脉冲反射法超声检测通用技术

1第6章脉冲反射法超声检测通用技术脉冲反射法超声检测在检测条件、耦合补偿、仪器调节、缺陷定位、定量、定性等方面都有一些通用的技术，掌握这些通用技术对于发现缺陷并正确评价是很重要的。2第6章脉冲反射法超声检测通用技术脉冲反射法超声检测基本步骤：a.仪器、探头、试块的选择;b.仪器调节与检测灵敏度确定;c.耦合补偿;d.扫查方式;e.缺陷的测定、记录和等级评定;f.仪器和探头系统复核。第6章脉冲反射法超声检测通用技术6.1检测面的选择和准备1.检测面的选择原则当一个确定的工件存在多个可能的声入射面时，首先要考虑缺陷的最大可能取向。根据缺陷的可能取向，选择入射超声波的方向，使声束轴线与缺陷的主反射面接近垂直。4第6章脉冲反射法超声检测通用技术检测面的选择应该与检测技术的选择相结合:锻件：纵波垂直入射检测，检测面选与锻件流线相平行的表面；棒材：入射面为圆周面，纵波检测位于棒材中心区的、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷；横波检测位于表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延伸的缺陷。5第6章脉冲反射法超声检测通用技术多个检测面入射检测：─变形过程使缺陷有多种取向；─单面检测存在盲区；─单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时。第6章脉冲反射法超声检测通用技术2.检测面的准备保证检测面能提供良好的声耦合。6.2仪器和探头的选择正确选择仪器和探头对于有效地发现缺陷，并对缺陷定位、定量和定性是至关重要的。实际检测中根据工件结构形状、加工工艺和技术要求选择仪器与探头。7第6章脉冲反射法超声检测通用技术6.2.1检测仪器的选择探伤要求仪器性能定位要求高：选择水平线性误差小的仪器；（JB/T4730.3标准要求：≤1％）。第6章脉冲反射法超声检测通用技术定量要求高：选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器；（JB/T4730.3标准要求：≤5％；最大累积误差≤1dB）。发现近表面缺陷和区分相邻缺陷能力强：可选择盲区小，近区分辨好的仪器。9第6章脉冲反射法超声检测通用技术大型工件或粗晶材料工件检测：可选择功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。室外现场检测：重量轻，显示屏亮，抗干扰能力强，便携式。2第6章脉冲反射法超声检测通用技术6.2.2探头的选择根据被检对象的形状、声学特点和技术要求来选择探头。选择包括：探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头K值。11第6章脉冲反射法超声检测通用技术1.探头型式：一般根据工件形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择，使声束轴线尽量与缺陷垂直。纵波直探头：波束轴线垂直于探测面。主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷。第6章脉冲反射法超声检测通用技术横波斜探头：通过波型转换来实现横波检测。主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷。纵波斜探头：利用小角度的纵波进行检测，或在横波衰减过大的情况下，利用纵波穿透能力强的特点进行斜入射纵波检测。第6章脉冲反射法超声检测通用技术双晶探头：探测薄壁工件或近表面缺陷。聚焦探头：用于水浸探测管材或板材。2.探头频率超声波检测频率范围为0.5～10MHz，选择频率时应考虑的因素：14第6章脉冲反射法超声检测通用技术a.检测灵敏度：检测灵敏度约为1/2λ，频率高可提高检测灵敏度。b.分辨力:频率高，脉冲宽度小，分辨力高。c.声束指向性：θ0=arcsin1.22λ/D频率高，半扩散角小，声束指向性好，能量集中，检测灵敏度高，相对的检测区域小。第6章脉冲反射法超声检测通用技术D.近场区长度：N=Ds²/4λ，频率高，近场区长度增加。e.衰减：αs=C2Fd3f4，频率高，衰减增加，信噪比下降。F.缺陷反射指向性：面积状缺陷，频率太高会形成显著的反射指向性。第6章脉冲反射法超声检测通用技术频率的高低对检测有较大影响，实际检测中要全面分析考虑各方面的因素，合理选择频率以取得最佳平衡。对于小缺陷、厚度不大的工件，晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件，一般选择较高频率（2.5~10MHz）；对于大厚度工件、高衰减材料选择较低频率（0.5~2.5MHz）。17第6章脉冲反射法超声检测通用技术3.探头带宽宽带探头：脉冲宽度较小，深度分辨率好，盲区小，灵敏度较低；窄带探头：脉冲较宽，深度分辨率变差，盲区大，灵敏度较高，穿透能力强。18第6章脉冲反射法超声检测通用技术4.探头晶片尺寸：晶片面积≤500mm2，圆晶片≤φ25mm。晶片大小影响：声束指向性、近场区长度、近距离扫查范围、远距离缺陷检出能力。第6章脉冲反射法超声检测通用技术选择晶片尺寸时应考虑的因素：a.声束指向性；θ0=arcsin1.22λ/Db.近场区长度；N=Ds²/4λc.扫查范围。大晶片探头:提高检测效率，检测厚工件时有效发现远距离的缺陷；20第6章脉冲反射法超声检测通用技术小晶片探头:检测小工件时提高缺陷定位、定量精度，检测表面不太平整或曲率较大工件时减少耦合损失。5.横波斜探头K值：横波检测中，斜探头K值影响缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线方向，一次波的声程。第6章脉冲反射法超声检测通用技术为保证声束扫查到整个焊缝，探头K值必须满足：（a、b分别为上、下焊缝1/2宽）第6章脉冲反射法超声检测通用技术实际检测中，工件厚度较小时，应选用较大K值，工件厚度较大时，应选用较小K值。焊缝检测中，K值的选择应考虑可能产生的与检测面的角度，并保证主声束能扫查整个焊缝截面。检测根部未焊透应考虑端角反射率问题。第6章脉冲反射法超声检测通用技术第6章脉冲反射法超声检测通用技术如光从探头考虑：从斜入射往复透过率角度分析，有机玻璃→钢折射角β=40～50°（相当于K=1左右）往复透过率最高，大于20%～30%。此时检测灵敏度最高。β=50～60°时，往复透过率17～20%（相当K=1.5）。β=60～70°时，往复透过率14～17%（相当K=2）。第6章脉冲反射法超声检测通用技术β=70～80°时，往复透过率10～14%（相当K=2.5～3）。β=80～90°时，往复透过率10%→0。即β越大（K越大），往复透过率越小，灵敏度越小。当然灵敏度除了探头K值，还有仪器配合。第6章脉冲反射法超声检测通用技术横波斜探头K值的选择原则：①保证声束能扫查到整个焊缝截面，对不同工件形状要具体分析选择。②尽可能使检测声束与缺陷垂直（不同角度、不同K值），在条件许可时，尽量用大K值的探头。薄工件K值大些，厚工件K值可小些。第6章脉冲反射法超声检测通用技术③根据检测对象选K值：如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在K=0.84-1时检测灵敏度最高。第6章脉冲反射法超声检测通用技术6.3耦合剂的选用6.3.1耦合剂超声耦合：超声波在检测面上的声强透射率。耦合剂作用：排除探头与工件表面之间的空气，使超声波有效的传入工件，达到检测的目的。第6章脉冲反射法超声检测通用技术6.3.2影响声耦合的主要因素1．耦合层厚度：厚度为λ/4的奇数倍时，透声效果差；为λ/2的整数倍或很薄时，透声效果好。第6章脉冲反射法超声检测通用技术由上图可见在均匀介质中：最好：d=n.λ/2.即半波长整数倍时声压透射率为1，几乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。d→0时：可得r≈0。几乎无反射，声能全部透射，耦合效果最好。第6章脉冲反射法超声检测通用技术最不好：d=（2n+1）λ/4.即四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，反射率最高。第6章脉冲反射法超声检测通用技术2．工件表面粗糙度：对声耦合有明显的影响，要求工件检测面Ra≤6.3μm。第6章脉冲反射法超声检测通用技术3．耦合剂声阻抗：对耦合效果有较大的影响。对耦合剂的要求：①对工件表面和探头表面有足够浸润性，并既有流动性，又有附着力强，且易清洗。②声阻抗大，应尽量和被检工件接近。③对人体无害，对工件无腐蚀作用。34第6章脉冲反射法超声检测通用技术④来源广，价格低廉。⑤性能稳定。4．工件表面形状：平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。曲率半径大，耦合效果好。35第6章脉冲反射法超声检测通用技术6.4纵波直探头检测技术6.4.1检测设备的调整调整内容：a.仪器的扫描速度调整；b.检测灵敏度调整。调整目的：保证在确定的检测范围内发现规定尺寸的缺陷，并确定缺陷的位置和大小。第6章脉冲反射法超声检测通用技术1．时基线的调整调整目的：a.使时基线显示的范围足以含需检测的深度范围。b.使时基线刻度与在材料中声传播的距离成一定比例，以便准确测定缺陷的深度位置。37第6章脉冲反射法超声检测通用技术调整内容：a.根据所需扫描声程范围确定时基扫描线比例；b.零位调节，将声程零位设置在选定的水平刻度线上。38第6章脉冲反射法超声检测通用技术调整方法：根据检测范围，利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射波，通过调节仪器的扫描范围和延迟旋钮，使两个信号的前沿分别位相应的水平刻度处。注意：调节扫描速度用的试块应与被检工件具有相同的声速。第6章脉冲反射法超声检测通用技术2．检测灵敏度的调整检测灵敏度：在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。一般根据产品技术要求或有关标准确定。调整目的：发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。40第6章脉冲反射法超声检测通用技术调节方法：试块调整法和工件底波调整法。（1）试块调整法：根据工件的厚度和对灵敏度的要求选择相应的试块。将探头对准试块上的人工反射体，调整仪器，使示波屏上人工反射体的最高反射回波达到基准高度。41第6章脉冲反射法超声检测通用技术注意问题：：a.工件厚度x3N或不能获得底波情况时，较为适宜。b.试块表面状态和材质衰减是否与被检工件相近，应考虑两者的差异引起的反射波高差异值，并对灵敏度进行补偿。第6章脉冲反射法超声检测通用技术（2）试块计算法：对于厚度x≥3N的工件，可选用一块材质与工件相同（衰减系数相同）的平底孔试块（孔埋深xj≥3N）来调节不同工件的检测灵敏度。调节时要计算试块基准平底孔与检测灵敏度所要求埋深与孔径的平底孔的回波声压分贝差。第6章脉冲反射法超声检测通用技术不同直径不同埋深的平底孔回波的声压分贝差为：第6章脉冲反射法超声检测通用技术ΔdB为检测灵敏度的调节量，计算值为负值时需要提高仪器增益，计算值为正值时需要降低仪器增益。考虑试块与受检工件表面状态的差异，应需要预先测定传输修正值，并在调节增益时进行补偿。第6章脉冲反射法超声检测通用技术如果基准平底孔与检测灵敏度要求的平底孔埋深相差较大，在计算调节量时还应考虑材质衰减的影响，试块计算法要求试块衰减系数与工件相同，因此采用下式计算总的增益调节量：第6章脉冲反射法超声检测通用技术例题：用f=2.5MHz、DS=20mm的纵波探头检测，钢件厚度x为500mm，传输修正值为3dB，工件与试块的材料衰减系数α=0.005dB，如何利用埋深200mm的φ2mm平底孔试块按φ3mm平底孔调节检测灵敏度？（钢中CL=5900m/s）。47第6章脉冲反射法超声检测通用技术解：①λ﹦CL/f﹦5.9/2.5=2.36(mm)N﹦DS2/4λ﹦202/4×2.36﹦42(mm)∵200(mm)＞3N﹦3×42﹦126(mm)试块中的平底孔埋深和工件厚度均大于3N，∴可用试块计算法来调节检测灵敏度。第6章脉冲反射法超声检测通用技术②检测灵敏度调节量为：△dB=40lg500×2/200×3＋2×0.005（500-200）=9+3=12（dB）第6章脉冲反射法超声检测通用技术加上传输修正值3dB，共需增益15dB。③调节仪器：将试块中平底孔的最大回波调到规定高度，再增益15dB。第6章脉冲反射法超声检测通用技术锻件探伤（实例）以175/Φ3（Φ2）试块为基准调节仪器，探测225mm锻件，要求225/Φ2灵敏度。(探头:2.5P20Z）1、计算：λ﹦C/f﹦5.9/2.5=2.36(mm)N=DS2/4λ=202/4×2.36=42.4(mm)∵150(mm)＞3N﹦3×42.4﹦127.2(mm)∴可以用当量计算法确定探测灵敏度第6章脉冲反射法超声检测通用技