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1、培训教材材之理论论基础第一章 无损检测测概述无损检测测包括射射线检测测（RTT）、超超声检测测（UTT）、磁磁粉检测测（MTT）、渗渗透检测测（PTT）和涡涡流检测测（ETT）等五五种检测测方法。主要应应用于金金属材料料制造的的机械、器件等等的原材材料、零零部件和和焊缝，也也可用于于玻璃等等其它制制品。射线检检测适用用于碳素素钢、低低合金钢钢、铝及及铝合金金、钛及及钛合金金材料制制机械、器件等等的焊缝缝及钢管管对接环环缝。射射线对人人体不利利，应尽尽量避免免射线的的直接照照射和散散射线的的影响。超声检检测系指指用A型型脉冲反反射超声声波探伤伤仪检测测缺陷，适适用于金金属制品品原材料料、零部部件
2、和焊焊缝的超超声检测测以及超超声测厚厚。磁粉检测测适用于于铁磁性性材料制制品及其其零部件件表面、近表面面缺陷的的检测，包包括干磁磁粉、湿湿磁粉、荧光和和非荧光光磁粉检检测方法法。渗透检测测适用于于金属制制品及其其零部件件表面开开口缺陷陷的检测测，包括括荧光和和着色渗渗透检测测。涡流检测测适用于于管材检检测，如如圆形无无缝钢管管及焊接接钢管、铝及铝铝合金拉拉薄壁管管等。磁粉、渗渗透和涡涡流统称称为表面面检测。第二章 超声波探探伤的物物理基础础第一节基本知知识超声波是是一种机机械波，机机械振动动与波动动是超声声波探伤伤的物理理基础。物体沿着着直线或或曲线在在某一平平衡位置置附近作作往复周周期性的的
3、运动，称称为机械械振动。振动的的传播过过程，称称为波动动。波动动分为机机械波和和电磁波波两大类类。机械械波是机机械振动动在弹性性介质中中的传播播过程。超声波波就是一一种机械械波。机械波主主要参数数有波长长、频率率和波速速。波长长l：同一一波线上上相邻两两振动相相位相同同的质点点间的距距离称为为波长，波波源或介介质中任任意一质质点完成成一次全全振动，波波正好前前进一个个波长的的距离，常常用单位位为米(m)；频率ff：波动动过程中中，任一一给定点点在1秒秒钟内所所通过的的完整波波的个数数称为频频率 ，常用用单位为为赫兹(Hz)；波速速C：波波动中，波波在单位位时间内内所传播播的距离离称为波波速，常
4、常用单位位为米/秒（m/s）。由上述定定义可得得：C=l f ，即波波长与波波速成正正比，与与频率成成反比；当频率率一定时时，波速速愈大，波波长就愈愈长；当当波速一一定时，频频率愈低低，波长长就愈长长。次声波、声波和和超声波波都是在在弹性介介质中传传播的机机械波，在在同一介介质中的的传播速速度相同同。它们们的区别别在主要要在于频频率不同同。频率率在2002000000Hz之之间的能能引起人人们听觉觉的机械械波称为为声波，频频率低于于20HHz的机机械波称称为次声声波，频频率高于于200000HHz的机机械波称称为超声声波。次次声波、超声波波不可闻闻。超声探伤伤所用的的频率一一般在00.510M
5、MHz之之间，对对钢等金金属材料料的检验验，常用用的频率率为15MHHz。超超声波波波长很短短，由此此决定了了超声波波具有一一些重要要特性，使使其能广广泛用于于无损探探伤。1. 方向性好好：超声声波是频频率很高高、波长长很短的的机械波波，在无无损探伤伤中使用用的波长长为毫米米级；超超声波象象光波一一样具有有良好的的方向性性，可以以定向发发射，易易于在被被检材料料中发现现缺陷。2. 能量高：由于能能量（声声强）与与频率平平方成正正比，因因此超声声波的能能量远大大于一般般声波的的能量。3. 能在界面面上产生生反射、折射和和波型转转换：超超声波具具有几何何声学的的上一些些特点，如如在介质质中直线线传
6、播，遇遇界面产产生反射射、折射射和波型型转换等等。4. 穿透能力力强：超超声波在在大多数数介质中中传播时时，传播播能量损损失小，传传播距离离大，穿穿透能力力强，在在一些金金属材料料中其穿穿透能力力可达数数米。第二节 波的类型型及波速速测量一波的的类型根据波动动传播时时介质质质点的振振动方向向相对于于波的传传播方向向的不同同，可将将波动分分为纵波波、横波波、表面面波和板板波等。1. 纵波L介质中质质点的振振动方向向与波的的传播方方向互相相平行的的波，称称为纵波波，用LL表示。当介质质质点受到到交变拉拉压应力力作用时时，质点点之间产产生相应应的伸缩缩形变，从从而形成成纵波；凡能承承受拉伸伸或压缩缩
7、应力的的介质都都能传播播纵波。固体介介质能承承受位伸伸或压缩缩应力；液体和和气体虽虽不能承承受拉伸伸应力，但但能承受受压应力力产生容容积变化化。因此此固体、液体和和气体都都能传播播纵波。钢中纵纵波声速速一般为为59660m/s。纵纵波一般般应用于于钢板、锻件探探伤。2. 横波S(T)介质中质质点的振振动方向向与波的的传播方方向互相相垂直的的波，称称为横波波，用SS或T表表示。当介质质质点受到到交变的的剪切应应力作用用时，产产生剪切切形变，从从而形成成横波；只有固固体介质质才能承承受剪切切应力，液液体和气气体介质质不能承承受剪切切应力，因因此横波波只能在在固体介介质中传传播，不不能在液液体和气气
8、体介质质中传播播。钢中中横波声声速一般般为32230mm/s。横波一一般应用用于焊缝缝、钢管管探伤。3. 表面波RR当介质表表面受到到交变应应力作用用时，产产生沿介介质表面面传播的的波，称称为表面面波，常常用R表表示。又又称瑞利利波。表面波在在介质表表面传播播时，介介质表面面质点作作椭圆运运动，椭椭圆长轴轴垂直于于波的传传播方向向，短轴轴平行于于波的传传播方向向；椭圆圆运动可可视为纵纵向振动动与横向向振动的的合成，即即纵波与与横波的的合成，因因此表面面波只能能在固体体介质中中传播，不不能在液液体和气气体介质质中传播播。表面波的的能量随随深度增增加而迅迅速减弱弱，当传传播深度度超过两两倍波长长时
9、，质质点的振振幅就已已经很小小了，因因此，一一般认为为表面波波探伤只只能发现现距工件件表面两两倍波长长深度内内的缺陷陷。表面面波一般般应用于于钢管探探伤。4. 板波在板厚与与波长相相当的薄薄板中传传播的波波，称为为板波。根据质质点的振振动方向向不同可可将板波波分为SSH波和和兰姆波波。板波波一般应应用于薄薄板、薄薄壁钢管管探伤。二超声声波声速速测量对探伤人人员来说说，用探探伤仪测测量声速速是最简简便的，用用这种方方法测声声速，可可用单探探头反射射法或双双探头穿穿透法；可用于于测纵波波声速和和横波声声速。1. 反射法测测纵波声声速声速按下下式计算算：声速 CC=2dd/(TT1-t)；t = 2
10、TT1 T2式中 d - 工件件厚度；t - 由探头头晶片至至工件表表面传输输时间；T1 - 由探探头晶片片至工件件底一次次波传输输时间；T2- 由由探头晶晶片至工工件底二二次波传传输时间间；2. 穿透法测测纵波声声速声速按下下式计算算：声速 CC=d/(T1-t)；t = 2TT1 T2式中 d - 工件件厚度；t - 由探头头晶片至至工件表表面传输输时间；T1 - 由探探头晶片片至工件件底一次次波传输输时间；T2- 由由探头晶晶片至工工件底二二次波传传输时间间；3. 反射法测测横波声声速用半圆弧弧测横波波声速，按按下式计计算：声速 CC=2dd/(TT1-t)；t = 2TT1 T2式中
11、d - 半圆圆半径长长度；t - 由探头头晶片至至半圆弧弧探测面面传输时时间；T1 - 由探探头晶片片至圆弧弧面一次次波传输输时间；T2- 由由探头晶晶片至圆圆弧面二二次波传传输时间间；第三节 波的若干干概念一 波的迭加加与干涉涉1. 波的迭加加原理当几列波波在同一一介质中中传播时时，如果果在空间间某处相相遇，则则相遇处处质点的的振动是是各列波波引起振振动的合合成，在在任意时时刻该质质点的位位移是各各列波引引起的位位移的矢矢量和。几列波波相遇后后仍保持持自己原原有的频频率、波波长、振振动方向向等特性性并按原原来的传传播方向向继续前前进，好好象在各各自的途途中没有有遇到其其他波一一样，这这就是波
12、波的迭加加原理，又又称波的的独立性性原理。波的迭加加现象可可以从许许多事实实观察到到，如两两石子落落水，可可以看到到两个石石子入水水处为中中心的圆圆形水波波的迭加加情况和和相遇后后的传播播情况。又如乐乐队合奏奏或几个个人谈话话，人们们可以分分辨出各各种乐器器或各人人的声音音，这些些都可以以说明波波传播的的独立性性。2. 波的干涉涉两列频率率相同，振振动方向向相同，位位相相同同或位相相差恒定定的波相相遇时，介介质中某某些地方方的振动动互相加加强，而而另一些些地方的的振动互互相减弱弱或完全全抵消的的现象叫叫做波的的干涉现现象。波的迭加加原理是是波的干干涉现象象的基础础，波的的干涉是是波动的的重要特
13、特征。在在超声波波探伤中中，由于于波的干干涉，使使超声波波源附近近出现声声压极大大极小值值。二 惠更斯原原理和波波的衍射射1.惠更更斯原理理如前所述述，波动动是振动动状态的的传播，如如果介质质是连续续的，那那么介质质中任何何质点的的振动都都将引起起邻近质质点的振振动，邻邻近质点点的振动动又会引引起较远远质点的的振动，因因此波动动中任何何质点都都可以看看作是新新的波源源。据此此惠更斯斯提出了了著名的的惠更斯斯原理：介质中中波动传传播到的的各点都都可以看看作是发发射子波波的波源源，在其其后任意意时刻这这些子波波的包迹迹就决定定新的波波阵面。2.波的的衍射（绕绕射）波在传播播过程中中遇到与与波长相相
14、当的障障碍物时时，能绕绕过障碍碍物边缘缘改变方方向继续续前进的的现象，称称为波的的衍射或或波的绕绕射。如右图，超声波（波长为l）在介质中传播时，遇到缺陷AB（其尺寸为D），据惠更斯原理，缺陷边缘可以看作是发射子波的波源，使波的传播改变，从而使缺陷背后的声影缩小，反射波降低。当Dl时时，反射射强，绕绕射弱，声声波几乎乎全反射射。波的绕绕射对探探伤即有有利又不不利。由由于波的的绕射，使使超声波波产生晶晶料绕射射顺利地地在介质质中传播播，这对对探伤有有利；但但同时由由于波的的绕射，使使一些小小缺陷回回波显著著下降，以以致造成成漏检，这这对探伤伤不利。一般超超声波探探伤灵敏敏度约为为l/2。三 超声场
15、的的特征值值充满超声声波的空空间或超超声振动动所波及及的部分分介质，叫叫超声场场；超声声场具有有一定的的空间大大小和形形状，只只有当缺缺陷位于于超声场场内时，才才有可能能被发现现。描述述超声场场的特征征植（即即物理量量）主要要有声压压、声强强和声阻阻抗。1.声压压P超声场中中某一点点在某一一时刻所所具有的的压强PP1与没有有超声波波存在时时的静态态压强PP0之差，称称为该点点的声压压，用PP表示（PP = P1- PP0）。声压幅值值 p = rccu = rc(2pfAA)其中r-介介质的密密度;c-波速速;u-质点点的振动动速度；A-声压压最大幅幅值；f-频率率。超声场中中某一点点的声压压
16、的幅值值与介质质的密度度、波速速和频率率成正比比。在超超声波探探伤仪上上，屏幕幕上显示示的波高高与声压压成正比比。2.声阻阻抗Z超声场中中任一点点的声压压p与该处处质点振振动速度度u之比称称为声阻阻抗，常常用Z表表示。Z = p / u = rcuu / u = rc 由上式式可知，声声阻抗的的大小等等于介质质的密度度与波速速的乘积积。由uu = P/ZZ可知，在在同一声声压下，ZZ增加，质质点的振振动速度度下降。因此声声阻抗ZZ可理解解为介质质对质点点振动的的阻碍作作用。超超声波在在两种介介质组成成的界面面上的反反射和透透射情况况与两种种介质的的声阻抗抗密切相相关。3.声强强I单位时间间内垂
17、直直通过单单位面积积的声能能称为声声强，常常用I表表示。I = Z uu2/2 = PP2/(22Z)当超声波波传播到到介质中中某处时时，该处处原来静静止不动动的质点点开始振振动，因因而具有有动能；同时该该处介质质产生弹弹性变形形，因而而也具有有弹性位位能；声声能为两两者之和和。声波的声声强与频频率平方方成正比比，而超超声波的的频率远远大于可可闻声波波。因此此超声波波的声强强也远大大于可闻闻声波的的声强。这是超超声波能能用于探探伤的重重要原因因。在同一介介质中，超超声波的的声强与与声压的的平方成成正比。四 分贝的概概念与应应用1. 概念由于在生生产和科科学实验验中，所所遇到的的声强数数量级往往
18、往相差差悬殊，如如引起听听觉的声声强范围围为100- 11610 4 瓦瓦/厘米2，最大大值与最最小值相相差122个数量量级。显显然采用用绝对量量来度量量是不方方便的，但但如果对对其比值值（相对对量）取取对数来来比较计计算则可可大简化化运算。分贝就就是两个个同量纲纲的量之之比取对对数后的的单位。通常规定定引起听听觉的最最弱声强强为I11 = 10 166 瓦/厘米22作为声声强的标标准，另另一声强强I2与标准准声强II1之比的的常用对对数称为为声强级级，单位位是贝尔尔(BeeL)。实际应应用时贝贝尔太大大，故常常取1/10贝贝尔即分分贝（ddB）来来作单位位。（如如取自然然对数，则则单位为为奈
19、培NNP）D = llg (I2/I1) (Bell) =110 llg (I2/I1) = 20 lg (P2/P1) (dB)在超声波波探伤中中，当超超声波探探伤仪的的垂直线线性较好好时，仪仪器屏幕幕上的波波高与声声压成正正比。这这时有D = 220 llg (P2/P1) = 200 lgg(H2/H1) (dB)这时声压压基准PP1或波高高基准HH1可以任任意选取取。2. 应用分贝用于于表示两两个相差差很大的的量之比比显得很很方便，在在声学和和电学中中都得到到广泛的的应用，特特别是在在超声波波探伤中中应用更更为广泛泛。例如如屏上两两波高的的比较就就常常用用dB表示示。例如，屏屏上一波波
20、高为880，另另一波高高为200，则则前者比比后者高高D = 220 llg(HH2/H1) = 200 lgg(800/20) = 12 （dBB）用分贝值值表示回回波幅度度的相互互关系，不不仅可以以简化运运算，而而且在确确定基准准波高以以后，可可直接用用仪器的的增益值值（数字字机）或或衰减值值（模拟拟机）来来表示缺缺陷波相相对波高高。第四节 波的反射射、透射射及衰减减超声波从从一种介介质传播播到另一一种介质质时，在在两种介介质的分分界面上上，一部部分能量量反射回回原介质质内，称称为反射射波；另另一部分分能量透透过界面面在另一一种介质质内传播播，称为为透射波波。在界界面上声声能（声声压、声声
21、强）的的分配和和传播方方向的变变化都将将遵循一一定的规规律。一 单一界面面的反射射和透射射声能的变变化与两两种介质质的声阻阻抗密切切相关，设设波从介介质1（声声阻抗ZZ1）入射射到介质质2（声声阻抗ZZ2），有有以下几几种情况况：1. Z2 Z11 声压反射射率小于于透射率率。如水水/钢界面面。2. Z1 Z2声压反射射率大于于透射率率。如钢钢/水界面面。声强反射射率及透透射率只只与Z11、Z2的数值值有关，与与从哪种种介质入入射无关关。3. Z1 Z2声压（声声强）几几乎全反反射，透透射率趋趋于0。如钢/空气界界面。4. Z1 ZZ2此时几乎乎全透射射，无反反射。因因此在焊焊缝探伤伤中，若若
22、母材与与填充金金属结合合面没有有任何缺缺陷，是是不会产产生界面面回波的的。二 薄层界面面的反射射和透射射此情况主主要对探探头保护护膜设计计具有指指导意义义。当超声波波依次从从三种介介质Z11、 Z2、Z3(如晶片片保护膜膜工件)中穿过过，则当当薄层厚厚度等于于半波长长的整数数倍时，通通过薄层层的声强强透射与与薄层的的性质无无关，即即好象不不存在薄薄层一样样；当薄薄层厚度度等于四四分之一一波长的的奇数倍倍且薄层层声阻抗抗为其两两侧介质质声阻抗抗几何平平均值 （ZZ2 =（Z2Z3）1/22 ）时时，超声声波全透透射三 波型转换换和反射射、折射射定律当超声波波倾斜入入射到界界面时，除除产生同同种类
23、型型的反射射和折射射波外，还还会产生生不同类类型的反反射和折折射波，这这种现象象称为波波型转换换。1. 纵波斜入入射2. 横波入射射四 超声波的的衰减超声波在在介质中中传播时时，随着着距离增增加，超超声波能能量逐渐渐减弱的的现象叫叫做超声声波衰减减。引起起超声波波衰减的的主要原原因是波波束扩散散、晶粒粒散射和和介质吸吸收1. 扩散衰减减超声波在在传播过过程中，由由于波束束的扩散散，使超超声波的的能量随随距离增增加面逐逐渐减弱弱的现象象叫做扩扩散衰减减。超声声波的扩扩散衰减减仅取决决于波阵阵面的形形状，与与介质的的性质无无关。2. 散射衰减减超声波在在介质中中传播时时，遇到到声阻抗抗不同的的界面
24、产产生散乱乱反射引引起衰减减的现象象，称为为散射衰衰减。散散射衰减减与材质质的晶粒粒密切相相关，当当材质晶晶粒粗大大时，散散射衰减减严重，被被散射的的超声波波沿着复复杂的路路径传播播到探头头，在屏屏上引起起林状回回波（又又叫草波波），使使信噪比比下降，严严重时噪噪声会湮湮没缺陷陷波。3. 吸收衰减减超声波在在介质中中传播时时，由于于介质中中质点间间内磨擦擦（即粘粘滞性）和和热传导导引起超超声波的的衰减，称称为吸收收衰减或或粘滞衰衰减通常所说说的介质质衰减是是指吸收收衰减与与散射衰衰减，不不包括扩扩散衰减减。第五节 超声波发发射声场场和规则则反射体体的回波波声压超声波探探头（波波源）发发射的超超
25、声场，具具有特殊殊的结构构，只有有当缺陷陷位于超超声场内内时，才才有可能能被发现现一 圆盘波源源辐射的的纵波声声场在不考虑虑介质衰衰减的条条件下，当当离波源源较远处处轴线上上的声压压与距离离成反比比，与波波源面积积成正比比。1.近场场区波源附件件由于波波的干涉涉而出现现一系列列声压极极大极小小值的区区域，称称为超声声场的近近场区。近场区区声压分分布不均均，是由由于波源源各点至至轴线上上某点的的距离不不同，存存在波程程差，互互相迭加加时存在在位相差差而互相相干涉，使使某些地地方声压压互相加加强，另另一些地地方互相相减弱，于于是就出出现声压压极大极极小值的的点。波源轴线线上最后后一个声声压极大大值
26、至波波源的距距离称为为近场区区长度，用用N表示示。N = （DDs2 - l2）/(44l) Ds2/(44l)2.远场场区波源轴线线上至波波源的距距离x N的的区域称称为远场场区。远远场区轴轴线上的的声压随随距离增增加单调调减少。当 xx 33N时，声声压与距距离成反反比，近近似球面面波的规规律。因因为距离离x足够大大时，波波源各点点至轴线线上某一一点的波波程差很很小，引引起的相相位差也也很小，这这样干涉涉现象可可以略去去不计，所所以远场场区不会会出现声声压极大大极小值值。3.近场场区在两两种介质质中分布布实际探伤伤时，有有时近场场区分布布在两种种不同的的介质中中，如水水浸探伤伤，超声声波先
27、进进入水，然然后再进进入钢中中，当水水层厚度度较小时时，近场场区就会会分布在在水、钢钢两种介介质中。设水层层厚度为为L，则则钢中剩剩余近场场区长度度N为N =Ds2/(44l) Lcc1/c2式中c1-介质质1水中中波速；c2-介介质2钢中波波速；l-介质22钢中波波长。在近场区区内，实实际声场场与理想想声场存存在明显显区别，实实际声场场轴线上上声压虽虽也存在在极大极极小值，但但波动幅幅度小，极极值点的的数量也也明显减减少。二 横波声场场目前常用用的横波波探头，是是使纵波波斜入射射到界面面上，通通过波形形转换来来实现横横波探伤伤的，当当入射角角在第一一、第二二临界角角之间时时，纵波波全反射射，
28、第二二介质中中只有折折射横波波。横波声场场同纵波波声场一一样由于于波的干干涉存在在近场区区和远场场区，当当x3N时，波波束轴线线上的声声压与波波源面积积成正比比，与至至假想波波源的距距离成反反比，类类似纵波波声场。当横波波探头晶晶片尺寸寸一定时时，K值值增大，近近场区长长度将减减小。三 规则反射射体的回回波声压压在实际探探伤中一一般采用用反射法法，即根根据缺陷陷反射回回波声压压的高低低来评价价缺陷的的大小。然而工工件中的的缺陷形形状性质质各不相相同，目目前的探探伤技术术还难以以确定缺缺陷的真真实大小小和形状状，回波波声压相相同的缺缺陷的实实际大小小可能相相差很大大，为此此特引用用当量法法；当量
29、量法是指指在同样样的探测测条件下下，当自自然缺陷陷回波与与某人工工规则反反射体回回波等高高时，则则该人工工规则反反射体的的尺寸就就是此自自然缺陷陷的当量量尺寸。自然缺缺陷的实实际尺寸寸往往大大于当量量尺寸。超声波探探伤中常常用的规规则反射射体有平平底孔、长横孔孔、短横横孔、球球孔和大大平底面面等。回波声压压公式（考考虑介质质衰减因因素）：四 AVG曲曲线AVG曲曲线是描描述规则则反射体体的距离离、回波波高及当当量大小小之间关关系的曲曲线；AA、V、G是德德文距离离、增益益和大小小的字头头缩写，英英文缩写写为DGGS。AAVG曲曲线可用用于对缺缺陷定量量和灵敏敏度调整整。以横坐标标表示实实际声程
30、程，纵坐坐标表示示规则反反射体相相对波高高，用来来描述距距离、波波幅、当当量大小小之间的的关系曲曲线，称称为实用用AVGG曲线。实用AAVG曲曲线可由由以下公公式得到到：不同距离离的大平平底回波波dB差差=200lgPPB1/PPB2=220lggX2/X1不同距离离的不同同大小平平底孔回回波dBB差=200lgPPf1/PPf2=440lggDf11X2/Df22X1同距离的的大平底底与平底底孔回波波dB差差=200lgPPB/Pf=200lg22X/DfDf用以上公公式计算算绘制实实用AVVG曲线线时，要要统一灵灵敏度基基准。第六节 仪器、探探头和试试块超声波探探伤仪、探头和和试块是是超声
31、波波探伤的的重要设设备，了了解这些些设备的的原理、构造和和作用及及其主要要性能的的测试方方法是正正确选用用探伤设设备进行行有效探探伤的保保证。一 超声波探探伤仪1.作用用超声波探探伤仪的的作用是是产生电电振荡并并加于换换能器（探探头）上上，激励励探头发发射超声声波，同同时将探探头送回回的电信信号进行行放大，通通过一定定方式显显示出来来，从而而得到被被探工件件内部有有无缺陷陷及缺陷陷位置和和大小等等信息。2.分类类按缺陷显显示方式式分类，超超声波探探伤仪分分为三种种。A型：AA型显示示是一种种波形显显示，探探伤仪的的屏幕的的横坐标标代表声声波的传传播距离离，纵坐坐标代表表反射波波的幅度度。由反反
32、射波的的位置可可以确定定缺陷位位置，由由反射波波的幅度度可以估估算缺陷陷大小。B型：BB型显示示是一种种图象显显示，屏屏幕的横横坐标代代表探头头的扫查查轨迹，纵纵坐标代代表声波波的传播播距离，因因而可直直观地显显示出被被探工件件任一纵纵截面上上缺陷的的分布及及缺陷的的深度。C型：CC型显示示也是一一种图象象显示，屏屏幕的横横坐标和和纵坐标标都代表表探头在在工件表表面的位位置，探探头接收收信号幅幅度以光光点辉度度表示，因因而当探探头在工工件表面面移动时时，屏上上显示出出被探工工件内部部缺陷的的平面图图象，但但不能显显示缺陷陷的深度度。目前，探探伤中广广泛使用用的超声声波探伤伤仪都是是A型显显示脉
33、冲冲反射式式探伤仪仪。3.A型型脉冲反反射式模模拟超声声波探伤伤仪的一一般原理理二 探头超声波的的发射和和接收是是通过探探头来实实现的。下面介介绍探头头的工作作原理、主要性性能及其其及结构构。1. 压电效应应某些晶体体材料在在交变拉拉压应作作用下，产产生交变变电场的的效应称称为正压压电效应应。反之之当晶体体材料在在交变电电场作用用下，产产生伸缩缩变形的的效应称称为逆压压电效应应。正、逆压电电效应统统称为压压电效应应。超声波探探头中的的压电晶晶片具有有压电效效应，当当高频电电脉冲激激励压电电晶片时时，发生生逆压电电效应，将将电能转转换为声声能(机机械能)，探头头发射超超声波。当探头头接收超超声波
34、时时，发生生正压电电效应，将将声能转转换为电电能。不不难看出出超声波波探头在在工作时时实现了了电能和和声能的的相互转转换，因因此常把把探头叫叫做换能能器。2. 探头的种种类和结结构直探头用用于发射射和接收收纵波，主主要用于于探测与与探测面面平行的的缺陷，如如板材、锻件探探伤等。斜探头可可分为纵纵波斜探探头、横横波斜探探头和表表面波斜斜探头，常常用的是是横波斜斜探头。横波斜斜探头主主要用于于探测与与探测面面垂直或或成一定定角度的的缺陷，如如焊缝、汽轮机机叶轮等等。当斜探头头的入射射角大于于或等于于第二临临界角时时，在工工件中产产生表面面波，表表面波探探头用于于探测表表面或近近表面缺缺陷。双晶探头
35、头有两块块压电晶晶片，一一块用于于发射超超声波，另另一块用用于接收收超声波波。根据据入射角角不同，分分为双晶晶纵波探探头和双双晶横波波探头。双晶探头头具有以以下优点点：（1） 灵敏度高高（2） 杂波少盲盲区小（3） 工件中近近场区长长度小（4） 探测范围围可调双晶探头头主要用用于探伤伤近表面面缺陷。聚焦探头头种类较较多。3. 探头型号号探头型号号的组成成项目及及排列顺顺序如下下：基本频率率-晶片片材料-晶片尺尺寸-探探头种类类-特征征三 试块按一定用用途设计计制作的的具有简简单几何何形状人人工反射射体的试试样，通通常称为为试块。试块和和仪器、探头一一样，是是超声波波探伤中中的重要要工具。1 试
36、块的作作用（1） 确定探伤伤灵敏度度超声波探探伤灵敏敏度太高高或太低低都不好好，太高高杂波多多，判伤伤困难，太太低会引引起漏检检。因此此在超声声波探伤伤前，常常用试块块上某一一特定的的人工反反射体来来调整探探伤灵敏敏度。（2） 测试探头头的性能能超声波探探伤仪和和探头的的一些重重要性能能，如放放大线性性、水平平线性、动态范范围、灵灵敏度余余量、分分辨力、盲区、探头的的入射点点、K值值等都是是利用试试块来测测试的。（3） 调整扫描描速度利用试块块可以调调整仪器器屏幕上上水平刻刻度值与与实际声声程之间间的比例例关系，即即扫描速速度，以以便对缺缺陷进行行定位。（4） 评判缺陷陷的大小小利用某些些试块
37、绘绘出的距距离-波波幅-当当量曲线线（即实实用AVVG）来来对缺陷陷定量是是目前常常用的定定量方法法之一。特别是是3N以以内的缺缺陷，采采用试块块比较法法仍然是是最有效效的定量量方法。此外还还可利用用试块来来测量材材料的声声速、衰衰减性能能等。2.试块块的分类类（1） 按试块来来历分为为：标准准试块和和参考试试块。（2） 按试块上上人工反反射体分分：平底底孔试块块、横孔孔试块和和槽形试试块3.试块块的要求求和维护护4. 常用试块块简介（仪仪器使用用时重点点讲解）IIW(CSKK-IAA)CS-11CSK-IIIIA第七节 仪器和探探头的性性能及其其测试仪器和探探头的性性能包括括仪器的的性能、探
38、头的的性能以以及仪器器与探头头的综合合性能。仪器的的性能仅仅与仪器器有关，如如仪器的的垂直线线性、水水平线性性和动态态范围等等。探头头的性能能仅与探探头有关关，如探探头入射射点、KK值、双双峰、主主声束偏偏离等。仪器与与探头的的综合性性能不仅仅与仪器器有关，而而且与探探头有关关，如分分辨力、盲区、灵敏度度余量等等。一 仪器的性性能及其其测试1. 垂直线性性仪器的垂垂直线性性是指仪仪器屏幕幕上的波波高与探探头接收收的信号号之间成成正比的的程度。垂直线线性的好好坏影响响缺陷定定量精度度。2. 水平线性性仪器水平平线性是是指仪器器屏幕上上时基线线显示的的水平刻刻度值与与实际声声程之间间成正比比的程度
39、度，或者者说是屏屏幕上多多次底波波等距离离的程度度。仪器器水平线线性的好好坏直接接影响测测距精度度，进而而影响缺缺陷定位位。3. 动态范围围动态范围围是指仪仪器屏幕幕容纳信信号大小小的能力力。二 探头的性性能及其其测试1. 斜探头入入射点斜探头的的入射点点是指其其主声束束轴线与与探测面面的交点点。入射射点至探探头前沿沿的距离离称为探探头的前前沿长度度。测定定探头的的入射点点和前沿沿长度是是为了便便于对缺缺陷定位位和测定定探头的的K值。注意试块块上R应应大于钢钢中近场场区长度度N，因因为近场场区同轴轴线上的的声压不不一定最最高，测测试误差差大。2. 斜探头KK值和折折射角斜探头KK值是指指被探工
40、工件中横横波折射射角的正正切值。注意测定定斜探头头的K值值或折射射角也应应在近场场区以外外进行。3. 探头主声声束偏离离和双峰峰探头实际际主声束束与其理理论几何何中心轴轴线的偏偏离程度度称为主主声束的的偏离。平行移动动探头，同同一反射射体产生生两个波波峰的现现象称为为双峰。探头主声声束偏离离和双峰峰，将会会影响对对缺陷的的定位和和判别。4. 探头声束束特性探头声束束特性是是指探头头发射声声束的扩扩散情况况，常用用轴线上上声压下下降6ddB时探探头移动动距离（即即某处的的声束宽宽度）来来表示。三 仪器和探探头的综综合性能能及其测测试1. 灵敏度超声波探探伤中灵灵敏度一一般是指指整个探探伤系统统（
41、仪器器和探头头）发现现最小缺缺陷的能能力。发发现缺陷陷愈小，灵灵敏度就就愈高。仪器的探探头的灵灵敏度常常用灵敏敏度余量量来衡量量。灵敏敏度余量量是指仪仪器最大大输出时时（增益益、发射射强度最最大，衰衰减和抑抑制为00），使使规定反反射体回回波达基基准高所所需衰减减的衰减减总量。灵敏度度余量大大，说明明仪器与与探头的的灵敏度度高。灵灵敏度余余量与仪仪器和探探头的综综合性能能有关，因因此又叫叫仪器与与探头的的综合灵灵敏度。2. 盲区与始始脉冲宽宽度盲区是指指从探测测面到能能够发现现缺陷的的最小距距离。盲盲区内的的缺陷一一概不能能发现。始脉冲宽宽度是指指在一定定的灵敏敏度下，屏屏幕上高高度超过过垂直
42、幅幅度200时的的始脉冲冲延续长长度。始始脉冲宽宽度与灵灵敏度有有关，灵灵敏度高高，始脉脉冲宽度度大。3. 分辨力仪器与探探头的分分辨力是是指在屏屏幕上区区分相邻邻两缺陷陷的能力力。能区区分的相相邻两缺缺陷的距距离愈小小，分辨辨力就愈愈高。4. 信噪比信噪比是是指屏幕幕上有用用的最小小缺陷信信号幅度度与无用用的噪声声杂波幅幅度之比比。信噪噪比高，杂杂波少，对对探伤有有利。信信噪比太太低，容容易引起起漏检或或误判，严严重时甚甚至无法法进行探探伤。第三章 常用探伤伤方法和和技术第一节 探伤方法法概述一 按原理分分类超声波探探伤方法法按原理理分类，可可分为脉脉冲反射射法、穿穿透法和和共振法法。1.
43、脉冲反射射法超声波探探头发射射脉冲波波到被检检试件内内，根据据反射波波的情况况来检测测试件缺缺陷的方方法，称称为脉冲冲反射法法。脉冲冲反射法法包括缺缺陷回波波法、底底波高度度法和多多次底波波法。2. 穿透法穿透法是是依据脉脉冲波或或连续波波穿透试试件之后后的能量量变化来来判断缺缺陷情况况的一种种方法。穿透法法常采用用两个探探头，一一收一发发，分别别放置在在试件的的两侧进进行探测测。3. 共振法若声波（频频率可调调的连续续波）在在被检工工件内传传播，当当试件的的厚度为为超声波波的半波波长的整整数倍时时，将引引起共振振，仪器器显示出出共振频频率。当当试件内内存在缺缺陷或工工件厚度度发生变变化时，将
44、将改变试试件的共共振频率率，依据据试件的的共振频频率特性性，来判判断缺陷陷情况和和工件厚厚度变化化情况的的方法称称为共振振法。共共振法常常用于试试件测厚厚。二 按波形分分类根据探伤伤采用的的波形，可可分为纵纵波法、横波法法、表面面波法、板波法法、爬波波法等。1. 纵波法使用直探探头发射射纵波进进行探伤伤的方法法，称为为纵波法法。此时时波束垂垂直入射射至试件件探测面面，以不不变的波波型和方方向透入入试件，所所以又称称为垂直直入射法法，简称称垂直法法。垂直法分分为单晶晶探头反反射法、双晶探探头反射射法和穿穿透法。常用单单晶探头头反射法法。垂直法主主要用于于铸造、锻压、轧材及及其制品品的探伤伤，该法
45、法对与探探测面平平行的缺缺陷检出出效果最最佳。由由于盲区区和分辨辨力的限限制，其其中反射射法只能能发现试试件内部部离探测测面一定定距离以以外的缺缺陷。在同一介介质中传传播时，纵纵波速度度大于其其它波型型的速度度，穿透透能力强强，晶界界反射或或散射的的敏感性性较差，所所以可探探测工件件的厚度度是所有有波型中中最大的的，而且且可用于于粗晶材材料的探探伤。2. 横波法将纵波通通过楔块块、水等等介质倾倾斜入射射至试件件探测面面，利用用波型转转换得到到横波进进行探伤伤的方法法，称为为横波法法。由于于透入试试件的横横波束与与探测面面成锐角角，所以以又称斜斜射法。此方法主主要用于于管材、焊缝的的探伤；其它试
46、试件探伤伤时，则则作为一一种有效效的辅助助手段，用用以发现现垂直法法不易发发现的缺缺陷。3. 表面波法法使用表面面波进行行探伤的的方法，称称为表面面波法。这种方方法主要要用于表表面光滑滑的试件件。表面面波波长长很短，衰衰减很大大。同时时，它仅仅沿表面面传播，对对于表面面上的复复层、油油污、不不光洁等等，反应应敏感，并并被大量量地衰减减。利用用此特点点可通过过手沾油油在声束束传播方方向上进进行触摸摸并观察察缺陷回回波高度度的变化化，对缺缺陷定位位。4. 板波法使用板波波进行探探伤的方方法，称称为板波波法。主主要用于于薄板、薄壁管管等形状状简单的的试件探探伤。探探伤时板板波充塞塞于整个个试件，可可以发现现内部和和表面的的缺陷。5. 爬波法三 按探头数数目分类类1. 单探头法法使用一个个探头兼兼作发射射和接收收超声波波的探伤伤方法称称为单探探头法，单单探头