超声波4

第二章超声波检测技术2.1概述2.2超声波的分类2.3声场及介质的声参量2.4超声波在介质中的传播特性2.5超声波检测仪、探头及试块2.6超声波检测方法和通用检测技术2.7超声波测厚2.8超声波检测应用实例2第六节超声波检测方法和通用检测技术6.1超声波检测方法分类6.2仪器选择及探头设计6.3耦合6.4检测仪的调节第六节超声波检测方法和通用检测技术6.1超声波检测方法分类：共四种分类方法一、按实现的原理分类二、按波型分类三、按探头数目分类四、按接触方式分类4第六节超声波检测方法和通用检测技术6.1超声波检测方法分类：一、按原理分类，分为：1、脉冲反射法缺陷回波法底波高度法多次底波法2、穿透法3、共振法第六节超声波检测方法和通用检测技术51、脉冲反射法：把脉冲超声波发射到试件中，根据反射波的情况来检测试件中缺陷的方法。⑴、缺陷回波法：根据仪器示波屏上缺陷反射波形进行缺陷判断的方法。6⑵、底波高度法：根据底面回波高度判断试件内缺陷情况的方法。适应于无断裂性缺陷。优点：不易出现盲区，同样大的缺陷得到同样的显示缺点：定位、定量不便、灵敏度低7⑶、多次底波法：超声波在探测面和底面之间往复传播多次，根据底面回波的次数判断试件中缺陷情况的方法。缺陷存在时，底波数量会减少、高度下降会较快，高度变化的规律性差82、穿透法：依据脉冲波或连续波透过试件之后的波形（透射波）变化来判断试件内缺陷情况的方法。T:发射器R：接收器93、共振法：频率可调的连续波在试件中传播，当试件厚度为声波半波长的整数倍时，将引起共振。当试件中存在缺陷或厚度发生变化时，共振频率将发生变化，依据共振频率的变化情况来判断试件中缺陷或厚度变化的方法称为共振法。共振法主要用于测厚，依据：)(22210mmffCfCδ工件厚度、f0工件的固有频率、λ波长、C声速fm－fm－1相邻的共振频率10二、按波型分类：纵波法（垂直法）横波法（斜角法）表面波法（瑞利波法）板波法（兰姆波法）爬波法111、纵波法（垂直法）：用直探头发射纵法进行探伤的方法，称为纵波法，又称为垂直法。纵波法主要用于探测与检测面平行的缺陷，常用于板、管、棒材等变形材料和锻件、焊缝检测，有时也用于铸件。122、横波法（斜角法）：利用波型转换在试件中产生横波进行探伤的方法称为横波法，又称斜角法探伤。横波探伤主要用于检测与探测面倾斜的缺陷，常用于薄壁管材和焊缝检测，作为一种辅助检测手段，也常用于板材、锻件等的与表面倾斜的缺陷检测。133、表面波法（瑞利波法）：利用表面波探测表面缺陷的方法。适用于检测固体试件的表面缺陷。144、板波法（兰姆波法）：利用板波探测薄板中的缺陷的方法，适用于检测薄板（δ≤4mm）中的缺陷。5、爬波法：利用入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波进行探伤的方法，适用于检测表面比较粗糙的试件表面及表面下的缺陷。15三、按探头数目分类：单探头法双探头法多探头法1、单探头法：用一个探头兼作发射和接收的探伤方法，是目前使用最广泛的方法。2、双探头法：用一个探头发射，一个探头接收的探伤方法，用于检测单探头法难于检出的缺陷。16双探头法双分为并立式、交叉式、V型式、K型式及串列式等。双探头的排列方式并列型、交叉型、V型、K型、串联型173、多探头法：使用两个以上探头成对组合进行探伤的方法，用于多通道探伤仪自动探伤。18四、按接触方式分类：直接接触法液浸法1、直接接触法：探头通过一薄层耦合剂与试件表面直接接触进行探伤的方法。192、液浸法：探头与试件表面之间充有一定厚度的液层的探伤方法。⑴、全浸式：探头和试件均浸入液体中。全浸式20⑵、局部液浸式：探头或试件部分浸入水中或均不浸入水中，以一定方式在探头和试件表面之间保持一定水层进行探伤的方法。a、喷液式：21b、通水式：22c、满溢式：back23第六节超声波检测方法和通用检测技术6.2仪器和探头的选择一、探伤仪的选择二、探头选择三、探头设计24第六节超声波检测方法和通用检测技术6.2仪器和探头的选择一、探伤仪的选择依据：工件检测要求、检测场合考虑因素：1、定位精度—水平线性2、定量精度—垂直线性、衰减器精度3、大型工件—灵敏度余量、信噪比4、小型工件—盲区、分辨力5、自动探伤—自动报警、DAC6、现场探伤—仪器便携性25二、探头选择依据：工件材质、形状、缺陷和技术要求1、探头型式：直探头——探测与探测面平行的缺陷斜探头——控测与探测面倾斜的缺陷表面波探头——探测表面缺陷双晶探头——探测薄件或近表面缺陷聚焦探头——薄壁管水浸探伤或薄件水浸探头——水浸探伤工件262、探头频率（0.5-10MHz)依据：工件材质、厚度、检测要求频率影响：（1）频率高，可发现缺陷小（波的绕射）（2）频率高，脉冲宽度小，分辨力好（3）频率高，指向性好（)（4）频率高，近场区长（）（5）频率高，衰减大（)晶粒较细（锻件、轧制件、焊缝）2.5～5MHz晶粒较粗（铸件、奥氏体钢）0.5～2.5MHzD22.1sin142DN432fFdCs273、探头晶片尺寸D（φ10～φ30）依据：工件厚度、形状晶片尺寸影响：（1）尺寸大，指向性好（）（2）尺寸大，近场长（）（3）尺寸大，能量大，发现远距离缺陷能力强。大尺寸探头—厚大工件小尺探头—薄工件、表面不平整、曲率大的工件。D22.1sin142DN284、斜探头K值(钢中横波折射角的正切值）依据：工件厚度、检测对象、缺陷类型厚工件—大K值薄工件—小K值缺陷方向—主声束垂直于缺陷主平面焊缝—主声束能扫查到整个焊缝截面单面焊未焊透—考虑端角反射，取（K=0.7-1.5)三、探头设计目的：对特殊的待检材料应设计出适合的探头。设计过程：1、对待检测的对象进行金相组织观察，发现特性2、选择探头类型纵波探头、横波探头还是脉冲探头？3、K值设计要考虑到K值对声程的影响4、选择合适的频率频率越高，指向性越好，但更容易散射、受晶粒影响大。5、晶片尺寸的设计考虑超声近场的长度、波源面积等因素6、探头前沿l的设计K值一定时，前沿越短搜查范围越大最后要验证所设计的探头，再应用于实际检验。back31第六节超声波检测方法和通用检测技术6.3耦合与补偿一、耦合与耦合剂1、耦合—超声波在探测面上的声强透射率。2、耦合剂—在探头和工件表面之间施加的一层透声介质。3、耦合剂的要求：能润湿探头和工件表面，流动性和粘度附着力适当，易于清洗；声阻抗高，透声性好；来源广，价格便宜；对工件无腐蚀，无污染，对人体无害；性能稳定，不易变质，能长期保存。324、常用耦合剂机油、变压器油、水、水玻璃、甘油化学浆糊、纤维素33二、影响声耦合的因素1、耦合剂⑴、耦合层厚度：厚度为λ/2的整数倍或很薄时，透声效果好。34⑵、耦合剂声阻抗声阻抗大，透声效果好，声阻抗小，耦合效果差。2、工件表面状态的影响⑴、表面粗糙度；表面粗糙度大，耦合效果差。一般要求6.3μm。35⑵、工件表面形状平面最好，凸面次之，凹面最差。曲面工件，曲率越大，耦合效果越差。三、表面耦合损耗的测定与补偿1、耦合损耗的测定（1）纵波探伤36（2）斜探头直射法探伤37（3）斜探头一次反射法探伤a、工件厚度小于试块厚度时：38b、工件厚度大于试块时：四、耦合方式：1、液体耦合主要性能：a、容易附着在试件表面，能排除空气隙b、声特性阻抗尽量与试件的声阻抗相近c、声阻抗高，透声性好d、对人体无害，对试件无腐蚀等耦合剂机油水水玻璃甘油声阻抗106kg/m2·s1.281.52.172.432、干压耦合在探头下方附以软橡胶或塑料垫压向工件（以软材料取代液体耦合剂）。会产生一定的灵敏度损失。局限性：a、扫查速度低b、待检工件是薄材料时，不能承受探头的压力c、探头不耐用d、轮探头的灵敏度沿轮的圆周方向不均匀3、空气耦合：适用于声特性阻抗较低的材料。主要用于距离测量。4、高温耦合剂：由于用油做耦合剂时，随温度的升高声波速度会下降，衰减和增大。所以采用低熔点的合金材料作为耦合剂。back42一、扫描速度调节目的：使探伤仪扫描线水平刻度值τ与超声波在工件中的实际声程x成一定比例关系，以便在规定的范围内发现缺陷并对其定位。方法：利用试块或工件中两个距离不同的反射体的反射波信号，用仪器“探测范围”、“深度微调”、“延迟”或“水平”旋钮把二反射波前沿调到水平刻度相应位置。（包括扫描速度调节和零点校准）第六节超声波检测方法和通用检测技术6.4探伤仪的调节431、纵波和表面波探伤扫描速度调节44二、探伤灵敏度调节探伤灵敏度：指在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。基准灵敏度：一般指记录灵敏度，用于缺陷定量和等级评定。扫查灵敏度：指实际检测灵敏度，不低于基准灵敏度。目的：发现工件中规定大小的缺陷并对缺陷定量。内容：用仪器“发射强度”、“增益”和“衰减器”等旋钮把最大探测声程上规定反射体的反射波调到荧光屏基准高度。常用方法：试块法、底波计算法、AVG法451、试块法：方法：将探头置于试块上，移动探头，找到人工反射体最大回波，用衰减器把回波调至基准高（一般为荧光屏高度80%）。优点：操作简单，直观。缺点：需要大量试块（不同声程）；需考虑耦合补偿和衰减补偿。462、底波计算法：（x≥3N）理论依据：规则反射体回波声压理论（根据工件底面回波与同深度的人工缺陷回波分贝差为定值。平底孔回波声压：大平底面回波声压：大平底面回波与平底孔回波声压分贝差：BSBxFFP20220ffSxFFFPBfBxxPP222lg20lg2047方法：⑴、计算底波与同声程平底孔波幅分贝差：式中：xf—工件厚度，Φ—平底孔直径⑵、把底波调至荧光基准线，用衰减器把灵敏度提高ΔdB。22lg20fx48优点：可省去大量试块可不考虑耦合补偿和衰减补偿使用条件：工件厚度x≥3N底面与探测面平行底面平滑光洁，不与吸声物质接触适用对象：具有平行底面的工件具有圆柱曲底面的工件back