畢業(yè)論文11111

1、第一章 緒論1.1超聲波探傷簡(jiǎn)介超聲波探傷也叫超聲檢測(cè)、超聲波檢測(cè)，是無(wú)損檢測(cè)的一種。無(wú)損檢測(cè)是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)不見(jiàn)的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種檢測(cè)手段，Nondestructive Testing（縮寫NDT）。 機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程叫做波，人耳能夠感受到頻率高于16赫茲，低于20000赫茲的彈性波，所以在這個(gè)頻率范圍內(nèi)的彈性波又叫聲波。頻率小于10赫茲的彈性波又叫次聲波，頻率高于20000赫茲的彈性波叫做超聲波。次聲波和超聲波人耳都不能感受。 超聲波的特點(diǎn)：1、超聲波聲束能集中在特定的方向上，在介質(zhì)中沿直線傳播，具有良好的指向性。2、超聲波在介質(zhì)中傳播

2、過(guò)程中，會(huì)發(fā)生衰減和散射。3、超聲波在異種介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。利用這些特性，可以獲得從缺陷界面反射回來(lái)的反射波，從而達(dá)到探測(cè)缺陷的目的。4、超聲波的能量比聲波大得多。5、超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測(cè)深度大，由于超聲波在異質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過(guò)氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時(shí)，就會(huì)全部或部分反射。反射回來(lái)的超聲波被探頭接收，通過(guò)儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件重的深度、位置和形狀。 超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)是

3、檢測(cè)厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對(duì)人體無(wú)害，能對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量。超聲波探傷對(duì)缺陷的顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結(jié)果不便于保存，超聲波檢測(cè)對(duì)工作表面要求平滑，要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)，使超聲波探傷也具有其局限性。 1.2超聲波探傷的基本原理超聲波是一種機(jī)械波，機(jī)械振動(dòng)與波動(dòng)是超聲波探傷的物理基礎(chǔ)。物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)。振動(dòng)的傳播過(guò)程，稱為波動(dòng)。波動(dòng)分為機(jī)械波和電磁波兩大類。機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程。超聲波就是一種機(jī)械波。機(jī)械波主要參數(shù)有波長(zhǎng)、頻率和波速。

4、波長(zhǎng)?：同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離稱為波長(zhǎng)，波源或介質(zhì)中任意一質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，波正好前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)的距離，常用單位為米(m)；頻率f：波動(dòng)過(guò)程中，任一給定點(diǎn)在1秒鐘內(nèi)所通過(guò)的完整波的個(gè)數(shù)稱為頻率 ，常用單位為赫茲(Hz)；波速C：波動(dòng)中，波在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離稱為波速，常用單位為米/秒（m/s）。由上述定義可得：C=? f ，即波長(zhǎng)與波速成正比，與頻率成反比；當(dāng)頻率一定時(shí)，波速愈大，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)；當(dāng)波速一定時(shí)，頻率愈低，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)。次聲波、聲波和超聲波都是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，在同一介質(zhì)中的傳播速度相同。它們的區(qū)別在主要在于頻率不同。頻率在2020000Hz之間的能引起

5、人們聽(tīng)覺(jué)的機(jī)械波稱為聲波，頻率低于20Hz的機(jī)械波稱為次聲波，頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱為超聲波。次聲波、超聲波不可聞。超聲探傷所用的頻率一般在0.510MHz之間，對(duì)鋼等金屬材料的檢驗(yàn)，常用的頻率為15MHz。超聲波波長(zhǎng)很短，由此決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛用于無(wú)損探傷。1. 方向性好：超聲波是頻率很高、波長(zhǎng)很短的機(jī)械波，在無(wú)損探傷中使用的波長(zhǎng)為毫米級(jí)；超聲波象光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，易于在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。2. 能量高：由于能量（聲強(qiáng)）與頻率平方成正比，因此超聲波的能量遠(yuǎn)大于一般聲波的能量。3. 能在界面上產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換：超聲波具有幾何聲學(xué)的上

6、一些特點(diǎn)，如在介質(zhì)中直線傳播，遇界面產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等。4. 穿透能力強(qiáng)：超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)，在一些金屬材料中其穿透能力可達(dá)數(shù)米。1.3超聲波探傷設(shè)備的介紹超聲波探傷儀是一種便攜式工業(yè)無(wú)損探傷儀器，它能夠快速、便捷、無(wú)損傷、精確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷（裂紋、疏松、氣孔、夾雜等）的檢測(cè)、定位、評(píng)估和診斷。既可以用于實(shí)驗(yàn)室，也可以用于工程現(xiàn)場(chǎng)。廣泛應(yīng)用在鍋爐、壓力容器、航天、航空、電力、石油、化工、海洋石油、管道、軍工、船舶制造、汽車、機(jī)械制造、冶金、金屬加工業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)、鐵路交通、核能電力、高校等行業(yè)。超聲波探傷儀、探頭和試塊是超聲波探傷的重

7、要設(shè)備，了解這些設(shè)備的原理、構(gòu)造和作用及其主要性能的測(cè)試方法是正確選用探傷設(shè)備進(jìn)行有效探傷的保證。一 超聲波探傷儀1.作用超聲波探傷儀的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器（探頭）上，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)一定方式顯示出來(lái)，從而得到被探工件內(nèi)部有無(wú)缺陷及缺陷位置和大小等信息。2.分類按缺陷顯示方式分類，超聲波探傷儀分為三種。A型：A型顯示是一種波形顯示，探傷儀的屏幕的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播距離，縱坐標(biāo)代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。B型：B型顯示是一種圖象顯示，屏幕的橫坐標(biāo)代表探頭的掃查軌跡，縱坐標(biāo)代表聲波的傳播距離，因

8、而可直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度。C型：C型顯示也是一種圖象顯示，屏幕的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都代表探頭在工件表面的位置，探頭接收信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示，因而當(dāng)探頭在工件表面移動(dòng)時(shí)，屏上顯示出被探工件內(nèi)部缺陷的平面圖象，但不能顯示缺陷的深度。目前，探傷中廣泛使用的超聲波探傷儀都是A型顯示脈沖反射式探傷儀。二 探頭超聲波的發(fā)射和接收是通過(guò)探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面介紹探頭的工作原理、主要性能及其及結(jié)構(gòu)。1. 壓電效應(yīng)某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)作用下，產(chǎn)生交變電場(chǎng)的效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之當(dāng)晶體材料在交變電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。正、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。超聲波探頭

9、中的壓電晶片具有壓電效應(yīng)，當(dāng)高頻電脈沖激勵(lì)壓電晶片時(shí)，發(fā)生逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為聲能(機(jī)械能)，探頭發(fā)射超聲波。當(dāng)探頭接收超聲波時(shí)，發(fā)生正壓電效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)換為電能。不難看出超聲波探頭在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)了電能和聲能的相互轉(zhuǎn)換，因此常把探頭叫做換能器。2. 探頭的種類和結(jié)構(gòu)直探頭用于發(fā)射和接收縱波，主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷，如板材、鍛件探傷等。斜探頭可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭和表面波斜探頭，常用的是橫波斜探頭。橫波斜探頭主要用于探測(cè)與探測(cè)面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫、汽輪機(jī)葉輪等。當(dāng)斜探頭的入射角大于或等于第二臨界角時(shí)，在工件中產(chǎn)生表面波，表面波探頭用于探測(cè)表面或近表面缺陷。雙晶探頭有兩

10、塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波，另一塊用于接收超聲波。根據(jù)入射角不同，分為雙晶縱波探頭和雙晶橫波探頭。雙晶探頭具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 靈敏度高（2） 雜波少盲區(qū)?。?） 工件中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度?。?） 探測(cè)范圍可調(diào)雙晶探頭主要用于探傷近表面缺陷。聚焦探頭種類較多。3. 探頭型號(hào)探頭型號(hào)的組成項(xiàng)目及排列順序如下：基本頻率-晶片材料-晶片尺寸-探頭種類-特征三 試塊按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單幾何形狀人工反射體的試樣，通常稱為試塊。試塊和儀器、探頭一樣，是超聲波探傷中的重要工具。1 試塊的作用（1） 確定探傷靈敏度超聲波探傷靈敏度太高或太低都不好，太高雜波多，判傷困難，太低會(huì)引起漏檢。因此在超聲波探傷前，

11、常用試塊上某一特定的人工反射體來(lái)調(diào)整探傷靈敏度。（2） 測(cè)試探頭的性能超聲波探傷儀和探頭的一些重要性能，如放大線性、水平線性、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力、盲區(qū)、探頭的入射點(diǎn)、K值等都是利用試塊來(lái)測(cè)試的。（3） 調(diào)整掃描速度利用試塊可以調(diào)整儀器屏幕上水平刻度值與實(shí)際聲程之間的比例關(guān)系，即掃描速度，以便對(duì)缺陷進(jìn)行定位。（4） 評(píng)判缺陷的大小利用某些試塊繪出的距離-波幅-當(dāng)量曲線（即實(shí)用AVG）來(lái)對(duì)缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特別是3N以內(nèi)的缺陷，采用試塊比較法仍然是最有效的定量方法。此外還可利用試塊來(lái)測(cè)量材料的聲速、衰減性能等。2.試塊的分類（1） 按試塊來(lái)歷分為：標(biāo)準(zhǔn)試塊和參考試塊。（2

12、） 按試塊上人工反射體分：平底孔試塊、橫孔試塊和槽形試塊1.4國(guó)內(nèi)外超聲波探傷的現(xiàn)狀、發(fā)展無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)歷一個(gè)世紀(jì)，盡管無(wú)損檢測(cè)技術(shù)本身并非一種生產(chǎn)技術(shù)，但其技術(shù)水平卻能反映該部門、該行業(yè)、該地區(qū)甚至該國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)所能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。統(tǒng)計(jì)資料顯示，經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)后的產(chǎn)品增值情況大致是，機(jī)械產(chǎn)品為 5%，國(guó)防、宇航、原子能產(chǎn)品為 12%一 18%，火箭為 20%。例如，德國(guó)奔馳公司汽車幾千個(gè)零件經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)后，整車運(yùn)行公里數(shù)提高了一倍，大大提高了產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。可見(jiàn)現(xiàn)代工業(yè)是建立在無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)上的說(shuō)法并不為過(guò)。 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使超聲波無(wú)損探傷技術(shù)和儀

13、器也得到了相應(yīng)發(fā)展與應(yīng)用。早在 1929年蘇聯(lián)薩哈諾夫提出利用穿透法檢查固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以后利用連續(xù)超聲波在實(shí)驗(yàn)室研究成功。隨著聲納技術(shù)的發(fā)展，美、英兩國(guó)分別于 1944 年和 1964 年研制成功脈沖反射式超聲波探傷儀，并逐步用于鍛鋼和厚鋼板的探傷。80 年代，隨著大規(guī)模集成電路和微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，1983 年德國(guó)Krautkramer 公司推出第一臺(tái)便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀 USD1 型，采用的是 z80CPU，盡管有許多不足，但已顯示出數(shù)字化超聲波探傷儀強(qiáng)大的生命力。我國(guó) 50 年代初引進(jìn)蘇聯(lián)超聲波探傷儀，60年代初期先后形成了一些批量生產(chǎn)的廠家，80 年代初，國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠研制生產(chǎn)的超聲

14、波探傷儀的主要技術(shù)指標(biāo)均有大幅度地提高，較好地滿足了超聲波探傷技術(shù)的需要。如汕頭超聲電子(集團(tuán))公司在1980 年推出了 CTS - 22 型超聲波探傷儀，其主要性能指標(biāo)與當(dāng)時(shí)國(guó)際同類儀器水平相當(dāng)。 近年來(lái)我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)取得了巨大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多突破性進(jìn)展。比如，用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件；各種掃描成象技術(shù)；多坐標(biāo)、多通道的自動(dòng)超聲檢查系統(tǒng)；超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)等。無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測(cè)儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了較大發(fā)展。我

15、國(guó)已經(jīng)制訂了一系列國(guó)標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了 ISO，ATSM 等一百多個(gè)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)損檢測(cè)人員的培訓(xùn)也逐漸與國(guó)際接軌。但是，我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 檢測(cè)專業(yè)隊(duì)伍中高級(jí)技術(shù)人員和高級(jí)操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、圖象化的進(jìn)展。由于經(jīng)驗(yàn)豐富的老一輩檢測(cè)工作者缺乏把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理論總結(jié)，而年輕的檢測(cè)人員缺乏切實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲檢測(cè)軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測(cè)的可靠性。2. 專業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員相對(duì)較少，現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)設(shè)備有待改進(jìn)。從而導(dǎo)致目前我國(guó)產(chǎn)品的質(zhì)量普遍存在較

16、大問(wèn)題，據(jù)測(cè)算，我國(guó)不良品的年損失約 2000 億元。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力差，影響產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。3. 對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用重視不夠。我國(guó)對(duì)無(wú)損檢測(cè)信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的階段。4. 無(wú)損檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范多而雜。第二章超聲波探傷方法超聲檢測(cè)方法分類的方式有多種，較常用的有如下幾種：1、按原理分類：脈沖反射法、衍射時(shí)差法（TOFD）、穿透法、共振法。2按顯示方式分類：A型顯示和超聲成像顯示（可細(xì)分為B、C、D、S、P型顯示等）。3按波型分類：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。4、按探頭數(shù)目分類：?jiǎn)翁筋^法、雙探頭法、多探頭法。5、按探頭與試件的接觸方式分類

17、：接觸法、液浸法、電磁耦合法。6、按人工干預(yù)的程度分類：手工檢測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)。 每一個(gè)具體的超聲檢測(cè)方法都是上述不同分類方式的一種組合，如最常用的：?jiǎn)翁筋^橫波脈沖反射接觸法（A型顯示）。每一種檢測(cè)方法都有其特點(diǎn)和局限性，針對(duì)每一檢測(cè)對(duì)象所采用的不同的檢測(cè)方法，是根據(jù)檢測(cè)目的及被檢工件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征來(lái)進(jìn)行選擇的。2.1按原理分類的超聲檢測(cè)方法超聲檢測(cè)方法按原理分類，可分為脈沖反射法、衍射時(shí)差法、穿透法和共振法。脈沖反射法超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢工件內(nèi)，通過(guò)觀察來(lái)自內(nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來(lái)對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為脈沖反射法。脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。1.

18、缺陷回波法根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進(jìn)行判斷的方法，稱為缺陷回波法。該方法以回波傳播時(shí)間對(duì)缺陷定位，以回波幅度對(duì)缺陷定量，是脈沖反射法的基本方法。如圖所示為缺陷回波檢測(cè)的基本原理，當(dāng)工件完好時(shí)，超聲波可順利傳播到達(dá)底面，檢測(cè)圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個(gè)信號(hào)，如圖a所示。若工件中存在缺陷，則在檢測(cè)圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F，如圖b所示。2.底波高度法當(dāng)工件的材質(zhì)和厚度不變時(shí)，底面回波高度應(yīng)是基本不變的。如果工件內(nèi)存在缺陷，底面回波會(huì)下降甚至消失，如圖所示。這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷工件缺陷情況的檢測(cè)方法，稱為底波高度法。 底波高度法的特點(diǎn)在于同樣投影大小的缺陷可以得

19、到同樣的指示，而且不出現(xiàn)盲區(qū)，但是要求被檢工件的檢測(cè)面與底面平行，耦合條件一致。該方法檢出缺陷定位定量不便，靈敏度較低，因此，實(shí)用中很少作為一種獨(dú)立的檢測(cè)方法，而是經(jīng)常作為一種輔助手段，配合缺陷回波法發(fā)現(xiàn)某些傾斜的、小而密集的缺陷，對(duì)于鍛件采用直探頭縱波檢測(cè)法時(shí)常使用，如由缺陷引起的底波降低量。3.多次底波法當(dāng)透入工件的超聲波能量較大，而工件厚度較小時(shí)，超聲波可在檢測(cè)面與底面之間往復(fù)傳播多次，示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3、。如果工件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底波回波次數(shù)減少，同時(shí)也打亂了各次底面回波高度依次衰減的規(guī)律，并顯示出缺陷回波，如圖所示。這種依據(jù)多次

20、底面回波的變化，判斷工件有無(wú)缺陷的方法，稱為多次底波法。多次底波法主要用于厚度不大、形狀簡(jiǎn)單、檢測(cè)面與底面平行的工件檢測(cè)，缺陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。衍射時(shí)差法 衍射時(shí)差法（Time of Flight Diffraction,簡(jiǎn)稱TOFD）,是利用缺陷部位的衍射波信號(hào)來(lái)檢測(cè)和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲檢測(cè)方法，通常使用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式，該方法最早于20世紀(jì)70年代由英國(guó)原子能管理局國(guó)家無(wú)損檢測(cè)研究中心的哈威爾實(shí)驗(yàn)室的M.G.Silk根據(jù)超聲波衍射現(xiàn)象首先提出來(lái)的。缺陷處的衍射現(xiàn)象如圖所示。 TOFD技術(shù)的物理原理 衍射現(xiàn)象是TOFD技術(shù)采用的基本物理原理。 衍射現(xiàn)象的解釋：波遇到

21、障礙物或小孔后通過(guò)散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，根據(jù)惠更斯原理，媒質(zhì)上波陣面上的各點(diǎn)，都可以看成是發(fā)射子波的波源，其后任意時(shí)刻這些子波的包跡，就是該時(shí)刻新的波陣面。 TOFD工作原理TOFD技術(shù)采用一發(fā)一收兩個(gè)寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測(cè)，探頭相對(duì)于焊縫中心線對(duì)稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底面反射后被探頭接收。接收探頭通過(guò)接收缺陷尖端的衍射信號(hào)及其時(shí)差來(lái)確定缺陷的位置和自身高度。TOFD方法一般將探頭對(duì)稱分布于焊縫兩側(cè)。在工件無(wú)缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達(dá)接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時(shí)，在直通波和底面

22、反射波之間，接收探頭還會(huì)接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的橫波，因?yàn)槁曀傩∮诳v波，因而一般會(huì)遲與底面反射波到達(dá)接收探頭。TOFD技術(shù)優(yōu)越性a）一次掃查幾乎能夠覆蓋整個(gè)焊縫區(qū)域（除上下表面盲區(qū)），可以實(shí)現(xiàn)非常高的檢測(cè)速度；b）可靠性要好，對(duì)于焊縫中部缺陷檢出率很高；c）能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對(duì)缺陷的走向不敏感；d）可以識(shí)別向表面延伸的缺陷；e）采用D-掃描成像，缺陷判讀更加直觀；f）對(duì)缺陷垂直方向的定量和定位非常準(zhǔn)確，精度誤差小于1mm；g）和脈沖反射法相結(jié)合時(shí)檢測(cè)效果更好，覆蓋率100%；TOFD技術(shù)局限性：a）近表面存在盲區(qū)，對(duì)該區(qū)域檢測(cè)可靠性不夠b）

23、對(duì)缺陷定性比較困難c）對(duì)圖像判讀需要豐富經(jīng)驗(yàn)d）橫向缺陷檢出比較困難e）對(duì)粗晶材料，檢出比較困難f）對(duì)復(fù)雜幾何形狀的工件比較難測(cè)量穿透法穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在工件相對(duì)的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來(lái)檢測(cè)工件缺陷的方法。穿透法如圖所示，其中（a）為無(wú)缺陷時(shí)的波形，（b）為有缺陷時(shí)的波形。共振法依據(jù)工件的共振特性來(lái)判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。常用于工件測(cè)厚。目前很少使用共振法測(cè)厚。測(cè)厚原理，從超聲波理論可知，超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，當(dāng)工件厚度為的整數(shù)倍時(shí)，反射波與入射波互相疊加，形成駐波，產(chǎn)生共振。這時(shí)工件厚度與波速、頻率的關(guān)系

24、為：即：式中 工件厚度； 工件中波長(zhǎng)； 工件中波速；工件中第n次共振頻率當(dāng)n=1時(shí)，所得為工件的基頻率。測(cè)得兩個(gè)相鄰的共振頻率后，可由下式得到工件的厚度：2.2 A型顯示和超聲成像按超聲信號(hào)的顯示方式，可將超聲檢測(cè)方法分為A型顯示和超聲成像方法，其中超聲成像顯示按成像方式的不同又可再分為B、C、D、S、P型顯示等。2.2.1 A型顯示A型顯示是一種波形顯示，是將超聲信號(hào)的幅度與傳播時(shí)間的關(guān)系以直角坐標(biāo)的形式顯示出來(lái)，橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間，縱坐標(biāo)代表信號(hào)幅度。A型顯示是最基本的一種信號(hào)顯示方式。此時(shí)，示波管的電子束是振幅調(diào)制的。換言之，A型顯示的內(nèi)容是探頭駐留在工件上某一點(diǎn)時(shí)，沿聲束傳播方向

25、的回波振幅分布。結(jié)合脈沖反射法的A型顯示超聲檢測(cè)是目前用的最多的一種方法，目前特種設(shè)備行業(yè)常用的JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的就是A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)，采用該方法時(shí)，檢測(cè)結(jié)果受檢測(cè)人員的素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)等人為因素影響較大。2.2.2 超聲成像方法超聲成像就是用超聲波獲得物體可見(jiàn)圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性的信息，超聲成像技術(shù)將這些信息變成人眼可見(jiàn)的圖像，即可以獲得不透光物體內(nèi)部聲學(xué)特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物體內(nèi)部情況，且可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，可以對(duì)缺陷進(jìn)行定量動(dòng)態(tài)監(jiān)控。一般而言，超聲成像方法是基于

26、A型顯示形成的工件不同截面的圖像顯示，大都具有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)作出評(píng)價(jià)的功能。超聲成像方法發(fā)展到現(xiàn)代，主要采用掃描接收信號(hào)、再進(jìn)行圖像重構(gòu)的方式，因此又稱為超聲掃描成像技術(shù)，起初主要為B、C掃描成像，隨后為檢測(cè)焊縫而開(kāi)發(fā)出D、P掃描（投影掃描成像）；因?yàn)橄嗫仃嚰夹g(shù)的出現(xiàn)，又出現(xiàn)S掃描（扇形掃描成像）等。而對(duì)應(yīng)的，A型顯示又可稱為A掃描顯示。1. B、C、D掃描成像 B掃描顯示的是與聲束傳播方向平行且與工件的測(cè)量表面垂直的剖面；D掃描所顯示的是與聲束平面及測(cè)量表面都垂直的剖面；C掃描所顯示的則是工件的橫斷面。B、C、D掃描成像設(shè)備較簡(jiǎn)單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法。

27、其中的B掃描廣泛用于醫(yī)療診斷，俗稱B超?，F(xiàn)在用于無(wú)損檢測(cè)也取得了良好的效果。2. P掃描成像P掃描是“投影成像掃描”的簡(jiǎn)稱，是專為檢測(cè)焊縫而開(kāi)發(fā)的其工作原理如圖所示。兩個(gè)斜探頭位于焊縫兩側(cè)并按事先規(guī)劃好的方式掃描，掃查可手動(dòng)或自動(dòng)。測(cè)到的聲波以1dB甚至更小的精度記錄與硬盤上，然后，將測(cè)得的結(jié)果送入P掃描處理器，它以聲線理論為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果以兩個(gè)投影圖的方式顯示：一個(gè)是俯視圖，投影面平行于表面；另一個(gè)是側(cè)視圖，投影面平行于焊縫，且垂直于表面。因此，P掃描實(shí)際上是一種同時(shí)顯示C掃描圖像（側(cè)視）和D掃描圖像（側(cè)視）的商品化成像系統(tǒng)。在圖中W是焊縫加上其熱影響區(qū)的寬度，H是焊縫厚度。為幫

28、助正確判別缺陷，P掃描顯示時(shí)，在兩個(gè)視圖的下方有一個(gè)附加的顯示圖。該圖顯示出以分貝標(biāo)度的回波振幅大小，該振幅是沿焊縫寬度方向測(cè)得的所有回波振幅的最大值，顯示圖中的虛線表示兩個(gè)視圖中的顯示閥值，該顯示圖有些類似A掃描顯示。P掃描原理2.3 按波型分類的超聲檢測(cè)方法根據(jù)檢測(cè)采用的波型，超聲檢測(cè)方法可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。2.3.1 縱波法使用縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為縱波法。在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，縱波速度大于其他波型的速度，穿透能力強(qiáng)，對(duì)晶界反射或散射的敏感性不高，所有可檢測(cè)工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的檢測(cè)。1. 縱波直探頭法 使用縱波直探頭進(jìn)行檢測(cè)的方

29、法，稱為縱波直探頭法。波束垂直入射至工件檢測(cè)面，以不變的波型和方向透入工件，所以又稱垂直入射法，簡(jiǎn)稱垂直法，如圖所示。垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測(cè)，該法對(duì)于與檢測(cè)面平行的缺陷檢測(cè)效果最佳。由于垂直法檢測(cè)時(shí)，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。2.縱波斜探頭法將縱波傾斜入射至工件檢測(cè)面，利用折射縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為縱波斜探頭法。此時(shí)，入射角小于第一臨界角1，工件中即有縱波也有橫波，由于縱波傳播速度快，幾乎是橫波的兩倍，因此可利用縱波來(lái)識(shí)別缺陷和定量，但注意不要與橫波信號(hào)混淆。一般來(lái)說(shuō)，小角度縱波斜探頭常用來(lái)檢測(cè)探頭移動(dòng)范圍較小、檢測(cè)范圍較深的一些部件，如從螺栓端部檢測(cè)螺

30、栓，多層包扎設(shè)備的環(huán)焊縫等。對(duì)于粗晶材料，如奧氏體不銹鋼焊接接頭的檢測(cè)，也常采用縱波斜探頭法檢測(cè)。在TOFD檢測(cè)技術(shù)中，使用的探頭一般也為縱波斜探頭。 橫波法將縱波傾斜入射至工件檢測(cè)面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為橫波法。由于入射聲束與檢測(cè)面成一定夾角，所以又稱斜射法。斜射聲束的產(chǎn)生通常有兩種方式，一種是接觸法時(shí)采用斜探頭，有晶片發(fā)出的縱波通過(guò)一定傾角的斜楔到達(dá)接觸面，在界面處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，在工件中產(chǎn)生折射后的斜射橫波聲束；另一種是利用水浸直探頭，在水中改變聲束入射到檢測(cè)面時(shí)的入射角，從而在工件中產(chǎn)生所需波型和角度的折射波。橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測(cè)，是目前特種設(shè)備行業(yè)中應(yīng)

31、用最多的一種方法。檢測(cè)其他工件時(shí)，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面有一定傾角的缺陷。 表面波檢測(cè)使用表面波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為表面波法。對(duì)于近表面缺陷的檢測(cè)，表面波是有效的檢測(cè)方法。1.表面波的性質(zhì)表面波只在物體表面下幾個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播，當(dāng)其沿表面?zhèn)鞑サ倪^(guò)程中遇到表面裂紋時(shí)，表面波的傳播如圖所示：表面波傳播到表面裂紋的情況圖（1） 一部分聲波在裂紋開(kāi)口處仍以表面波的型式被反射，并沿物體表面返回。（2） 一部分聲波仍以表面波的型式沿裂紋表面繼續(xù)向前傳播，傳播到裂紋頂端時(shí)，部分聲波繼續(xù)以表面波的型式沿裂紋表面向前傳播。（3） 一部分聲波在表面轉(zhuǎn)折處或裂紋頂端轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰v波和變形橫波，在物

32、體內(nèi)部傳播。在表面波檢測(cè)中，主要利用表面波的上述特性來(lái)檢測(cè)表面和近表面裂紋。表面波傳播時(shí)，表面層質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是限于XOZ平面內(nèi)的橢圓，如圖表面波傳播示意圖 板波檢測(cè)使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的工件檢測(cè)。板波充塞于整個(gè)工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。1. 板波的種類板中傳播的超聲波受板面的影響，當(dāng)頻率、板厚、入射超聲波的速度之間滿足一定的關(guān)系時(shí)，聲波就能順利通過(guò)。狹義的講，板波僅指板中傳播的蘭姆波，廣義的講也包括圓棒、方鋼和管中傳播的波。根據(jù)考慮方面的不同，板

33、波可按如下幾個(gè)方面分類：（1）根據(jù)質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)情況分類 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與表面平行的橫波（簡(jiǎn)稱SH波）射向邊界面時(shí)，反射波仍然是SH波。SH波如果射向薄板，就在薄板中產(chǎn)生SH波。如在板中傳播的波中既有振動(dòng)方向與板面垂直的橫波，又含有振動(dòng)方向與板面平行的縱波時(shí)，這種板波叫蘭姆波。蘭姆波中質(zhì)點(diǎn)實(shí)際上是做橢圓運(yùn)動(dòng)。（2）給根據(jù)邊界條件分類 板面與空氣接觸時(shí)，理論上可按與真空相接觸處理；板的一面或兩面與固體或液體接觸時(shí)情況比較復(fù)雜。2.蘭姆波檢測(cè)的一般程序（1）盡可能選用寬的發(fā)射脈沖。如有可能，用頻譜分析方法或其他方法測(cè)定探頭發(fā)射的超聲頻譜，以便選擇窄頻帶脈沖。（2）制作一個(gè)與被測(cè)板材料相同的對(duì)比試塊。試塊長(zhǎng)

34、度可選為20mm、30mm等，厚度應(yīng)與被測(cè)板相同，板上制作人工缺陷。（3）選擇合適的波形。例如，若需傳播距離大，應(yīng)選取以縱波成分為主的板波波形；若需測(cè)定板與其他介質(zhì)粘結(jié)的良好程度，可選取以橫波成分為主的板波波形。先根據(jù)頻率乘板厚的數(shù)值在群速度圖上選擇群速度隨頻率變化緩慢的板波波形，再根據(jù)波形、頻率乘板厚的數(shù)值，從相應(yīng)的圖中查的入射角。（4）根據(jù)入射角選擇合適的探頭，在試塊上調(diào)整掃描速度。用試塊端面反射脈沖信號(hào)，觀察所選蘭姆波的衰減特性，注意是否有非單調(diào)特性。（5）根據(jù)人工反射體的反射，選擇合適的檢測(cè)靈敏度。（6）檢測(cè)時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)端面信號(hào)前面有信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，用手指拍打確定缺陷確切的位置。所選耦合劑黏

35、度要稍大些，避免到處流淌。2.4 按探頭數(shù)目分類的超聲檢測(cè)方法單探頭法使用一個(gè)探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的檢測(cè)方法稱為單探頭法。單探頭法操作簡(jiǎn)便，可檢出大多數(shù)缺陷，是目前最常用的一種方法。單探頭法檢測(cè)，對(duì)于與波束軸線垂直的面狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。與波束軸線平行的面狀缺陷難以檢出。當(dāng)缺陷與波束軸線傾斜時(shí)，則根據(jù)傾斜角度的大小，能夠收到部分回波或者因反射波束全部反射在探頭之外而無(wú)法檢出。 雙探頭法使用兩個(gè)探頭（一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收）進(jìn)行檢測(cè)的方法稱為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢出的缺陷。雙探頭法又可根據(jù)兩個(gè)探頭排列方式和工作方式，進(jìn)一步分為并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串

36、列式等，雙探頭的排列方式1. 并列式兩個(gè)探頭并列放置，檢測(cè)時(shí)兩者作同步同向移動(dòng)。但直探頭作并列放置時(shí)，通常是一個(gè)探頭固定，另一個(gè)探頭移動(dòng)，以便發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面傾斜的缺陷，雙晶探頭的原理，就是將兩個(gè)并列的探頭組合在一起，具有較高的分辨力和信噪比，適用于薄工件、近表面缺陷的檢測(cè)。2. 交叉式兩個(gè)探頭軸線交叉，交叉點(diǎn)為要檢測(cè)的部位，此種檢測(cè)方法可用來(lái)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的面狀缺陷，在焊縫檢測(cè)中，常用來(lái)發(fā)現(xiàn)橫向缺陷。3. V型串列式兩探頭相對(duì)放置在同一平面上，一個(gè)探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波剛好落在另一個(gè)探頭的入射點(diǎn)上，此中檢測(cè)方法主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)平面平行的面狀缺陷。4. K型串列式兩探頭以相同的方

37、向分別放置于工件的上下表面上。一個(gè)探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波進(jìn)入另一個(gè)探頭，此種檢測(cè)方法主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的面狀缺陷。5. 串列式兩探頭一前一后，以相同方式放置在同一表面上，一個(gè)探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波經(jīng)底面反射進(jìn)入另一探頭，此種檢測(cè)方法用來(lái)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的片狀缺陷（如厚焊縫的中間未焊透、窄間隙焊縫的坡口面未熔合等）。這種檢測(cè)方法的特點(diǎn)是，不論缺陷時(shí)處在焊縫的上部、中部或根部，其缺陷聲程始終相等，從而缺陷信號(hào)在熒光屏上的水平位置固定不變；上、下表面存在盲區(qū)；兩個(gè)探頭在一個(gè)表面上沿相反的方向移動(dòng)，用手工操作較困難，需要設(shè)計(jì)專用的掃查裝置。 多探頭法使用兩個(gè)以上的探頭

38、組合在一起進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為多探頭法。多探頭法的應(yīng)用，主要是通過(guò)增加聲束來(lái)提高檢測(cè)速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。通常與多通道儀器和自動(dòng)掃查裝置配合，如圖所示。多探頭法2.5 按探頭接觸方式分類的超聲檢測(cè)方法 依據(jù)檢測(cè)時(shí)探頭與工件的接觸方式，可分為接觸法、液浸法和電磁超聲。 接觸法和液浸法探頭與工件檢測(cè)面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看做為兩者直接接觸，這種檢測(cè)方法稱為直接接觸法，或簡(jiǎn)稱接觸法。將探頭和工件浸與液體中以液體作耦合劑進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。當(dāng)以水為耦合劑時(shí)，稱為水浸法。液浸法檢測(cè)，探頭不直接接觸工件，所以此方法適用于表面粗糙的工件，探頭也不易磨損，

39、耦合穩(wěn)定，檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。液浸法按檢測(cè)方式不同，又分為全浸沒(méi)式和局部浸沒(méi)式。（1）全浸沒(méi)式 被檢工件全部浸沒(méi)于液體之中，適用于體積不大，形狀簡(jiǎn)單的工件檢測(cè)。（2）局部浸沒(méi)式 把被檢工件的一部分浸沒(méi)在水中或被檢工件與探頭之間保持一定的水層而進(jìn)行檢測(cè)的方法，適用于大體積的檢測(cè)。局部浸沒(méi)法又分為噴液式、通水式和滿溢式。1）噴液式 超聲波通過(guò)以一定壓力噴射至檢測(cè)表面的水柱耦合方式。2）通水式 借助于一個(gè)專用的有進(jìn)水、出水口的液罩，使液罩內(nèi)經(jīng)常保持一定容量的液體，這種方法稱為通水式。3）滿溢式 滿溢式液罩結(jié)構(gòu)與通水式相似，但只有進(jìn)水口，多余液體從罩的上部溢出，這種方法稱為滿溢式。根

40、據(jù)探頭與工件檢測(cè)面之間液層的厚度，液浸法又可分為高液層法和低液層法。1. 接觸法和液浸法特點(diǎn)比較（1） 接觸法優(yōu)點(diǎn) 多為手工檢測(cè)，操作方便；設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，且成本較低；直接耦合，入射聲能損失小，可以提供較大的厚度穿透能力；在相同的檢測(cè)參數(shù)下，可比液浸法提供更高的檢測(cè)靈敏度。（2）接觸法缺點(diǎn) 手工操作受人為因素影響較大，耦合不易穩(wěn)定；要求被檢表面的粗糙度較小。（3）液浸法優(yōu)點(diǎn) 探頭與被檢工件不接觸，超聲波的發(fā)射和接收均較穩(wěn)定，表面粗糙度的影響較??；通過(guò)調(diào)節(jié)探頭角度，可方便的改變探頭發(fā)射的聲束方向；可縮小檢測(cè)盲區(qū)，從而可檢測(cè)較薄的工件；探頭不直接接觸工件，探頭損壞的可能性較小，探頭壽命長(zhǎng)

41、；便于實(shí)現(xiàn)聚焦聲束檢測(cè)，滿足高靈敏度、高分辨率檢測(cè)的需要；便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，減少影響檢測(cè)可靠性的人為因素。（4）液浸法缺點(diǎn) 超聲波在液體和金屬表面的反射，損失了大量能量，需采用較高的增益。當(dāng)檢測(cè)高衰減材料或大厚度材料時(shí)，可能沒(méi)有足夠的能量。在較高增益下，還可能出現(xiàn)噪聲干擾。在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的對(duì)象、目的和場(chǎng)合，結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)綜合選擇。2.6 手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)按人工干預(yù)的程度分類，超聲檢測(cè)可分為手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)。 手工檢測(cè)手工檢測(cè)一般指由操作者手持探頭進(jìn)行的A型脈沖反射式超聲檢測(cè)。手工檢測(cè)方便易操作，大量應(yīng)用于特種設(shè)備的相關(guān)行業(yè)，對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量起了重要作用，我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB

42、/T4730.3-2005主要的適用范圍即為手工檢測(cè)。但是，也要看到，手工檢測(cè)結(jié)果受操作者的人為因素影響比較大，假定在儀器探頭等其他一切硬件條件均滿足工藝的情況下，這時(shí)操作者的責(zé)任心、情緒狀態(tài)、掃查探頭的方式和手法、技術(shù)水平等均會(huì)直接關(guān)系到缺陷的檢出率和缺陷判斷的準(zhǔn)確率，同時(shí)檢測(cè)過(guò)程中的超聲信號(hào)無(wú)法連續(xù)記錄，檢測(cè)結(jié)果的可靠性、復(fù)現(xiàn)性難以保證。 自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)指使用自動(dòng)化超聲檢測(cè)設(shè)備，在最少的人工干預(yù)下進(jìn)行并完成檢測(cè)的全部過(guò)程。一般指采用自動(dòng)掃查裝置，或在檢測(cè)過(guò)程中可自動(dòng)記錄聲束位置信息、自動(dòng)采集和記錄數(shù)據(jù)的檢測(cè)方式。在自動(dòng)檢測(cè)中，檢測(cè)結(jié)果受人因素影響較小。若滿足以下任何一個(gè)條件，可稱為自動(dòng)檢

43、測(cè)：（1）采用自動(dòng)掃查裝置。探頭固定于機(jī)械掃查裝置上，掃查裝置或工件按照設(shè)定的方式運(yùn)動(dòng)，從而完成超聲檢測(cè)全過(guò)程。如鋼管制造企業(yè)采用的無(wú)縫鋼管自動(dòng)超聲檢測(cè)，煉鋼廠采用的板材自動(dòng)超聲檢測(cè)等。（2）自動(dòng)記錄聲束位置信息、自動(dòng)采集和記錄數(shù)據(jù)。為跟蹤和記錄探頭位置，自動(dòng)超聲設(shè)備必須配備位置傳感器，一般采用編碼器或聲定位技術(shù)，但相控陣方法是個(gè)例外，因?yàn)橄嗫仃嚳梢圆捎秒娮訏呙枰蕴娲鷻C(jī)械掃描。在掃查過(guò)程中，自動(dòng)超聲設(shè)備應(yīng)能夠自動(dòng)采集超聲信號(hào)以及相對(duì)應(yīng)的位置信息，并以不可更改的方式記錄下來(lái)。一般也使用掃查裝置，按照驅(qū)動(dòng)掃查裝置的動(dòng)力而言，可分為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和人驅(qū)動(dòng)。若采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，稱為全自動(dòng)；若采用人驅(qū)動(dòng)，則稱為半

44、自動(dòng)。全自動(dòng)和半自動(dòng)均簡(jiǎn)稱為自動(dòng)檢測(cè)。超聲成像技術(shù)涉及二維或三維成像，成像算法中需要超聲信號(hào)以及相對(duì)應(yīng)的位置信息，因此都屬于自動(dòng)超聲檢測(cè)。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是超聲檢測(cè)技術(shù)的重要應(yīng)用和發(fā)展方向，在歐美國(guó)家的鍋爐壓力容器制造中，出現(xiàn)逐漸替代射線檢測(cè)的現(xiàn)象和趨勢(shì)。第三章 脈沖反射法超聲檢測(cè)技術(shù)脈沖反射法超聲檢測(cè)在檢測(cè)條件、耦合與補(bǔ)償、儀器的調(diào)節(jié)、缺陷的定位、定量、定性等方面都有一些通用的技術(shù)，掌握這些通用技術(shù)對(duì)于發(fā)現(xiàn)缺陷并正確評(píng)價(jià)是很重要的。脈沖反射法超聲檢測(cè)的基本步驟是：檢測(cè)前的準(zhǔn)備，儀器、探頭、試塊的選擇，儀器調(diào)節(jié)與檢測(cè)靈敏度確定，耦合補(bǔ)償，掃查方式，缺陷的測(cè)定、記錄和等級(jí)評(píng)定，儀器和探頭系統(tǒng)復(fù)核等。

45、3.1 檢測(cè)面的選擇和準(zhǔn)備1.檢測(cè)面的選擇原則 ： 當(dāng)一個(gè)確定的工件存在多個(gè)可能的聲入射面時(shí)，首先要考慮缺陷的最大可能取向。根據(jù)缺陷的可能取向，選擇入射超聲波的方向，使聲束軸線與缺陷的主反射面接近垂直。檢測(cè)面的選擇應(yīng)該與檢測(cè)技術(shù)的選擇相結(jié)合: （1） 鍛件：縱波垂直入射檢測(cè)，檢測(cè)面選與鍛件流線相 平行的表面； （2）棒材：入射面為圓周面，縱波檢測(cè)位于棒材中心區(qū)的、延伸方向與棒材軸向平行的缺陷；橫波檢測(cè)位于表面附近垂直于表面的裂紋，或沿圓周延伸的缺陷。 需要從多個(gè)檢測(cè)面入射檢測(cè)：（1） 變形過(guò)程使缺陷有多種取向時(shí)；（2）單面檢測(cè)存在盲區(qū)，而另一面檢測(cè)可以彌補(bǔ)時(shí)；（3）單面檢測(cè)靈敏度不能在整個(gè)工件

46、厚度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)。2. 檢測(cè)面的準(zhǔn)備 保證檢測(cè)面能提供良好的聲耦合。去除松動(dòng)的氧化皮、毛刺、油污、切削或磨削顆粒等。如果個(gè)別部位不可能清除，應(yīng)作出標(biāo)記并留下記錄，供質(zhì)量評(píng)定時(shí)參考。 3.2 儀器與探頭的選擇正確選擇儀器和探頭對(duì)于有效的發(fā)現(xiàn)缺陷，并對(duì)缺陷定位、定量和定性是至關(guān)重要的。實(shí)際檢測(cè)中要根據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)要求來(lái)選擇儀器與探頭。3.2.1 檢測(cè)儀器的選擇目前國(guó)內(nèi)外檢測(cè)儀器種類繁多，性能各異，檢測(cè)前應(yīng)根據(jù)檢測(cè)要求和現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)選擇檢測(cè)儀器。一般根據(jù)以下情況來(lái)選擇儀器：(1) 對(duì)于定位要求高的情況，應(yīng)選擇水平線性誤差小的儀器。(2) 對(duì)于定量要求高的情況，應(yīng)選擇垂直線性好，衰減器精

47、度高的儀器。(3) 對(duì)于大型零件的檢測(cè)，應(yīng)選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的儀器。(4) 為了有效的發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷，應(yīng)選擇盲區(qū)小、分辨力好的儀器。(5) 對(duì)于室外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，應(yīng)選擇重量輕、熒光屏亮度好、抗干擾能力強(qiáng)的攜帶式儀器。此外要求選擇性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和可靠性好的儀器。3.2.2 探頭的選擇超聲檢測(cè)中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過(guò)探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的。探頭的種類很多，結(jié)構(gòu)形式也不一樣。檢測(cè)前應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的形狀、聲學(xué)特點(diǎn)和技術(shù)要求來(lái)選擇探頭。探頭的選擇包括探頭的型式、頻率、帶寬、晶片尺寸和橫波斜探頭K值的選擇等。1. 探頭型式的選擇一般根據(jù)工件形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來(lái)選

48、擇，使聲束軸線盡量與缺陷垂直?？v波直探頭：波束軸線垂直于探測(cè)面。主要用于檢測(cè)與檢測(cè)面平行或近似平行的缺陷。橫波斜探頭：通過(guò)波型轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)橫波檢測(cè)。主要用于檢測(cè)與檢測(cè)面垂直或成一定角度的缺陷?？v波斜探頭：利用小角度的縱波進(jìn)行檢測(cè)，或在橫波衰減過(guò)大的情況下，利用縱波穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行斜入射縱波檢測(cè)。雙晶探頭：探測(cè)薄壁工件或近表面缺陷。聚焦探頭：用于水浸探測(cè)管材或板材。2. 探頭頻率超聲波檢測(cè)頻率范圍為0.510MHz，選擇頻率時(shí)應(yīng)考慮的因素：（1） 檢測(cè)靈敏度：檢測(cè)靈敏度約為1/2，頻率高可提高檢測(cè)靈敏度。（2） 分辨力：頻率高，脈沖寬度小，分辨力高。（3）聲束指向性： ，頻率高，半擴(kuò)散角小，聲

49、束指向性好，能量集中，檢測(cè)靈敏度高，相對(duì)的檢測(cè)區(qū)域小。（4）近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度： ，頻率高，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度增加。（5）衰減：s=C2Fd 3f 4，頻率高，衰減增加，信噪比下降。（6） 缺陷反射指向性：面積狀缺陷，頻率太高會(huì)形成顯著的反射指向性。頻率的高低對(duì)檢測(cè)有較大影響，實(shí)際檢測(cè)中要全面分析考慮各方面的因素，合理選擇頻率以取得最佳平衡。對(duì)于小缺陷、厚度不大的工件，晶粒較細(xì)的鍛件、軋制件和焊接件，一般選擇較高頻率（2.510MHz）；對(duì)于大厚度工件、高衰減材料選擇較低頻率（0.52.5MHz）。3. 探頭帶寬寬帶探頭：脈沖寬度較小，深度分辨率好，盲區(qū)小，靈敏度較低；窄帶探頭：脈沖較寬，深度分辨率變差，盲區(qū)

50、大，靈敏度較高，穿透能力強(qiáng)。4. 探頭晶片尺寸晶片面積500mm2，圓晶片25mm。晶片大小影響：聲束指向性、近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度、近距離掃查范圍、遠(yuǎn)距離缺陷檢出能力。選擇晶片尺寸時(shí)應(yīng)考慮的因素：（1）聲束指向性； ；晶片尺寸越大，半擴(kuò)散角將越小，波束指向性將越好，超聲波能量就會(huì)越集中，這對(duì)聲束軸線附近的缺陷檢出十分有利。（2）近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度； ；隨著晶片尺寸的增大，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度也將迅速增大，這對(duì)檢測(cè)不利。（3）掃查范圍；晶片尺寸越大，輻射的超聲波能量就越大，探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍也將變大，而遠(yuǎn)距離掃查范圍相對(duì)就會(huì)變小，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷的能力就會(huì)增強(qiáng)。大晶片探頭:提高檢測(cè)效率，檢測(cè)厚工件時(shí)有效發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷；小

51、晶片探頭:檢測(cè)小工件時(shí)提高缺陷定位、定量精度，檢測(cè)表面不太平整或曲率較大工件時(shí)減少耦合損失。5. 橫波斜探頭K值：橫波檢測(cè)中，斜探頭K值影響缺陷檢出率、檢測(cè)靈敏度、聲束軸線方向，一次波的聲程。實(shí)際檢測(cè)中，工件厚度較小時(shí)，應(yīng)選用較大K值，工件厚度較大時(shí)，應(yīng)選用較小K值。焊縫檢測(cè)中，K值的選擇應(yīng)考慮可能產(chǎn)生的與檢測(cè)面的角度，并保證主聲束能掃查整個(gè)焊縫截面。檢測(cè)根部未焊透應(yīng)考慮端角反射率問(wèn)題.有機(jī)玻璃/鋼界面上的聲壓往復(fù)透射率3.3 耦合劑的選用3.3.1 耦合劑 超聲耦合：超聲波在檢測(cè)面上的聲強(qiáng)透射率。 耦合劑作用：排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波有效的傳入工件，達(dá)到檢測(cè)的目的。3.3.2

52、影響聲耦合的主要因素1. 耦合層厚度：厚度為/4的奇數(shù)倍時(shí)，透聲效果差；為/2的整數(shù)倍或很薄時(shí)，透聲效果好。2. 工件表面粗糙度：對(duì)聲耦合有明顯的影響，要求工件檢測(cè)面Ra6.3m。3. 耦合劑聲阻抗：對(duì)耦合效果有較大的影響。4. 工件表面形狀：平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。曲率半徑大，耦合效果好。耦合層厚度d對(duì)耦合的影響表面粗糙度對(duì)耦合的影響3.4 縱波直探頭檢測(cè)技術(shù)3.4.1 檢測(cè)設(shè)備的調(diào)整調(diào)整內(nèi)容：a.儀器的掃描速度調(diào)整；b.檢測(cè)靈敏度調(diào)整。調(diào)整目的：保證在確定的檢測(cè)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定尺寸的缺陷，并確定缺陷的位置和大小。1. 時(shí)基線的調(diào)整調(diào)整目的：（1）使時(shí)基線顯示的范圍足以包含需

53、檢測(cè)的深度范圍（2） 使時(shí)基線刻度與在材料中聲傳播的距離成一定比例，以便準(zhǔn)確測(cè)定缺陷的深度位置。調(diào)整內(nèi)容：（1）根據(jù)所需掃描聲程范圍確定時(shí)基掃描線比例；（2）零位調(diào)節(jié)，將聲程零位設(shè)置在選定的水平刻度線上。調(diào)整方法：根據(jù)檢測(cè)范圍，利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射波， 通過(guò)調(diào)節(jié)儀器的掃描范圍和延遲旋鈕，使兩個(gè)信號(hào)的前沿分別位相應(yīng)的水平刻度處。注意：調(diào)節(jié)掃描速度用的試塊應(yīng)與被檢工件具有相同的聲速。2. 檢測(cè)靈敏度的調(diào)整檢測(cè)靈敏度：在確定的聲程范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力。一般根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。調(diào)整目的：發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對(duì)缺陷定量。調(diào)節(jié)方法：試塊調(diào)整法和工件底波調(diào)整法

54、。（1）試塊調(diào)整法：根據(jù)工件的厚度和對(duì)靈敏度的要求選擇相應(yīng)的試塊。將探頭對(duì)準(zhǔn)試塊上的人工反射體，調(diào)整儀器，使示波屏上人工反射體的最高反射回波達(dá)到基準(zhǔn)高度。注意問(wèn)題：a.工件厚度x3N或不能獲得底波情況時(shí)，較為適宜。b.試塊表面狀態(tài)和材質(zhì)衰減是否與被檢工件相近，應(yīng)考慮兩者的差異引起的反射波高差異值，并對(duì)靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償。（2）試塊計(jì)算法：對(duì)于厚度x3N的工件，可選用一塊材質(zhì)與工件相同（衰減系數(shù)相同）的平底孔試塊（孔埋深xj3N）來(lái)調(diào)節(jié)不同工件的檢測(cè)靈敏度。調(diào)節(jié)時(shí)要計(jì)算試塊基準(zhǔn)平底孔與檢測(cè)靈敏度所要求埋深與孔徑的平底孔的回波聲壓分貝差。 不同直徑不同埋深的平底孔翻身回波的聲壓分貝差為： Pf 檢測(cè)靈

55、敏度所要求的平底孔的回波聲壓； Pj 試塊基準(zhǔn)平底孔的回波聲壓； df 檢測(cè)靈敏度所要求的平底孔的孔徑； dj 試塊基準(zhǔn)平底孔的孔徑。 dB為檢測(cè)靈敏度的調(diào)節(jié)量，計(jì)算值為負(fù)值時(shí)需要提高儀器增益，計(jì)算值為正值時(shí)需要降低儀器增益?？紤]試塊與受檢工件表面狀態(tài)的差異，應(yīng)需要預(yù)先測(cè)定傳輸修正值，并在調(diào)節(jié)增益時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。如果基準(zhǔn)平底孔與檢測(cè)靈敏度要求的平底孔埋深相差較大，在計(jì)算調(diào)節(jié)量時(shí)還應(yīng)考慮材質(zhì)衰減的影響，試塊計(jì)算法要求試塊衰減系數(shù)與工件相同，因此采用下式計(jì)算總的增益調(diào)節(jié)量： 被檢材料和試塊的衰減系數(shù)。(3) 工件底波調(diào)整法：根據(jù)工件底面回波與同深度的人工缺陷（如平底孔）回波分貝差dB為定值的原理進(jìn)行的。 dB理論計(jì)算公式：（x3N） 式中：x 工件厚度，mm ； Df 要求探出的最小平底孔尺寸，mm。注意問(wèn)題：只能用于厚度x3N的工件，要求工件具有平行底面或圓柱底面，且底面光潔干凈。3. 傳輸修正值的測(cè)定 在利用試塊調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度時(shí)，當(dāng)工件表面狀態(tài)和材質(zhì)衰減與對(duì)比試塊存在差異時(shí)采取的一種補(bǔ)償措施。 測(cè)定方法：通過(guò)試塊的底波與工件底波進(jìn)行比較，取其比值的分貝值。 要求：試塊與工件均有相互平行的大平底表面。3.4.2 掃查掃查：移