超声检测第五章2014陆志春

1、超声检测方法超声检测方法分类与特点分类与特点2015年年4月月 南京南京陆陆 志志 春春江苏省特检院江苏省特检院 常州分院常州分院 总师办总师办 地址：江苏省常州市龙江中路地址：江苏省常州市龙江中路51号号 电话：电话手机：手机邮箱：邮箱：JSLZC126.COM主要内容主要内容n按检测原理分类按检测原理分类n按显示方式分类按显示方式分类n按波型分类按波型分类n按探头数量分类按探头数量分类n按接触方式分类按接触方式分类超声检测方法分类超声检测方法分类 按探头数量分类按探头数量分类单探头法单探头法双探头法双探头法多探头法多探头法按显示方式分

2、类按显示方式分类A型显示型显示超声成像显示超声成像显示按检测原理分类按检测原理分类脉冲反射法脉冲反射法衍射时差法（衍射时差法（TOFD）穿透法穿透法共振法共振法按接触方式分类按接触方式分类直接接触法直接接触法液浸法液浸法电磁耦合法电磁耦合法按波型分类按波型分类纵波法纵波法横波法横波法表面波法表面波法板波法板波法爬波法爬波法5.1 按检测原理分类按检测原理分类5.1.1 脉冲反射脉冲反射 超声探头发射的超声脉冲波进入工件遇到工件内超声探头发射的超声脉冲波进入工件遇到工件内部不连续或工件边界产生反射声波，再由探头接收，部不连续或工件边界产生反射声波，再由探头接收，由此判别工件中是否存在缺陷，称为脉

3、冲反射。由此判别工件中是否存在缺陷，称为脉冲反射。 通过超声波在工件中传播的时间计算出缺陷深度，通过超声波在工件中传播的时间计算出缺陷深度，反射波的高低判断出缺陷相对大小，按反射反射波的高低判断出缺陷相对大小，按反射 波的形波的形状大致判断出缺陷性质。状大致判断出缺陷性质。 方法包括缺陷回波法，底波高度法和多次底波法。方法包括缺陷回波法，底波高度法和多次底波法。脉冲反射式探伤示意脉冲反射式探伤示意5.1.1 脉冲反射脉冲反射底波高度法底波高度法FBF法法FBG法法BGBF法法5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD） n原理TOFD(Time of Flight Diffraction)，

4、利用缺陷部，利用缺陷部位的衍射波来检测缺陷，根据衍射波的传播时间差位的衍射波来检测缺陷，根据衍射波的传播时间差来确定缺陷自身高度高度。来确定缺陷自身高度高度。n特点纵波斜探头、一发一收两个探头、探头对称分布于纵波斜探头、一发一收两个探头、探头对称分布于焊缝两侧。焊缝两侧。原理图原理图发射探头发射探头接收探头接收探头横向波上端点上端点下端点内壁反射信号探头布置探头布置扫查方式扫查方式几种扫查扫查方式特点：几种扫查扫查方式特点：n非平行扫查：快速检测和测定缺陷长度；可大非平行扫查：快速检测和测定缺陷长度；可大致测定缺陷的深度；无法测定缺陷距焊缝中心致测定缺陷的深度；无法测定缺陷距焊缝中心线的偏移量

5、。线的偏移量。n偏置非平行扫查：增大检测范围；提高缺陷深偏置非平行扫查：增大检测范围；提高缺陷深度的测量精度；改进缺陷定位，并有助于降低度的测量精度；改进缺陷定位，并有助于降低下表面盲区。下表面盲区。n平行扫查：改进缺陷定位和缺陷深度（高度）平行扫查：改进缺陷定位和缺陷深度（高度）测定的准确性。测定的准确性。5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）n直通波、缺陷上下端点衍射波、底面反射波。直通波、缺陷上下端点衍射波、底面反射波。接收探头直通波直通波LW上端点上端点下端点下端点底面反射波底面反射波BW5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）n变形波。一般会迟于底面反射波到达接收探头。

6、变形波。一般会迟于底面反射波到达接收探头。底面反射波底面反射波直通波直通波纵波纵波变形波变形波TxRx横波横波5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）缺陷深度计算：以直通波为参考起点。t:缺陷上端点衍射波与直通波的传播时间差。L：缺陷上端点声程的一半。cSLt22接收探头SSdt0t02-ctSL22SLd2122)4(21tcSctd5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）缺陷自身高度缺陷自身高度发射探头接收探头2Sd1d212ddh波幅灰级处理波幅灰级处理5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）nTOFD显示包括显示包括A扫信号和扫信号和TOFD图像。图像。D扫扫上表面上

7、表面内壁内壁A扫扫LWBW向外表面延伸的裂纹发射探头接收探头裂纹尖端裂纹尖端内壁反射波内壁反射波BW横向波被隔开了横向波被隔开了没有横向波没有横向波向内表面延伸的裂纹发射探头接收探头横向波横向波LW尖端信号尖端信号内壁反射信号被隔开了内壁反射信号被隔开了没有内壁没有内壁反射波反射波水平方向的平面形缺陷发射探头接收探头横向波横向波LW内壁反射波内壁反射波BW反射回波反射回波反射信号近表面裂纹裂纹阻挡了直通波，下尖端衍射信号显示在A-扫描中。2112未焊透注意上下尖端的两个信号12341234根部未熔合注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换123123根部未焊透根部未焊透侧壁未熔合注意上下尖端的两

8、个信号12341234气孔密集型气孔12312横向裂纹在直通波上我们可以看到宽波束在缺陷上的反映。1234123123根部内凹 底面回波产生变形123123层间未熔合123层间未熔合层间未熔合5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）n典型典型TOFD图像图像nTOFD法优缺点法优缺点5.1.2 衍射时差法（衍射时差法（TOFD）缺缺 点点 扫查面和底面之间存在扫查面和底面之间存在几毫米表面盲区几毫米表面盲区 易受噪声影响易受噪声影响 对中下部缺陷和部分良对中下部缺陷和部分良性缺陷（如气孔、夹层性缺陷（如气孔、夹层）测大）测大 容易漏掉横向裂纹容易漏掉横向裂纹 采用数据分析，对检测采用数据

9、分析，对检测人员要求高人员要求高优优 点点 检出率高检出率高 超声波束覆盖区大超声波束覆盖区大 缺陷高度测量准确缺陷高度测量准确 实时成像，快速分析实时成像，快速分析 不依回波高度定量不依回波高度定量 快速安全，方便快速安全，方便 n采用一发一收双探头在工件相对两端面检测采用一发一收双探头在工件相对两端面检测声波穿透工件后的能量变化来判断工件中缺声波穿透工件后的能量变化来判断工件中缺陷的方法。陷的方法。 5.1.3穿透法穿透法.4共振法共振法n 利用入射波和反射波互相叠加形成驻波，产生共振利用入射波和反射波互相叠加形成驻波，产生共振的特性里判断工件中缺陷和厚度的方法。的特性里判

10、断工件中缺陷和厚度的方法。 共振产生的条件是声程是共振产生的条件是声程是1/21/2波长的整数倍，根波长的整数倍，根据产生不同的波节数得到两相邻共振频率，通过计算据产生不同的波节数得到两相邻共振频率，通过计算得到工件厚度。得到工件厚度。A型显示横坐标表示时间，纵坐标表示信型显示横坐标表示时间，纵坐标表示信号幅度；号幅度； B型显示（正视图）与声束传播方向平行型显示（正视图）与声束传播方向平行且与工件测量表面垂直的剖面；且与工件测量表面垂直的剖面；C型显示（俯视图）工件横断面；二维扫型显示（俯视图）工件横断面；二维扫描；较窄的电子闸门。描；较窄的电子闸门。 D型显示（侧视图）与声束平面及测量表型

11、显示（侧视图）与声束平面及测量表面垂直的剖面。面垂直的剖面。5.2 按显示方式分类按显示方式分类A、B 、C、D显示显示X XY YY YX XA扫描扫描B扫描扫描B型显示型显示-图像显示图像显示C扫描扫描5.2 按显示方式分类按显示方式分类P型显示投影成像扫描，显示型显示投影成像扫描，显示C扫描图像（俯视）扫描图像（俯视）和和D扫描图像（侧视）；专为检测焊缝而开发的。扫描图像（侧视）；专为检测焊缝而开发的。 大致估计焊缝中缺陷形状和空间位置。大致估计焊缝中缺陷形状和空间位置。5.2 按显示方式分类按显示方式分类nALOK成像振幅传播时间位置曲线；成像振幅传播时间位置曲线；5.2 按显示方式分

12、类按显示方式分类n相控阵利用各晶片激励或接收声脉冲的先后相控阵利用各晶片激励或接收声脉冲的先后顺序，控制脉冲的时间延迟与声波到达缺陷各顺序，控制脉冲的时间延迟与声波到达缺陷各点的相位关系，实现聚焦点和声束方向的变化点的相位关系，实现聚焦点和声束方向的变化对缺陷进行扫描成像。对缺陷进行扫描成像。n特点：多晶片、多通道（一个通道接一个阵特点：多晶片、多通道（一个通道接一个阵元）、每个阵元有各自的接头延时电路、每个元）、每个阵元有各自的接头延时电路、每个晶片之间声绝缘。晶片之间声绝缘。n线阵、环形面阵、线阵、环形面阵、5.2 按显示方式分类按显示方式分类n相控阵声束偏转相控阵声束偏转各单元的激励脉冲

13、从左各单元的激励脉冲从左到右等间隔增加延迟时到右等间隔增加延迟时间。间。改变延时间隔，调整声改变延时间隔，调整声束角度。束角度。Direction of energy5.2 按显示方式分类按显示方式分类n相控阵声束聚焦相控阵声束聚焦两端阵元先激励，逐渐向中间加大延时。两端阵元先激励，逐渐向中间加大延时。改变延时间隔，调整聚焦深度。改变延时间隔，调整聚焦深度。Focussed to cross at this point声束偏转聚焦声束偏转聚焦5.2 按显示方式分类按显示方式分类n相控阵扇形扫查（相控阵扇形扫查（S扫描成像）扫描成像）在入射点形成一定角度的扇形扫查范围。在入射点形成一定角度的扇形

14、扫查范围。5.2 按显示方式分类按显示方式分类n相控阵的优点：相控阵的优点：不移动或少移动探头，进行快速线扫或扇扫，不移动或少移动探头，进行快速线扫或扇扫，检测效率高；检测效率高；可改变声束角度，具有良好的声束可达性，进可改变声束角度，具有良好的声束可达性，进行复杂形状工件的检测；行复杂形状工件的检测；控制声束偏转和聚焦深度，实现全深度聚焦检控制声束偏转和聚焦深度，实现全深度聚焦检测。测。5.3 按波型分类按波型分类5.3.1纵波纵波 直探头、斜探头、聚焦探头直探头、斜探头、聚焦探头 5.3 按波型分类按波型分类有齿根裂纹时的波形有齿根裂纹时的波形正常无齿根裂纹波形正常无齿根裂纹波形5.3 按

15、波型分类按波型分类5.3 按波型分类按波型分类5.3.2横波横波 特点：波长小，衰减快、穿透能力差、不适用粗晶材料。产生方法： II入射角LI a)直接接触法：入射角L应在57.70 27.60之间b)水浸法：入射角L应在14.50 27.270之间应用：斜入射，检测与表面有一定倾角方向的缺陷。用于焊缝和钢管的检测，以及厚的钢板和锻件的辅助检测。5.3 按波型分类按波型分类5.3 按波型分类按波型分类n5.3.3表面波表面波特点：在表面特点：在表面2 2 内传播，内传播，遇到表面遇到表面不连续的部位（开口裂纹、棱边）不连续的部位（开口裂纹、棱边）会产生反射、波形转换会产生反射、波形转换等等。产

16、生方法：产生方法：a)Ya)Y切石英法：可以两个方向发射切石英法：可以两个方向发射, ,通常用阻尼材料通常用阻尼材料衰减其中一个方向。衰减其中一个方向。b)b)纵波折射法纵波折射法：1siniCCr楔块纵波声速工件表面波声速有机玻璃有机玻璃/ /钢钢 i i=62=620 064640 0 ( (由于由于近场长度不超出楔块长度，不影响检近场长度不超出楔块长度，不影响检测测) )应用：表面开口裂纹高度测定应用：表面开口裂纹高度测定a)强度法：强度法： 反射回波随深度增加而升高，只适用裂纹深度小于反射回波随深度增加而升高，只适用裂纹深度小于2的情况。的情况。5.3.3 表面波检测表面波检测n人工反

17、射体的反射强度人工反射体的反射强度1、柱孔：垂直于检测面，反射率随孔径和频率的增加而升高。、柱孔：垂直于检测面，反射率随孔径和频率的增加而升高。2、横孔：平行于检测面，垂直于检测方向，反射率随孔的深度、横孔：平行于检测面，垂直于检测方向，反射率随孔的深度和频率的增加而降低。和频率的增加而降低。5.3.3 表面波检测表面波检测3、沟槽：垂直于检测方向，反射率随沟槽深度的增加而升高，、沟槽：垂直于检测方向，反射率随沟槽深度的增加而升高，深度相同，反射率随频率增加而升高深度相同，反射率随频率增加而升高 。4、棱边：、棱边：1）棱边角度对回波的影响：）棱边角度对回波的影响：2.55MHz的的 反射信号

18、棱角反射信号棱角90之后降低；之后降低； 170 降为零。降为零。2）棱边出的波型转换：）棱边出的波型转换：3）棱边曲率对回波的影响：）棱边曲率对回波的影响：5.3.3 表面波检测表面波检测b)时延法时延法:单探头法：单探头法：双探头法双探头法应用中的有关问题：a)扫描比例1：1 调试方法：b)频率选用5MHz；耦合剂多采用甘油或较粘的机油。c)检测灵敏度调节：将距40mm棱边波调到基准波高21dB相当于长6.5mm、高0.1mm平面裂纹。 d)表面较厚的油层、污物 、铁锈、水垢、以及 粗糙的表面均会造成表面波的严重衰减。因此表面光洁度比一般的检测方法要高一些，露出金属光泽，并用有机溶剂擦干净

19、。5.3.4 板波检测板波检测1、特点：在薄板、薄管内传播。充塞整个工件，可以发现内、特点：在薄板、薄管内传播。充塞整个工件，可以发现内部和表面缺陷。捡出灵敏度取决于仪器工作条件和板波的部和表面缺陷。捡出灵敏度取决于仪器工作条件和板波的形式。形式。2、产生方法：、产生方法：pLLccBAsin5.3.4 板波检测板波检测3、应用：主要用于薄板（、应用：主要用于薄板（6mm），薄壁管等形状简），薄壁管等形状简单的工件捡测。单的工件捡测。4、应用中的有关问题：、应用中的有关问题：检测距离大时，应选择以纵波成分为主的板波型；检测距离大时，应选择以纵波成分为主的板波型；捡测复合板粘结不良时，应选择以横

20、波成分为主的板捡测复合板粘结不良时，应选择以横波成分为主的板波波型；波波型；板上油、水使板波衰减增大，因此水浸法捡测时应选板上油、水使板波衰减增大，因此水浸法捡测时应选择以纵波成分为主的板波波型（群速接近纵波的波型）择以纵波成分为主的板波波型（群速接近纵波的波型）5.3.5 爬波法爬波法n1、特点：爬波又称为表面下纵波，是纵波从第一介质以第一临界角附近的角度入射到第二介质时，在第二介质中产生的一种非均匀波。简单说，叫表面下纵波（且有一定的横波分量）。波速在圆弧面上0.96纵波速度。n由于这种波传播时，大部分能量主要集中在表面下某个范围内，且不同于表面波，受工件表面的刻痕、不平整、凹陷，以及油滴

21、干扰较小，对工件表面粗糙不敏感，因此适用于检测粗糙表面下的缺陷。n2、产生：当纵波以第一临界角27.60附近，30以内入射，即可获得爬波。5.3.5 爬波法爬波法n一次爬波的角度在一次爬波的角度在7583之间，工件内部的之间，工件内部的3035横波横波在工件底部产生纵波和二次爬波。在工件底部产生纵波和二次爬波。n爬波衰减很快，回波声压与距离爬波衰减很快，回波声压与距离4次方成反比，检测距离约几次方成反比，检测距离约几十毫米。检测深度十毫米。检测深度0.59mm。3、应用：主要用于铸件、堆焊层等的表面下裂纹，以及螺栓柱根部裂纹检测。4、应用中的有关问题：通过选择探头的f.D值可以改变对表面附件缺

22、陷的敏感程度， f.D大，探测深度小。爬波离开探头后衰减很快，P1/X4，检测距离只有几十毫米，通常采用双探头布置。n单探头法单探头法 n双探头法双探头法 n多探头法多探头法 5.4 按探头数量分类按探头数量分类n接触法接触法 n液浸法液浸法 n电磁耦合法电磁耦合法 利用磁致伸缩原理激发电磁超声并接收返回声波。利用磁致伸缩原理激发电磁超声并接收返回声波。 可用于电磁超声测厚和检测，不需耦合剂。可用于电磁超声测厚和检测，不需耦合剂。 5.5 按接触方式分类按接触方式分类.1直接接触法直接接触法n探头与工件之间有一层薄薄的耦合剂（d/4），最佳压力为1020N时耦合稳定，效果好。n

23、特点操作简便、灵敏度高、适用于手工操作。n缺点探头易磨损，工件表面粗糙度应控制在6.3m 以内。 5.5.2液浸法液浸法特点耦合稳定（不受工件表面粗糙度的影响）、特点耦合稳定（不受工件表面粗糙度的影响）、 探头不会磨损，探头不会磨损， 盲区小（水钢界面波的宽度小于始脉冲宽度）盲区小（水钢界面波的宽度小于始脉冲宽度） 声能损失较大、水钢界面声压透过率只有声能损失较大、水钢界面声压透过率只有20，水浸检测时必须提高检测灵敏度约水浸检测时必须提高检测灵敏度约10dB。 调整探头的入射角，可获得任意角度的横波，调整探头的入射角，可获得任意角度的横波，由于声束扩散，常使用水浸聚焦探头。由于声束扩散，常使用水浸聚焦探头。 加表面活性剂润湿工件，必要时，适当对水加热，加表面活性剂润湿工件，必要时，适当对水加热，去除水中的气泡，防止杂波。去除水中的气泡，防止杂波。5.5.3电磁耦合法电磁耦合法nEMAT的物理结构由三部分组成：的物理结构由三部分组成：1、高频线圈：用于产生高频激发磁场。高频线圈：用于产生高频激发磁场。2、磁铁：用来提供外加磁场，它可以是永久磁铁或直流电磁铁