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1、 第第 1 章章 无损检测概论无损检测概论 1.1 材料无损检测的意义材料无损检测的意义1.1.1 材料无损检测的概念材料无损检测的概念材料材料无损检测无损检测，即指，即指不损伤产品不损伤产品又能又能发现缺陷发现缺陷的的检测方法或技术，亦称为检测方法或技术，亦称为无损探伤无损探伤，属于，属于非破坏非破坏性检测方法性检测方法的范畴。的范畴。它与某些它与某些破坏性检测破坏性检测方法，如力学性能检验、化方法，如力学性能检验、化学分析试验、金相检验等具有很强的互补性。尤学分析试验、金相检验等具有很强的互补性。尤其适合其适合成品检验成品检验和和在役运行产品在役运行产品的的检验。检验。无损检测的英文缩写为
2、：无损检测的英文缩写为：NDT（nondestructive test）。1.1.2 对实际工程材料的辨证认识对实际工程材料的辨证认识 材料力学材料力学对于材料的认识是基于对于材料的认识是基于“均匀性均匀性、连续性连续性和小变形假设和小变形假设”来讨论问题的。来讨论问题的。而而实际工程材料及产品实际工程材料及产品在制造过程中，往往因在制造过程中，往往因冶金冶金、结构结构、工艺因素工艺因素的复杂性及的复杂性及操作人员技术操作人员技术水平的差异水平的差异，即使按照同一工艺规程操作，也往，即使按照同一工艺规程操作，也往往会产生往会产生各种各样各种各样的的工艺缺陷工艺缺陷。总之，实际工程材料和构件并不
3、那麽理想，总之，实际工程材料和构件并不那麽理想，有缺陷是绝对的有缺陷是绝对的，没有缺陷则是相对的没有缺陷则是相对的。工艺缺陷举例铸件铸件：可能有：可能有缩孔缩孔、疏松疏松、冷隔冷隔、裂纹裂纹等；等；焊件：焊件：可能有可能有气孔气孔、夹杂夹杂、未熔合未熔合、未焊未焊 透透以及以及焊接裂纹焊接裂纹等；等；锻件锻件：往往有：往往有裂纹裂纹、褶皱褶皱、夹层夹层等；等；热处理件：热处理件：也可能出现也可能出现裂纹裂纹、偏析偏析、组织粗组织粗大大等等。等等。1.1.3 材料无损检测的意义材料无损检测的意义 (1)(1)质量、安全保证质量、安全保证即控制产品质量，保证设即控制产品质量，保证设 备安全运行。备
4、安全运行。生产生产高质量产品高质量产品的需要的需要 生产高质量的产品，往往需要从原材料、试生产高质量的产品，往往需要从原材料、试板，到零件、部件乃至最终产品，都进行较严格板，到零件、部件乃至最终产品，都进行较严格的质量把关，即实行全面质量管理。而无损探伤的质量把关，即实行全面质量管理。而无损探伤技术恰好是必不可少的技术手段。技术恰好是必不可少的技术手段。设备设备在役安全运行在役安全运行期间跟踪监测的需要期间跟踪监测的需要 设备运行期间也可能产生新的缺陷。如：应设备运行期间也可能产生新的缺陷。如：应力腐蚀裂纹、延迟裂纹、疲劳裂纹等等。需要定力腐蚀裂纹、延迟裂纹、疲劳裂纹等等。需要定期或不定期地进
5、行质量跟踪，以保证其运行的安期或不定期地进行质量跟踪，以保证其运行的安全性。如核反应堆中的压力容器。全性。如核反应堆中的压力容器。（2）工艺、技术保证工艺、技术保证即改进制造技术，即改进制造技术，优化制造工艺；优化制造工艺；在在新产品新产品研制研制、新工艺新工艺制定制定过程中，对过程中，对于某些于某些工艺参数工艺参数、工艺措施工艺措施的确定，有时需的确定，有时需要进行严格的要进行严格的工艺评定工艺评定，借助先进的，借助先进的无损检无损检测技术测技术可可筛选出最佳规范筛选出最佳规范，进而，进而制定出新产制定出新产品的工艺规程品的工艺规程，最终制造出合格的产品或优，最终制造出合格的产品或优质产品。
6、质产品。1.1.4 区别区别适度检验适度检验和和过度检验过度检验 无损检测技术的无损检测技术的两面性两面性 事物总是一分为二的，都具有事物总是一分为二的，都具有二重性二重性。在产品制造和在役运行过程中，在产品制造和在役运行过程中，及时、适及时、适度地度地采用无损检测技术，是优质高产的重要采用无损检测技术，是优质高产的重要保证。但是，保证。但是，过分地过分地采用该项技术，也会延采用该项技术，也会延误工期，同时无端提高生产成本。因此，应误工期，同时无端提高生产成本。因此，应参考有关标准参考有关标准，合理选择检测工艺。，合理选择检测工艺。这就是强调这就是强调经济性原则经济性原则，正确处理好，正确处理
7、好质质量检测量检测与降低与降低生产成本生产成本和和生产周期生产周期的关系！的关系！1.2 材料无损检测的特点及检测依据材料无损检测的特点及检测依据1.2.1 材料无损检测的特点材料无损检测的特点 材料无损检测技术主要用于未知工艺缺陷的材料无损检测技术主要用于未知工艺缺陷的检验。它是对破坏性检验的补充和完善。其特检验。它是对破坏性检验的补充和完善。其特点是：点是：非破坏性非破坏性是指在获得检测结果的同时，是指在获得检测结果的同时，除了剔除不合格品外，除了剔除不合格品外，不损失零件不损失零件。因此，。因此，检检测规模测规模不受零件多少的限制不受零件多少的限制，既可抽样检验，既可抽样检验，又可在必要
8、时采用普检。因而，更具有又可在必要时采用普检。因而，更具有灵活性灵活性（普检、抽检均可普检、抽检均可）和）和可靠性可靠性。互容性互容性即指检验方法的互容性，即：即指检验方法的互容性，即：同一零件同一零件可同时或依次可同时或依次采用不同的检验方采用不同的检验方法法；而且又；而且又可重复可重复地进行同一检验。这也地进行同一检验。这也是非破坏性带来的好处。是非破坏性带来的好处。动态性动态性这是说，无损探伤方法可这是说，无损探伤方法可对对使用中的零件使用中的零件进行检验，而且能够适时进行检验，而且能够适时考察产品运行期的考察产品运行期的累计影响累计影响。因而，可查。因而，可查明结构的明结构的失效机理失
9、效机理。严格性严格性是指无损检测技术的严格是指无损检测技术的严格性。首先无损检测需要性。首先无损检测需要专用仪器专用仪器、设备设备；同时也需要同时也需要专门训练的检验人员专门训练的检验人员，按照，按照严严格的规程格的规程和和标准标准进行操作。进行操作。检验结果的分歧性检验结果的分歧性不同的检测人员不同的检测人员对对同一试件的检测结果同一试件的检测结果可能有分歧可能有分歧。特别是。特别是在在超声波检验超声波检验时，同一检验项目要由时，同一检验项目要由两个两个检验人员检验人员来完成。需要来完成。需要“会诊会诊”！概括起来概括起来,无损检测的特点无损检测的特点是是：非破坏：非破坏性、互容性、动态性、
10、严格性以及检测结性、互容性、动态性、严格性以及检测结果的分歧性等。果的分歧性等。应注意应注意扬长避短扬长避短，科学利用科学利用！1.2.2 1.2.2 实施无损检验的依据实施无损检验的依据 产产品品图图样样 图图样样是是生生产产中中使使用用的的最最基基本本的的技技术术资资料料，也也是是加加工工、检检验验的的依依据据。尤尤其其在在图图样样的的技技术术要要求求中中，往往往往规规定定了了原原材材料料、零零件件、产产品品的的质质量量等等级级、具具 体体 要要 求求 以以 及及 是是 否否 需需 要要 作作 无无 损损 检检 验验 等等 等等。相关标准相关标准 生产企业往往要贯彻相关标准，如：生产企业往
11、往要贯彻相关标准，如：企业标准企业标准、行业标准行业标准、国家标准国家标准、国际标准国际标准等等。等等。这些都是产品加工的这些都是产品加工的指导性文件指导性文件，自然也是实施无，自然也是实施无损检测的指导性文件。在具体标准中，往往详细规损检测的指导性文件。在具体标准中，往往详细规定了定了检验对象检验对象、检验方法检验方法、检验规模检验规模等等。等等。技术文件技术文件 产品生产工艺部门下达的各产品生产工艺部门下达的各种技术文件，如种技术文件，如工艺规程工艺规程、检验卡片检验卡片、产产品检验报告品检验报告、返修单返修单等等。有时还要追加等等。有时还要追加或改变检验要求等等。或改变检验要求等等。订货
12、合同订货合同 某些产品的某些产品的特殊检验要求特殊检验要求、质量控制的条款质量控制的条款，有时可能较详细的强调，有时可能较详细的强调在在订货合同中订货合同中，应引起，应引起特别注意特别注意。第第2章章 超声波检测超声波检测 本章提要：本章提要：超声检测（超声检测（UT）是利用其在物质中传播、界面）是利用其在物质中传播、界面反反射射、折射、折射(产生产生波型转换波型转换)和和衰减衰减等物理性质来发等物理性质来发现缺陷的一种无损检测方法，应用较为广泛。现缺陷的一种无损检测方法，应用较为广泛。按其工作原理不同分为：共振法、穿透法、按其工作原理不同分为：共振法、穿透法、脉冲脉冲反射法反射法超声检测；按
13、显示缺陷方式不同分为：按显示缺陷方式不同分为：A型型、B型、型、C型、型、3D型型超声检测；按选用超声波波型不同分为：按选用超声波波型不同分为：纵波法纵波法、横波法横波法、表面波法表面波法超声检测；按声耦和方式不同分为：直接接触法、液按声耦和方式不同分为：直接接触法、液浸法浸法超声检测；由于时间有限，本章将重点介绍重点介绍：脉冲反射法原理、脉冲反射法原理、直接接触法、直接接触法、A型显示方式、型显示方式、纵波法、横波法纵波法、横波法 2.1 超声波检测物理基础超声波检测物理基础2.1.1 超声波的物理本质超声波的物理本质 它是它是频率大于频率大于2万赫兹万赫兹的的机械振动机械振动在弹在弹性介质
14、中的转播行为。性介质中的转播行为。即超声频率的即超声频率的机械波机械波。一般地说，超声波一般地说，超声波频率越高频率越高，其，其能量越能量越大大，探伤灵敏度也越高探伤灵敏度也越高。超声检测超声检测常用频率常用频率在在 0.510 MHZ。2.1.2 超声波的产生（发射）与接收超声波的产生（发射）与接收 (1)超声波的产生机理超声波的产生机理利用了压电材利用了压电材 料的料的压电效应压电效应。试验发现，某些晶体材料（如石英晶体）试验发现，某些晶体材料（如石英晶体）做成的晶体薄片，当其做成的晶体薄片，当其受到拉伸或压缩时，受到拉伸或压缩时，表面就会产生电荷表面就会产生电荷；此现象称为；此现象称为正
15、压电效正压电效应应；反之，当对此晶片；反之，当对此晶片施加交变电场施加交变电场时，时，晶体内部的质点就会产生晶体内部的质点就会产生机械振动机械振动，此现，此现象称为象称为逆压电效应逆压电效应。具有压电效应的晶体。具有压电效应的晶体材料就称为材料就称为压电材料压电材料。压电效应压电效应图解压电效应图解/b.施加交流电场时内部质点产生振动施加交流电场时内部质点产生振动a.拉伸或压缩时表面产生电荷拉伸或压缩时表面产生电荷正压电效应/逆压电效应 (2)超声波的发射与接收超声波的发射与接收 发射在压电晶片制成的探头中，对压电晶片在压电晶片制成的探头中，对压电晶片施以施以超声频率超声频率的的交变电压交变电
16、压，由于逆压电效应，晶片，由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的中就会产生超声频率的机械振动机械振动产生超声波产生超声波；若此机械振动与若此机械振动与被检测的工件较好地被检测的工件较好地耦合耦合，超声波，超声波就会就会传入工件传入工件这就是这就是超声波的发射超声波的发射。接收接收若发射出去的超声波遇到界面被若发射出去的超声波遇到界面被反射回反射回来来，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正压电效应，在晶片的上下电极之间就会压电效应，在晶片的上下电极之间就会产生交变的产生交变的电信号电信号。将此电信号采集、检波、放大并显示出来，。将此电信号采集、检波
17、、放大并显示出来，就就完成了对超声波信号的接收完成了对超声波信号的接收。可见，探头是一种可见，探头是一种声电换能元件声电换能元件，是一种特殊，是一种特殊的的传感器传感器，在探伤过程中发挥重要的作用。，在探伤过程中发挥重要的作用。2.1.3 超声波波型的分类超声波波型的分类按质点的振动方向与声波的传播方向之间的关系分为：按质点的振动方向与声波的传播方向之间的关系分为：（1）纵波纵波 L 介质质点的振动方向与波的传介质质点的振动方向与波的传 播方向一致；播方向一致；（2）横波横波 S 介质质点的振动方向与波的传介质质点的振动方向与波的传 播方向垂直；播方向垂直；（3）表面波）表面波 R介质质点沿介
18、质表面做椭圆运介质质点沿介质表面做椭圆运 动；又称瑞利波；动；又称瑞利波；（4）板波）板波 板厚与波长相当的薄板中传播的板厚与波长相当的薄板中传播的 超声波，板的两表面介质质点沿超声波，板的两表面介质质点沿 介质表面做椭圆运动，板中间也介质表面做椭圆运动，板中间也 有超声波传播。又称兰姆波；有超声波传播。又称兰姆波；注意！注意！液体和气体介质液体和气体介质（不能传递切向力）（不能传递切向力）中，中，只能传播纵波只能传播纵波！同一介质中，声速的关系有：同一介质中，声速的关系有：CL CS CR 同一介质中，声速、波长、频率之间同一介质中，声速、波长、频率之间的关系为：的关系为：C=f=常数常数。
19、按超声波振动持续时间分为：按超声波振动持续时间分为：(1)连续波连续波在有效作用时间内声波不在有效作用时间内声波不间间 断地发射；断地发射；(2)脉冲波脉冲波在有效作用时间内声波以脉在有效作用时间内声波以脉 冲方式间歇地发射。冲方式间歇地发射。注意注意:超声波检测过程常采用超声波检测过程常采用脉冲波脉冲波。2.1.4 超声波的基本性质超声波的基本性质 (1)具有良好的指向性：具有良好的指向性：直线传播直线传播，符合几何光学定律；象光波一样，符合几何光学定律；象光波一样，方向性好；方向性好；束射性束射性，象手电筒的光束一样，能集中在超声，象手电筒的光束一样，能集中在超声场内定向辐射。场内定向辐射
20、。声束的扩散角满足如下关系：声束的扩散角满足如下关系：=arcsin 1.22(/D)(2-1)可见，可见，波长越短波长越短，扩散角扩散角越小越小，声能越集中声能越集中。(2)具有较强的具有较强的穿透性穿透性，但有，但有衰减衰减；穿透性穿透性来自于它的高能量，因为声强正比来自于它的高能量，因为声强正比于频率的平方；所以，超声波的能量比普通声波于频率的平方；所以，超声波的能量比普通声波大大100万倍！可穿透金属达数米！万倍！可穿透金属达数米！衰减性衰减性源于三个方面：源于三个方面：扩散扩散、散射散射和和吸收吸收；（3 3）只能在弹性介质中传播只能在弹性介质中传播，不能在真空不能在真空（空（空 气
21、近似看成真空）中传播；气近似看成真空）中传播；强调强调：横波不能在气体、液体中传播横波不能在气体、液体中传播！表面波表面波看作是纵波与横波的合成，看作是纵波与横波的合成，所以，也不能在气体、液体中传播！所以，也不能在气体、液体中传播！（4）遇到界面将产生）遇到界面将产生反射反射、折射折射 和和波型转换波型转换现象；现象；（5）对人体无害）对人体无害优于射线的性质。优于射线的性质。主声轴主声轴 N近场区长度N=D2/4超声场及 近场区 压电晶片2.2 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 2.2.1 超声波在金属中的衰减定律超声波在金属中的衰减定律 超声波在超声波在金属中金属中主要的衰减原因
22、是主要的衰减原因是散射散射和扩散和扩散；在；在液体中主要是吸收液体中主要是吸收。研究表明，。研究表明，超声波在金属中的衰减规律可用下面的关超声波在金属中的衰减规律可用下面的关系式表达：系式表达：PX=P0 e-x (2-2)衰减系数；衰减系数；dB/m x 声束传播的距离，即声程声束传播的距离，即声程 m。(2-2)式表明，超声波的声压在其传播的路式表明，超声波的声压在其传播的路径上，呈负指数规律衰减。径上，呈负指数规律衰减。这里强调指出：这里强调指出：衰减系数衰减系数为频率为频率f4和晶粒和晶粒尺寸尺寸d3的函数。所以，粗晶检测时，应适的函数。所以，粗晶检测时，应适当降低超声波频率，弥补能量
23、的不足。当降低超声波频率，弥补能量的不足。研究表明，声压研究表明，声压p与超声波探伤仪示波屏上与超声波探伤仪示波屏上的波高的波高h成正比关系：成正比关系：p1/p2=h1/h2 (2-3)实际探测时，超声波探伤仪示波屏上的波实际探测时，超声波探伤仪示波屏上的波高高h能够反映声波的衰减状况。能够反映声波的衰减状况。2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播2.3.1 超声波在异质界面处产生的各种现象超声波在异质界面处产生的各种现象(1)垂直入射异质界面时的垂直入射异质界面时的透射透射、反射反射及及绕射绕射 透射与反射透射与反射 反射系数反射系数 K=W反反/W入入100%W透透W反反w入入
24、 常见材料之间的界面反射系数常见材料之间的界面反射系数 界面材料界面材料 反射系数反射系数K%钢钢钢钢 0 钢钢变压器油变压器油 81 钢钢有机玻璃有机玻璃 77 钢钢水水 88有机玻璃有机玻璃变压器油变压器油 17 钢钢空气空气 100 有机玻璃有机玻璃空气空气 100 反射现象的辩证分析反射现象的辩证分析 反射现象：对发射超声波不利对发射超声波不利；对脉冲反射法接收有利。对脉冲反射法接收有利。影响反射系数影响反射系数K的因素的因素 反射系数反射系数K值的大小，决定于相邻介质值的大小，决定于相邻介质的的声阻抗之差声阻抗之差：Z =|Z 2Z 1|Z 越大，越大，K 值越大。值越大。而与何者为
25、而与何者为第一介质第一介质无关。无关。关于声阻抗 声阻抗声阻抗Z表示声场中介质对质点振动的表示声场中介质对质点振动的阻碍作用。指超声波在介质中传播时，任阻碍作用。指超声波在介质中传播时，任一点的一点的声压声压p与该与该点速度振幅点速度振幅V之比。之比。定义式定义式 声阻抗声阻抗 Z=p/V (2-4)数值表征数值表征 Z=CL (2-5)气体、液体、金属之间声阻抗之比约为：气体、液体、金属之间声阻抗之比约为：1：3000：8000。绕射现象绕射现象当界面尺寸当界面尺寸df/2 时，声波能绕过缺陷界时，声波能绕过缺陷界面而继续向前传播的现象，叫作面而继续向前传播的现象，叫作绕射绕射。因此，要想因
26、此，要想提高探伤灵敏度提高探伤灵敏度，必须，必须提高频提高频率率f,以便以便发现更小的缺陷发现更小的缺陷。超声波的超声波的绕射现象绕射现象(2)倾斜入射异质界面的倾斜入射异质界面的反射反射、折射折射和和波型转换波型转换 参考图参考图 S1 L1S2 L2 L LLoL L入射纵波；入射纵波；纵波入射角；纵波入射角；L1L1反射纵波；反射纵波；L纵波纵波L1L1反射角；反射角；S1反射横波；反射横波；横波横波S1反射角；反射角；L2 折射折射纵波；纵波；L纵波纵波L2折射角；折射角；S2 折射折射横波；横波；横波横波S2折射角。折射角。斯涅耳定律：斯涅耳定律：（26)S1 L1S2 L2 L L
27、L(2)临界角的讨论及其应用意义临界角的讨论及其应用意义 因因 CL=CL1;=L;由（由（2-6）式可推知）式可推知:（2-7）（2-8）临界角的讨论临界角的讨论：当取有机玻璃为第一介质，：当取有机玻璃为第一介质，钢为第二介质时，即有：钢为第二介质时，即有：CL1CL2,CL1 CS2 CL2,必有必有 SL；且；且，S ，L ；故当故当L=90时，第二介质中只有横波。此时，第二介质中只有横波。此时对应的纵波入射角时对应的纵波入射角；叫作；叫作第一临界角第一临界角，记为记为1m。这时，这时，1m=27.6。当当，使，使s=90时，第二介质中只有表面时，第二介质中只有表面波。此时对应的纵波入射
28、角波。此时对应的纵波入射角叫作叫作第二临界第二临界角，角，记为记为2m=57.6。临界角的应用：临界角的应用：斜探头设计斜探头设计时，应保证时，应保证声波的入射角声波的入射角介介于于第一临界角、第二临界角第一临界角、第二临界角之间。之间。2.4 超声波检测原理超声波检测原理 本节重点讲解本节重点讲解:A型脉冲反射法型脉冲反射法超声波检测原理。超声波检测原理。在在实际应用实际应用中以中以该法为主。该法为主。2.4.1 A型脉冲反射法超声波检测原理型脉冲反射法超声波检测原理 (1)原理：原理：A型型脉冲反射法脉冲反射法超声波检测就是利用超超声波检测就是利用超声波在传播过程中，遇到声波在传播过程中，
29、遇到声阻抗较大声阻抗较大的的异异质界面质界面时，将时，将产生反射产生反射的原理来实现对内的原理来实现对内部缺陷检测的。部缺陷检测的。(2)实现方法实现方法：该法采用该法采用单一探头单一探头既作发射器件，既作发射器件，又作接收元件，以脉冲方式间歇地向工件又作接收元件，以脉冲方式间歇地向工件发射超声波；发射超声波；接受到的回波信号经功能电接受到的回波信号经功能电路放大、检波后，路放大、检波后，在探伤仪的示波屏上在探伤仪的示波屏上，以脉冲信号以脉冲信号显示出来显示出来。(3)信号的解读信号的解读：根据探伤仪示波屏上，根据探伤仪示波屏上，始波始波T、伤波伤波F、底波底波B的的有无有无、大小大小及其在及
30、其在时基轴时基轴上的上的位位置置可判断工件可判断工件内部缺陷内部缺陷的的有无、大小和位有无、大小和位置置。见下图：。见下图：示例直探头缺陷显示直探头缺陷显示 a.无缺陷无缺陷 b.小缺陷小缺陷 c.大缺陷大缺陷TBTTBFF示波屏特征小结示波屏特征小结 （a）无缺陷无缺陷 示波屏上示波屏上只有始波只有始波T和底和底 波波B，而且底波较高；，而且底波较高；（b）有小缺陷）有小缺陷示波屏上不仅有始波示波屏上不仅有始波T 和底波和底波B；而其间；而其间还有伤波还有伤波F;相对（相对（a）无缺陷的情况，）无缺陷的情况，底波变矮底波变矮；（c）有大缺陷）有大缺陷示波屏上示波屏上只有始波只有始波T和伤波和
31、伤波F,没有底波没有底波B。相对（相对（b）而言，）而言，伤波变高。伤波变高。2.5 脉冲反射法超声波检测技术点脉冲反射法超声波检测技术点 内容提要：内容提要：从根本上说，超声波检测技术的基本任务就是：从根本上说，超声波检测技术的基本任务就是：通过调节探伤系统的灵敏度和调整操作手法，通过调节探伤系统的灵敏度和调整操作手法，有效的发现缺陷有效的发现缺陷；发现缺陷后，能够发现缺陷后，能够准确的给缺陷定性、定量、准确的给缺陷定性、定量、定位；定位；根据工艺要求根据工艺要求,提出返修建议提出返修建议及相关的及相关的探伤工艺；探伤工艺；按规定格式，按规定格式，出具检测报告出具检测报告。本节将根据上述任务
32、，重点介绍两种探伤方法。本节将根据上述任务，重点介绍两种探伤方法。2.5.1 垂直入射法垂直入射法（直探头，纵波法探伤技术）（直探头，纵波法探伤技术）定义：定义：采用直探头将采用直探头将声束垂直入射工件声束垂直入射工件的的探伤方法；该法利用的探伤方法；该法利用的声波类型为纵波声波类型为纵波，故，故有有纵波法纵波法之称。之称。简记：垂直入射法简记：垂直入射法=直探头法直探头法=纵波法纵波法 缺陷显示方式缺陷显示方式：以回波在时基线上的位：以回波在时基线上的位 置、脉冲大小反映缺陷的情况。置、脉冲大小反映缺陷的情况。应用特点：应用特点：能够发现与探测面平行或接近能够发现与探测面平行或接近平行的面积
33、型缺陷和体积型缺陷。对体积型平行的面积型缺陷和体积型缺陷。对体积型缺陷的检出率较高。缺陷的检出率较高。缺陷的定位：缺陷的定位：缺陷就在探头的正下方！从三维定位的角度，缺陷就在探头的正下方！从三维定位的角度，需给出三个坐标：需给出三个坐标：x,y,z；其中，在探测面上的水；其中，在探测面上的水平坐标平坐标x,y可直接用钢板尺量取；而缺陷的埋藏深可直接用钢板尺量取；而缺陷的埋藏深度坐标度坐标z（习惯上用（习惯上用h表示）可根据伤波可根据伤表示）可根据伤波可根据伤波波F在时基线上的位置，按比例关系确定在时基线上的位置，按比例关系确定:h=(tf/tb)=n tf 式中，式中，tf 伤波脉冲前沿在示波
34、屏时基线上的刻度值；伤波脉冲前沿在示波屏时基线上的刻度值；tb底波在示波屏时基线上的刻度值；底波在示波屏时基线上的刻度值；被检测试件的厚度值；被检测试件的厚度值；n 比例系数比例系数;n=/tb。缺陷的定量缺陷的定量 a.当缺陷尺寸当缺陷尺寸大于声束直径大于声束直径时，采用时，采用移动测长法移动测长法；即半波高法即半波高法。图示如下：。图示如下：缺陷长度缺陷长度探头移动距离探头移动距离6db波波高高波高包络线波高包络线 探头探头b.缺陷尺寸小于声束直径缺陷尺寸小于声束直径时，采用时，采用当量法当量法；当量法的基本思想当量法的基本思想：在一定的探伤灵敏度条件下，将在一定的探伤灵敏度条件下，将已知
35、形状、尺已知形状、尺寸的人工反射体的回波寸的人工反射体的回波与与实际检测到的缺陷回波实际检测到的缺陷回波相对比，若相对比，若二者的声程二者的声程、回波高度回波高度相等相等，则这个，则这个已知人工反射体的相关尺寸已知人工反射体的相关尺寸可视为该实际缺陷的可视为该实际缺陷的“缺陷当量缺陷当量”。可见当量法应该选择恰当的可见当量法应该选择恰当的对比试块对比试块。设计适当的距离尺寸和人工反射体的尺寸；设计适当的距离尺寸和人工反射体的尺寸；得到得到“探测探测距离与波幅曲线距离与波幅曲线”；当量法的距离波幅曲线示意图 对比试块25050孔径可改变为：孔径可改变为：2，3，4，6；探头探头平底孔距探测面的距
36、离为：平底孔距探测面的距离为：5，10，15，20，25，30，35，40，45当量法的距离波幅曲线示意图图例图例波波幅幅距离距离mm评定线评定线 定量线定量线报废线报废线dB缺陷的定性缺陷的定性 对于对于A型显示的超声波检测来说，给缺型显示的超声波检测来说，给缺陷定性是陷定性是较复杂和困难的较复杂和困难的。需要了解检测对象的需要了解检测对象的材质材质、工艺工艺、缺陷缺陷位置位置、空间位向空间位向、信号大小信号大小、特征特征等多方等多方面的信息。面的信息。缺陷缺陷性质不同性质不同，其，其波形特征各异波形特征各异；在；在探探头移动头移动时，也会时，也会表现出不同的特点表现出不同的特点。要做要做动
37、态分析动态分析！举举 例例点状缺陷点状缺陷的的波幅较低波幅较低，当探头作，当探头作环绕扫查环绕扫查时，时，信号反映迟钝信号反映迟钝；夹渣群夹渣群则呈则呈连串的波峰连串的波峰，而且波形，而且波形杂乱杂乱；裂纹和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，裂纹和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，对探头对探头转角扫转角扫查查反映敏感反映敏感；特别是回波信号往往随探头的扫查方式改特别是回波信号往往随探头的扫查方式改变而发生不同的变化。其变化规律需操作变而发生不同的变化。其变化规律需操作者者积累丰富的经验积累丰富的经验。各种现代超声检测技术的出现，大大提高各种现代超声检测技术的出现，大大提高了缺陷定性的准确性。了缺陷
38、定性的准确性。2.5.2 斜角探伤法（斜探头，横波法）斜角探伤法（斜探头，横波法）(1)定义定义：采用斜探头将：采用斜探头将声束倾斜入射声束倾斜入射工件工件探探伤面伤面进行检测的方法，简称斜射法。进行检测的方法，简称斜射法。在具体检测中，采用在具体检测中，采用横波探伤横波探伤，因此，因此，又称又称横波法横波法。(2)斜探头的主要参数斜探头的主要参数:横波折射角横波折射角；简称折射角折射角；探头探头K值值:K=tg.超声波频率超声波频率:f.(3)示波屏上的缺陷显示情况：示波屏上的缺陷显示情况：TTTFB a.无缺陷无缺陷 b.有缺陷有缺陷 c.端角波端角波(4)几何关系术语几何关系术语入射点入
39、射点o；前沿长度前沿长度b声波入射点至探头前端距离；声波入射点至探头前端距离；折射角折射角；探头探头K值值，K=tg;跨距跨距 P1=2tg=2K;半跨距半跨距 P0.5=K;直射法直射法声波声波未经发射未经发射直接对准直接对准缺陷；缺陷；一次反射法一次反射法声波只经过一次反射就对准 了缺陷。几何关系术语的图解几何关系术语的图解图例:直射法直射法一次波法；一次波法；一次反射法一次反射法二次波法二次波法oBP1P0.5bF缺陷水平距离缺陷水平距离 L声程声程Sh直射法图解K=tg=L/h 缺陷水平距离缺陷水平距离 L=Ssin;缺陷深度缺陷深度 h=Scos；工件工件缺陷缺陷Lh一次反射法图解一
40、次反射法图解L=Ssin =SK/1K2h=2Scos =2 L/K；工件工件缺陷缺陷Lhh（5）常用的扫查方式）常用的扫查方式 粗探粗探锯齿型（锯齿型（W）扫查；）扫查；又称又称垂直垂直水平水平扫查；扫查；精探精探转角转角、环绕环绕、垂直垂直、水平水平。铅直铅直水平水平环绕环绕转角转角6）缺陷定位缺陷定位 斜探头定位的复杂性分析：斜探头定位的复杂性分析：缺陷定位的目的，就是在发现缺陷后，如何给出它的缺陷定位的目的，就是在发现缺陷后，如何给出它的三维坐标，并在图纸上表示清楚。习惯上，采用直角坐标三维坐标，并在图纸上表示清楚。习惯上，采用直角坐标来表示。即给出来表示。即给出X,Y,h.参见下图参
41、见下图:工件工件XyLY=yLAAFLyhFAA（6）缺陷定位缺陷定位 重点讲一种重点讲一种水平水平1:1定位法定位法 即斜探头进行焊缝缺陷定位的方法。即斜探头进行焊缝缺陷定位的方法。首先完成首先完成水平水平1:1定位（借助标准试块）定位（借助标准试块）由于已知探头由于已知探头K值，故可直接计算值，故可直接计算 L50和和L100：其中，其中，L5050K/1K2 ;L100=2 L50 CSK-1A标准试块标准试块图例图例R50R10030091L50L100100200CTS-22型超声波探伤仪面板图衰减器衰减器增益增益脉冲移位脉冲移位深度微调深度微调深度粗调深度粗调电源指示电源指示电源开
42、关电源开关然后然后,利用利用CSK-1A标准试块标准试块上的同心圆弧上的同心圆弧R50，R100为为人工反射体人工反射体，将斜探头的入，将斜探头的入射点射点对准对准同心圆弧同心圆弧R50，R100的的圆心圆心（此（此时回波最高），并利用时回波最高），并利用水平移位旋纽水平移位旋纽和和深深度调节旋纽度调节旋纽使同心圆弧使同心圆弧R50，R100的回波的回波分别分别对准时基线上的对准时基线上的L50和和L100。这样，就完成了水平这样，就完成了水平1:1定位调节。此后的定位调节。此后的探伤过程千万不要再动水平移位旋纽和深探伤过程千万不要再动水平移位旋纽和深度调节旋纽。否则，就会破坏刚刚调好的度调节
43、旋纽。否则，就会破坏刚刚调好的定位关系。定位关系。2.6 超声波探伤系统2.6.1 2.6.1 超声波检测系统组成超声波检测系统组成 (1)(1)超声波超声波探头；探头；(2)(2)超声波超声波探伤仪；探伤仪；（3 3）测试线；测试线；（4 4）试块试块/工件；工件；（5 5）耦合剂。耦合剂。(1)(1)探头探头:直探头直探头 外壳外壳压电晶片压电晶片引线引线阻尼块阻尼块 斜探头斜探头o有机玻璃楔块有机玻璃楔块阻尼材料阻尼材料压电晶片压电晶片引线引线握柄握柄外壳外壳入射点入射点斜探头的参数选择 为了保证斜探头检测时，尽可能使用为了保证斜探头检测时，尽可能使用直直射法射法或或一次反射法一次反射法
44、探伤。应注意：探伤。应注意：a.板厚较大板厚较大时时,选择选择K值较小值较小的探头；的探头；按按深度深度1:1定位法定位法进行初始定位。进行初始定位。b.板厚板厚较薄较薄时时,选择选择K值较大值较大的探头；的探头；按按水平水平1:1定位法定位法进行初始定位。进行初始定位。2 2）探伤仪探伤仪衰减器衰减器增益增益脉冲移位脉冲移位深度微调深度微调深度粗调深度粗调电源指示电源指示电源开关电源开关强调一点超声波探伤仪在工作时，其始波T是不依赖探头而存在的！这时因为：始波作为一种标志信号，直接通过内部电路馈送而来的，它不是反射信号！直探头探伤时，要求始波前沿对准0刻度！斜探头探伤时，由于探头内部楔块已经
45、有一段声程S0，因此不再要求始波对准0刻度！（3）试块 超声波检测，离不开试块。其作用比象质计还要大！试块分为：标准试块和对比试块两类。它们都是超声波检测的辅助工具。用来模拟各种工艺缺陷，对超声检测系统的灵敏度进行调整！试块中精心设计了各种人工反射体，并进行了科学布置。标准试块与对比试块的定义标准试块标准试块(standard test block)指材质、形状和尺寸均指材质、形状和尺寸均经主管机关经主管机关或或权权威机构威机构鉴定的试块鉴定的试块。也叫。也叫校准试块校准试块。用于对用于对超声检测装置超声检测装置或或系统系统的的性能测试性能测试及及灵敏度调整灵敏度调整。对比试块对比试块（ref
46、erence block）用于用于调整超声检测系统灵敏度调整超声检测系统灵敏度或或比较缺比较缺陷大小陷大小的试块。也叫的试块。也叫参考试块参考试块。一般采用。一般采用与被检材料特性与被检材料特性相似相似的材料的材料制成。制成。标准试块示例 (1)CS (1)CS1 1试块试块 尺寸参数：尺寸参数：高高H=225mm；直径直径70mm；底部平底孔底部平底孔2mm；孔深孔深h=25mm.作用：标定仪器灵敏度！作用：标定仪器灵敏度！试块示例（2)2)CSK-1ACSK-1A试块试块 R50R10030091L50L100100200CSK-1ACSK-1A 试块的作用试块的作用 标定标定探头探头K值
47、值；测试测试分辨力分辨力；测试探伤仪的测试探伤仪的水平线性水平线性；进行斜探头的进行斜探头的垂直垂直或或水平水平1：1定位定位；测试斜探头的测试斜探头的入射点入射点等等。等等。2.6.2 超声波超声波探伤仪基本性能探伤仪基本性能简介简介（1）垂直线性垂直线性回波波高与放大系统的回波电压回波波高与放大系统的回波电压 信号信号成正比关系成正比关系的程度。因此，又称为的程度。因此，又称为 放大线性放大线性或或波幅线性波幅线性。它涉及对它涉及对缺陷的定量缺陷的定量。合格仪器一般要求合格仪器一般要求8%8%。（2）水平线性水平线性探伤仪示波屏探伤仪示波屏时基线时基线上的伤波前上的伤波前 沿沿读数读数与与
48、实际声程实际声程成正比关系成正比关系的程度。的程度。又称又称时基线性时基线性、扫描线性扫描线性或或距离线性距离线性。它涉及对它涉及对缺陷的定位缺陷的定位。合格仪器一般要求合格仪器一般要求2%2%。（3）动态范围动态范围回波波高从回波波高从100至完全消失，衰至完全消失，衰 减器减器db值的改变量。一般大于值的改变量。一般大于26db。2.6.32.6.3 超声波超声波检测系统的组合性能检测系统的组合性能 相关标准相关标准GB/T 12604.1-90规定规定:超声检测超声检测系统系统由超声检测仪器、探头由超声检测仪器、探头和电缆组成的系统。和电缆组成的系统。(1)(1)组合灵敏度组合灵敏度用用
49、灵敏度余量灵敏度余量来表示。来表示。指超声检测系统中，以一定电平（或指超声检测系统中，以一定电平（或波高）表示的波高）表示的标准缺陷探测灵敏度标准缺陷探测灵敏度与与最大最大探测灵敏度探测灵敏度之间的之间的差值差值。用。用dbdb数数表征。表征。该值越大，表明该系统的组合灵敏度越该值越大，表明该系统的组合灵敏度越好。即好。即灵敏度余量灵敏度余量越大。越大。(2)(2)组合盲区（组合盲区（dead zonedead zone）在在一定探伤灵敏度一定探伤灵敏度下，从被检件下，从被检件探测探测面面到到最近可探缺陷最近可探缺陷之间之间距离距离。换言之，在此区间内，系统无法有效换言之，在此区间内，系统无法
50、有效发现缺陷。发现缺陷。注释注释：发现不了缺陷：发现不了缺陷成为成为“盲盲”；一定范围内都一定范围内都“发现不了缺陷发现不了缺陷”，便构成便构成“盲区盲区”！（组合盲区测定是实验内容之一组合盲区测定是实验内容之一）盲区的示意图超声波探伤仪示波屏T盲区盲区100 80 60 40 20 0F(3)(3)组合分辨力（组合分辨力（resolutionresolution）指超声探伤系统能够指超声探伤系统能够区分区分深度方向深度方向一定一定大小大小的的两个相邻缺陷两个相邻缺陷的的能力能力。这一组合性能，需借助这一组合性能，需借助CSK-1ACSK-1A标准试块标准试块来完成。图示如下：来完成。图示如下