超声波探伤课件20110926

第四章超声波探伤4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤一、垂直入射法与斜角探伤法探头通过很薄的耦合剂层与工件接触的超声波探伤方法称为直接探伤法。1、垂直入射法（垂直法）§4-3直接接触法超声波探伤2、斜角探伤法（又称斜射法、横波法）§4-3直接接触法超声波探伤（1）跨距点：声束中心线经底面反射后到达探伤面的一点（图中A）。跨距P：探头入射点（O）至跨距点（A）的距离。§4-3直接接触法超声波探伤（2）直射法和一次反射法直射法：又称正射波法（超声波不经底面反射而直接对准缺陷的探伤方法）一次反射法：又称一次反射波法（超声波只在底面反射一次而对准缺陷的探伤方法）§4-3直接接触法超声波探伤直射法声程S0.5:S0.5=δ/cosγ=P0.5/sinγ

§4-3直接接触法超声波探伤一次反射法声程S1:S1=2δ/cosγ=P1/sinγ§4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤二、探伤条件的选择1、选择原则（1）检验等级GB11345规定超声检验等级分为：

A、B、C三级（C级的完善程度最高）检测的“面”和“侧”§4-3直接接触法超声波探伤（2）探伤灵敏度的选择探伤灵敏度：是指在确定的探测范围内的最大声程处发现规定大小缺陷的能力（也称搜索灵敏度），是探伤时采用的高于评定灵敏度的灵敏度。评定灵敏度：（也称规定灵敏度、判伤灵敏度）指用超声波探伤来验收产品时规定的灵敏度。§4-3直接接触法超声波探伤（3）距离波幅曲线

(distanceamplitudecurve简称DAC曲线)1）DAC曲线的绘制①将不同距离处的波高连成一条光滑的曲线，即DAC基准线。②然后按检验级别根据DAC基准线下降一定分贝，得到评定线、定量线、判废线，统称DAC曲线。描述某一反射体回波高度随距离变化的关系曲线称为距离-波幅曲线。§4-3直接接触法超声波探伤距离——波幅曲线(即DAC曲线）§4-3直接接触法超声波探伤2、探头的选择（1）探头形式：（通常探测焊缝用斜探头）。（2）晶片尺寸D：大厚度工件或粗晶材料探伤

——用大晶片探头较薄工件或表面曲率较大的工件

——宜选用小晶片探头。§4-3直接接触法超声波探伤（3）频率：粗晶材料、厚大工件——用较低频率细晶材料、薄壁工件——宜用较高频率焊缝探伤时常选频率：2~5MHz，推荐采用频率2-2.5MHz。（4）探头角度或k值薄件：大k值探头；大厚度件：小k值的探头；要求严格的工件：多K值、多探头扫查。§4-3直接接触法超声波探伤3、耦合剂的选用种类：机油、变压器油、甘油、化学浆糊、水及水玻璃作用：排除空气、填充间隙，将超声波导入工件。同时减少探头磨损、便于探头移动。从声传递的角度，耦合剂应具备下列性质：从实质角度还要求：（1）对人体无害，对工件无腐蚀作用；（2）容易清洗；（3）来源方便，价格低廉。（1）容易附着在工件表面上，有足够浸润性，借以排除探头与探伤面之间由工件表面粗糙造成的空气薄层。（2）声阻抗大，尽量与被检材料的声阻抗相差小些，以利声能尽可能多地进入工件。§4-3直接接触法超声波探伤在实际探伤中，当调节探伤灵敏度用的试块与工件表面粗糙度、曲率半径不同时，往往由于工件耦合损耗大而使探伤灵敏度降低，为了弥补耦合损耗，必须增大仪器的输出来进行补偿。4、探伤面的选择与准备（1）根据检验等级和板厚选择探伤面。（2）对探头需要接触的表面进行清理。5、探伤方法的选择（直射法、一次反射法）6、补偿§4-3直接接触法超声波探伤三、焊接接头的探伤1、平板对接接头的探伤（1）根据表4-7选探头折射角或K值§4-3直接接触法超声波探伤（2）检验区宽度（3）探头移动区l的确定：一次反射法：l>1.25P直射法：l>0.75PP——跨距焊缝本身+两侧各30%母材厚度（最小10mm~最大20mm）§4-3直接接触法超声波探伤（4）单探头扫查方式1）锯齿型扫查2）基本扫查§4-3直接接触法超声波探伤3）平行扫查4）斜平行扫查§4-3直接接触法超声波探伤（5）双探头扫查方式1）串列扫查

串列式扫查是采用一收一发两个斜探头并由专用夹具固定成组对焊缝进行扫查。§4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤2）交叉扫查3）V型扫查§4-3直接接触法超声波探伤（1）探伤曲率半径R>2、曲面工件对接接头的探伤

（W：探头接触面宽度）（2）探伤曲率半径R＜——同平板对接接头探伤

——采用R相同的对比试块、探头磨修、探头角度选择和定位修正。§4-3直接接触法超声波探伤3、其它结构焊接接头的探伤（1）T型接头的探伤1）腹板厚度不同时，应选不同的探头角度：§4-3直接接触法超声波探伤直探头、斜探头的频率通常选用2.5MHz。§4-3直接接触法超声波探伤

（2）角接头的探伤§4-3直接接触法超声波探伤

（3）管座角焊缝的探伤§4-3直接接触法超声波探伤四、缺陷位置和大小的测定(一)缺陷位置的确定1、垂直入射法时缺陷定位——确定缺陷深度ZfZf=n·τfτf=S屏伤——缺陷波前沿所对水平刻度n——调节比例系数§4-3直接接触法超声波探伤2、斜角探伤时缺陷定位探伤仪横波扫描速度可有声程、水平、深度三种调节方法。§4-3直接接触法超声波探伤h=Scosγ

(1)声程定位法缺陷深度h和缺陷声程S的确定:直射法：§4-3直接接触法超声波探伤h=2δ-Scosγ

一次反射法§4-3直接接触法超声波探伤（2）深度1：1调节定位法a、用CSK-IB试块，算出对应于R50和R100的垂直距离Z1和Z2：§4-3直接接触法超声波探伤已知探头角度或K值时有§4-3直接接触法超声波探伤b、把探头入射点标记与R100圆心重合。这时R50、R100所对的反射波水平距离分别为B1、B2。c、调节探伤仪使B1＝Z1、B2=Z2注意2Z1=Z2，这样深度1：1调节范围即调好。§4-3直接接触法超声波探伤例1、以K2探头为例：（γ=63.4º）c、精细反复调节延迟(水平)和细调(声速)旋钮,使R50曲面反射波B1前沿调至时间轴2.25格，R100曲面反射波B2前沿调至时间轴4.5格，则时间轴每格代表垂直距离10mm。垂直1：1探测范围即调节好。Z2=100COSγ=100·COS63.4°=44.7mm

Z1=50·COSγ=50·COS63.4°=22.3mmb、探头入射点对准圆心d、用深度1：1调节定位法调好后，示波屏上显示的缺陷反射波的位置（毫米数）就是缺陷实际深度。§4-3直接接触法超声波探伤a、对应于R50、R100的垂直距离分别为：这时对直射法有：

lf=Kn·τf

Zf=n·τf式中：

lf——直射法探伤时缺陷在工件中的水平距离Zf——直射法探伤时缺陷在工件中的深度（mm）。

n——调节比例系数，用1：1调节法定位时n=1。τf——缺陷波前沿所对水平刻度§4-3直接接触法超声波探伤对一次反射法有：

l’f=Knτf

Z’f=2δ-nτf

式中：

l’f——一次反射法探伤时缺陷在工件中的水平距离（——相对于入射点）

Z’f——一次反射法探伤时缺陷在工件中的深度（mm）。δ——板厚（mm）

n——调节比例系数，用1：1调节法定位时n=1。§4-3直接接触法超声波探伤（3）水平1：1调节法定位以K2探头为例

a、利用CSK-IB标准试块，先计算出R50、R100圆弧反射波B1、B2对应的水平距离l1、l2。§4-3直接接触法超声波探伤或l1=50·Sinγ=50·Sin63.4°=44.7mml2=2l1=89.4mm§4-3直接接触法超声波探伤b、探头入射点对准圆心c、调节探伤仪B1、B2前沿对准示波平上水平刻度4.5格和9格处，则水平刻度每格代表水平距离10mm.水平1：1探测范围即调节好。示波屏上缺陷反射波的位置（mm）就表示缺陷至探头入射点的水平距离。§4-3直接接触法超声波探伤其中，n=1

此时有：直射波法：lf=nτf一次反射波法：l’f=nτf§4-3直接接触法超声波探伤例3:K2探头,δ=15mm,仪器按水平1:1调节,在水平刻τf=45mm处出现一缺陷波求缺陷位置。解:由于半跨距P0.5=Kδ=2×15=30mm,跨P1=2Kδ=60mm，故缺陷是一次反射波发现的,因此:l’f=nτf=1×45mm=45mm§4-3直接接触法超声波探伤（二）缺陷大小的测定缺陷大小是指缺陷对声束的反射面积.1、当量法当缺陷大小小于声束截面时，采用当量法确定缺陷大小。当量φ—用当量法确定的缺陷尺寸称为当量。§4-3直接接触法超声波探伤

当量曲线法：即DGS法（英），

D——Distance（距离），

G——Gain（增益），

S——Size（大小）AVG曲线（德）=DVC曲线

A——Abstand（距离），

V——Verstarkung（增益），

G——GroBe（大小）或§4-3直接接触法超声波探伤DAC曲线的绘制①将不同距离处的波高连成一条光滑的曲线，即DAC基准线。②然后按检验级别根据DAC基准线下降一定分贝，得到评定线、定量线、判废线，统称DAC曲线。§4-3直接接触法超声波探伤距离——波幅曲线的灵敏度

不同验收级别的各线灵敏度见下表。表中的DAC是以φ3标准反射体绘制的距离——波幅曲线即DAC基准线。§4-3直接接触法超声波探伤

评定线以上至定量线以下为I区（弱信号评定区），定量线至判废线以下为II区（长度评定区），判废线及以上区为III区（判废区）。距离波幅曲线（即DAC曲线）由判废线RL、定量线SL和评定线EL组成。§4-3直接接触法超声波探伤

当缺陷反射波幅度超过评定线时应评定其性质，超过定量线时应测其长度，超过判废线时判为不合格。§4-3直接接触法超声波探伤2、探头移动法（测长法）当缺陷尺寸大于声束截面时一般采用探头移动法测缺陷指示长度。缺陷指示长度——用测长法测得的缺陷长度。GB11345－89规定缺陷指示长度Δl的测定推荐采用以下二种方法：§4-3直接接触法超声波探伤1）相对灵敏度测长法特点：以被测缺陷本身的最大反射波为基准。缺陷反射波高位于II区，当缺陷反射波只有一个高点时，用降低6dB相对灵敏度法（又称半波高度法）测长。§4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤§4-3直接接触法超声波探伤缺陷反射波高位于II区，当缺陷反射波峰起伏变化，有多个高点时，则以缺陷两端反射波极大值之间探头的移动长度确定为缺陷指示长度。§4-3直接接触法超声波探伤2)端点峰值测长法§4-3直接接触法超声波探伤五、缺陷质量评定1)、最大反射波幅不超过评定线的缺陷，均评为I级。2)、反射波位于I区的非裂纹性缺陷均评为I级。3)、最大反射波幅超过评定线的缺陷，检验者判定为裂纹等危害性缺

陷时，无论其波幅和尺寸如何，均评为IV级。4)、最大反射波幅位于II区（定量线以上）的缺陷，根据其指示长度

按下表规定予以评级。缺陷的等级分类注：表中数据为缺陷指示长度。

§4-3直接接触法超声波探伤6)、反射波幅位于III区的缺陷，无论其指示长度如何均评为IV级。§4-3直接接触法超声波探伤5)、最大反射波幅超过定量线的缺陷应测定其指示长度，其值少于10mm时，按5mm计。第四章超声波探伤4-4液浸法超声波探通常液浸法是用水作耦合介质。使探头发射的声波经过一段水后再进入工件的探伤方法称作水浸探伤法，简称水浸法。§4-4液浸法超声波探伤一、水浸法特点1、优点（1）超声波的发射与接受比较稳定，受表面粗糙度影响较小。（2）探头角度可任意变更，可获几乎是任意折射角的横波（3）盲区小，可探波长数量级的薄壁工件。（4）晶片损坏小，可采用高频薄晶片，灵敏度和分辩率高。2、缺点需要一些辅助设备、声能损失较大§4-4液浸法超声波探伤

根据工件和探头浸没方式可分为：

全没液浸法、局部液浸法、喷流式局部液浸法§4-4液浸法超声波探伤二、液浸法探伤分类三、水浸法中声波的传播1、纵波的折射折射角约为入射角的四倍；入射角范围14.5°～27.3°；探伤时需仔细调节入射角。§4-4液浸法超声波探伤水中指向性好，钢中指向性差。2、指向性§4-4液浸法超声波探伤3、声束聚焦§4-4液浸法超声波探伤式中：

f——凹球面声透镜水中焦距（又称探头焦距），mm；

CL1——水中纵波速度（m/s）

CL2——声透镜中纵波声速（m/s）

R——声透镜的曲率半径（1）水中无工件时的声束聚焦1）探头焦距f

当聚焦直探头发射的聚焦声束透过传声介质水时有：§4-4液浸法超声波探伤聚焦探头（focalizing）在水中焦点附近的声场为一圆柱形区域，称之为焦柱。当用环氧树脂作透镜材料时，上式可简化为：f=2.2R2)焦柱§4-4液浸法超声波探伤L=4λ(f/D)2水中焦柱直径φ——比声束轴线上反射声压降低一半即6分贝时的扩散角的圆周（mm）φ≈λf/D水中焦柱长度——从焦点算起，声束轴线上反射声压下降6分贝时偏离焦点距离l-6dB的二倍。§4-4液浸法超声波探伤（2）水中有工件时的声束聚焦

工件中形成的新聚焦声场与水中聚焦声场间满足以下关系：式中：h—工件中焦点至工件表面距离（mm）H—水层厚度，又称水距（mm）

CL3—工件中纵波声速（m/s）§4-4液浸法超声波探伤工件中聚焦声场焦柱直径φ’φ’=φ工件中聚焦声场焦柱长度L’焦柱区内声压没有突变现象。§4-4液浸法超声波探伤四、水浸聚焦超声波纵波探伤原理为使第二次界面反射波S2落在工件底波B之后，应使水层距离H在工件厚度的1/3以上。§4-4液浸法超声波探伤五、水浸聚焦超声波横波法探伤1、适当调整偏轴距x

即选择入射角，使折射波中只有横波。2、选择最佳水层厚度H