏上显示的声程SL与与实际的横波声程实际的横波声程SS之间的关系为：之间的关系为：n以横波来校准仪器（定标），或者说横波斜探头检以横波来校准仪器（定标），或者说横波斜探头检测时，出现变形纵波，则示波屏上显示的声程测时，出现变形纵波，则示波屏上显示的声程 SS与与实际的纵波声程实际的纵波声程SL之间的关系为：之间的关系为：SLSLCCSSLSLSCCSS2 2、61 61 反射反射n纵波入射角纵波入射角与横波反射角与横波反射角满足：满足： +=90时时 =90- sin=cos 在特定位置出现特定反射在特定位置出现特定反射 对于钢对于钢 =61=2982. 132305900t

42、ancossinsinsinsLcc61反射的声程：反射的声程：ABCDDEabBCECBEbaCCbaxSLtan612、61 反射实例反射实例nA处处61反射的声程：反射的声程： ( (W试块上试块上)nB处反射的声程：处反射的声程：nC处反射的声程：处反射的声程：mmRddCCRdxSLA7 .832-82.1)sin61-(d61cos-2121mmRddRdxB69.6sin452-)Rsin45-d45cos-2121mmRdxC4525-70-13、三角反射、三角反射n底波，底波，d。A不发生变形转换，形成不发生变形转换，形成等边三角形。等边三角形。B发生变形转换，形成等发生变形

43、转换，形成等腰三角形，腰三角形，L-S-L。ddx3 .130cos231ddccdxSSLL76 .1cos21cos2LS22sin211cos22cosABCODABD=90CBD= CAD= LS S = 90- 2L L 6.4.4 非缺陷回波的判别4、探头杂波、探头杂波5、工件轮廓回波、工件轮廓回波6、幻象波：重复频率过高时产生，现重复频率、幻象波：重复频率过高时产生，现重复频率于深度范围同步调节，一般不会产生。于深度范围同步调节，一般不会产生。6.4.4 非缺陷回波的判别7、侧壁干涉：、侧壁干涉： 纵波探头靠近侧壁，经侧壁反射的纵波和变型横波纵波探头靠近侧壁，经侧壁反射的纵波和变

44、型横波与直接传播的纵波互相干涉，造成探头靠近侧壁正与直接传播的纵波互相干涉，造成探头靠近侧壁正对缺陷检测缺陷回波低，探头远离缺陷检测反而缺对缺陷检测缺陷回波低，探头远离缺陷检测反而缺陷回波高，缺陷位置给定时，有一个最佳位置，缺陷回波高，缺陷位置给定时，有一个最佳位置，缺陷回波最高，但总是偏离缺陷。陷回波最高，但总是偏离缺陷。6.4.4 非缺陷回波的判别n避免侧壁干扰条件：避免侧壁干扰条件： 侧壁反射波声程与直接传播声程差大于侧壁反射波声程与直接传播声程差大于4。1、轴线轴线小缺陷无侧壁干扰条件：小缺陷无侧壁干扰条件： 对钢：对钢： ad2minfad5.3minn2、底面无侧壁干扰条件：、底面

45、无侧壁干扰条件： 对钢：对钢：ad2minfad5min6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术 n6.5.1 仪器调整 入射点、入射点、折射角测定折射角测定 扫描线比例调节扫描线比例调节 声声程比例程比例 水水平比例平比例 深深度比例度比例scSt 直射波直射波一次反射波一次反射波跨距跨距L横波探伤示意图横波探伤示意图S SL=SL=SSinSinH=SH=SCOSCOS超声波横波探伤水平定位超声波横波探伤水平定位超声波横波探伤深度定位13131 测定探头前沿测定探头前沿探头前沿探头前沿l0入射点入射点l0=100-872 测探头测探头K值值 距离距离L3035lLK前沿与前沿与K 值测

46、试值测试n用用CSK-IIIA试块同时测前沿与试块同时测前沿与K值值L1L2L1+l0=40K 解方程得L2+l0=80K K、l06.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术3 扫描线比例具体的调节方法：A按声程调节法： 目的：使示波屏上的水平刻度值与横波声程成比例 试块：IIW1，CSK-IA，IIW2，半圆试块等 方法一：利用IIW1试块上R100mm圆弧面和91mm 平面结合纵横探头来调节。 IIW1 CSK-IA 6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术0501006.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术050100声程调节二声程调节二 方法三：利用IIW2或半圆试块（带切槽

47、）调节。 IIW2圆弧面的反射特点：探头对准R25面时，反射波间距为25mm、75mm、75mm；探头对准R50面时，反射波间距为50mm、75mm、75mm ； IIW-II半圆试块半圆试块半圆试块（不带切槽）反射特点：反射波间距为50mm、100mm、100mm 带切槽时反射波在50、100、150050100中心带切槽时波形中心带切槽时波形中心不带切槽时波形中心不带切槽时波形6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术nB 水平调节、深度调节水平调节、深度调节n适用于模拟机，要先适用于模拟机，要先 知道知道K值。值。n声束走的路径声程，衰声束走的路径声程，衰减计算按声程，减计算按声程，

48、水平、深度只是便于模水平、深度只是便于模拟机定位。拟机定位。n其它略。其它略。水平距离 l深度d6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术022.444.8K=2 深度深度1：16.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n在在CSK-IIIA试块上调深度试块上调深度1：1第一步第一步 测测h=20 的孔的孔第二步第二步 测测H=40的孔的孔第一步第一步 测测h=40 的孔的孔第二步第二步 测测H=20的孔的孔？6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n3距离距离波幅曲线制作和灵敏度调整：略。波幅曲线制作和灵敏度调整：略。n4传输修正值测定和补偿：传输修正值测定和补偿：1）单探头法测定）

49、单探头法测定 工件与试块厚度相同。工件与试块厚度相同。 dBV1V2(dB) dB为正，提高增益；为正，提高增益；dB为负，降低增益；为负，降低增益； 传输修正值是传输修正值是 表面耦合损失和表面耦合损失和 材质衰减的总和。材质衰减的总和。6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术传输修正值测定和补偿：2）双探头法测定 工件与试块厚度相同。6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n传输修正值测定和补偿：传输修正值测定和补偿：2）双探头法测定）双探头法测定 工件厚度小于试块厚度。工件厚度小于试块厚度。6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n传输修正值测定和补偿：传输修正值测定和补偿：

50、2）双探头法测定）双探头法测定 工件厚度大于试块厚度。工件厚度大于试块厚度。6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n6.5.2 扫查 n横波斜探头扫查控制的内容也包括扫查速度、扫查间距和扫查方式三个方面。n横波斜探头扫查时，扫查速度和扫查间距的要求与纵波检测时相似。n但扫查方式有其独有特点，扫查方式的运用不仅要考虑探头相对于工件的移动方向、移动轨迹，还要考虑探头的朝向。n探头的朝向由声束方向确定，声束方向由缺陷取向确定，检测缺陷在焊缝中，声束方向必须朝向焊缝，在此基础上，控制探头的前后左右移动。 扫查方式扫查方式 半波程扫查半波程扫查n按锯齿形扫查，同时有一个按锯齿形扫查，同时有一个15

51、的转动的转动晶片宽度的85%扫查方式扫查方式 全波程扫查全波程扫查n按锯齿形扫查，同时有一个按锯齿形扫查，同时有一个15度的转动度的转动晶片宽度的85%检测横向裂纹扫查方式检测横向裂纹扫查方式6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n6.5.2 扫查 按按JB/T4730标准要求作前后、左右、环绕和转动标准要求作前后、左右、环绕和转动扫查。扫查。 6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术 n6.5.3 6.5.3 缺陷的评定缺陷的评定n1 1 横波平面工件的缺陷定位横波平面工件的缺陷定位 1 1）按声程调节扫描线比例）按声程调节扫描线比例 sinsinfffnxlcoscosfffnx

52、d6.5.3 6.5.3 缺陷的评定缺陷的评定 缺陷定位缺陷定位cos2cos2fffnTxTd二次波检测时深度：二次波检测时深度：2T缺陷深d缺陷深d6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术2）按水平调节扫描线比例）按水平调节扫描线比例 一次波探伤时一次波探伤时缺陷水平距离缺陷水平距离缺陷深度距离缺陷深度距离二次波探伤时二次波探伤时缺陷深度距离：缺陷深度距离：ffnlKnKldfffKnTKlTdfff226.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术ffKnlffndffnTd 2n3）按深度调节扫描线比例）按深度调节扫描线比例 n一次波探伤时一次波探伤时n缺陷水平距离缺陷水平距离n缺陷

53、深度距离缺陷深度距离n二次波探伤时二次波探伤时n缺陷深度距离：缺陷深度距离：6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术 6.5.3 缺陷的评定 2. 横波周向探测横波周向探测 1）外园周向探测）外园周向探测 比比 大，大，H比比d小。小。 lLdRKdRRLdRKdROBODHarctan180180)(22H HA AB BC CD Dd dR RO OL2）内壁周向探测）内壁周向探测 比比 小，小，h比比d大。大。drKdrrLrdrKdODOBHarctan180180)(22ll6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术3）最大探测壁厚）最大探测壁厚 6.5 横波斜探头检测技术横波

54、斜探头检测技术3）最大探测壁厚）最大探测壁厚 结论：结论： K K越小，越小，T Tm m就越大就越大n标准中规定筒体可检测的内外径之比控制为r/R80%的原因： 理论上当K=0.65时,Tm/D最大，r/R最小,但此时横波声压往复透射率低，容易漏检； 当K=1时， Tm/D=0.1465，r/R=0.707，但由于随着r/R接近临界值，将会产生表面波，使声程偏差急剧增大。 还要考虑到定位，定量的准确性，n 管材检测时直探头相对于管轴线的偏移距离也要控制)1-1 (21)sin1212KKDTm（K00.650.70.81.01.52.02.53.0 3.533.23538.74556.363

55、.468.271.574r/R0.54760.57360.62520.70710.83200.89420.92850.94870.9613Tm/D0.22620.21230.18740.14650.08400.05290.03580.02560.01946.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术 n6.5.3 缺陷的评定 3. 缺陷定量缺陷定量 1）测长法）测长法 2）缺陷自身高度的测定）缺陷自身高度的测定 端部最大回波法端部最大回波法 6dB法法横波端角反射法横波端角反射法 横波串列式双探头法横波串列式双探头法 端点衍射法端点衍射法 2）缺陷自身高度的测定）缺陷自身高度的测定n端部最大回波

56、法端部最大回波法n一般用一般用K1探头，误差小，聚焦探头精度高。探头，误差小，聚焦探头精度高。n数字机直接读出：图数字机直接读出：图6-30：h； 图图6-31：h=h2-h1；2）缺陷自身高度的测定）缺陷自身高度的测定n6dB法法2）缺陷自身高度的测定）缺陷自身高度的测定n横波端角反射法横波端角反射法n回波高度与回波高度与h/有关，有关，2mm以内不是单调的。以内不是单调的。2）缺陷自身高度的测定）缺陷自身高度的测定n横波串列式双探头法：横波串列式双探头法：n回波位置固定不动。回波位置固定不动。n底面盲区底面盲区KHHKABABh2tan21Kbbh2tan2）缺陷自身高度的测定）缺陷自身高

57、度的测定端点衍射法端点衍射法 ：用匝门套住上下端点衍射波，读数相减即可。：用匝门套住上下端点衍射波，读数相减即可。H= DW下下- DW上上6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术 n6.5.3 缺陷的评定 4. 非缺陷回波测定非缺陷回波测定 1）工件轮廓回波）工件轮廓回波 2）端角反射波）端角反射波 3）探头杂波）探头杂波 4）表面波）表面波 5）草状回波）草状回波 6）焊缝中变型波）焊缝中变型波 7）“山山”形波形波有焊角反射波有焊角反射波如有裂纹时混在一起如有裂纹时混在一起无焊角反射波无焊角反射波如有裂纹时才显示如有裂纹时才显示6.5 横波斜探头检测技术横波斜探头检测技术n焊缝中变型

58、波：焊缝中变型波：n前提：前提：s6.6 影响缺陷定位、定量的主要因素影响缺陷定位、定量的主要因素影影 响响 缺缺 陷陷 回回 波波 的的 因因 素素工工 件件耦耦 合合仪器和探头仪器和探头缺缺 陷陷定定位位定定量量 仪仪 器器发射条件发射条件抑制电路抑制电路接收条件接收条件水平线性水平线性垂直线性垂直线性探头探头探头与仪器组合探头与仪器组合灵敏度灵敏度 盲区盲区分辨率分辨率耦合剂种类耦合剂种类耦合层厚度耦合层厚度粗糙度粗糙度形状形状形形 状状取取 向向表面粗糙度表面粗糙度性性 质质尺尺 寸寸埋藏深度埋藏深度组组 织织表面形状表面形状表面粗糙度表面粗糙度温度温度探测面探测面干干 涉涉散散 射射

59、散射散射应力致折射应力致折射6.6 影响缺陷定位、定量的主要因素影响缺陷定位、定量的主要因素6.6.1 影响缺陷定位的主要因素影响缺陷定位的主要因素1、仪器的影响、仪器的影响2、探头的影响n制作工艺不同，同样参数的探头其性能也有差异，探头的频率、频谱不同会对探头声场产生影响也对信噪比、分辨力有明显影响，不同探头检测同一工件时，可能会有不同的结果。声束偏离： 无论垂直入射还是倾斜入射检测，都是假定波束轴线与探头晶片几何中心重合，实际上这两者往往难以重合，造成声束偏离。 当实际声束轴线偏离探头几何中心轴线较大时，缺陷定位精度会下降。2、探头的影响探头双峰 探头发射的声场一般只有一个主声束，远场区轴

60、线上声压最高，有些探头性能不佳，存在两个主声束，当发现缺陷时，很难判断是哪个主声束发现的，造成难以确定缺陷的实际位置。2、探头的影响斜楔磨损 横波探头在检测过程中，由于工件表面的粗糙度，斜楔不呆避免地会磨损，操作者用力不匀导致探头前后磨损不同。 斜楔后面磨损较大时，折射角增大也即探头K值增大，斜楔前面磨损较大时，折射角减小也即探头K值减小。 探头磨损还会使探头入射点发生变化，影响缺陷定位。3、工件的影响工件表面粗糙度 工件表面粗糙，除影响耦合效果外，而且由于表面凹凸不平，还会使声束进入工件的时间产生差异。 当凹槽深度为/2时，则进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波互相干涉形成分叉使缺陷