超声波探伤方法与探伤工艺

1、超声波探伤方法与探伤工艺超声波探伤方法与探伤工艺超声波探伤超声波探伤补充教材补充教材 (修改版修改版) 编写：姚志忠编写：姚志忠 中国锅炉压力容器检验协会中国锅炉压力容器检验协会 教育工作委员会教育工作委员会 二二00六年四月六年四月 超声波探伤方法与探伤工艺超声波探伤方法与探伤工艺(修改版修改版) 编写说明编写说明根据锅炉压力容器压力管道特种设备无损检测人员级资格考核培训班组织委员会的安排，于2004年4月将将本人负责超声波探伤方法和工艺讲课部分的讲稿编印成册，作为级人员超声波探伤专业培训的补充教材。阅读本补充教材时，应同时阅读超声波探伤教材。本补充教材内容为：第四章超声波探伤方法和通用探伤

2、技术，第五章板材和管材超声波探伤，第六章锻件与铸件超声波探伤，第七章焊缝超声波探伤，第八章超声波探伤工艺。每章中的内容和顺序均与超声波探伤教材全部对应。自JB/T4730-2005承压设备无损检测颁布后发现原补充教材涉及超声检测标准部分的相关内容与JB/T4730-2005承压设备无损检测第3部分超声检测中相应规定不完全符合，为了更好地贯彻执行JB/T4730-2005承压设备无损检测标准，对原补充教材涉及JB/T4730-2005承压设备无损检测标准的相关内容均按JB/T4730-2005承压设备无损检测标准第3部分超声检测规定内容要求进行了修改，现印刷的为修改版。由于本人的局限性、缺点和错

3、误难免，请阅读本补充教材的人员提出宝贵意见和建议，使本补充教材更加完善。本补充教材编写过程中得到中国锅炉压力容器检验协会教育工作委员会杜京社同志的支持与帮助，在此表示感谢！编写者：姚志忠2006.4第四章第四章 超声波探伤方法和通用探伤技术超声波探伤方法和通用探伤技术第一节第一节 超声波探伤方法概述超声波探伤方法概述 超声波探伤方法按波的类型可分为脉冲波法和连续波法，按探伤方法原理可分为反射法、穿透法和共振法，按波形可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法和爬波法，按耦合方式可分为直接接触法和液浸法，按探头个数可分为单探头法、双探头法和多探头法，现将各种探伤方法分类列于下图4.1：超声波探伤方法

4、图例4-1.doc第二节第二节 仪器与探头的选择仪器与探头的选择一、探伤仪选择1.仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。2.其次可考虑检测目的，如对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器，选择数字式探伤仪更好。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，对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。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。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。二、探头选择1. 型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定：如：焊缝斜探头钢板、铸件直探头钢管、水浸板材聚焦探头（

5、线、点聚集）近表面缺陷双晶直探头表面缺陷表面波探头 2. 探头频率选择超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷的能力，从统计规律发现当缺陷大小为时，可稳定地发现缺陷波，对钢工件用2.55MHZ，为：纵波2.361.18，横波1.290.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值为：0.61.2mm之间，横波可稳定检测缺陷最小值为：0.30.6之间。2这对压力容器检测要求已能满足。故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等常采用2.55MHZ。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等因会出现许多林状反射，（由材料中声阻抗有差异的微小界面作为反射面产生的反射），也和材料噪声干扰缺陷检测，故采用较低的0.52.5MHZ的频率比较

6、合适，主要是提高信噪比，减少晶粒反射。此外应考虑检测目的和检测效果，如从发现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸时，则声束指向性变坏，不利于检测远场缺陷，所以应综合考虑。 3. 晶片尺寸选择：原则：晶片尺寸要满足标准要求，如满足JB/T4730-2005要求，即晶片面积500mm2，任一边长25mm。其次考虑检测目的，有利于发现缺陷，如工件较薄，则晶片尺寸可小些，此时N小。铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N大、0小。发现远距离缺陷能力强。考虑检测面的结构情况如对小型工件，曲率大的工件复杂形状工件为便于耦合要用小晶片，对平面工件

7、，晶片可大一些。4. 斜探头K值选择：原则：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。尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用K大些的探头。薄工件K大些，厚工件K可小些。根据检测对象选K：如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在K=0.84-1时检测灵敏度最高。第三节第三节 耦合与补偿耦合与补偿耦合就是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，声强透过率高，表示声耦合好。一、耦合剂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。实际耦合剂声阻抗在1.52.5106公斤/米2，而钢声阻抗为45106公斤/米2。所以靠耦

8、合剂是很难补偿曲面和粗糙表面对探测灵敏度的影响。水银耦合效果最好，声阻抗为：19.8106kg/m2与钢接近，但有毒、很贵，故不推荐。对耦合剂的要求：对工件表面和探头表面有足够浸润性，并既有流动性，又有附着力强，且易清洗。声阻抗大，应尽量和被检工件接近。对人体无害，对工件无腐蚀作用。来源广，价格低廉。性能稳定。二、影响声耦合的主要因素3.耦合层厚度d： 在均匀介质中：最好：d=n 即半波长整数倍时声压透射率为1，几乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。最不好：d=（2n+1）即四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，反射率最高。24此时相当于钢保护膜直探头探测钢件。根据均匀介质中异质薄层对声

9、波的反射特性，其声压反射r为：在非均匀介质中，根据教材1.37式，当d=n时和d=（2n+1） ,且Z2= 时，声强透射率最大，超声检测大多情况满足次种条件。 2431ZZ22221222222122241124111dSinZZZZdSinZZZZr由式可看出：当耦合层d=时，r=0、t=1，灵敏度可以保证，但发射反射脉冲后面干扰振荡增加，也影响缺陷检测，故实际上常使用d0的光滑工件使耦合层d0，效果好。如果再增加耦合层厚度，可以使界面波和工件多次反射波分得很开，探伤图形变得很清晰，如控制在底面回波在第二次界面回波前出现，对缺陷判断有利（这是水浸探伤中的水层耦合原理）。为使耦合层耦合效果好，

10、由教材1.36式和1.37式可知，则必须使r0，此时t1，或T= 达最大，即声能从探头全部透到工件，则由声压反射率表示式知，r0得Sin 0，即d0或d0，但d0，即工件表面越平整，耦合剂层厚d越接近零，耦合越好。22121)(4ZZZZd24.工件表面粗糙度影响由上面均匀介质中异质薄层对声波的声压反射率表示式可知d0时，可得r0。耦合效果越好。表示工件表面光洁度越光越好，表面粗糙度越差。则d越大耦合越差。但是当表面太光后探头和工件之间耦合层由于表面张力吸附作用，变成真空使探头移动困难。同时因真空不能传播声波，使耦合变差。一般工件要求粗糙度Ra=6.3m5.耦合剂声阻抗影响一般液体耦合剂声阻抗

11、均比工件声阻抗小，故对同一探测面（光洁度相工件材质相同）声阻抗越大的耦合剂耦合效果越好。6. 工件表面形状影响平面工件耦合最好。凸曲面和凹曲面均耦合不好。在实际工作中，T最大处声压透射率为平面接触时，透射率一半时的曲率半径为声耦合临界曲率半径R0。图4-2则：R0=0.45fD2Zt/C0Z0（1+Zt/Zm）f频率，D晶片直径，Zt保护膜或斜透声楔声阻抗，Z0耦合剂声阻抗，Zm工件声阻抗，C0耦合剂声速。当工件曲率半径R与临界曲率半径R0比较R/R0=1时，修正值2.5dB以下，R/R01时，可不修正，此时修正值为2.5dB以下，当R/R0d 1.1时修正条件，可求得： K=1.0 r/R0

12、.86 K=2.0 r/R0.96 K=2.5 r/R3N时做试块不易，故仅在X3N时应用。13.当量计算方法当量：不同类型和不同大小的工件中的任何缺陷反射回波高与同声程的某标准（规则）反射体的反射回波高相同时，则该标准（规则）反射体的类型和尺寸即为该缺陷的当量。由于实际缺陷的几何形状，表面状况、方向，缺陷性质各不相同，其声吸收、声散射比标准规则几何反射体复杂的多。一般实际缺陷总比所定的当量值大35倍，或更多。当量计算方法：利用规则形状反射体回波声压（第二章中介绍的几种）与缺陷回波声压（缺陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。基本公式：（各标准反射体回波声压）大平底：21PPB平底孔： 长横孔：

13、短横孔： Lf短横孔长，Df短横孔直径。球孔： Xpp42XPP221ffDXLPP2短XdPPd4园柱曲面：PC= 凸面 r内半径 PC= 凹面 R外半径。 RrP21rRP21考虑材质衰减应均乘上：e- 式中：P=2P0Sin 在X3N时P= 具体计算：用公式计算：应根据缺陷波高与所定探伤灵敏度比较或和底波高比较，再与探伤灵敏度比较。 68. 82 XXXD224XDPO4*2 计算时应考虑： 材质衰减。 如题中不考虑，就不管。如题中告诉衰减，要弄清是双程还是单程的。 是否要不同孔型之间相互换算。如灵敏度为平底孔，题中要求求出长横孔当量，这要互换。X3N近似准确。 用AVG图计算，可直接查

14、得缺陷相对大小G，再乘探头晶片尺寸DS则可得缺陷尺Df。 用实用当量曲线可在曲线上直接查得缺陷当量直径。二、测长法：适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷。指示长度：根据缺陷波高，用探头移动距离的方法。按规定方法测得的缺陷长称指示长度。特点：由于工件中实际缺陷取向、性质、表面状态均影响缺陷回波高度。故指示长度一般小于或等于实际长度（此时所用dB值即缺陷波最高波下降dB值6dB时），当dB6dB时，一般将缺陷测大，即指示长度大于实际长度。1. 相对灵敏度测方法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，使缺陷波下降一定的dB值。常用6dB（半波）、12dB（波高）、20dB（全

15、波消失）。 6dB法（半波） 适用于： 缺陷只有一个高点 缺陷基本垂直声束 缺陷沿探头移动方向基本均匀 缺陷长度大于声束截面 指所用波束截面这里指6dB波束截面 端点6dB法：一般将缺陷测大缺陷有多个高点时，用端部6dB法即使端部波高下降6dB。关键：确定端部缺陷回波峰值（最高值），找到了缺陷端部峰值后，和6dB法同样操作。2. 绝对灵敏度法探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺陷方向移动（不管缺陷最高在何值）。使缺陷波下降至规定的位置如评定线，如JB/T4730中区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度法。特点： 测长是与缺陷最高波多少无关。 缺陷长度（指示长度）与缺陷波高和所规定的测长值位置有关，如缺陷波

16、高只比规定测长灵敏度高3dB，即为3dB测长，一般将缺陷测短。如缺陷波高比规定测长灵敏度高20dB，即为20dB测长，一般将缺陷测大。3. 端点峰值法：一般将缺陷测少。在探头移动过程中发现缺陷有多个高点，则将缺陷两端点最大波高处探头位置的距离作为端点峰值法指示长度。关键：寻找端点峰值位置。 以上测长法适用：长条形缺陷 对于缺陷回波包络线只有一个极大值的缺陷，可用最大波高衰减法，常用6dB法。 对缺陷回波包络线有多个极大值缺陷，可用端点6dB法或端点峰值法。 对条形气孔、未焊缝等宜用6dB法。 对裂纹、未熔合、条形夹渣等宜用1012dB法。对小于10mm缺陷宜用3dB法。（标准规定指示长度小于1

17、0mm，以5mm计）。 对中间粗、两端细或细长缺陷（裂纹、未熔合）用端点法可获得较好的结果。 用20dB法时应考虑声场修正。（即测得移动长度应减去声场直径才为缺陷指示长度）三、底波高度法在远场（X3N），当缺陷比声束截面小时，缺陷波高与面积成正比（此时可用当量法定缺陷大小）；当小缺陷数量很多，或缺陷面积逐渐增加，则缺陷越大，所遮挡的声束愈多，造成缺陷处工件底波下降越大，此时可用缺陷波与底波相对波高来评价缺陷的大小。1. ：BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高 2. ：BG无缺陷处底波高度3. 此方法在钢板、锻件探伤中常应用。第七节第七节 缺陷自身高度的测定缺陷自身高度的测定一、表面波波高法：利用表

18、面波传播时遇到深度较小缺陷时反射回波随深度增加而升高的特点。只适用：表面开口缺陷 缺陷深度小于2的情况。该法存在许多问题，未说清，现介绍一下表面波探伤的情况： （）表面波的性质：14.表面波即瑞利波，介质表层质点具有纵波和横波的综合特性。15.表面波在介质中传播时，介质质点只限于在传播方向与垂直于表面的平面内，其轨迹为椭圆。16.表面波声场的深度范围为2，可探测的深度范围也为2。17.当表面波传播时，深度=0.183时，质点不作水平方向振动（在此深度上有缺陷将不会引起反射，也就是检测不出）。此即表示表面波能检测的最小深度（此深度对钢材，用5MHZ，就相当于0.1mm）。18.表面波的传播速度，

19、对平面波而言，与频率无关，与材料的泊松比和横波声速CS有关。CR= （二） 表面波产生1. 直接用石英进行Y切割产生。2. 利用纵波斜入射到工件表面产生表面波。sinR= SC112. 187. 0RLCCCL=斜楔有机玻璃纵波速度 CR=钢中表面波速度对钢和有机玻璃而言。R=6264较好。3.探头晶片一般用矩形晶片。4.实用中无近场长度影响（N已全部在透场楔内）。（即透声楔内纵波行程较大。）（即大于N）（三） 表面波的传播特性1. 对表面柱孔和近表面横孔随孔径增大反射率增加，频率越高，反射率增大越快。2. 对棱角边的反射有下列特性（棱角可认为相当于裂纹）。用2.55MHZ频率表面波，反射信号

20、在棱角小于或等于90时有较强的反射；大于90之后，反射逐渐降低；大于170时，棱边反射降为零。 因工件中裂纹与表面之间会成各种角度，为防止漏检，必须从两个方向上探测。表面波传到棱边时会产生波型转换，变型波遇到反射面时，同样会产生反射回波，形成干扰回波。如图：表面波在A、B反射间还有S变型横波到底面的反射，波型为：S表面波RACSB在C 处产生变形横波S 的反射图4-5TASB棱边曲率半径R5时，表面波几乎全部跨越传播，无反射；棱 边曲率半径Rh。 当裂纹内有油、或水时，裂纹表面粗糙时及下端裂太尖时，裂纹尖端B回波可能不出现。表面波探伤应用程序：频率：5MHZ耦合剂：甘油、粘度较大的机油表面要求

21、：光洁度要高一些，除油、污、除锈蚀，露出金属光泽。扫描速度调节：为调节准确，一般不用试块（如试块和工件材质，表面完全相同也可以用试块）。将探头垂直对准工件的一个棱边，探头前沿距棱边40mm，荧光屏出现棱边波B1，将B1调在4格。再将探头后移至离棱边65mm，将棱边波B2调在6.5格。2图 4 - 814 格T6 . 5 格注意，在调节时，探头在位置1和2时棱边波B1和B2要通过水平，细调深度，反复调。灵敏度调节：利用工件本身直角棱边反射波作参考信号。据实验：对6.5mm长，深度为0.1mm的表面开口裂纹用5MHZ探头表面波探测（垂直探测），在距离40mm时比直角棱边反射波低21dB。则调节时，

22、只要在40mm处探直角棱边使回波调到基准波高（如50%），再提高21dB，灵敏度就调好了。三、端部回波峰值法 利用超声波入射到裂纹端部，出现一个较强的回波（称端部峰值回波，实质是由端部强裂散射引起回波峰值）。测量裂纹深度（开口裂纹）裂纹深h为h= = 如用K=1探头，则h= （实际测量时常用K1斜探头）l0探头前沿长度，a探头前沿至缺陷距离。tgaokaooaTF图 4-9利用此法测表面未口裂纹高度，聚焦探头测效果好对上端点深度小于5mm困难将扫描线按深度1:1调，h1和h2分别表示缺陷上、下端点离开探测面距离，可直接在扫描线读取，则裂纹高度h：h=h2 h1= （a为探头分别探测到缺陷上、下

23、端点时的探测位置处探头入射点之间的距离，可以在工件上测量出来，k探头k值。）四、横波端角反射法 横波射到下表面开口缺陷（根部未焊透，下表面裂纹等）回波高h与波长以及探头K值有关。经试验在矩形槽深2mm以内，回波高度dB值与h/的变化不是单调的，而是起伏的。因此，此种方法光靠波高无法确定缺陷深度，实际应用时，用不同深度槽形试块对比得出缺陷深，故误差较大。当横波探测到下表面开口缺陷时，形成角镜反射条件，可用角镜反射法测量：将探伤仪扫描线按深度1:1调节，当探测面与缺陷不在同一面时使探头置于表面开口背侧，声束轴线对准缺陷与下表面直角处（此处角镜），将此波调至荧光屏高80%，此波用C表示，然后提高灵敏

24、度1525dB，探头向前移动，当声束轴线扫查到开口缺陷顶部时，出现缺陷波反射波DE，当DE达到最大值声束轴线完全离开缺陷端点时，在近靠DE的前方，将出现第一个峰值加波，称端点衍射波DW，则开口缺陷自身高度H=C-DW，当探测面与开口缺陷在同一面上时，只需探测到开口缺陷的下端点，此时DW位于DE后方，则缺陷深度H=DW。用此法可测量单面焊未焊透高度。用此种方法，还可探测焊缝中埋藏缺陷高度，探头置于焊缝任一探测面上，探测到缺陷上端点的衍射波为DW上，探测到下端点的衍射波为DW下，则缺陷本身高度H=DW下DW上五、横波串列式双探头法两个探头一发一收，特点：工件中无缺陷时，接收探头收不到回波。工件中有

25、缺陷时，发射探头发出的声波通过工件底面反射至接收探头。示波屏只出现一个缺陷波且位置固定不动，出现在半跨距处。只能检测厚工件中垂直于表面的大缺陷，（如窄间隙厚焊缝电渣焊缝中未焊透）。发和收两探头移动方向相反。当两个探头靠在一起时，可测缺陷下端点最下部位置，该位置离工件下表面距离h为：h= 称死区范围，b为两探头靠近时入射点之间距离。此式为近似式，即认为 时得出。K=1时完全正确。即当缺陷下端离下表面距离小于h时测不到。见书P143，图4.41。 Kb22hbtg六、相对灵敏度10dB法先用一次波找到缺陷最高波，再前后移动探头，确定探头在探测面上的位置A和B，再根据位置A、B的声程X1、X2和探头

26、K值，确定缺陷高度：h。h= X2COS2- X1COS1（书上式4.35）。这里关键是如何确定X1、X2和1和2可用试块人工缺陷测定得到。也可通过98年练习中例3说明。用计算法得到。七、散射法（衍射法）：该法特点： 两探头在裂纹两侧相对移动，以裂纹为中心线。 一定要找到裂纹端部最高回波。 适用于开口裂纹，且深度3mm。第八节第八节 影响缺陷定位、定量的主要因素影响缺陷定位、定量的主要因素一、影响缺陷定位的主要因素：19.仪器的影响：水平线性、水平刻度精度。20.探头：主声束偏向，探头波束双峰，斜探头斜楔磨损使K值变化，探头晶片发射、接收声波指向性。21.工件影响表面粗糙：表面凹凸不平引起进入

27、工件声束分叉。工件材质：材质晶粒引起林状反射，即材料噪声，试块与工件材质差异，引起声速变化，试块与工件应力差异，引起声速变化使K值变。压力应力声速增加，拉应力声速减小每1kg/mm2引起0.01%。工件表面形状曲面工件探测时探头平面时为点或线接触探头磨成曲面，使入射点改变，从而引起K值变化。工件边界：靠工件边界探测时，由于侧壁干扰，使主声束偏向，改变K值。 工件温度：工件温度升高K值增大。工件温度下降K值变小。工件中缺陷：缺陷反射指向性引起不在主声束入射缺陷时出现高反射，引起误判。22.操作人员影响调仪器扫描线比例不准。测探头入射值，K值不准。定位方法不当：曲面工件未修正等。二、影响缺陷定量的

28、因素1. 仪器、探头性能影响频率偏差（使调灵敏度引起偏差也影响定量垂直性偏差，衰减器精度误差）。探头形式，晶片尺寸（影响N大小）探头K偏差（往复透过率与入射角有关）。2. 耦合偏差及材质衰减测量偏差，传输损失等。3. 工件几何形状和尺寸（曲率变化要补偿）4. 缺陷的影响缺陷的形状，方位与入射波夹角等，指向性（回波指向性），表面粗糙度，性质，位置（在近场或远场等）等。第九节第九节 缺陷性质分析缺陷性质分析一、根据加工工艺分析缺陷性质： 对各种工件根据加工工艺不同进行分析。如锻钢：则可能产生白点，裂纹这是最危险的缺陷。 铸钢：易在洗胃口附近产生疏松或缩孔。 焊缝：产生气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。

29、二、根据缺陷特征分析缺陷性质缺陷特征为：大小、形状、密集程度、位置等几方面：大小：有些缺陷一出现往往比较大，如铸件中缩孔，疏松一出现就一大片，如探伤时发现大面积缺陷，就可断定这类缺陷。形状分为：平面形缺陷：在不同探测面上探测这种缺陷，其回波高显著不同，探测时声束垂直于平面时回波很高，声束平行于平面时回波很低，一般此类缺陷为裂纹、夹层类。点状缺陷：各个方向探测，缺陷回波差不多，无明显变化，大多为气孔、夹渣、夹砂等。缺陷密集程度：在荧光屏扫描线某一范围内连续出现一系列簇状缺陷，在不同方向探测缺陷回波情况差不多。缺陷位置分析：如大型铸件（如大的汽轮发电机转子）在中心和端部锻压部位易出现裂纹。在焊缝中

30、心有一定长度的缺陷大多为未焊透。在焊缝根部为单面焊未焊透。在熔合线附近，如连续或间断为坡口边缘未熔合等。三、根据缺陷波形分析缺陷性质 缺陷波高度变化23.静态波形探测时探头和缺陷相同稳定时波形。各种缺陷内部含的物质不同，对入射的声波吸收情况不同。探头探测时回波高度、形状各不相同。24.动态波形探测时探头和缺陷相对移动，移动方式为：平移、前后移、环绕缺陷、转动等。观察缺陷波的变化情况，并用缺陷波尖端的包络线来分析得到缺陷性质判断结论。四、根据底波分析缺陷性质，在钢板中大量应用根据一次底波B1情况：缺陷波很强，B1消失大面积缺陷（夹层、裂纹等）。缺陷波和B1共存，缺陷较小，可能为单个缺陷波和B1均

31、很底或消失，可能倾斜形缺陷或疏松等。根据多次底波情况：钢板中重皮处多次反射消失，无缺陷处多次反射清晰可见。薄钢板中小缺陷用一次波较难发现，可用多次反射可观察到，也可观察多次反射衰减情况。第十节第十节 非缺陷回波的判别非缺陷回波的判别一、迟到波一、迟到波条件：探头在细长工件（板或棒）一端纵条件：探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散声束纵波射到侧壁产生变型波探测，扩散声束纵波射到侧壁产生变型横波，再变成给纵波经底面反回探头引导横波，再变成给纵波经底面反回探头引导成迟到波。成迟到波。二、二、61反射：反射：特定反射。当纵波入射到钢特定反射。当纵波入射到钢/空气界面。空气界面。+=90 纵波入射

32、角纵波入射角 横波反射角。横波反射角。由及即入射角=61时，出现=29的很强的横波反射。SLCCsinsin6182. 132305900cossinsinsin得SLCCtg三、三角反射回波直探头在实心园柱体探测得的迟到反射。B1L底波声程dH1L等边三角形反射波声程1.3dH2L-S-L反射波声程1.67d。探测此类工件如工件中无缺陷，则出现三角形反射，如无此三角形波，则此工件中存在缺陷。四、其它非缺陷波：25.探头杂波26.工件轮廓波各种形状工件轮廓波不相同要具体分析。27.耦合剂反射表面波及大K值探头探伤时出现。28.幻象波重复频率太高时产生，可降低重复频率。29.草状回波（林状回波）

33、工件晶粒粗大引起，可降低频率。30.其它变型波根据具体工件情况及横波探伤时特定条件，要具体分析。第十一节第十一节 侧壁干涉侧壁干涉纵波探头靠近侧壁，经侧反射的纵波和变型横波与直接传播的纵波互相干涉，造成越靠近侧壁，回波反而下降，探头离开一定位置回波反而上升。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4。1. 轴线小缺陷无侧壁干扰条件： 对钢 2. 底面无干扰： 对钢 试块宽最小要满足上述条件。ad2minfad5.3minad2minfad5min第五章第五章 板材和管材超声波探伤板材和管材超声波探伤第一节第一节 板材超声波探伤板材超声波探伤一、板材分类一、板材分类40mm厚板厚板二

34、、钢板中常见缺陷存在于内部分层钢锭中非金属夹杂物，金属氧化物，硫化物以及夹渣在轧制过程中被轧扁而形成。 这些缺陷有的是钢水本身产生，如脱氧时加脱氧剂造成，或炼钢炉混入钢水中的耐火材料等，这些缺陷在钢锭中位置没有一定规律，故出现在钢板中位置也无序。分层是以上缺陷轧制而成，大多与钢平行，且具有固定走向。为平面状缺陷，严重时形成完全剥离的层状裂纹，对小的点状夹杂物则形成小的局部分层。白点存在于内部 钢中氢在加工过程来不及向外扩散，在钢板成型后，氢原子逐渐在钢板中的微缺陷（如非金属夹杂物）旁缓慢地以氢气形式析出，造成氢裂纹。其断面呈白色故称白点。常见于锻钢中和厚钢板中。折迭和重皮存在于表面 钢板表面因

35、局部折、轧形成的双层金属，基本平行于表面。 裂纹轧制工艺和温度不合适时造成。存在于钢板表面，偶尔在内部。裂纹较少见，如轧制工艺稳定，这类缺陷不常见。三、探伤方法1.接触法探头通过耦合层直接与钢板接触，当探头位于完好区时，仪器上出现底波多次反射。采用底波多次反射法探伤应满足下面三条件：工件的探伤面与底面互相平行，确保产生多次反射。（如工件加工倾斜就不合适）。钢板材质晶粒度必须均匀，保证无缺陷处底面多次反射波次数的稳定。（各次相同）。材质对超声波的衰减要小。保证反射底波有足够数量，以利探伤观察。一般碳钢、不锈钢均能满足这些条件。2.水浸法探头晶片离开钢板一段距离，通过水耦合。在探伤仪荧光屏上将同时

36、出现水层多次反射和钢板底面多次反射波，如水层厚度控制不好会互相干扰，不利探伤。探伤时调节水层厚度，使水层波与某次底波重合。水层厚H和板厚关系为：H= ，n为重合次数。对充水直探头的要求：4nCCn钢水 为满足多次重合法要求，水层厚度要连续可调。 调至不同厚度时，必须保证发射的声束与钢板表面垂直。 充水探头内水套管内径必须大于最大水层厚度时声束直径。 进出水口位置应大于最大水层可调厚度，且出水口应小于进水口，保证水套充满水。 探伤时应及时注意排除水中气泡。或采用消泡剂去除气泡。3.探伤图形分析：图形：当钢板中出现缺陷，则缺陷波出现在钢板一次波之前，如一次重合法，则缺陷波在第二次波之前，如二次重合

37、法，则缺陷亦出现在第二次波之前，第三波为钢板二次波和水层二次波重合。叠加效应：当缺陷比较小时，缺陷回波从第一次开始会随着出现的二次、三次波高逐渐增高，几次以后又逐渐降低，这是由于对同一个小缺陷会产生不同反射路径且互相迭加后造成的一种波形动态现象，随探头移动有所变化。出现这种现象，在中板中较多（即640mm范围）。利用F1评价缺陷。当80mm时 B2B5由实际情况决定，但B2以上必须出现。2.灵敏度调整阶梯试块法：20mm，将与工件等厚度的试块底面第一次底波高50%满幅再提高10dB。平底孔试块：20mm，试块上5平底孔第一次底波50%满幅。注意：a. 试块钢板与被探钢材质相近。 b. 试块钢板

38、不得有2当量以上缺陷。 c. 试块上5平底孔垂直于表面，平底孔底面与表面平行，光滑。 d. 平底孔距离按JB/T4730-2005标准表2 CB标准试块要求。底波法：3N，可用B1达50%当20mm时也可用B5达50%计，但要和5平底孔波作试验比较，使灵敏度一致。五、缺陷判别与测定1.缺陷判别按JB/T4730-2005标准要求执行。2.缺陷位置测定：深度位置测定：可直接从荧光屏上缺陷波与底波相对位置中测出。平面位置测定：可根据直探头在钢板上位置画出在板材表面的位置直接确定。最后记录在报告上。3.缺陷性质判断：结合：波型特点和钢板制造工艺综合判断。波型特点大致为：分层或夹层缺陷波形整齐、均匀、

39、陡直、规律性强，大多处在钢板中心部位，底波明显下降或消失。折迭在探测面附近时不一定直接产生缺陷波，对底波多次反射波次数。（减少次数，并使多次反射波位置改变）始波加宽，有时使底波消失。在底面附近时反射条件变差，使底波位置前移。（缩短声波路程）白点波形尖锐活跃，重复性差，底波明显降低，次数减少，移动探头时回波起伏大，此起彼落，且在板厚方向对称。分散夹杂物：缺陷位置无规律性。缺陷分布有一定范围，呈分散性。缺陷特点：位置不一定，一片片出现，无序变化，不一定影响底波多次反射次数。4.缺陷定量（用探头移动法测缺陷大小）按JB/T4730-2005标准4.1.6条规定方法测定。（主要测长度即指示长度及面积）

40、在板厚方向尺寸标准中未规定测。六、质量等级判定：按JB/T4730-2005标准4.1.7条规定评定。JB/T4730-2005标准标准中表3钢板质量分级表中数据适用于非白点、裂纹等危险缺陷，即非危险缺陷。第二节第二节 复合材料超声波探伤复合材料超声波探伤一、复合板材常见缺陷1.制造方法：母材炭钢或低合金钢或不锈钢板复合层不锈钢、钛及钛合金、铜及铜合金，铝及铝合金，镍及镍合金等（加复合层目的：改进和提高耐腐蚀性能）。制造方法：轨制、粘接、堆焊和爆炸。2.常见缺陷：脱层（脱接）即母材和复合层未粘合牢。接合不良，界面处未全部复合好。脱层和接合不良可以是完全脱接，也可以是部分脱接。 二、探伤方法：二

41、、探伤方法： 探头：探头：14mm25mm直探头或联直探头或联合双直探头，纵波检测频率：合双直探头，纵波检测频率：2.55MHZ，一般采用一般采用5MHZ较好。较好。探伤灵敏度：复合板完好区第一次底波探伤灵敏度：复合板完好区第一次底波B1达达80%满幅高。满幅高。探测面：母材一侧，也可以从复合层一侧。探测面：母材一侧，也可以从复合层一侧。扫查方式：类似于探中厚板的钢板探伤。按扫查方式：类似于探中厚板的钢板探伤。按JB/T4730-2005标准标准4.4.3.3条规定扫查。条规定扫查。三、缺陷判别1. 两种材料声阻抗相近如不锈钢/碳钢（可从母材侧探，也可从复合层侧探）（当完好时，界面无反射波）2

42、. 两种材料声阻抗相关较大，如钛/碳钢。因复合好时也存在出现界面回波。因此可用试块比较确定缺陷。按JB/T4730-2005标准4.4.5条规定，也可用钢板底波来确定缺陷：当第一次底波高度低于荧光屏满刻度的5%，且明显有未结合缺陷反射波存在，且波高5%，则该部位称为未结合区。其尺寸大小测定方法为：移动探头，使第一次底波升高到荧光屏满刻度的40，以此时探头中心作为未结合区边界点。3. 利用底波和复合界面波高dB差来判别复合情况。条件：不考虑材质衰减与扩散衰减：底面全反射时：B（dB）= = oroaPPPPSB/lg20lg201rrrT21lg20lg20底面不是全反射（即存在第三介质，底面反

43、射率r） B（dB）= = r= T=1-r2 r= rrTSBlg20lg201rrr1lg2022112ZZZZ2323ZZZZ如碳钢和不锈钢等界面回波dB值为：复合材料 界面波/底波（比例） 界面波/底波（分贝）188不锈钢 0.0035 -49.1镍 0.0755 -22.5铜 0.155 -16.2钛 0.270 -11.4铝 0.570 -4.9四、缺陷的测定与评级按JB/T4730-2005标准4.4.6条规定评定。1.缺陷指示长度：按该缺陷最大长度作为其指示长度。单个缺陷指示长度小于25mm时不作记录。2.缺陷测面积多个相邻的未结区，当其最小间距20mm时，应作为单个未结合区处

44、理，其面积为各个未结合区面积之和。未结合区总面积占复合板总面积的百分比为未结合率。3.评级复合钢板质量等级评定按下表：等级缺陷指示长度mm未结合区面积cm2未结率00050202%75455%大于级者在坡口预定线两侧各50mm范围内，缺陷指示长度大于等于25mm时均定为级。第三节第三节 电薄板超声波探伤（板波探伤）电薄板超声波探伤（板波探伤） 板波产生：利用纵波斜入射至薄板，为提高效率。 当入射纵波波长L和板波波长B对应时，。BLSin并可得 （CL透声楔中纵波速度，CP板中板波相速度）。板波衰减： 随传播距离起伏变化，无变化规律，不呈单调。 SinCCLP 与板面清洁有关，板面有水、油时衰减

45、大。板波在薄板中传播时，遇到板端部或缺陷会产生反射，同时会产生波型转换（即板波模式波型转换）。板波探伤程序：1.方法：一个探头单收发（用穿透法即二个探头一收一发的也有，不常用）。2.探伤条件仪器：0.55MHZ功率较大的探伤仪。探头：接触式、水浸式或轮胎式单收发探头。试块：与板材质、板厚相等的板材试块。反射体：1或2 竖通孔。尺寸：200300探伤频率：根据板厚选择f，使板中波长与板厚相当。 板波类型：与入射选择： 端面反射波高，传播距离大，波型单一。 群速度快，易识别缺陷为原则。 仪器调节：利用试块调节扫描线比例和灵敏度。（试块端部或人工孔） 探测与缺陷测定： 探头沿轧制方向移动，声束与轧制

46、方向垂直，先观察端面回波情况，即找出出现端面回波最大距离，然后以此范围将钢板分段检查。缺陷位置： 可根据扫描线上缺陷波位置估算工件上位置。 也可用手拍打缺陷波来确定工件中位置。 指示长度测定：半波法或全波法。 最后根据指示长度范围确定缺陷面积。第四节 管材超声波探伤管材超声波探伤一、管材制造工艺及常见缺陷 无缝钢管用穿孔法和高速挤压法制成。穿孔法是将园钢在轧辊滚轧的同时用穿孔机穿孔。穿孔后的管子形状不规整，表面毛糙，再通过心棒轧管机或心棒减径机，定径机等工艺压延，平整成型。高速挤压法是通表面润滑的原材料在挤压机中直接挤压成型，加工精度较高。焊接管：先将原材料卷成管形再焊接，大口径管多用此焊接管

47、。电阻焊接管：由经热轧成型的管型卷材送到电阻焊接管成型机中自动卷成管材，在焊口上通以高频电流，产生电阻热，利用这种热量焊接口，这种焊口都是直的，又称直焊管。埋弧自动焊接管：钢板卷成螺旋形或加工成纵向接缝形式。用埋弧自动焊进行焊接，这种管主要用于大口径管子，如天然气输气管的加工。大口径管：也有用钢锭经锻造、轧制等加工成。管材中的缺陷：无缝钢管中：有裂纹、折迭、夹层、夹杂和翘皮，内壁拉裂等，大多与管轴方向平行，也有重皮缺陷，但形状不定，对它检验也较困难。大口径管管材中及直接由锻压方式制成的大口径管中缺陷与锻件类似。有裂纹、白点、砂眼、非金属夹杂等。钢管中的上述缺陷由下列原因产生：纵裂纹是由加热不良

48、、热处理加工不当引起。横向裂纹是由轧制过于剧烈，加热过度或者冷态加工过多而引起。表面划伤是由加工时的导管和拉模的形状不良以及烧伤等引起，翘皮、折迭是由园钢表面夹入杂质或有偏析或有非金属夹渣物、裂纹缺陷，在穿孔时产生。 夹杂和分层是由园钢内部非金属夹杂物和片状缺陷在穿孔轧制时产生。焊接管的焊缝中缺陷与焊缝类似，有裂纹、未焊透、气孔、夹渣等。二、小口径管探伤 外径小于100mm的管材，大多为无缝钢管，对平行于管轴的径向缺陷，即管内纵缺陷：可用横波进行周向扫查检测。对垂直于管轴的径向缺陷，即管内横向缺陷。用横波进行轴向扫查检测。探伤前准备： 清理被探管材表面的氧化皮，锈蚀、油污。 考虑管材与探头相对

49、运动的轨迹，相邻探头轨迹间距离考虑声束复盖范围。为避免由于缺陷取向等原因产生声波反射呈现定向性而发生漏检，应从两个相反方向各探一次。接触法探伤适用于手工探伤，特点：管径小，波束扩散，耦合不好。要采取措施： 有机玻璃斜楔磨成与管子外径曲率相近。 采用接触式聚焦探头。1.纵向缺陷探测斜探头晶片一般用810，1012，1214，最长不大于25mm。频率：2.55MHZ。试块：检测管子纵向缺陷的对比试块应选取与被检钢管的规格相同，材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备，对比试块上不得有影响人工缺陷正常指示的自然缺陷。对比试块上人工缺陷为尖角槽，角度为60，槽深度t分别为管壁厚度的5%（I级，0

50、.2mmt1mm），8%（II级，0.2mmt2mm），10%（III级，0.2mmt3mm），槽长均为40mm，尖角槽可加工在管内壁与外壁，且平行于管轴。灵敏度：可直接在对比试样上将内壁人工尖角槽的回波高度调到荧光屏满刻度的80%，再移动探头，找出外壁人工尖角槽的最大回波，在荧光屏上标出，连接两点即为该探头的距离-波幅曲线，作为检测的基准灵敏度，在此基准灵敏度基础上一般提高6dB，作为扫查灵敏度。探头扫查：保证管材100%扫查到。探头不动，管旋转同时作轴向前进。探头轴向前进，管转动。管不动，探头作螺旋运动。记录：缺陷回波幅基准波高灵敏度的缺陷，不合格。2.横向缺陷检测斜探头晶片1012、12

51、14最大不超过25mm。频率2.55MHZ试块：检测管子横向缺陷的对比试块应选取与被检钢管规格相同、材质、热处理工艺相同或相似的钢管，不得有影响人工缺陷显示的缺陷，人工缺陷为V形槽，角度为60，长40mm，槽深度t分别为管壁厚度的5%（I级，最小为0.2mm，最大为1mm），8%（II级，最小为0.2mm，最大为2mm），10%（III级，最小为0.2mm，最大为3mm）。V形槽一般加工在管子外表面，当外径80mm，且壁厚10mm时，应同时在内、外表面加工V形槽。同一块试块内，外表面人工缺陷沿钢管轴向应有足够的间距，以使调节时内、外人工缺陷回波容易分辨。灵敏度： 只有外表面尖角槽。试块上人工尖

52、角槽回波50%高以此作为基准灵敏度。内外均有尖角槽，将内表面槽波高调至荧光屏80%，然后再将外表面槽的反射回波幅度点标在荧光屏上作距幅曲线。检测灵敏度一般比上述基准灵敏度高6dB。扫查探测：探头沿管轴线按螺旋线前进扫查。缺陷波高基准灵敏度波高的缺陷不合格。（二）水浸探伤采用水浸纵波聚焦探头，超声纵波在与管轴线垂直的平面内斜入射到管子的管壁中，当入射角=III范围内时在管壁中产生纯横波。 1.探测参数选择： 实际探伤时，使纵波离开管轴中心一段距离（这段距离称偏心距X）垂直入射到管壁中达到纵波斜入射到壁中的效果。偏心距X满足纯横波探测到内壁条件满足纯横波探测到内壁条件 且 及： RrCCSinCC

53、SinSLLL211211RXSin1rCCXRCCSLLL2121水层厚度H即为探头晶片离开管壁的距离H大于钢管中横波全程1/2。可使水层波的第二次反射波位于钢管内外壁反射波之后。设横波全声程为S。 则 因 这样S2次水层波位于SF外后，辨于观察和判别缺陷。焦距选择焦点落在与声束轴线垂直的管子中心线上。此时进入管壁中的横波声束基本成平行SH21外内FFSSS2132301480SCC水声束。使声束边缘与声束中心入射到管壁的入射角基本相等，减少声束发散。则焦距 式中：R管子外半径，X偏心距。22XRHF2探测条件：探头：线聚焦或点聚焦探头，2.55MHZ。聚焦探头的声透镜曲率半径r与焦距F的关

54、系为：r= FCCCLLL121F 水中焦距CL1 声透镜中纵波声速CL2 水中焦距声耦合：水中加活性剂和防锈剂。扫查方式：声束沿管壁作螺旋线扫查。可使探头不动，钢管作螺旋运动，或探头沿管子转动，或探头沿管轴转动，管子作直线前进等方式达到扫查目的。 3. 灵敏度与评定灵敏度调整时，一面用适当速度转动管子，一面将探头慢慢偏心，使对比试样管内、外表面人工缺陷所产生的回波幅度均达到荧光屏满刻度的50%，以此作为基准灵敏度如不能达到此要求，也可在内、外槽设立不同波高的控制基准，作为报警电平。扫查灵敏度比基准灵敏度高6dB，当缺陷回波基准灵敏度波高时的缺陷，就判为不合格。小口径管子浸探伤步骤： 1. 选

55、合适聚集探头固定在调整架上2.按 调整水层距离（X偏心距）3聚集探头对准管轴。4放入有内、外壁标准人工槽试块，使内壁槽第一次反射波调在34格间，第二次反射波调在68格间。22XRFH5. 旋转人工试样，缓慢调节聚焦探头偏心距X，使第一次和第二次水层波出现，并使第二次水层波调在外壁槽反射波后，即第二次反射波调在89格间。6. 按JB/T4730-2005要求调节灵敏度探测比基准灵敏度高6dB。评定按基准灵敏度，发现缺陷波高基准灵敏度波高时不合格。三、大口径管探伤：1. 探测方式 直探头纵波垂直探伤 双晶直探头检测缺陷：与管轴平行缺陷（周向，即平行外表面）。当缺陷F较小时，F波与底波B同时存在，当

56、缺陷F较大时，B可能消失。 可用半波法测缺陷面积。横波周向探伤单、双斜探头探测探测缺陷：与管轴平行的径向缺陷。探测时应从正反两个方向检测。用双斜探头探测时，可能出现同一缺陷有二个回波，要注意区分。横波轴向探伤：单斜或双晶斜探头用双晶在声束交区复盖管子内外壁时，内、外壁缺陷灵敏度基本一致。检测缺陷：与轴线垂直的径向缺陷。水浸聚焦探伤一般用线聚焦探头，焦点落管子中心线上，使声束在管壁内多次反射声束宽基本一致，内外壁检测缺陷基本相同。2. 大口径管周向探伤缺陷定位大口径管周向探伤缺陷定位应注意以下几点： 考虑声程修正和跨距修正，其方法与横波外园探测筒体纵向缺陷方法。 当探头磨成和钢管外园的弧面曲率一

57、致时，声束不仅发散，而且入射点改变，入射角也改变。此时入射点和折射角应在专用试块上测定。四、厚壁管探伤：管材横波一次扫查到内壁条件： t管壁厚 D管外径。利管中折射纵波在外壁产生61反射产生较强的变型反射横波，则检测管壁厚t可扩大为：26.0Dt但变型横波灵敏度较低，一般不宜采用。管子探伤特点： 垂直于管轴1. 探测方向声波入射方向二个： 与管成交角2. 管壁内声束在管内外壁反射时引起声能扩散。3. 管子壁厚折射横波在内壁上的入射角随管子壁厚改变而改变，并非像平板固定不变。4. 进行纯横波探伤条件：入射角Sin-1 CL1第一介质纵波声速。CL2管材中纵波声速。21LLCC5.横波入射到内壁条

58、件折射角SSin-16.能够对整个管壁进行纯横波探伤条件：钢管和壁厚和外径必须： （r=R-t ，D=2R）RrCCCCSCLL2121Rr即 （t厚，D外径）。对钢材 CL2=5850，CS2=3230则可得，即一般在时，可纯横波探到内壁，故一般标准规定适用于内外径之比大于或等于80%，如用壁厚外半径R和壁厚内径D0表示，则需满足： 2222121LSLSCCDtRrCC即40.0Rt33.00Dt第六章第六章 锻件与铸件超声波探伤锻件与铸件超声波探伤 第一节第一节 锻件超声波探伤锻件超声波探伤一、锻件加工及常见缺陷：加工：由热态钢锭经锻压而成。 为改善锻件组织性能，锻后要进行正火，退火或调

59、质等热处理。缺陷：铸造缺陷：缩孔残余、疏松、夹杂、裂纹等。 缩孔和缩管是锻锭时，因冒口切除不当，铸模设计不良以及锻造条件（温度、浇注速度、浇注方法、熔炼方法等）不良所产生的缩孔没有被锻合而遗留下来的缺陷，是由于锻造时切头留量不足残留下来的，多见于锻件端部，故也称缩孔残余。非金属夹杂物是由熔烧不良及铸锭不良，混进硫化物和氧化物等非金属夹杂物，或者混进耐火材料等造成的缺陷。疏松是由钢锭凝固时形成的不致密和孔穴，锻造时锻压比不够未全熔合造成，主要存在于钢锭中心及头部。铸造引起裂纹主要是指锻钢件表面上出现的较浅的龟状表面缺陷也称龟裂，是由于原材料成份不当，表面状况不好，加热温度和加热时间不合适等原因产

60、生。 锻造缺陷：折叠、白点、裂纹等。锻造裂纹可出现在工件中不同位置，可由缩孔残余在锻造时扩大产生，表面下气泡锻造产生，柱状晶粗大引起，轴芯晶间裂纹锻造时引起，非金属夹杂物引起，锻造加热不当引起，锻造变形不当引起，经锻温度过低等原因引起。 白点是因钢中含氢量较高时由锻造过程中残余应力热加工后的相变应力和热应力等原因产生，是一种细微的氢裂纹，在白点纵向断口上呈银白色的园点或椭圆形斑点，故称白点。 热处理缺陷：裂纹。由热处理工艺参数不良引起。二、探伤方法概述轴类锻件探伤纵波（直探头）可在轴的园周方向和轴端部探测。当轴很长时在轴端部方向一般不查只在轴园周方向查。带中心孔锻件只在轴园周方向探。横波斜探头