超聲檢測方法分類與特點及通用技術(shù)

超聲檢測方法分類與特點及通用技術(shù)第1頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月

超聲檢測方法分類與特點及通用技術(shù)

第一節(jié)超聲波探傷方法概述超聲波探傷方法按波的類型可分為脈沖波法和連續(xù)波法，按探傷方法原理可分為反射法、穿透法和共振法，按波形可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法和爬波法，按耦合方式可分為直接接觸法和液浸法，按探頭個數(shù)可分為單探頭法、雙探頭法和多探頭法，現(xiàn)將各種探傷方法分類列于下圖4.1：第2頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波探傷方法圖例4-1.doc第3頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)儀器與探頭的選擇

一、探傷儀選擇儀器和各項指標要符合檢測對象標準規(guī)定的要求；其次可考慮檢測目的及現(xiàn)場條件。1、對定位要求高時，應選擇水平線性誤差小的儀器2、對定量要求高時，應選擇垂直線性誤差小，衰減器精度高的儀器。第4頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月3、對大型工件或粗晶材料工件探傷，可選擇功率大，靈敏度余量高，信噪比高，低頻性能好的儀器。4、對近表面缺陷檢測要求高時，可選擇盲區(qū)小，近區(qū)分辨好的儀器。5、室外探傷時，選重量輕、亮度好、抗干擾力強的便攜儀器。主要考慮：靈敏度、分辨力、定量要求，定位要求和便攜、穩(wěn)定等方面。第5頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、探頭選擇1.型式選擇：原則為根據(jù)檢測對象和檢測目的決定：如：焊縫——斜探頭鋼板、鑄件——直探頭鋼管、水浸板材——聚焦探頭（線、點聚集）近表面缺陷——雙晶直探頭表面缺陷——表面波探頭

第6頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.探頭頻率選擇超聲波檢測靈敏度一般是指檢測最小缺陷的能力，從統(tǒng)計規(guī)律發(fā)現(xiàn)當缺陷大小為時，可穩(wěn)定地發(fā)現(xiàn)缺陷波，對鋼工件用2.5~5MHZ，λ為：縱波2.36~1.18，橫波1.29~0.65，則縱波可穩(wěn)定檢測缺陷最小值為：0.6~1.2mm之間，橫波可穩(wěn)定檢測缺陷最小值為：0.3~0.6之間。第7頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月這對壓力容器檢測要求已能滿足。故對晶粒較細的鑄件、軋制件、焊接件等常采用2.5~5MHZ。對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等因會出現(xiàn)許多林狀反射，（由材料中聲阻抗有差異的微小界面作為反射面產(chǎn)生的反射），也和材料噪聲干擾缺陷檢測，故采用較低的0.5~2.5MHZ的頻率比較合適，主要是提高信噪比，減少晶粒反射。第8頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月此外應考慮檢測目的和檢測效果，如從發(fā)現(xiàn)最小缺陷能力方面，可提高頻率，但對大工件因聲程大頻率增加衰減急劇增加。對粗晶材料如降低頻率，且減小晶片尺寸時，則聲束指向性變壞，不利于檢測遠場缺陷，所以應綜合考慮。第9頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月3.晶片尺寸選擇：原則：①晶片尺寸要滿足標準要求，如滿足JB/T4730-2005要求，即晶片面積≤500mm2，任一邊長≤25mm。第10頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月②其次考慮檢測目的，有利于發(fā)現(xiàn)缺陷，如工件較薄，則晶片尺寸可小些，此時N小。鑄件、厚工件則晶片尺寸可大些，N大、θ0小。發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷能力強。第11頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月③考慮檢測面的結(jié)構(gòu)情況如對小型工件，曲率大的工件復雜形狀工件為便于耦合要用小晶片，對平面工件，晶片可大一些。第12頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月4.斜探頭K值選擇：原則：①保證聲束掃到整個檢測斷面，對不同工件形狀要具體分析選擇。②盡可能使檢測聲束與缺陷垂直，在條件許可時，盡量用K大些的探頭。薄工件K大些，厚工件K可小些。③根據(jù)檢測對象選K：如單面焊根部未焊透，選K=0.7-1.5，即在K=0.84-1時檢測靈敏度最高。第13頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)耦合與補償

耦合就是實現(xiàn)聲能從探頭向工件的傳遞，它可用探測面上聲強透過率來表示耦合的好壞，聲強透過率高，表示聲耦合好。第14頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月一、耦合劑——在工件與探頭之間表面，涂敷液體、排除空氣，實現(xiàn)聲能傳遞該液體即耦合劑。實際耦合劑聲阻抗在1.5~2.5×106公斤/米2，而鋼聲阻抗為45×106公斤/米2。所以靠耦合劑是很難補償曲面和粗糙表面對探測靈敏度的影響。水銀耦合效果最好，聲阻抗為：19.8×106kg/m2與鋼接近，但有毒、很貴，故不推薦。第15頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月對耦合劑的要求：①對工件表面和探頭表面有足夠浸潤性，并既有流動性，又有附著力強，且易清洗。②聲阻抗大，應盡量和被檢工件接近。③對人體無害，對工件無腐蝕作用。④來源廣，價格低廉。⑤性能穩(wěn)定。第16頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、影響聲耦合的主要因素3.耦合層厚度d：在均勻介質(zhì)中：最好：d=n·即半波長整數(shù)倍時聲壓透射率為1，幾乎無反射，聲能全部透射。好象耦合層不存在。最不好：d=（2n+1）即四分之一波長奇數(shù)倍時，聲壓透射率最低，反射率最高。第17頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月4.工件表面粗糙度影響由上面均勻介質(zhì)中異質(zhì)薄層對聲波的聲壓反射率表示式可知d→0時，可得r≈0。耦合效果越好。表示工件表面光潔度越光越好，表面粗糙度越差。則d越大耦合越差。但是當表面太光后探頭和工件之間耦合層由于表面張力吸附作用，變成真空使探頭移動困難。同時因真空不能傳播聲波，使耦合變差。一般工件要求粗糙度Ra=6.3μm第18頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月5.耦合劑聲阻抗影響一般液體耦合劑聲阻抗均比工件聲阻抗小，故對同一探測面（光潔度相同，工件材質(zhì)相同）聲阻抗越大的耦合劑耦合效果越好。第19頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月6.工件表面形狀影響平面工件耦合最好。凸曲面次之凹曲面最差。第20頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月三、表面耦合損耗測定與補償1.耦合損耗測定試塊和工件在材質(zhì)、反射體、探頭、儀器相同條件下，僅表面光潔度不同測出相同反射體（聲程相同）回波高度dB差。聲程不同時，應對聲程變化引起的dB差進行修正。第21頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.補償將試塊上反射體回波高調(diào)至某高h，再提高測得的dB值，即為補償。利用底波反射橫波耦合損耗測試實例：第22頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月用兩個相同規(guī)格斜探頭，作一發(fā)一收方式先在試塊上相對探測，分別測得兩探頭相距一跨距和二跨距時底面回波高H1和H2，在示波屏上作出H1和H2連線。再將兩探頭在工件上相對探測，同樣分別測得兩探頭相距一跨距和二跨距時底面回波第23頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月高h1和h2，在示波屏上作出h1和h2連線。則H1和H2連線位于h1和h2連線上方，這是因為工件表面粗糙耦合差引起的結(jié)果，則此兩線高度差即為表面耦補償差dB值。當試塊厚度小于工件時，h1位于H1和H2中間，當試塊厚度大于工件時，H1位于h1和h2中間。第24頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)探傷儀調(diào)節(jié)

一、掃描線比例調(diào)節(jié)1.縱波：以工件厚度聲程為基準調(diào)節(jié)，一般將工件二次底波調(diào)節(jié)10格。（直探頭）一般將工件一次底波調(diào)節(jié)5格。多次反射：Bn。根據(jù)工件厚和反射次數(shù)決定。第25頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.橫波①聲程調(diào)節(jié)法常用于直探頭管座角焊縫斜探頭

T型焊

可用IIW和IIW2試塊法來調(diào)節(jié)。第26頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月②水平法CSK-IA法（利用R100，R50）橫孔試塊法（CSK-IIIA和CSK-IIA或薄板試塊法）。第27頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月③深度法CSK-IA（利用R100，R50）CSK-IIIA、IIA。第28頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、探傷儀靈敏度調(diào)節(jié)法1.試塊法根據(jù)工件探傷靈敏度要求。將探頭對準標準試塊上人工缺陷探測使波高達到某基準波高（如50%高），再根據(jù)工件厚度、要求、調(diào)節(jié)衰減器達到要求的靈敏度，這方法要注意下到幾點：試塊和工件材質(zhì)不同，衰減不同的補償。試塊和工件表面粗糙度不同的補償。第29頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月試塊反射體聲程和工件檢測靈敏度要求聲程不同引起補償（擴散、材質(zhì)）。試塊反射體和工件檢測靈敏度要求的反射體種類不同引起補償。第30頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工件底波法調(diào)整靈敏度要求：①工件底面和探測面平行。②工件底面和探測面形狀相同，且規(guī)則?！鱠B=20lg③工件底面和探測面形狀不同。如帶中心孔的軸或筒體外表面或內(nèi)表面探測。第31頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月A△dB=20lg+10lgB△dB=20lg－10lg特點：①方便、不用試塊②不考慮表面補償③不考慮材質(zhì)衰減（底面缺陷和底波聲程相同）方法：只要求出底波高與要求的檢測靈敏度反射法之間回波高度差。第34頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)缺陷位置測定

一、縱波（直探頭）缺陷定位：將缺陷波在掃描線上刻度與所調(diào)比例對比求得缺陷波聲程。第35頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、表面波探傷缺陷定位：根據(jù)缺陷波前沿位置按所調(diào)掃描線比例確定缺陷離探頭距離。第36頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月三、橫波平面工件缺陷定位：9.聲程比例調(diào)節(jié)定出水平距離Lf=nTfSinβ和深度df=nTfCOSβ，二次波df=2T-nTfCOSβ。第37頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月10.按水平比例調(diào)節(jié)定出：水平距離Lf=nTf可直接在掃描線上讀出深度df=nTf/K，二次波df=2T-nTf/K。第38頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月11.按深度比例調(diào)節(jié)定出：水平距離Lf=K·nTf

深度：df=nTf二次波：df=2T–nTf第39頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月四、橫波周向探測

1.外園周向探測離外表深度H=R-弧長⌒L=tg-1第40頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：d為掃描線上顯示的平板工件深度。H為曲面工件上缺陷離外表面實際深度。

R為工件外半徑。

K為探頭K值?！袨槿毕蓦x探頭外表面弧長。

L第41頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.內(nèi)壁周向探測

h=－r⌒=tg-1L第42頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：h>d⌒<LL式中：r為工件內(nèi)半徑。第43頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月3.最大探測壁厚探頭在筒體外表面探測時，主聲束與內(nèi)表面相切時筒體的壁厚即為最大探測壁厚Tm。此時探頭折射β為：第44頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月Sinβ=r/R（R、r分別為筒體外、內(nèi)半徑）則≤即Tm≤R第45頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)缺陷大小測定一、當量法適用于小于聲場的缺陷的當量測定。1.當量試塊比較法方法：將人工缺陷（試塊上標準反射體）與工件中自然缺陷回波比較，定出的缺陷當量。第46頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月要求：①加工一系列不同聲程，不同形狀（平底孔或橫孔），不同尺寸（直徑不同）試塊，將自然缺陷聲程與試塊上聲程相近的反射體比較。第47頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月②試塊與工件材質(zhì)相近或相同，光面光潔度，工件形狀相同或一致。③探測條件一致，儀器、探頭、靈敏度一致。優(yōu)點：直觀，測得當量值較明確。缺點：要做大量試塊，成本高。對X>3N時做試塊不易，故僅在X≤3N時應用。第48頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.當量計算方法△當量：不同類型和不同大小的工件中的任何缺陷反射回波高與同聲程的某標準（規(guī)則）反射體的反射回波高相同時，則該標準（規(guī)則）反射體的類型和尺寸即為該缺陷的當量。△由于實際缺陷的幾何形狀，表面狀況、方向，缺陷性質(zhì)各不相同，其聲吸收、聲散射比標準規(guī)則幾何反射體復雜的多。第49頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月一般實際缺陷總比所定的當量值大3~5倍，或更多。當量計算方法：利用規(guī)則形狀反射體回波聲壓（第二章中介紹的幾種）與缺陷回波聲壓（缺陷波高dB值）進行比較得到缺陷當量?；竟剑海ǜ鳂藴史瓷潴w回波聲壓）大平底：第50頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月平底孔：長橫孔：短橫孔：Lf——短橫孔長，Df——短橫孔直徑。球孔：第51頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月園柱曲面：PC=

凸面r內(nèi)半徑

PC=

凹面R外半徑。第52頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月考慮材質(zhì)衰減應均乘上：e-式中：P=2P0Sin在X>3N時P=具體計算：用公式計算：應根據(jù)缺陷波高與所定探傷靈敏度比較或和底波高比較，再與探傷靈敏度比較。第53頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月

計算時應考慮：①材質(zhì)衰減。如題中不考慮，就不管。如題中告訴衰減，要弄清是雙程還是單程的。②是否要不同孔型之間相互換算。如靈敏度為平底孔，題中要求求出長橫孔當量，這要互換。X≥3N時近似準確。第54頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月③用AVG圖計算，可直接查得缺陷相對大小G，再乘探頭晶片尺寸DS則可得缺陷尺Df。④用實用當量曲線可在曲線上直接查得缺陷當量直徑。第55頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、測長法：適用于缺陷尺寸大于聲束截面時的缺陷。指示長度：根據(jù)缺陷波高，用探頭移動距離的方法。按規(guī)定方法測得的缺陷長稱指示長度。第56頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：由于工件中實際缺陷取向、性質(zhì)、表面狀態(tài)均影響缺陷回波高度。故指示長度一般小于或等于實際長度（此時所用dB值即缺陷波最高波下降dB值≤6dB時），當dB>6dB時，一般將缺陷測大，即指示長度大于實際長度。第57頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月1.相對靈敏度測方法相對靈敏度法是以缺陷最高回波為基準，使探頭沿缺陷長度方向兩端移動，使缺陷波下降一定的dB值。常用6dB（半波）、12dB（波高）、20dB（全波消失）。第58頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月①6dB法（半波）適用于：缺陷只有一個高點缺陷基本垂直聲束缺陷沿探頭移動方向基本均勻缺陷長度大于聲束截面

指所用波束截面這里指6dB波束截面第59頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月②端點6dB法：一般將缺陷測大缺陷有多個高點時，用端部6dB法即使端部波高下降6dB。關(guān)鍵：確定端部缺陷回波峰值（最高值），找到了缺陷端部峰值后，和6dB法同樣操作。第60頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.絕對靈敏度法探傷儀在規(guī)定靈敏度條件下沿缺陷方向移動（不管缺陷最高在何值）。使缺陷波下降至規(guī)定的位置如評定線，如JB/T4730中Ⅰ區(qū)缺陷規(guī)定降到測長線即為絕對靈敏度法。特點：①測長是與缺陷最高波多少無關(guān)。第61頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月②缺陷長度（指示長度）與缺陷波高和所規(guī)定的測長值位置有關(guān)，如缺陷波高只比規(guī)定測長靈敏度高3dB，即為3dB測長，一般將缺陷測短。如缺陷波高比規(guī)定測長靈敏度高20dB，即為20dB測長，一般將缺陷測大。第62頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月3.端點峰值法：一般將缺陷測少。在探頭移動過程中發(fā)現(xiàn)缺陷有多個高點，則將缺陷兩端點最大波高處探頭位置的距離作為端點峰值法指示長度。關(guān)鍵：尋找端點峰值位置?！饕陨蠝y長法適用：長條形缺陷第63頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月①對于缺陷回波包絡(luò)線只有一個極大值的缺陷，可用最大波高衰減法，常用6dB法。②對缺陷回波包絡(luò)線有多個極大值缺陷，可用端點6dB法或端點峰值法。③對條形氣孔、未焊縫等宜用6dB法。（標準規(guī)定指示長度小于10mm，以5mm計）。第64頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月④對中間粗、兩端細或細長缺陷（裂紋、未熔合）用端點法可獲得較好的結(jié)果。第65頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月三、底波高度法在遠場（X>3N），當缺陷比聲束截面小時，缺陷波高與面積成正比（此時可用當量法定缺陷大?。?；當小缺陷數(shù)量很多，或缺陷面積逐漸增加，則缺陷越大，所遮擋的聲束愈多，造成缺陷處工件底波下降越大，此時可用缺陷波與底波相對波高來評價缺陷的大小。第66頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月1.：BF——為缺陷處底波高度，F(xiàn)——缺陷波高2.：BG——無缺陷處底波高度3.此方法在鋼板、鍛件探傷中常應用。第67頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)影響缺陷定位、定量的主要因素一、影響缺陷定位的主要因素：1.儀器的影響：水平線性、水平刻度精度。2.探頭：主聲束偏向，探頭波束雙峰，斜探頭斜楔磨損使K值變化，探頭晶片發(fā)射、接收聲波指向性。第68頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月3.工件影響①表面粗糙：表面凹凸不平引起進入工件聲束分叉。第69頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月②工件材質(zhì)：材質(zhì)晶粒引起林狀反射，即材料噪聲，試塊與工件材質(zhì)差異，引起聲速變化，試塊與工件應力差異，引起聲速變化使K值變。壓力應力聲速增加，拉應力聲速減小每1kg/mm2引起0.01%。第70頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月③工件表面形狀曲面工件探測時探頭平面時為點或線接觸探頭磨成曲面，使入射點改變，從而引起K值變化。第71頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月④工件邊界：靠工件邊界探測時，由于側(cè)壁干擾，使主聲束偏向，改變K值。⑤工件溫度：工件溫度升高K值增大。工件溫度下降K值變小。第72頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥工件中缺陷：缺陷反射指向性引起不在主聲束入射缺陷時出現(xiàn)高反射，引起誤判。第73頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月4.操作人員影響①調(diào)儀器掃描線比例不準。②測探頭入射值，K值不準。③定位方法不當：曲面工件未修正等。第74頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、影響缺陷定量的因素1.儀器、探頭性能影響頻率偏差（使調(diào)靈敏度引起偏差也影響定量垂直性偏差，衰減器精度誤差）。探頭形式，晶片尺寸（影響N大?。┨筋^K偏差（往復透過率與入射角有關(guān)）。第75頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2.耦合偏差及材質(zhì)衰減測量偏差，傳輸損失等。3.工件幾何形狀和尺寸（曲率變化要補償）4.缺陷的影響缺陷的形狀，方位與入射波夾角等，指向性（回波指向性），表面粗糙度，性質(zhì)，位置（在近場或遠場等）等。第76頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)缺陷性質(zhì)分析

一、根據(jù)加工工藝分析缺陷性質(zhì)：

對各種工件根據(jù)加工工藝不同進行分析。如鍛鋼：則可能產(chǎn)生白點，裂紋這是最危險的缺陷。鑄鋼：易在洗胃口附近產(chǎn)生疏松或縮孔。焊縫：產(chǎn)生氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等。第77頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月二、根據(jù)缺陷特征分析缺陷性質(zhì)缺陷特征為：大小、形狀、密集程度、位置等幾方面：大?。河行┤毕菀怀霈F(xiàn)往往比較大，如鑄件中縮孔，疏松一出現(xiàn)就一大片，如探傷時發(fā)現(xiàn)大面積缺陷，就可斷定這類缺陷。第78頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月形狀分為：平面形缺陷：在不同探測面上探測這種缺陷，其回波高顯著不同，探測時聲束垂直于平面時回波很高，聲束平行于平面時回波很低，一般此類缺陷為裂紋、夾層類。第79頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月點狀缺陷：各個方向探測，缺陷回波差不多，無明顯變化，大多為氣孔、夾渣、夾砂等。缺陷密集程度：在熒光屏掃描線某一范圍內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)一系列簇狀缺陷，在不同方向探測缺陷回波情況差不多。第80頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月缺陷位置分析：如大型鑄件（如大的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子）在中心和端部鍛壓部位易出現(xiàn)裂紋。在焊縫中心有一定長度的缺陷大多為未焊透。在焊縫根部為單面焊未