无损探伤基础知识.ppt

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1、无损探伤基础知识无损探伤基础知识无损探伤基础知识一、超声波探伤物理基础一、超声波探伤物理基础 1、超声波是一种机械波、超声波是一种机械波 机械振动：物体沿直线或曲线，在某一平衡机械振动：物体沿直线或曲线，在某一平衡位置附近，作往复周期性的运动称为机械振动。位置附近，作往复周期性的运动称为机械振动。机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波，如水波、声波、超声波。称为机械波，如水波、声波、超声波。产生机械波的条件产生机械波的条件:1)、要有作机械振动的波源、要有作机械振动的波源 2)、要有能传播机械振动的弹性介质、要有能传播机械振动的弹性介质2、波

2、长、波长、波速、波速C、频率、频率 波长：同一波线上相邻两振动相位相同波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离。的质点间的距离。频率：波动过程中，任一给定点在频率：波动过程中，任一给定点在1秒秒内能通过的完整波的个数。内能通过的完整波的个数。波速：波动在弹性介质中，单位时间内波速：波动在弹性介质中，单位时间内所传播的距离。所传播的距离。三者关系三者关系C=3、次声波、声波和超声波、次声波、声波和超声波 次声波：频率低于次声波：频率低于20HZ的机械波的机械波 声波：频率在声波：频率在2020000HZ的机械波的机械波 超声波：频率高于超声波：频率高于20KHZ的机械波的机械波4、超声波

3、特性：、超声波特性：方向性好，犹如一束手电筒灯光在黑暗方向性好，犹如一束手电筒灯光在黑暗中寻找到所需物品。中寻找到所需物品。能量高能量高 能在界面上产生反射，折射和波型转换能在界面上产生反射，折射和波型转换 穿透能力强穿透能力强5、超声波类型、超声波类型 a、按质点的振动方向分类、按质点的振动方向分类 纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向相同纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向相同的波。的波。横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波。直的波。表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的

4、波。表面波在介质传播时，介质沿介质表面传播的波。表面波在介质传播时，介质表面质点作椭圆运动，是纵波与横波的合成，表面表面质点作椭圆运动，是纵波与横波的合成，表面波只能在固体表面传播。波只能在固体表面传播。板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波。板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波。b、按波的形状分类、按波的形状分类 平面波：波阵面为互相平行的平面的波。平面波：波阵面为互相平行的平面的波。柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。球面波：波阵面为同心球面的波。球面波：波阵面为同心球面的波。6、声速：、声速：纵波：钢纵波：钢5900m/s,铝铝6300m/s,水水1

5、500m/s,有机玻璃有机玻璃2700m/s,空气空气340m/s 横波：只能在固体中传播横波：只能在固体中传播,钢钢3200m/s,铝铝3130m/s,有机玻璃有机玻璃1120m/s 表面波：声速大约为横波的表面波：声速大约为横波的0.9倍，纵波的倍，纵波的0.45倍。倍。7、超声波垂直入射到平面的反射和透射、超声波垂直入射到平面的反射和透射当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将在第一介质中产生一个入射波方向相反的反射波，在第一介质中产生一个入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波

6、。设入射波声压为波。设入射波声压为P0，反射声，反射声压为压为Pr，透身声，透身声压为压为Pt则其声波反射率则其声波反射率 r=Pr/Po=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)声压透射率声压透射率t=Pt/Po=2Z2/(Z2+Z1)Z1 Z2 Po Pt Pr8、超声波斜射到平面上的反射与折射、超声波斜射到平面上的反射与折射 波型转换：当超声波倾斜入射到异质界面时，除了波型转换：当超声波倾斜入射到异质界面时，除了产生了入射波同类型的反射波和折射波以外，还会产产生了入射波同类型的反射波和折射波以外，还会产生与入射波不同类型的反射波和折射波，称为波型转生与入射波不同类型的反射波和折射波，称为波型转换。

7、波型转换只可能在固体中产生。换。波型转换只可能在固体中产生。第一临界角：超声波纵波倾斜入射到界面上，若第二第一临界角：超声波纵波倾斜入射到界面上，若第二介质纵波波速介质纵波波速CL2大于第一介质中纵波波大于第一介质中纵波波CL1，即，即CL2 CL1，则纵波折射角，则纵波折射角LL，随着，随着L增加，增加，L也增加，当也增加，当L增加到一定程度时增加到一定程度时L=90，这时所对，这时所对应纵波入射角称为第一临界角。当应纵波入射角称为第一临界角。当L=1时，第二介时，第二介质中存在折射横波，不存在折射纵波。质中存在折射横波，不存在折射纵波。第二临界角：超声波倾斜入射到界面上，若第二介第二临界角

8、：超声波倾斜入射到界面上，若第二介质中的横波波速质中的横波波速Cs2大于是第一界质中的纵波波速大于是第一界质中的纵波波速CL1，即，即Cs2 CL1，则横波折射角，则横波折射角s大于纵波入射大于纵波入射角角L，随着，随着L增加，增加，s也增加，当也增加，当L增加到一定程增加到一定程度时度时s=90，这时所对应纵波入射角为第二临界角。，这时所对应纵波入射角为第二临界角。第三临界角：超声波倾斜入射到界面上，（若第二第三临界角：超声波倾斜入射到界面上，（若第二介质中的横波声速介质中的横波声速C）在第一介质中产生反射纵波和）在第一介质中产生反射纵波和横波，由于在同一介质中，纵波声速横波，由于在同一介质

9、中，纵波声速CL1恒大于横波恒大于横波声速声速Cs1，所以纵波反射角，所以纵波反射角L恒大于横波入射角恒大于横波入射角S，即即LS，随着随着S增加增加L也增加，当也增加，当S增加到一定增加到一定角度时，角度时，L=90，这时横波入射角称为第三临界角。，这时横波入射角称为第三临界角。第一、二临界角的物理意义第一、二临界角的物理意义:当当L时，第二介质中，既无折射横波又无时，第二介质中，既无折射横波又无折射纵波。折射纵波。例：有机玻璃中纵波声速例：有机玻璃中纵波声速CL1=2700m/s，钢中纵波，钢中纵波CL2=5900m/s，Cs2=3230m/s，求此有机玻璃横波斜探头，求此有机玻璃横波斜探

10、头，纵波入射角的范围。纵波入射角的范围。为实现单一横波探伤，纵波入射角为实现单一横波探伤，纵波入射角L的范围为的范围为27.657.6。第三临界的物理意义：第三临界的物理意义：当当s时，第一介时，第一介L质中只存在反射横波，不存在反质中只存在反射横波，不存在反射纵波。射纵波。9、超声波衰减、超声波衰减 主要包括扩散衰减，散射衰减和吸收衰减。主要包括扩散衰减，散射衰减和吸收衰减。a、扩散衰减：由于波束的扩散引起的衰减，随、扩散衰减：由于波束的扩散引起的衰减，随着声波传播距离的增加，波束截面越来越大，单着声波传播距离的增加，波束截面越来越大，单位面积上的能量逐渐减小。位面积上的能量逐渐减小。散射衰

11、减：声波传播过程中遇到声阻抗不同的散射衰减：声波传播过程中遇到声阻抗不同的界质界面产生反射，折射和波型转换。界质界面产生反射，折射和波型转换。吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质质点间的内摩擦和热传导引起的衰减。质点间的内摩擦和热传导引起的衰减。10、关于纵波发射声场（圆盘声源）、关于纵波发射声场（圆盘声源）圆盘声源轴线上声压分布圆盘声源轴线上声压分布 波源附近的轴线上声压上下起伏变化，存在若干个极大波源附近的轴线上声压上下起伏变化，存在若干个极大极小值，距波源的距离越近，声压极大极小值的点就越密。极小值，距波源的距离越近，声压极大极小值的点就越密。

12、声学上把由子波的干涉在波源附近的轴线上产生一系列声声学上把由子波的干涉在波源附近的轴线上产生一系列声压极大极小值的区域称为超声场的近场区压极大极小值的区域称为超声场的近场区.超声波是由探头的压电晶片（波源）发出的，而这个波源超声波是由探头的压电晶片（波源）发出的，而这个波源可以看作由许多发射波的子波源组成，这些子波波源作同可以看作由许多发射波的子波源组成，这些子波波源作同相位同振幅振动，各自发出球面子波，并互相叠加产生干相位同振幅振动，各自发出球面子波，并互相叠加产生干涉，使一些地方声压互相加强，另一些地方互相减弱涉，使一些地方声压互相加强，另一些地方互相减弱。超声场的近场长度与波长与反比，与

13、波源面积成超声场的近场长度与波长与反比，与波源面积成正比，超声波频率越高，波长愈短，超声场的近场正比，超声波频率越高，波长愈短，超声场的近场长度就愈长，波源面积越大，近场区长度就越长。长度就愈长，波源面积越大，近场区长度就越长。由于近场区存声压极大值极小值，处于声压极大由于近场区存声压极大值极小值，处于声压极大值处的较小缺陷可能回波较高，而处于极小值处的值处的较小缺陷可能回波较高，而处于极小值处的较大缺陷可能回波较低，因此超声波探伤时问题尽较大缺陷可能回波较低，因此超声波探伤时问题尽量避免在近场区定量。量避免在近场区定量。波束半扩散角为：波束半扩散角为：=70/D 未扩散区与扩散区，未扩散区用

14、未扩散区与扩散区，未扩散区用b表示。表示。当当Xb1.64N，波束可视为直径为，波束可视为直径为D圆柱体，圆柱体，波阵面近似平面，波束并不扩散，因此，这一波阵面近似平面，波束并不扩散，因此，这一区域内的声场可视为平面波声场，平均声压基区域内的声场可视为平面波声场，平均声压基本不变，实际探伤中薄板成块或工件，前几次本不变，实际探伤中薄板成块或工件，前几次底波高度相差无几就是这个原因。底波高度相差无几就是这个原因。Xb区域内，波束开始扩散，称为扩散区，区域内，波束开始扩散，称为扩散区，这时主波束可视为底面直径为这时主波束可视为底面直径为D的截头圆锥体，的截头圆锥体，当当X3N波速按球面波规律扩散。

15、波速按球面波规律扩散。11、规则反射体的回波声压（条件、规则反射体的回波声压（条件X3N）a 平底孔的回波声压平底孔的回波声压b 长横孔的回波声压长横孔的回波声压 c 球孔的回波声压球孔的回波声压 Pf=Pf=d 大平底回波大平底回波 1、超声波探伤仪概述、超声波探伤仪概述作用：超声波探伤仪是超声波探伤的主体设备，作用：超声波探伤仪是超声波探伤的主体设备，作用是产生振荡并加于换能器作用是产生振荡并加于换能器探头，激励探探头，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定方式显示出来，从而得到被探工件大，通过一定方式显示出来，从而得到被探工

16、件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。仪器分类：仪器分类：a按超声波的连续性分类，分为：脉冲波探伤仪、按超声波的连续性分类，分为：脉冲波探伤仪、连续波探伤仪、调频波探伤仪。连续波探伤仪、调频波探伤仪。二、仪器探头二、仪器探头脉冲波探伤仪：仪器通过探头向工件周期性地发射脉冲波探伤仪：仪器通过探头向工件周期性地发射不连续且频率不变的超声波，根据超声波的传播时不连续且频率不变的超声波，根据超声波的传播时间及幅度判断工件中缺陷位置和大小，这是目前应间及幅度判断工件中缺陷位置和大小，这是目前应用最广泛的探伤仪。用最广泛的探伤仪。连续波探伤仪：仪器通过探头向工件发射连续

17、且频连续波探伤仪：仪器通过探头向工件发射连续且频率不变的超声波，根据透过工件的超声波强度变化率不变的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小。判断工件中有无缺陷及缺陷大小。调频波探伤仪：仪器通过探头向工件中发射连续的调频波探伤仪：仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。差频变化情况判断工件中有无缺陷。b按缺陷显示方式分类：按缺陷显示方式分类：A型显示探伤仪、型显示探伤仪、B型显示探伤仪、型显示探伤仪、C型型显示探伤仪。显示探伤仪。A型探伤仪：型探伤仪：A型显示是

18、一种波形显示，探伤仪荧光屏的横坐标型显示是一种波形显示，探伤仪荧光屏的横坐标代表声波的传播时间，纵坐标代表反射波的幅度。代表声波的传播时间，纵坐标代表反射波的幅度。B型探伤仪：型探伤仪：B型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表波的传播时间，因而可以直观地显示出被探工件任一纵截代表波的传播时间，因而可以直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。面上缺陷的分布及缺陷的深度。C型探伤仪：型探伤仪：C型显示也是一种图象显示，探伤仪荧

19、光屏的横坐型显示也是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标与纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。当标与纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。当探头在工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平探头在工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷深度。面图象，但不能显示缺陷深度。A型脉冲探伤仪几个主要组成部分：同步电路、扫型脉冲探伤仪几个主要组成部分：同步电路、扫描电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电描电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路。路。1、探头的作用和原理、探头的作用和原理作用：将电能转换成超声能和将超声能转换为电能作用：将电能

20、转换成超声能和将超声能转换为电能（产生超声波、接收超声波）。（产生超声波、接收超声波）。压电效应：某些晶体受到压力或拉力产生形变时，压电效应：某些晶体受到压力或拉力产生形变时，在晶体的界面上出现电荷的现象叫正压电效应。而在晶体的界面上出现电荷的现象叫正压电效应。而电场的作用下，晶体发生弹性形变的现象叫逆压电电场的作用下，晶体发生弹性形变的现象叫逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。效应。正、逆压电效应统称为压电效应。逆压电效应产生超声波。逆压电效应产生超声波。正压电效应接收超声波正压电效应接收超声波。压电晶体的主要性能参数压电晶体的主要性能参数 a 压电奕变常数压电奕变常数d33压电应变常

21、数表示单位电压产生的形变压电应变常数表示单位电压产生的形变大小。若施加一定电压大小。若施加一定电压a，使厚度变化，使厚度变化ta，则：，则：d33taUa（米伏）。（米伏）。它反映晶体的逆压电特性，它关系着晶它反映晶体的逆压电特性，它关系着晶片的发射灵敏度，片的发射灵敏度，d33大，晶体发射性能大，晶体发射性能好，制作单发射超声波探头，应选用好，制作单发射超声波探头，应选用d33较大的压电晶片。较大的压电晶片。b 压电电压常数压电电压常数g33 压压电电电电压压常常数数表表示示单单位位压压力力产产生生的的相相对对开开路路电电压压的的大大小小，后后施施加加应应力力为为P，晶晶片片产产生生的的电电

22、压压为为Up，则，则g33=Up/P（伏米（伏米/牛顿）。牛顿）。压压电电电电压压常常数数反反映映压压电电晶晶体体的的正正压压电电特特性性，它它关关系系着着晶晶片片的的接接收收灵灵敏敏度度，因因此此也也称称压压电电接接收收系系数数。g33大大，晶晶片片接接收收性性能能好好，接接收收到到微微弱弱的的超超声声波波信信号号就就可可以以产产生生较较高高的的电电压压，制制作作单单接收超声波探头，应选接收超声波探头，应选g33较大的压电晶片。较大的压电晶片。A型脉冲反射式超声波探伤仪的工作过程：型脉冲反射式超声波探伤仪的工作过程：同同步步电电路路产产生生的的触触发发脉脉冲冲,同同时时加加至至扫扫描描电电路

23、路和和发发射射电电路路，扫扫描描电电路路受受触触发发开开始始工工作作，产产生生锯锯齿齿波波扫扫描描电电压压，加加至至示示波波管管水水平平偏偏转转板板，使使电电子子束束发发生生水水平平偏偏转转在在荧荧光光屏屏上上产产生生一一条条水水平平扫扫描描线线。与与此此同同时时，发发射射电电路路受受触触发发产产生生高高频频脉脉冲冲，加加至至探探头头，激激励励压压电电晶晶片片振振动动，在在工工件件中中产产生生超超声声波波。超超声声波波在在工工件件中中传传播播，遇遇缺缺陷陷或或底底面面发发生生反反射射，返返回回探探头头时时，又又被被压压电电晶晶片片转转变变为为电电信信号号，经经接接收收电电路路放放大大和和检检波

24、波，加加至至示示波波管管垂垂直直偏偏转转板板上上，使使电电子子束束发发生生垂垂直直偏偏转转，在在水水平平扫扫描描线线的的相相应应位位置置上上，产产生生缺缺陷陷波波或或底底波波，根根据据缺缺陷陷波波的的位位置置可可以以确确定定缺缺陷陷的的埋埋藏藏深深度度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。同同步步电电路路：又又称称触触发发电电路路，它它每每秒秒产产生生十十至至千千个个脉脉冲冲，用用来来触触发发探探伤伤仪仪其其它它电电路路（扫扫描描电电路路、发发射射电电路路等等），使使之之步步调调一一致，有条不紊地工作。致，有条不紊地工作。扫扫描描电电路路：又又称称时

25、时基基电电路路，用用来来产产生生锯锯齿齿波波电电压压，加加在在示示波波管管水水平平偏偏转转板板上上使使示示波波管管荧荧光光屏屏上上的的光光点点沿沿水水平平方方向向作作等等速速移移动动，产产生生一一条条水水平平扫扫描描线线（即即时时基基线线），（深深度度粗粗调调、微微调调，扫描延迟，都是扫描电路的控制旅钮）。扫描延迟，都是扫描电路的控制旅钮）。发发射射电电路路：利利用用闸闸流流管管或或可可控控硅硅的的开开关关，它它产产生生几几百百伏伏至至上上千千伏伏的的电电脉脉冲冲。电电脉脉冲冲加加于于发发射射探探头头，激激励励压压电电晶晶片片振振动动，使使之发射超声波。之发射超声波。接接收收电电路路由由衰衰减

26、减器器、射射频频放放大大器器、检检波波器器和和视视频频放放大大器器组组成成，它它将将来来自自探探头头的的电电信信号号进进行行放放大大、检检波波，最最后后加加至至示示波波的的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。c 机电耦合系数机电耦合系数K从能量观点出发，压电效应是一种电能和机械能相互转化的从能量观点出发，压电效应是一种电能和机械能相互转化的效应，机械能和电能之间耦合强弱用机电偶合系数效应，机械能和电能之间耦合强弱用机电偶合系数K表示，表示，其定义为：其定义为：电能转化成机械能电能转化成机械能K1=（从逆压电效应考虑）（从逆压电效应考虑）供给的电能供给的电能 机械能转

27、化成电能机械能转化成电能K2=（从正压电效应考虑）（从正压电效应考虑）供给的机械能供给的机械能机电偶合系数关系着晶片转化效率，机电偶合系数关系着晶片转化效率，K大转化效率高，晶片大转化效率高，晶片的发射灵敏度和接收灵敏度，反之则低。的发射灵敏度和接收灵敏度，反之则低。d 居里温度居里温度Tc 所所有有压压电电材材料料当当温温度度达达到到一一定定值值后后，压压电电效效应应会会自自行行消消失失，物物理理学学上上称称该该温温度度为为材材料料的的居居里里温温度度或或居居里里点点。压压电电体体有有上上居居里里温温度度和和下下居居里里温温度度。如如锆锆钛钛酸酸铅铅Tc为为约约300，Tc约约-80，因因此

28、此探探测测高高温温工工件件的的探探头头，应应采采用用上上居居里里点点较较高高的的压压电电晶晶片片，而在寒冷地区应选用下居里温度低者。而在寒冷地区应选用下居里温度低者。e 机械品质因素机械品质因素Qm 压压电电晶晶片片谐谐振振时时贮贮存存的的机机械械能能E贮贮与与在在一一个个振振动动周周期期内内损损耗耗的的能能力力E损损之之比比称称为为机机械械品品质质因因素素。Qm=E贮贮/E损损 (1)机机械械品品质质因因素素Qm反反映映了了压压电电晶晶片片谐谐振振时时由由于于内内摩摩擦擦所所消消耗耗的的机机械械能能的的大大小小Qm大大，机机械械能能损损耗耗小小，灵灵敏敏度度高高，但但脉脉冲冲宽宽度度大大，分

29、分辨辨力力低低，盲盲区区大大。Qm小小则则反反之之。一一般般探探头头中中压压电电晶晶片片背背面面的的吸吸收收声声的的设设置置就就是是为为了了降降低低探探头头的的机机械械品品质质因因素素Qm，从而提高探头的分辨力，减少盲区。，从而提高探头的分辨力，减少盲区。探头的种类结构探头的种类结构a 种类：种类：按波型分为：纵波探头、横波探头，板波探头和按波型分为：纵波探头、横波探头，板波探头和表面波探头。表面波探头。按晶片数目分为：单晶探头、双晶探头和多晶片按晶片数目分为：单晶探头、双晶探头和多晶片探头。探头。按入射声束方向分为：直探头和斜探头。按入射声束方向分为：直探头和斜探头。按频谱分类：宽频带探头和

30、穿行频带探头。按频谱分类：宽频带探头和穿行频带探头。b 探头的结构探头的结构常用探头主要有：直探头、斜探头、表面波探头、常用探头主要有：直探头、斜探头、表面波探头、双晶探头、水浸探头和聚焦探头。双晶探头、水浸探头和聚焦探头。直探头：直探头：压压电电晶晶片片：是是探探头头的的核核心心元元件件，它它的的作作用用是是发发射射和和接接收收超超声声波波。晶晶片片由由压压电电单单晶晶体体按按一一定定方方式式和和一一定定方方向向切切割割而而成成或或由由压压电电陶陶瓷瓷经经极极度度化化制制成成。晶晶片片两两面面敷敷有有作作为为电电极极度度的的银银层层，目目的的是是供供给给晶晶片片的的电电压压均均匀匀，晶晶片片

31、上上电电极极度度接接火火线线引引至至电电路路，底底面则接地线与电路的公共点相接以便形成回路。面则接地线与电路的公共点相接以便形成回路。保护膜：保护膜：压压电电晶晶片片（直直探探头头）前前面面一一般般都都加加保保护护膜膜，作作用用是是保保护护压压电电晶晶片和电极，防止磨损和碰坏。片和电极，防止磨损和碰坏。它它必必须须耐耐磨磨性性能能好好、强强度度高高，材材质质声声衰衰减减小小，透透声声必必能能好好，厚厚度度合合适适。分分为为软软保保护护膜膜和和硬硬保保护护膜膜，硬硬保保护护膜膜常常用用氧氧化化铝铝（刚刚玉）、金属片等，软保护膜常用聚胺脂软性塑料制成。玉）、金属片等，软保护膜常用聚胺脂软性塑料制成

32、。阻尼块：也称吸收块，粘附在压电晶片背面，其阻尼块：也称吸收块，粘附在压电晶片背面，其作用是阻止晶片的惯性振动和吸收晶片背面辐射作用是阻止晶片的惯性振动和吸收晶片背面辐射的声能，从而减小脉冲宽度和杂波信号干扰，阻的声能，从而减小脉冲宽度和杂波信号干扰，阻尼声常用钨粉和环氧树脂按一定比例配制而成。尼声常用钨粉和环氧树脂按一定比例配制而成。表面波探头：表面波探头：是斜探头的一个特例，当斜探头入射角等于第二是斜探头的一个特例，当斜探头入射角等于第二临界角时，由波型转换得到沿被探材料表面传播临界角时，由波型转换得到沿被探材料表面传播的表面波，这种探头称为表面波探头。的表面波，这种探头称为表面波探头。双

33、晶探头：又称联合双探头或分割式双晶探头：又称联合双探头或分割式TR探头，这种探头含探头，这种探头含两个压电晶片，装在同一个壳体内。一个晶片发射，另一两个压电晶片，装在同一个壳体内。一个晶片发射，另一个晶片接收，两个晶片之间用隔声层隔开。防止发射声波个晶片接收，两个晶片之间用隔声层隔开。防止发射声波直接串入接收晶片。晶片前带有机玻璃延迟块使声波延迟直接串入接收晶片。晶片前带有机玻璃延迟块使声波延迟一段时间进入工件。由于使用了延迟块，所以大大减小了一段时间进入工件。由于使用了延迟块，所以大大减小了盲区，利于近表面检测。多数双晶探头的两个晶片都倾斜盲区，利于近表面检测。多数双晶探头的两个晶片都倾斜一

34、定角度（一定角度（3-18）若两个晶片同时发射超声波束，使其交）若两个晶片同时发射超声波束，使其交叉覆盖区即为探伤区，声束中心线交点叉覆盖区即为探伤区，声束中心线交点F处灵敏度最高，离处灵敏度最高，离开开F点灵敏度降低很快。改变晶片倾角，可改变交点点灵敏度降低很快。改变晶片倾角，可改变交点F处的处的位置和覆盖区的大小。倾角越大，交点位置和覆盖区的大小。倾角越大，交点F离探测面愈近，覆离探测面愈近，覆盖区越短粗，探测厚度越小；倾角愈小，交点盖区越短粗，探测厚度越小；倾角愈小，交点F离探测面愈离探测面愈远，覆盖区越窄长，探测厚度越大。远，覆盖区越窄长，探测厚度越大。1、探伤方法概述、探伤方法概述按

35、按原原理理分分类类：可可分分为为脉脉冲冲反反射射法法、穿穿透透法法和和共共振振法法脉脉冲冲反反射射法法：超超声声波波以以持持续续极极短短的的时时间间发发射射脉脉冲冲到到被被检检工工件件内内，根根据据反反射射波波的的情情况况来来检检测测试试件件缺缺陷陷的的方方法法。按按判判断断缺缺陷陷情情况况的的回回波波性性质质，脉脉冲冲反反射射法法还还可分为：可分为：a 缺缺陷陷回回波波法法：根根据据示示波波屏屏上上显显示示的的缺缺陷陷探探探探探探伤伤图形进行判断的探伤图形进行判断的探伤 b 底底波波回回波波高高度度法法：依依据据底底波波回回波波高高度度变变化化判判断断试件缺陷情况的探伤方法试件缺陷情况的探伤

36、方法 c 底面多次回波法底面多次回波法三、超声波探伤方法和通用探伤技术三、超声波探伤方法和通用探伤技术穿透法：是依据脉冲波或连续波穿透试件后的穿透法：是依据脉冲波或连续波穿透试件后的能量变化来判断缺陷情况的方法。能量变化来判断缺陷情况的方法。共振法：若声波在被检工件内传播，当试件的共振法：若声波在被检工件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长或半波长的整数倍时，厚度为超声波的半波长或半波长的整数倍时，由于入射波和反射波的相位相同，则引起共振，由于入射波和反射波的相位相同，则引起共振，因而食品可显示出共振频率步，用相邻两个共因而食品可显示出共振频率步，用相邻两个共振频率之差，由公式振频率之差，由公

37、式=C/Z(fn-fn-1)算出试件算出试件厚度，当试件内存在缺陷时，将改变试件的共厚度，当试件内存在缺陷时，将改变试件的共振频率。根据试件的共振特性，来判断缺陷情振频率。根据试件的共振特性，来判断缺陷情况的方法称为共振法。常用于测厚。况的方法称为共振法。常用于测厚。按波形分为：纵波法、横波法、表面波法、板按波形分为：纵波法、横波法、表面波法、板波法。波法。表面波波长比横波还短，因此衰减也大于横表面波波长比横波还短，因此衰减也大于横波，同时它仅沿表面传播对于表面上的复层、油波，同时它仅沿表面传播对于表面上的复层、油污、不光洁等声束反应敏感，并被大量衰减，利污、不光洁等声束反应敏感，并被大量衰减

38、，利用此特点，可以通过手沾油在声束传播方向上进用此特点，可以通过手沾油在声束传播方向上进行触摸并观察缺陷回波高度的变化，对缺陷定位。行触摸并观察缺陷回波高度的变化，对缺陷定位。按探头数目分类：单探头法、双探头法、多探按探头数目分类：单探头法、双探头法、多探头法。头法。按探头接触方式分类：直接接触法、液浸法。按探头接触方式分类：直接接触法、液浸法。2、仪器与探头的选择、仪器与探头的选择探伤仪的选择探伤仪的选择a 对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。b 对对于于定定量量要要求求高高的的情情况况，应应选选择择垂垂直直线线性性好好，衰衰减

39、减精精度度高高的仪器。的仪器。c 对对于于大大型型零零件件的的探探伤伤应应选选择择灵灵敏敏度度余余量量高高，信信噪噪比比高高，功功率大的仪器。率大的仪器。d 为为了了有有效效地地发发现现近近表表面面缺缺陷陷和和区区分分相相邻邻缺缺陷陷，应应选选择择盲盲区区小，分辨力好的仪器。小，分辨力好的仪器。e 对对于于室室外外现现场场探探伤伤，应应选选择择重重量量轻轻、荧荧光光屏屏亮亮度度好好，抗抗干干扰能力强的携带式仪器。扰能力强的携带式仪器。探头的选择探头的选择钢板中、锻件中的夹层、折叠等缺陷，应选用直钢板中、锻件中的夹层、折叠等缺陷，应选用直探头探伤。探头探伤。焊缝中的未焊透、夹渣、未熔合等缺陷应选

40、用斜焊缝中的未焊透、夹渣、未熔合等缺陷应选用斜探头探伤。探头探伤。表面波探头用于探测工件表面缺陷。表面波探头用于探测工件表面缺陷。双晶探头用于探测工件近表面缺陷。双晶探头用于探测工件近表面缺陷。聚焦探头用于温婉探测管材或板材聚焦探头用于温婉探测管材或板材频率选择：频率选择：频率高、灵敏度和分辨力高，指向性好，对探频率高、灵敏度和分辨力高，指向性好，对探伤有力，但频率高，近场区长度大，衰减大，又对伤有力，但频率高，近场区长度大，衰减大，又对探伤不利。实际探伤中，一般在保证探伤灵敏度的探伤不利。实际探伤中，一般在保证探伤灵敏度的情况下尽可能选择较低的频率。情况下尽可能选择较低的频率。对于晶粒较细的

41、锻件、轧制件和焊接件一般选用较对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件一般选用较高的频率，常用高的频率，常用2.5-5MHz。对于晶粒粗大的铸件或。对于晶粒粗大的铸件或奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用0.5-2.5MHz，如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现林状回波，信噪比下降，甚至无法判伤。林状回波，信噪比下降，甚至无法判伤。晶片直径的选择：晶片直径的选择：晶片直径大小对探伤也有一定的影响，选择晶片尺寸要考晶片直径大小对探伤也有一定的影响，选择晶片尺寸要考虑以下因素：虑以下因素：a 由由Qo=arsin1.22/D

42、可知晶片直径增加，半扩散角、波束指可知晶片直径增加，半扩散角、波束指向性变好，超声能量集中，对探伤有力。向性变好，超声能量集中，对探伤有力。b 由由N=D2/可知，晶片尺增加，近场区长度迅速增加，对探可知，晶片尺增加，近场区长度迅速增加，对探伤不利。伤不利。c 晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头束扩散区范围大，晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头束扩散区范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。实际探伤中，探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效实际探伤中，探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效率，选用晶片探头。探伤厚度大的工件时，

43、为了有效地发现远率，选用晶片探头。探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷，宜选用大晶片探头。探伤小型工件时，为了提高距离的缺陷，宜选用大晶片探头。探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。探伤表面不太平整，曲缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。探伤表面不太平整，曲率较大的工件时，为了减少耦合损失，宜选用小晶片探头。率较大的工件时，为了减少耦合损失，宜选用小晶片探头。3、耦合与补偿、耦合与补偿耦合剂应满足以下要求：耦合剂应满足以下要求：能润温工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，不能润温工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，不难清洗。难清洗。声阻抗高，透声性能好。声

44、阻抗高，透声性能好。来源广，价格便宜。来源广，价格便宜。对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。性能稳定，不易变质，能长期保存。性能稳定，不易变质，能长期保存。常用耦合剂：常用耦合剂：机油机油 水水 水玻璃水玻璃甘油甘油ZKg/m2.s1.28 1.5 2.17 2.43影响耦合的主要因素：影响耦合的主要因素：耦合厚度的影响。耦合厚度的影响。表面光洁度的影响。表面光洁度的影响。耦合剂声阻抗影响。耦合剂声阻抗影响。工件表面状况影响。工件表面状况影响。4、双晶探头探伤、双晶探头探伤 优点：具有盲区小，对近距离优点：具有盲区小，对近距离F探测灵敏度高，探测灵敏度高

45、，分辨强，弥补了普通单直探头盲区大、分辨力低的缺分辨强，弥补了普通单直探头盲区大、分辨力低的缺点。点。探测范围：离心辊外层、铸钢工作辊工作层、冷辊探测范围：离心辊外层、铸钢工作辊工作层、冷辊工作层。工作层。1、离心辊检测方法：、离心辊检测方法：水平较准，将水平较准，将50试块的侧面试块的侧面B1调至水平调至水平50%位置，位置，B2调至水平调至水平100%位置位置5平底孔一次回波调至平底孔一次回波调至80%作为探伤灵敏度作为探伤灵敏度发现缺陷，应予以详细记录，包括非超检缺陷发现缺陷，应予以详细记录，包括非超检缺陷 2、铸钢辊、冷辊工作层检测方法：、铸钢辊、冷辊工作层检测方法：探探头头：选选用用

46、角角度度适适宜宜的的双双晶晶直直探探头头，如如探探测测深深度度较较大大，应选晶片角度较小的探头，反之选角度较大的探头。应选晶片角度较小的探头，反之选角度较大的探头。试块：采用纵波双晶直探头标准试块。试块：采用纵波双晶直探头标准试块。灵灵敏敏度度：及及距距离离波波同同线线：依依据据需需要要选选择择不不同同直直径径平平底底孔孔的的试试块块，并并依依次次测测试试一一组组不不同同检检测测距距离离的的平平底底孔孔（至至少少3个个），调调衰衰减减器器，使使其其中中回回波波最最高高的的幅幅度度达达到到80%fs,不不改改变变仪仪器器的的参参数数，测测出出其其他他平平底底孔孔回回波波的的最最高高点点，将将其其

47、标标在在荧荧光光屏屏上上，并并连连接接这这些些点点，即即是是对对应应不不同同直直径径平平底底孔孔的的纵纵波波双双晶晶探探头头的的距离波幅曲线，并以此作为检验灵敏度。距离波幅曲线，并以此作为检验灵敏度。发现缺陷，予以详细记录。发现缺陷，予以详细记录。一、概述：当被磁化的铁磁性材料表面或近表面存在缺陷一、概述：当被磁化的铁磁性材料表面或近表面存在缺陷（或组织状态的变化）从而导致该处的磁阻有足够的变大（或组织状态的变化）从而导致该处的磁阻有足够的变大时，在材料表面空间可形成漏磁场，将微细的铁磁性粉末时，在材料表面空间可形成漏磁场，将微细的铁磁性粉末（磁粉）施加在表面上，漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示出（

48、磁粉）施加在表面上，漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示出缺陷的存在及形状，是为磁粉检测。它是漏磁场检测的一缺陷的存在及形状，是为磁粉检测。它是漏磁场检测的一种方法。种方法。磁粉探伤部分磁粉探伤部分二、优点：能直观显示缺陷的形状、大小、位置，并可大二、优点：能直观显示缺陷的形状、大小、位置，并可大致确定其性质；具有高的灵敏度，可检出的缺陷最小宽度致确定其性质；具有高的灵敏度，可检出的缺陷最小宽度为为1um；几乎不受试件大小和形状的限制；检测速度快，；几乎不受试件大小和形状的限制；检测速度快，工艺简单，费用低廉。工艺简单，费用低廉。局限性：只能用于铁磁性材料；只能发现表面和近表面缺局限性：只能用于铁磁性材

49、料；只能发现表面和近表面缺陷，可探测的深度一般在陷，可探测的深度一般在1-2mm；磁化场的方向应与缺陷；磁化场的方向应与缺陷的主平面相交，夹角应在的主平面相交，夹角应在45-90，有时还需从不同方向进，有时还需从不同方向进行多次磁化；不能确定缺陷的埋藏深度和自身高度；宽而行多次磁化；不能确定缺陷的埋藏深度和自身高度；宽而浅的缺陷也难以检出；也不是所有的铁磁性材料都能采用，浅的缺陷也难以检出；也不是所有的铁磁性材料都能采用，铁素体钢当磁场强度铁素体钢当磁场强度2500A/m时，相对磁导率为时，相对磁导率为300，不，不锈钢的铁素体含量应大于锈钢的铁素体含量应大于70%；检测后常需退磁和清洗；检测

50、后常需退磁和清洗；试件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物质。试件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物质。三、三、常用磁化方法常用磁化方法一、渗透检测的基本原理一、渗透检测的基本原理 及特点及特点 在在被被检检材材料料或或工工件件表表面面上上浸浸涂涂某某些些渗渗透透力力比比较较强强的的液液体体，利利用用液液体体对对微微细细空空隙隙的的渗渗透透作作用用，将将液液体体渗渗入入空空隙隙中中，然然后后用用水水和和清清洗洗材材料料或或工工件件表表面面的的剩剩余余渗渗透透液液，然然后后再再用用显显示示材材料料涂涂在在被被检检工工件件的的表表面面，经经毛毛细细管管作作用用、将将空空隙隙中中的的渗渗透透液液吸吸出