超聲波無損檢測培訓(xùn)課件

超聲波無損檢測第七章板材和管材超聲檢測7.1鋼板超聲檢測薄板—常用板波檢測法（5.3.4）；中厚板—垂直入射法（垂直板面入射的縱波直 探頭檢測法）板材分類(從超聲檢測的角度)：薄板δ<6mm中板6mm≤δ≤40mm厚板δ>40mm2超聲波無損檢測7.1.1鋼板中常見缺陷分層、折疊和重皮、白點、裂紋分層—是板坯中縮孔、夾渣等在軋制過程中未融合而形成的分離層。存在于內(nèi)部分層破壞了鋼板的整體連續(xù)性，影響鋼板承受垂直板面的拉應(yīng)力作用的強度。這些缺陷有的是鋼水本身產(chǎn)生，如脫氧時加脫氧劑造成，或煉鋼爐混入鋼水中的耐火材料等，這些缺陷在鋼錠中位置沒有一定規(guī)律，故出現(xiàn)在鋼板中位置也無序。 分層是以上缺陷軋制而成，大多與鋼平行，且具有固定走向。為平面狀缺陷，嚴重時形成完全剝離的層狀裂紋，對小的點狀夾雜物則形成小的局部分層。3超聲波無損檢測折疊和重皮—鋼板表面局部形成互相折合的雙層金屬。存在于表面白點—是鋼板在軋制后冷卻過程中氫原子來不及擴散而形成的，白點的斷裂面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于40mm的鋼板中。存在于內(nèi)部裂紋—軋制工藝和溫度不合適時造成。存在于鋼板表面，偶爾在內(nèi)部。裂紋較少見，如軋制工藝穩(wěn)定，這類缺陷不常見。4超聲波無損檢測7.1.2檢測方法

中厚板一般采用脈沖反射式垂直入射法檢測，耦合方式有直接接觸法和水浸法。采用的探頭有聚焦或非聚焦的單晶直探頭、雙晶直探頭。采用單晶直探頭檢測，在調(diào)節(jié)檢測儀掃描線時，一般采用多次底波反射法，即在示波屏上顯示多次反射底波。這樣不僅可以根據(jù)缺陷波來判定缺陷情況，而且可根據(jù)底波衰減情況來判定缺陷情況。只有當(dāng)板厚很大時才采用一次底波或二次底波法。一次底波法示波屏上只出現(xiàn)鋼板界面回波與一次底波，只考慮界面回波與底波B1之間的缺陷波。5超聲波無損檢測采用底波多次反射法探傷應(yīng)滿足下面三條件：1.工件的探傷面與底面互相平行，確保產(chǎn)生多次反射。（如工件加工傾斜就不合適）；2.鋼板材質(zhì)晶粒度必須均勻，保證無缺陷處底面多次反射波次數(shù)的穩(wěn)定。（各次相同）；3.材質(zhì)對超聲波的衰減要小。保證反射底波有足夠數(shù)量，以利探傷觀察。一般碳鋼、不銹鋼均能滿足這些條件。6超聲波無損檢測無缺陷7.1.2.1直接接觸法

探頭通過薄層耦合劑與工件接觸進行檢測。當(dāng)探頭位于被檢對象完好區(qū)（無缺陷）時，顯示屏上顯示多次等距離的底波，無缺陷波。7超聲波無損檢測小缺陷當(dāng)探頭位于缺陷較小的區(qū)域（缺陷截面小于聲束截面積）時，顯示屏上缺陷回波與底波共存，底波有所下降。8超聲波無損檢測大缺陷當(dāng)探頭位于缺陷較大區(qū)域（缺陷截面大于等于聲束截面積）時，顯示屏上只有缺陷的多次反射波，底波消失。與液浸法區(qū)別是耦合層較薄，耦合劑/鋼板的界面反射波在始脈沖寬度以內(nèi)在顯示屏上看不到。9超聲波無損檢測在鋼板檢測中值得注意的是：當(dāng)板厚較薄且板中缺陷較小時，各次底波之前的缺陷波開始幾次逐漸升高，然后在逐漸降低。這種現(xiàn)象是由于不同反射路徑聲波互相疊加造成的，因此稱為疊加效應(yīng)，如圖所示。10超聲波無損檢測圖中F1只有1條路徑，F(xiàn)2比F1多三條路徑，F(xiàn)3比F1多五條路徑。路徑多，疊加能量多，缺陷回波高。但當(dāng)路徑進一步增加時，衰減也迅速增加，這時衰減的影響比疊加效應(yīng)更大，因此缺陷回波高。但當(dāng)路徑進一步增加時，衰減也迅速增加，這時衰減的影響比疊加效應(yīng)更大，因此缺陷波升高到一定程度后又逐漸降低。在鋼板檢測中，若出現(xiàn)疊加效應(yīng)，一般應(yīng)根據(jù)F1來評價缺陷。只有當(dāng)板厚δ＜20mm時，才以F2來評價缺陷，這主要是為了減小近場區(qū)的影響。疊加效應(yīng)條件：a小缺陷b中心部位c一般25mm以下（10-25）mm。11超聲波無損檢測7.1.2.2液浸法（充液耦合法）為使鋼板上（耦合液體/鋼）下（鋼板底面）表面的多次反射波不互相干擾，常調(diào)整液體層厚度使耦合液體/鋼界面的反射波和鋼板底面多次反射波重合，這種方法稱為多次重合法,如圖所示。液浸法是探頭與鋼板通過一層耦合液體（常用水）來耦合如圖所示。12超聲波無損檢測

當(dāng)耦合液體/鋼界面的界面波S第2、3、4……次反射波分別與鋼板的第1、2、3……次底波一一重合時，稱為一次重合法；當(dāng)耦合液體/鋼界面的第2、3、4……次反射波分別與鋼板的第2、4、6……次底波重合時，稱為二次重合法。依此類推13超聲波無損檢測一般較為常用的是四次重合法。液浸法超聲波檢測中，耦合液體層厚度的確定可由（7.1）式通過計算求得：

h－耦合液體層厚度

n－重合次數(shù)（即一次重合法n=1、二次重合法n=2）

c液－耦合液體中的聲速

c鋼－鋼中的聲速

T－鋼板厚度例1：用超聲波水浸法檢測厚度為32mm的鋼板，若采用四次重合法檢測，求水層厚度？

應(yīng)用水浸多次重合法檢測不僅可以減小近場區(qū)的影響，而且可以根據(jù)多次底波衰減情況來判斷缺陷嚴重程度，一般常用四次重合法。14超聲波無損檢測對充水直探頭的要求：

①為滿足多次重合法要求，水層厚度要連續(xù)可調(diào)。②調(diào)至不同厚度時，必須保證發(fā)射的聲束與鋼板表面垂直。③充水探頭內(nèi)水套管內(nèi)徑必須大于最大水層厚度時聲束直徑。④進出水口位置應(yīng)大于最大水層可調(diào)厚度，且出水口應(yīng)小于進水口，保證水套充滿水。⑤探傷時應(yīng)及時注意排除水中氣泡?；虿捎孟輨┤コ龤馀?。15超聲波無損檢測7.1.3板材超聲波檢測過程

7.1.3.1表面要求鋼板檢測時表面為軋制面，當(dāng)表面比較粗糙或氧化皮較為嚴重時，應(yīng)做適當(dāng)?shù)奶幚恚缬娩摻z刷及打磨等。一般選取鋼板的任意一個軋制面進行檢測，如有需要也可選上下兩個軋制面進行檢測。

7.1.3.2探頭選用

探頭的頻率一般為2.5MHz～5MHz，這是因為鋼板的晶粒比較細，較高的頻率可以獲得較高的分辨力。一般探頭的直徑為Φ10mm～Φ30mm，對于較大面積的鋼板為提高工作效率可采用較大直徑的探頭，對于較薄的鋼板為減小近場區(qū)影響應(yīng)使用雙晶直探頭或采用小直徑的探頭,探頭選用應(yīng)符合表7.1的要求。

16超聲波無損檢測表7.1板材超聲波檢測探頭選用板厚，㎜采用探頭公稱頻率，MHz探頭晶片尺寸6～20雙晶直探頭5晶片面積不小于150㎜2＞20～40單晶直探頭5Φ14㎜～Φ20㎜＞40～250單晶直探頭2.5Φ20㎜～Φ25㎜探頭的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)板厚來確定。板厚較大時，常選用單晶直探頭。板厚較薄時可選用雙晶直探頭，因為雙晶直探頭主要用于檢測厚度6~20mm的鋼板。17超聲波無損檢測7.1.3.3試塊選用原則

1、板材檢測使用的標準試塊CBⅠ階梯試塊，適用于板厚小于等于20mm鋼板檢測；18超聲波無損檢測2、板材檢測使用的標準試塊CBⅡ平底孔試塊，適用于板厚大于20mm的鋼板檢測。19超聲波無損檢測3、當(dāng)板厚不小于三倍近場區(qū)時，且板材上下兩個表面平行也可取鋼板無缺陷完好部位的第一次底波來校準靈敏度，其結(jié)果應(yīng)與平底孔試塊校準靈敏度的要求相一致。

7.1.3.4儀器系統(tǒng)的校準1、掃描速度調(diào)節(jié)（檢測范圍）掃描速度的調(diào)節(jié)應(yīng)保證足夠的檢測范圍，以便可以觀察多次底波或缺陷波的情況。2、靈敏度的調(diào)節(jié)在鋼板檢測中一般用階梯試塊、平底孔試塊、鋼板底波法來進行靈敏度的調(diào)節(jié)。a、

CBⅠ標準試塊法板厚≤20mm時，利用CBⅠ階梯試塊調(diào)節(jié)檢測靈敏度時，探頭對準試塊與工件等厚（或不小于鋼板板厚的近似厚度）處將第一次底波高度調(diào)整到滿刻度的50%，再提高10dB作為基準靈敏度。20超聲波無損檢測b、CBⅡ標準試塊法利用平底孔試塊調(diào)節(jié)檢測靈敏度時，探頭對準表7.2規(guī)定的平底孔，調(diào)節(jié)儀器使平底孔反射波達到顯示屏滿刻度的50%作為基準靈敏度。

表7.2CBⅡ標準試塊試塊編號被檢鋼板厚度，㎜檢測面到平底孔的距離s，㎜試塊厚度T，㎜CBⅡ-1>20～4015≥20CBⅡ-2>40～6030≥40CBⅡ-3>60～10050≥65CBⅡ-4>100～16090≥110CBⅡ-5>160～200140≥170CBⅡ-6>200～250190≥220c、底波法還可利用多次底波來調(diào)節(jié)靈敏度，例如要求示波屏上出現(xiàn)五次底波，那么B5達到50%即可。板厚不小于探頭的3倍近場區(qū)時，也可取鋼板無缺陷完好區(qū)域的第一次底波達基準波高（一般為顯示屏滿刻度的50%），但底波法調(diào)節(jié)的靈敏度應(yīng)與表7.2要求的靈敏度相一致。21超聲波無損檢測掃查靈敏度—掃查時掃查靈敏度一般在基準靈敏度的基礎(chǔ)上提高6dB，在測定缺陷當(dāng)量時應(yīng)將靈敏度調(diào)回基準靈敏度。22超聲波無損檢測7.1.3.5掃查掃查方式：常用的掃查方式有全面掃查、列線掃查、邊緣掃查、格子掃查。

1、全面掃查探頭移動方向沿垂直于鋼板壓延方向?qū)︿摪遄?00%的全面積掃查，相鄰兩次掃查的覆蓋面積一般不小于探頭直徑的15%，見圖a）。對于要求較高的鋼板常采用這種掃查方式。

23超聲波無損檢測2、列線掃查在鋼板上劃出垂直于鋼板壓延方向的等間距的平行線（如有需要也可沿平行于鋼板的壓延方向進行），一般列線間距不大于100mm，見圖b）。探頭沿這些平行線進行掃查，在發(fā)現(xiàn)缺陷時再在缺陷周圍擴大掃查范圍，但在鋼板剖口預(yù)定線兩側(cè)各50mm（當(dāng)板厚超過100mm時，以板厚的一半為準）內(nèi)應(yīng)作100%掃查。

24超聲波無損檢測3、邊緣掃查在鋼板邊緣的一定范圍內(nèi)做全面積掃查，見圖c）。這個范圍一般由相關(guān)的標準、規(guī)范給出。

25超聲波無損檢測4、格子劃線掃查在鋼板周邊50mm范圍內(nèi)做全面積掃查，其余部分畫成方格子線，一般取100mm×100mm或200mm×200mm，探頭沿格子線掃查，在發(fā)現(xiàn)缺陷時再在缺陷周圍擴大掃查范圍。見圖(d）

26超聲波無損檢測7.1.3.6缺陷的判別與測定

1.缺陷判別在鋼板檢測中一般根據(jù)缺陷波和底波來判別鋼板中的缺陷情況，滿足下列條件之一的均作為缺陷予以標識和記錄：a）

缺陷第一次反射波F1≥50%；b）第一次底波B1＜100%，第一次缺陷反射波F1與第一

次底波B1之比F1/B1≥50%；c）第一次底波B1＜50%。2.缺陷的測定檢測中達到要求記錄水平的缺陷應(yīng)測定其位置、大小、并估判缺陷的性質(zhì)。1）缺陷位置測定：根據(jù)缺陷波對應(yīng)的水平刻度值和掃描速度確定缺陷的深度，根據(jù)發(fā)現(xiàn)缺陷時探頭的位置確定缺陷的平面位置。27超聲波無損檢測2）缺陷大小的測定：一般使用絕對靈敏度法測定缺陷的大小。在板材超聲波檢測中常按下述方法測定缺陷的范圍和大小。a）檢出缺陷后，應(yīng)在它的周圍繼續(xù)進行檢測，以確定缺陷范圍。b）用雙晶直探頭確定缺陷的邊界范圍或指示長度時，探頭的移動方向應(yīng)與探頭的隔聲層相垂直，并使缺陷波下降到基準靈敏度條件下顯示屏滿刻度25%或使缺陷第一次反射波波高與底面第一次反射波高之比為50%。此時探頭中心的移動距離即為缺陷的指示長度，探頭中心點即為缺陷的邊界點。兩種方法測得的結(jié)果以較嚴重者為準。c）用單直探頭確定缺陷的邊界范圍或指示長度，移動探頭使缺陷第一次反射波波高下降到基準靈敏度條件下顯示屏滿刻度25%或使缺陷第一次反射波波高與底面第一次反射波高之比為50%。此時探頭中心的移動距離即為缺陷的指示長度，探頭中心點即為缺陷的邊界點。兩種方法測得的結(jié)果以較嚴重者為準。28超聲波無損檢測d）按底面第一次反射波（B1）波高低于滿刻度50%確定的缺陷在測定缺陷的邊界范圍或指示長度時，移動探頭（單直探頭或雙直探頭）使底面第一次反射波升高到顯示屏滿刻度的50%。此時探頭中心的移動距離即為缺陷的指示長度，探頭中心點即為缺陷的邊界點。

此外在測定缺陷的大小時還應(yīng)注意疊加效應(yīng)的識別。所謂疊加效應(yīng)是指在薄板中當(dāng)缺陷較小時，缺陷反射波從第一次開始，第二次、第三次反射波逐漸增高，增高到一定程度以后的反射波又逐漸降低的現(xiàn)象。3.缺陷性質(zhì)的識別：根據(jù)缺陷反射波和底波特點來估計缺陷的性質(zhì)。分層：缺陷波形陡直，底波明顯下降或完全消失。折疊：不一定有缺陷波，但始脈沖加寬，底波明顯下降或消失。白點：波形密集尖銳活躍底波明顯降低，次數(shù)減少，重復(fù)性差，移動探頭，回波此起彼伏。29超聲波無損檢測7.1.3.7缺陷的評定與質(zhì)量分級

JB/T4730.3-2005標準根據(jù)缺陷的性質(zhì)、指示長度、指示面積來進行缺陷的評定與質(zhì)量分級，規(guī)定如下：1.缺陷的評定1）缺陷的指示長度的評定規(guī)則單個缺陷按其指示的最大長度作為該缺陷的指示長度。若單個缺陷的指示長度小于40㎜時，可不作記錄。2）單個缺陷指示面積的評定規(guī)則單個缺陷的指示面積=缺陷的指示長度×缺陷的指示寬度(與長度方向垂直的最大尺寸)a）一個缺陷按其指示的面積作為該缺陷的單個指示面積。b）多個缺陷其相鄰間距小于100㎜或間距小于相鄰較小缺陷的指示長度（取其最大值）時，以各缺陷面積之和作為單個缺陷指示面積。c）指示面積不計的單個缺陷見表7.3

30超聲波無損檢測3）缺陷面積百分比的評定規(guī)則在任一1m×1m的檢測面積內(nèi)，按缺陷面積所占的百分比來確定。如鋼板面積小于1m×1m，可按比例折算。

2.質(zhì)量分級1）鋼板質(zhì)量分級見表7.3。2）在剖口預(yù)定線兩側(cè)各50㎜（當(dāng)板厚超過100㎜時，以板厚的一半為準）內(nèi)，缺陷的指示長度大于或等于50㎜時，應(yīng)評為Ⅴ級。3）在檢測過程中，檢測人員如確認鋼板中有白點、裂紋等危害性缺陷存在時，應(yīng)評為Ⅴ級。31超聲波無損檢測表7.3鋼板質(zhì)量分級等級單個缺陷指示長度㎜單個缺陷指示面積㎝2在任一1m×1m檢測面積內(nèi)存在的缺陷面積百分比%以下單個缺陷指示面積不計㎝2Ⅰ＜80＜25≤3＜9Ⅱ＜100＜50≤5＜15Ⅲ＜120＜100≤10＜25Ⅳ＜150＜100≤10＜25Ⅴ超過Ⅳ級者32超聲波無損檢測7.2復(fù)合鋼板超聲波檢測7.2.1復(fù)合鋼板的加工及主要缺陷

復(fù)合板是由基板和復(fù)合層板組成的?；逋ǔ２捎锰间摗⒌秃辖痄摪寤虿讳P鋼板，復(fù)合層板通常采用不銹鋼、鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、鎳及鎳合金、銅及銅合金板。復(fù)合層板用來提高耐磨、耐腐蝕等性能，基板用來保證復(fù)合板的強度?；搴蛷?fù)合層板的結(jié)合采用軋制法、爆炸復(fù)合法和堆焊法等。

復(fù)合板中的缺陷主要是復(fù)合層板和基板結(jié)合層界面上的未結(jié)合，未結(jié)合部分的缺陷呈完全脫開或不完全脫開狀態(tài)。超聲波檢測主要是檢測基板和復(fù)合層板結(jié)合狀態(tài)的。

脫層（脫接）復(fù)合不良33超聲波無損檢測7.2.2復(fù)合鋼板的超聲波檢測過程

7.2.2.1探頭選用探頭的選用應(yīng)按表7.1的規(guī)定進行。常用單晶直探頭或雙晶直探頭進行縱波檢測，檢測頻率2.5—5.0MHz，探頭直徑一般不大于Φ25mm。7.2.2.2耦合方式

耦合方式可采用直接接觸法或液浸法。7.2.2.3檢測面

一般從基板側(cè)表面進行檢測，需要時也可以從復(fù)合板材側(cè)進行檢測。7.2.2.4掃查方式

a)掃查方式可采用100%掃查或沿鋼板寬度方向，間隔為50mm的平行線掃查；b)根據(jù)合同、技術(shù)協(xié)議書或圖樣的要求，采用其他掃查形式；c)在坡口預(yù)定線兩側(cè)各50mm內(nèi)應(yīng)作100%掃查。

34超聲波無損檢測7.2.2.5基準靈敏度的確定

將探頭置于復(fù)合鋼板完全結(jié)合部位，調(diào)節(jié)第一次底波高度為顯示屏滿刻度的80%。以此作為基準靈敏度。7.2.2.6未結(jié)合區(qū)的測定

第一次底波高度低于顯示屏滿刻度的5%，且明顯有未結(jié)合缺陷反射波存在時（≥5%），該部位稱為未結(jié)合區(qū)。移動探頭，使第一次底波升高到顯示屏滿刻度的40%，以此時探頭中心作為未結(jié)合區(qū)邊界點。7.2.2.7未結(jié)合缺陷的評定和質(zhì)量分級

不同的標準對未結(jié)合缺陷的評定與質(zhì)量分級有不同要求，JB/T4730.3-2005標準對未結(jié)合缺陷的評定和質(zhì)量分級的規(guī)定如下：1.缺陷指示長度的評定一個缺陷按其指示的最大長度作為該缺陷的指示長度。若單個缺陷的指示長度小于25mm時，可不作記錄。35超聲波無損檢測2.缺陷面積的評定多個相鄰的未結(jié)合區(qū)，當(dāng)其最小間距小于等于20mm時，應(yīng)作為單個未結(jié)合區(qū)處理，其面積為各個未結(jié)合區(qū)面積之和。3.未結(jié)合率的評定未結(jié)合區(qū)總面積占復(fù)合板總面積的百分比。

4.質(zhì)量分級評定1)復(fù)合鋼板質(zhì)量分級評定按表7.4的規(guī)定。

表7.4復(fù)合鋼板質(zhì)量等級評定等級單個未結(jié)合指示長度，mm單個未結(jié)合區(qū)面積，cm2未結(jié)合率，%Ⅰ000Ⅱ≤50≤20≤2Ⅲ≤75≤45≤5Ⅳ大于Ⅲ級者2)在剖口的預(yù)定線兩側(cè)各50mm的范圍內(nèi)，未結(jié)合的指示長度大于或等于25mm時，定級為Ⅳ級。

36超聲波無損檢測7.2.3復(fù)合鋼板超聲波檢測的反射波分析

復(fù)合板的基板和復(fù)合層板即使完全結(jié)合，由于復(fù)合層板的聲阻抗和基板的聲阻抗一般不相同，因此對復(fù)合板作縱波垂直檢測時，在基板和復(fù)合層板的結(jié)合界面上會產(chǎn)生反射波，超聲波檢測儀顯示屏上同時收到界面反射波和底面反射波。復(fù)合板縱波垂直檢測時超聲波的傳播路徑和檢測圖形見示意圖，圖中I、I1為界面反射波，

I2為界面多次反射波；B為底面反射波，B1的傳播路徑較為復(fù)雜：一條是I1經(jīng)復(fù)合板表面反射然后在界面處透射，而后經(jīng)基板底面反射，這個反射波在界面處透射最后回到復(fù)合板表面；另一條是B經(jīng)復(fù)合板表面反射后，在界面處再次反射并回到復(fù)合板表面。設(shè)界面的聲壓反射率（取決對值）為r,按第二章第六節(jié)講述的理論，即：37超聲波無損檢測鈦復(fù)合鋼板縱波垂直檢測時的超聲傳播路徑和反射波示意圖7.438超聲波無損檢測表7.5表示由計算得出的基板和幾種復(fù)合層材料組成的界面的聲壓反射率。這里基材（鋼）的聲阻抗取46×106kg/m2s。

表7.5基板（鋼）和復(fù)合層板的界面聲壓反射率復(fù)合層板Z2/m2sZ1/Z2r鎳53.50.8600.07518-8不銹鋼47.71.0070.0035銅44.61.0310.152鈦27.41.6790.253鋁17.32.6590.453在圖7.5中,如以I1/B或I/B作表示界面反射波大小的指標,則其間關(guān)系如下:39超聲波無損檢測用表7.4中的數(shù)值用式（5-3）計算I/B,結(jié)果見表7.5表7.5界面反射波的大小復(fù)合層板I/BI/B的分貝值鎳0.0755-22.5dB18-8不銹鋼0.0035-49.1dB銅0.155-18.2dB鈦0.270-11.4dB鋁0.570-4.9dB由此表可知,復(fù)合層板是18-8不銹鋼的復(fù)合板,界面反射波極小,幾乎看不到.而復(fù)合層板是鋁和鈦的復(fù)合板,界面反射波就相當(dāng)大.圖7.4是按復(fù)合層板是鈦的情況畫出來的40超聲波無損檢測7.3無縫鋼管超聲波檢測鋼管按其加工方法分為無縫鋼管和焊接管，無縫鋼管加工有熱軋和冷拔兩種方法，焊接管加工有螺旋焊縫和直縫電焊鋼管兩種方法，本節(jié)介紹碳鋼和低合金鋼及奧氏體不銹鋼無縫鋼管的超聲波檢測。7.3.1無縫鋼管的常見缺陷無縫鋼管加工方法有熱軋（擠壓無縫鋼管）和冷拔，無縫鋼管中缺陷與加工方法有關(guān)。無縫鋼管中常見缺陷有裂紋、折迭、分層等；折迭屬表面缺陷；裂紋存在于無縫鋼管的內(nèi)部和表面；分層屬內(nèi)部缺陷，本節(jié)介紹的超聲波檢測方法不適用于分層缺陷的檢測。41超聲波無損檢測7.3.2無縫鋼管的常用檢測方法

無縫鋼管中缺陷按其方向有縱向缺陷和橫向缺陷，鋼管的檢測主要針對縱向缺陷。檢測縱向缺陷時超聲聲束應(yīng)由鋼管外圓橫截面中心線一側(cè)傾斜入射，在管壁內(nèi)沿周向呈鋸齒形傳播（如圖7.6所示）。檢測橫向缺陷時超聲聲束應(yīng)沿軸向傾斜入射呈鋸齒形傳播（如圖7.7所示）。在實際檢測時，通常希望管材中存在的波形單一，形成的A型顯示波形清晰簡單，以便于缺陷信號的正確判斷和解釋。因此將管材檢測的傾斜入射聲束入射角選擇在第一臨界角和第二臨界角之間，使管材中只存在橫波進行檢測且聲束軸線能掃查到內(nèi)壁。無縫鋼管檢測按耦合方式分為接觸法和液浸法，下面介紹兩種方法的特點。圖7.6管壁內(nèi)聲束的周向傳播圖7.7管壁內(nèi)聲束的軸向傳播42超聲波無損檢測7.3.2.1接觸法檢測

接觸法檢測使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭。管材曲率半徑小時，接觸法檢測耦合不良，聲束嚴重擴散，靈敏度低，一般采用聚焦探頭、將有機玻璃斜楔塊加工成與管材表面吻合良好的曲面,也可在探頭前加裝與管材吻合良好的滑塊（見圖7.8）等方法提高檢測靈敏度。接觸法檢測效率低、探頭損耗大適用于單件小批量及規(guī)格多的情況。43超聲波無損檢測接觸法檢測為保證管材內(nèi)只有橫波并使橫波掃查到管材內(nèi)壁（見圖7.9）斜探頭的折射角按下面方法確定：1.材內(nèi)只有橫波2.橫波檢測到管材內(nèi)壁

3.時滿足管材內(nèi)只有橫波并檢測到內(nèi)壁的條件為式中：CL有—有機玻璃中的縱波聲速CS鋼—鋼中的橫波聲速r—檢測的管內(nèi)徑R—檢測的管外徑例題2：用單斜探頭直接接觸法檢測Φ325×40mm無縫鋼管，求探頭的最大K值？已知：D0=325mmT=40mm求:

解:滿足檢測鋼管內(nèi)壁的最大折射角

44超聲波無損檢測例題2：用單斜探頭直接接觸法檢測Φ325×40mm無縫鋼管，求探頭的最大K值？已知：D0=325mmT=40mm解:滿足檢測鋼管內(nèi)壁的最大折射角

答:探頭的最大K值為1.15。求:

45超聲波無損檢測7.3.2.2液浸法

將液浸縱波探頭置于液體中，利用縱波傾斜入射到液體/鋼界面，當(dāng)入射角α在第一臨界角和第二臨界角之間時，在管材內(nèi)對縱向缺陷進行全橫波檢測，見圖7.10（圖中所示反射波表示的是相對位置，實際檢測中它們不會同時出現(xiàn)在顯示屏上）。液浸法耦合效果好、檢測速度快、靈敏度高、探頭損耗小、特別適用于對小徑管的全周長自動化檢測。這里簡單介紹一下液浸法的幾個工藝參數(shù)的選擇：1.偏心距：探頭聲束軸線與管材中心軸線的水平距離?？刂破木嗑涂梢钥刂迫肷浣铅?。偏心距的范圍由兩個條件決定，一是保證聲束軸線能夠檢測到管材內(nèi)壁，二是保證全橫波檢測。46超聲波無損檢測聲束軸線檢測內(nèi)壁的條件：全橫波檢測的條件：同時滿足上述條件時：∵∴偏心距的范圍耦合液體如果用水，將水和鋼中的聲速代入有實際工作總常取偏心距的平均值即式中：cL液－液體中縱波聲速cL鋼－鋼中縱波聲速cS鋼－鋼中橫波聲速R－小徑管外半徑r－小徑管內(nèi)半徑X－偏心距47超聲波無損檢測2.液體層厚度：液體層厚度要保證液體/鋼界面的第二次反射波位于管子的內(nèi)壁缺陷的一次波和二次波之后，這樣便于對缺陷的識別。如果用水作為耦合液體的話，由水和鋼的聲速可知水層厚度大于管材中橫波聲程的一半就能滿足上述要求，即：3.焦距f:4.聚焦探頭聲透鏡的曲率半徑：以有機玻璃探頭水耦合為例式中：—聲透鏡中縱波聲速—藕合液體中縱波聲速—藕合液體中焦距48超聲波無損檢測7.3.3無縫鋼管的超聲波檢測過程

管材的超聲波檢測以縱向缺陷為主，一般當(dāng)合同雙方有約定或技術(shù)文件有規(guī)定時才進行橫向缺陷的檢測。這里主要介紹縱向缺陷的檢測。7.3.3.1探頭選用：液浸法檢測使用線聚焦或點聚焦縱波探頭。接觸法檢測使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭或聚焦斜探頭。單個探頭壓電晶片長度或直徑小于或等于25mm。探頭頻率為2.5MHz～7.0MHz。7.3.3.2試塊選用選用與被檢管材規(guī)格相同，材質(zhì)、熱處理及表面狀態(tài)相同或相似的管材制成，試塊上不得有影響人工反射體顯示的缺陷。對比試塊上的人工反射體為尖角槽，尖角槽的位置和尺寸如圖3.27和表7.7所示。49超聲波無損檢測7.3.3.3基準靈敏度的確定直接接觸法橫波基準靈敏度的確定，可直接在對比試樣上將內(nèi)壁人工V形槽的反射波高度調(diào)到顯示屏滿刻度的80%，再移動探頭，找出外壁人工V形槽的最大反射波，在顯示屏上標出，連接兩點即為距離-波幅曲線，作為檢測時的基準靈敏度。液浸法基準靈敏度按下述方法確定：1.水層距離應(yīng)根據(jù)橫波在鋼中的聲程和聚焦探頭的焦距（）來確定；50超聲波無損檢測表7.7鋼管超聲波檢測縱向缺陷的人工試塊上的人工反射體尺寸級別長度l，mm深度t占壁厚百分比，%Ⅰ405（0.2mm≤t≤1mm）Ⅱ408（0.2mm≤t≤2mm）Ⅲ4010（0.2mm≤t≤3mm）51超聲波無損檢測52超聲波無損檢測2.調(diào)整時，一面用適當(dāng)?shù)乃俣绒D(zhuǎn)動管子，一面將探頭慢慢偏心，使對比試樣管內(nèi)、外表面人工反射體所產(chǎn)生的反射波幅度均達到顯示屏滿刻度的50%，以此作為基準靈敏度。如不能達到此要求，也可在內(nèi)、外槽設(shè)立不同的報警電平。7.3.3.4掃查方式探頭沿徑向按螺旋線進行掃查。一種是探頭作軸向移動，管材作轉(zhuǎn)動；一種是管材不動，探頭沿螺旋線運動。探頭相對鋼管螺旋進給的螺距應(yīng)保證超聲聲束對鋼管進行100%掃查時，有不小于15%的覆蓋率。53超聲波無損檢測7.3.3.5靈敏度設(shè)定掃查時在基準靈敏度的基礎(chǔ)上提高6dB作為掃查靈敏度。每根管材應(yīng)從管材兩端沿相反方向各檢查一次。7.3.3.6無縫鋼管驗收要求管材檢測的驗收級別由供需雙方或相關(guān)的技術(shù)文件確定。在檢測中當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，儀器應(yīng)調(diào)回到基準靈敏度，對于缺陷反射波幅度≥基準靈敏度，則該管材為不合格。不合格品允許在公差范圍內(nèi)進行修磨，修磨后復(fù)檢。54超聲波無損檢測8.1鍛件超聲波檢測8.1.1鍛件加工及常見缺陷8.1.1.1鍛件加工鍛件是由熱態(tài)鋼錠經(jīng)鍛壓變形而成。鍛壓過程包括加熱、變形和冷卻。鍛壓的方式大致分為鐓粗、拔長和滾壓。鐓粗是鍛造時壓力施加于坯料的兩端，形變發(fā)生在橫截面上。拔長是鍛造時壓力施加于坯料的外圓，形變發(fā)生在長度方向。滾壓是先鐓粗坯料，然后沖孔再插入芯棒并在外圓施加壓力。滾壓既有縱向形變，又有橫向形變。其中鐓粗主要用于餅類鍛件，拔長主要用于軸類鍛件，而筒類鍛件一般先鐓粗，后沖孔，再鐓壓。為了改善鍛件的組織性能，鍛后需要進行正火、退火或調(diào)質(zhì)等熱處理工藝。8.1鍛件超聲波檢測8.1.1鍛件加工及常見缺陷8.1.1.1鍛件加工鍛件是由熱態(tài)鋼錠經(jīng)鍛壓變形而成。鍛壓過程包括加熱、變形和冷卻。鍛壓的方式大致分為鐓粗、拔長和滾壓。鐓粗是鍛造時壓力施加于坯料的兩端，形變發(fā)生在橫截面上。拔長是鍛造時壓力施加于坯料的外圓，形變發(fā)生在長度方向。滾壓是先鐓粗坯料，然后沖孔再插入芯棒并在外圓施加壓力。滾壓既有縱向形變，又有橫向形變。其中鐓粗主要用于餅類鍛件，拔長主要用于軸類鍛件，而筒類鍛件一般先鐓粗，后沖孔，再鐓壓。為了改善鍛件的組織性能，鍛后需要進行正火、退火或調(diào)質(zhì)等熱處理工藝。55超聲波無損檢測8.1.1.2鍛件中的缺陷鍛件缺陷可分為鑄錠原材料缺陷、鍛造缺陷和熱處理缺陷。鑄錠原材料缺陷主要有：縮孔、疏松、夾雜、白點、裂紋等。鍛造缺陷主要有：折疊、裂紋等。熱處理缺陷主要有：裂紋等。56超聲波無損檢測8.1.2鍛件檢測方法概述鍛件檢測可分為原材料檢測和制造過程中的檢測，產(chǎn)品檢驗及在役檢驗。原材料檢測和制造過程中檢測的目的是及早發(fā)現(xiàn)缺陷，以便及時采取措施避免缺陷發(fā)展擴大造成報廢。產(chǎn)品檢驗的目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量。在役檢驗的目的是監(jiān)督運行后可能產(chǎn)生或發(fā)展的缺陷，主要是疲勞裂紋。鍛件檢測應(yīng)進行縱波檢測，對筒形和環(huán)形鍛件還應(yīng)增加橫波檢測。57超聲波無損檢測8.1.2.1縱波檢測1.原則上應(yīng)從兩個相互垂直的方向進行檢測，盡可能地檢測到鍛件的全體積。2.鍛件厚度超過400mm時，應(yīng)從相對兩端面進行100%的掃查。8.1.2.2橫波檢測鍛件進行橫波檢測時，檢測方法按JB/T4730.3—2005標準附錄C（規(guī)范性附錄）的要求進行。58超聲波無損檢測8.1.2.3各類鍛件檢測方法1.軸類鍛件的檢測軸類鍛件的鍛造工藝主要以拔長為主，因而大部分缺陷的取向與軸線平行，此類缺陷的檢測以縱波直探頭從徑向檢測效果最佳?？紤]到缺陷會有其它的分布及取向，因此軸類鍛件檢測，必要時還應(yīng)輔以直探頭軸向檢測和斜探頭周向檢測及軸向檢測。⑴直探頭徑向和軸向檢測：如圖8.1所示，直探頭作徑向檢測時將探頭置于軸的外緣，沿外緣作全面掃查，以發(fā)現(xiàn)軸類鍛件中的常見的縱向缺陷。圖8.1軸類鍛件直探頭徑向、軸向檢測直探頭作軸向檢測時，探頭置于軸的端頭，并在軸端作全面掃查，以檢出與軸線相垂直的橫向缺陷。但當(dāng)軸的長度太長或軸有多個直徑不等的軸段時，會有聲束掃查不到的死區(qū)，因而此方法有一定的局限性。59超聲波無損檢測⑵斜探頭周向及軸向檢測：鍛件中若存在片狀軸向（尺寸較小且接近圓周面）及徑向缺陷或軸上有幾個不同直徑的軸段，用直探頭徑向及軸向檢測都難以檢出的，則必須使用斜探頭在軸的外圓作周向及軸向檢測?？紤]到缺陷的取向，檢測時探頭應(yīng)作正、反兩個方向的全面掃查，如圖8.2所示。2.長方體鍛件檢測長方體鍛件的鍛造工藝主要是以鐓粗為主，拔長為輔，缺陷主要平行于鍛件長的端面。采用直探頭在垂直的兩端面進行檢測為主，以檢測與端面平行的缺陷如圖8.3（1）（3）位置所示。鍛件側(cè)面檢測為輔，以檢測與端面垂直的缺陷。如圖8.3（2）位置所示。60超聲波無損檢測（a）周向檢測（b）軸向檢測圖8.2軸類鍛件斜探頭周向、軸向檢測圖8.3長方體鍛件檢測61超聲波無損檢測3.餅類、碗類鍛件的檢測餅類和碗類的鍛造工藝主要以鐓粗為主，缺陷的分布主要平行于端面，所以用直探頭在端面檢測是檢出缺陷的最佳方法。對于餅類鍛件，從端面進行檢測為主，以檢測出與端面平行的缺陷。鍛件側(cè)面檢測為輔，以檢測與端面垂直的軸向缺陷。如圖8.4（a）所示。碗類鍛件的檢測，參照餅類及長方體的方法進行檢測。如圖8.4（b）所示。62超聲波無損檢測4.筒類鍛件的檢測筒類鍛件的鍛造工藝是先鐓粗，后沖壓，再滾壓。因此，缺陷的取向比軸類和餅類鍛件中的缺陷的取向復(fù)雜。但由于鑄錠中質(zhì)量最差的中心部分已被沖孔時去除。因而筒類鍛件的質(zhì)量一般較好。其缺陷的主要取向仍與筒類的外圓表面平行，所以筒類鍛件的檢測仍以直探頭外圓面檢測為主，但對于筒壁較厚的筒類鍛件，須增加斜探頭檢測。1）直探頭檢測：如圖8.5所示，用直探頭從筒體外圓面或端面進行檢測。外圓檢測主要是發(fā)現(xiàn)與軸線平行的周向缺陷。端面檢測主要是發(fā)現(xiàn)與軸線垂直的橫向缺陷。2）雙晶探頭檢測：如圖8.5所示，為了檢測筒體近表面缺陷，需采用雙晶探頭從外圓面或端面檢測。63超聲波無損檢測3）斜探頭檢測：對于某些重要的筒形鍛件還要增加斜探頭從外圓進行軸向和周向檢測，如圖8.6所示。軸向檢測為了發(fā)現(xiàn)與軸線垂直的徑向缺陷。周向檢測為了發(fā)現(xiàn)與軸線平行的徑向缺陷。64超聲波無損檢測7.其它類型的鍛件，可參照上述鍛件的檢測方法進行檢測。8.1.3檢測條件的選擇鍛件檢測采用脈沖反射式超聲波探傷儀進行檢測（模擬式儀器或數(shù)字式儀器），一般情況下以縱波直探頭檢測為主，對于有特殊要求的鍛件，應(yīng)輔以縱波雙晶探頭或橫波探頭進行檢測。8.1.3.1探頭的選擇鍛件超聲波檢測時，主要使用縱波直探頭，晶片尺寸為Φ14～Φ25mm，常用Φ20mm。對于較小的鍛件，考慮近場區(qū)和耦合損耗原因，一般采用小晶片探頭。有時為了檢測與檢測面成一定傾角的缺陷，也可采用一定K值的斜探頭進行檢測。對于近距離缺陷，由于直探頭的盲區(qū)和近場區(qū)的影響，常采用雙晶直探頭檢測。65超聲波無損檢測鍛件的晶粒一般比較細小，因此可選用較高的檢測頻率，單晶直探頭采用2.5～5MHz。對于少數(shù)材質(zhì)晶粒粗大衰減嚴重的鍛件，為了避免出現(xiàn)“林狀回波”，提高信噪比，應(yīng)選用較低的頻率，一般為1.0～2.5MHz。雙晶探頭的頻率采用5MHz。8.1.3.2耦合劑選擇在鍛件檢測時，為了實現(xiàn)較好的耦合，一般要求檢測面的表面的粗造度Ra不高于8.3μm，表面平整均勻，無劃傷、油垢、污物、氧化皮、油漆等。鍛件檢測時，常用機油、漿糊等作耦合劑，也可采用專用耦合劑。當(dāng)鍛件表面較粗造時也可選用甘油作耦合劑。66超聲波無損檢測8.1.3.3掃查方式的選擇鍛件檢測時，原則上應(yīng)在兩個相互垂直的檢測面上進行全面掃查。掃查覆蓋面應(yīng)為探頭晶片直徑的15％。探頭移動速度不大于150mm/s。8.1.3.4材質(zhì)衰減系數(shù)的測定在鍛件尺寸較大時，材質(zhì)的衰減對缺定量有一定的影響。特別是材質(zhì)衰減嚴重時，影響更加明顯。因此，在鍛件檢測中應(yīng)進行材質(zhì)衰減系數(shù)的測定。衰減系數(shù)的測定參照1.3.8.2的有關(guān)規(guī)定。8.1.3.5試塊選擇鍛件檢測中，要根據(jù)探頭和檢測面的情況選擇試塊。67超聲波無損檢測1.單直探頭標準試塊采用CSⅠ試塊，其形狀及尺寸應(yīng)符合第3章圖3.23的規(guī)定，尺寸應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1CSⅠ標準試塊尺寸mm試塊序號CSⅠ-1CSⅠ-2CSⅠ-3CSⅠ-4L50100150200D5060808068超聲波無損檢測2.雙晶直探頭試塊

a)工件檢測距離小于45mm時，應(yīng)采用CSⅡ標準試塊。

b)CSⅡ試塊的形狀及尺寸應(yīng)符合圖3.24的規(guī)定，尺寸符合表2的規(guī)定。3．檢測面是曲面時，應(yīng)采用CSⅢ標準試塊來測定由于曲率不同而引起的聲能損失并予以補償，其形狀和尺寸如第3章圖3.25所示。

表2CSⅡ標準試塊尺寸mm

試塊序號孔徑檢測距離L123456789CSⅡ-1Φ251015202530354045CSⅡ-2Φ3CSⅡ-3Φ4CSⅡ-4Φ669超聲波無損檢測8.1.3.6檢測時機鍛件超聲波檢測應(yīng)在熱處理后進行，因為熱處理可以細化晶粒，減少衰減。此外，還可以發(fā)現(xiàn)熱處理過程中產(chǎn)生的缺陷。對于帶孔、槽和臺階的鍛件，超聲波檢測應(yīng)在孔、槽、臺階加工前進行。因為孔、槽、臺階對檢測不利，容易產(chǎn)生各種非缺陷反射波。當(dāng)熱處理后材質(zhì)衰減仍較大且對于檢測結(jié)果有較大影響時，應(yīng)重新進行熱處理。8.1.4掃描速度和靈敏度的調(diào)節(jié)70超聲波無損檢測8.1.4.1掃描速度的調(diào)節(jié)⒈鍛件檢測前，一般根據(jù)鍛件要求的檢測范圍來調(diào)節(jié)掃描速度，以便發(fā)現(xiàn)缺陷，并對缺陷定位。⒉掃描速度的調(diào)節(jié)可在試塊上進行，也可在鍛件上尺寸已知的部位上進行，在試塊上調(diào)節(jié)掃描速度時，試塊的材質(zhì)應(yīng)與工件相同或聲學(xué)性能相近。⒊掃描速度的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)檢測范圍利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射體反射回波(或一個反射體的兩次反射回波)的前沿,分別對準相應(yīng)的水平刻度值即可。注意，不能利用一次反射波與始波進行掃描速度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的掃描速度時，一般要求第一次的底波的前沿位置不超過水平極限刻度的80％，以利于觀察一次底波后的某些信號情況。⒋鍛件檢測一般情況下是采用縱波進行檢測，因此掃描速度以縱波聲程按1：n的比例進行調(diào)節(jié)。71超聲波無損檢測8.1.4.1掃描速度的調(diào)節(jié)⒈鍛件檢測前，一般根據(jù)鍛件要求的檢測范圍來調(diào)節(jié)掃描速度，以便發(fā)現(xiàn)缺陷，并對缺陷定位。⒉掃描速度的調(diào)節(jié)可在試塊上進行，也可在鍛件上尺寸已知的部位上進行，在試塊上調(diào)節(jié)掃描速度時，試塊的材質(zhì)應(yīng)與工件相同或聲學(xué)性能相近。⒊掃描速度的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)檢測范圍利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射體反射回波(或一個反射體的兩次反射回波)的前沿,分別對準相應(yīng)的水平刻度值即可。注意，不能利用一次反射波與始波進行掃描速度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的掃描速度時，一般要求第一次的底波的前沿位置不超過水平極限刻度的80％，以利于觀察一次底波后的某些信號情況。⒋鍛件檢測一般情況下是采用縱波進行檢測，因此掃描速度以縱波聲程按1：n的比例進行調(diào)節(jié)。72超聲波無損檢測例：超聲波檢測200mm厚的工件，如何校準掃描速度？1）根據(jù)工件的厚度選擇掃描比例：若取1:1，則有τ:200=1:1；τ=200，超出顯示屏范圍，說明此比例不行；若取1:2，則有τ:200=1:2；τ=100，在顯示屏范圍，可取此比例?；蚋鶕?jù)顯示屏的范圍進行比例，顯示屏的范圍為100，則：100:200=1:2,即檢測此工件的掃描比例為1:2注意：掃描比例選擇時，是根據(jù)被檢工件的厚度且保證底波在顯示屏范圍內(nèi)進行確定。2）具體調(diào)節(jié)的方法步驟：可利用ⅠA試塊尺寸為100mm進行調(diào)節(jié)，

a確定B１、Ｂ２波的位置。τ:100=1:2；τ=50，即B1波在顯示屏50的位置，同理B2波在100的位置。73超聲波無損檢測

b、校準：調(diào)節(jié)時將直探頭對準ⅠA試塊上厚度為100mm的底面，調(diào)節(jié)儀器上的相關(guān)旋鈕將B１、Ｂ２的前沿同時分別對準顯示屏上水平刻度值50、100，此時，時基掃描線的比例正好為1:2。8.1.4.2檢測靈敏度的調(diào)節(jié)鍛件檢測靈敏度是由鍛件技術(shù)要求或有關(guān)標準確定的。一般不低于Φ2平底孔當(dāng)量直徑。調(diào)節(jié)鍛件檢測靈敏度的方法有兩種，一種是波高比較法來調(diào)節(jié)，另一種是曲線比較法來調(diào)節(jié)。1.波高比較法有底波調(diào)節(jié)法與試塊調(diào)節(jié)法兩種74超聲波無損檢測1）底波調(diào)節(jié)法當(dāng)鍛件被檢部位厚度≥，且鍛件具有平行底面或圓柱曲面時，常用底波來調(diào)節(jié)檢測靈敏度。底波調(diào)節(jié)首先要計算或查AVG曲線求得底面反射波與某平底孔反射波的分貝差，然后再進行調(diào)節(jié)。a)計算：對于平底面或?qū)嵭膱A柱體底面，同距離處底波與平底孔反射波的分貝差為：

（8.1）式中—波長；—被檢部位的厚度；—平底孔直徑。

75超聲波無損檢測對于空心圓柱體，同距離處圓柱曲底面與平底孔反射波的分貝差為：（8.2）

式中—空心圓柱體內(nèi)徑；—空心圓柱體外徑；“+”—外圓徑向檢測，內(nèi)孔凸柱面反射；“-”—內(nèi)孔徑向檢測，外圓凹柱面反射。b)調(diào)節(jié)：探頭對準工件完好區(qū)的底面，找到反射回波，在保證衰減器有效儲存（+5～10）dB及以上時，調(diào)“增益”使底波B1達基準波高，然后用“衰減器”增益ΔdB，這時靈敏度就調(diào)節(jié)完成。實際檢測時為了便于發(fā)現(xiàn)缺陷可再增益5～10dB作為檢測靈敏度，即掃查靈敏度。76超聲波無損檢測例1，用2.5P20Z探頭徑向檢測Φ500mm的實心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，問如何利用底波調(diào)節(jié)500/Φ2靈敏度？解：由題意得：①計算：500mm處底波與Φ2平底孔反射波分貝差為：2調(diào)節(jié)：探頭對準工件完好區(qū)圓柱底面，找出反射回波，在保證衰減器有效儲存量后，用“衰減器”衰減55dB，調(diào)“增益或衰減器”使底波B1達基準50％高，然后用“衰減器”增益46dB，這時Φ2靈敏度就調(diào)節(jié)好了。77超聲波無損檢測例2，用2.5P20Z探頭徑向檢測外徑為Φ1000mm，內(nèi)徑為Φ100mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，問如何利用內(nèi)孔回波調(diào)節(jié)450/Φ2靈敏度？解：由題意得：

①計算：450mm處內(nèi)孔反射波與Φ2平底孔反射波分貝差為：78超聲波無損檢測2調(diào)節(jié)：探頭對準完好的內(nèi)孔表面，找出反射反射波，用“衰減器”衰減45dB，調(diào)“增益”使底波B1達基準50％高，然后用“衰減器”增益35dB作為檢測靈敏度，此時，450/Φ2的檢測靈敏度的調(diào)節(jié)就完成了。必要時再增益6dB作為掃查靈敏度。注意：采用底波法（計算法）調(diào)節(jié)靈敏度時，因在工件上進行調(diào)節(jié)且平底孔與工件底面的聲程相同，所以不用考慮材質(zhì)衰減差。靈敏度調(diào)節(jié)與實際掃查在同一面上，因此不用考慮表面耦合補償。2）試塊調(diào)節(jié)法單直探頭檢測：當(dāng)鍛件的厚度＜或由于幾何形狀所限或底面粗糙時，應(yīng)利用具有人工反射體的試塊來調(diào)節(jié)檢測靈敏度，如CSⅠ系列試塊。調(diào)節(jié)時將探頭對準所需試塊的平底孔，調(diào)“增益”使平底孔反射波達基準高即可。79超聲波無損檢測值得注意的是，當(dāng)試塊表面形狀、粗糙度與鍛件不同時，要進行耦合補償。當(dāng)試塊與工件的材質(zhì)衰減相差較大時，還要考慮介質(zhì)衰減補償。例1，用2.5P20Z探頭檢測厚度為50mm的小鍛件，采用CSⅠ系列試塊調(diào)節(jié)50/Φ2靈敏度，試塊與鍛件表面耦合差3dB，問如何調(diào)節(jié)靈敏度？解：利用CSⅠ系列試塊調(diào)節(jié)靈敏度的方法如下：將探頭對準CSⅠ-1試塊Φ2平底孔距離為50mm，衰減10dB，調(diào)“增益”使Φ2回波達50％高(或用“衰減器”將Φ2平底孔反射反射波調(diào)至滿顯示屏的50%左右，再用“增益”將回波調(diào)至50%高。注意：此時儀器有效靈敏度余量必須儲存3dB＋10dB以上余量)，然后再用“衰減器”增益3dB，這時50/Φ2靈敏度就調(diào)節(jié)好了。80超聲波無損檢測例2，用2.5P20Z探頭檢測底面粗糙，厚度為400mm的鍛件，問如何利用100/Φ4平底孔試塊調(diào)節(jié)400/Φ2靈敏度？試塊與工件表面耦合差6dB。解：①計算：100/Φ4與400/Φ2回波分貝差：②調(diào)節(jié)：探頭對準100/Φ4平底孔，找到最高回波后，衰減50dB，調(diào)“增益”使Φ4平底孔反射波達基準高(50%)，然后用“衰減器”增益42dB，這時400/Φ2靈敏度就調(diào)節(jié)好了。這時工件上400/Φ2平底孔缺陷反射波正好達基準高50％。81超聲波無損檢測2．曲線比較法雙晶直探頭檢測：采用雙晶直探頭檢測時，應(yīng)用數(shù)字式儀器，根據(jù)圖3.24所示的雙晶探頭平底孔試塊來調(diào)節(jié)檢測靈敏度。先根據(jù)需要選擇相應(yīng)的平底孔試塊，并測試一組距離不同直徑相同的平底孔的反射波，使其每個孔的最高反射波達基準波高，確認后記錄相應(yīng)的讀數(shù)值，所有孔測試完畢后進行最終確認，從而得到一條平底孔距離——波幅(dB)曲線。并以此方法測出其它孔徑的曲線，從而得到一組平底孔的距離——波幅(dB)曲線并以此作為靈敏度校核及工件的檢測靈敏度。注意：1)采用試塊法調(diào)節(jié)檢測靈敏度時，應(yīng)保證試塊的材質(zhì)與被檢工件的材質(zhì)相同或聲學(xué)性能相近。2)試塊與被檢工件表面狀態(tài)不同時，應(yīng)進行表面狀態(tài)耦合損失的測定，在試塊上調(diào)節(jié)靈敏度后，將表面耦合損失補償后再進行工件的超聲波檢測。82超聲波無損檢測3)當(dāng)工件的反射面粗造或與粘有其它油性物質(zhì)時，應(yīng)將工件反射面進行清洗或修理，以避免聲波在此面上的反射損失。否則應(yīng)進行反射損失的測定，并在實際檢測中進行補償。4)使用模擬式儀器進行雙晶直探頭檢測時，其距離——波幅曲線的繪制可采用面板曲線或dB曲線進行。8.1.5缺陷位置及大小的測定8.1.7.1缺陷位置的測定1.在鍛件檢測中，主要采用縱波直探頭進行檢測，因此可根據(jù)顯示屏上缺陷波前沿所對的水平刻度值和掃描速度1：n來確定缺陷在鍛件中的位置。缺陷至探頭的距離（缺陷的埋藏藏深度）為：（8.3）

83超聲波無損檢測2.缺陷在檢測面上位置的測定：a）若缺陷的尺寸小于聲束的截面尺寸，則缺陷在探頭所在位置往下距離即為缺陷的位置。b）若缺陷的尺寸大于聲束的截面尺寸，則以缺陷的最高波為準，以6dB法（半波高度法）確定缺陷的邊界點測出缺陷的指示面積。8.1.7.2缺陷大小的測定在鍛件檢測中，對于尺寸小于聲束截面的缺陷一般采用當(dāng)量法定量。若缺陷位于≥區(qū)域內(nèi)時，常用當(dāng)量計算法和當(dāng)量AVG曲線法確定缺陷的當(dāng)量大?。蝗羧毕菸挥冢紖^(qū)域內(nèi)時，常用試塊比較法或?qū)崪yAVG曲線法確定缺陷的當(dāng)量大小。對于尺寸大于聲束截面的缺陷一般采用測長法確定缺陷的指示面積，常用的測長法有6dB法和端點6dB法。必要時還可采用底波高度法來確定缺陷的相對大小。下面重點介紹當(dāng)量計算法和6dB法在鍛件檢測中的應(yīng)用。84超聲波無損檢測1.當(dāng)量計算法（適用于尺寸小于聲束截面的缺陷）當(dāng)量計算法是利用各種規(guī)則反射體的反射波聲壓公式和實際檢測中測得的結(jié)果（缺陷的位置和波高）來計算缺陷的當(dāng)量大小。當(dāng)量計算法是目前鍛件檢測中應(yīng)用最廣的一種定量方法。用當(dāng)量計算法定量時，要考慮調(diào)節(jié)檢測靈敏度的基準。當(dāng)用平底面的和實心圓柱體曲底面調(diào)節(jié)靈敏度時，不同距離處的大平底與平底孔回波分貝差為：（8.4）式中—平底孔缺陷至檢測面的距離；≥

—鍛件底面至檢測面的距離；

—材質(zhì)衰減系數(shù)；

λ—波長；

—平底孔缺陷的當(dāng)量直徑；—底波與平底孔缺陷的反射波分貝差。85超聲波無損檢測不同平底孔回波分貝差為

（8.5）

式中

—平底孔1、2的dB差；、—平底孔1、2的當(dāng)量直徑；、—平底孔1、2的距離。當(dāng)用空心圓柱體內(nèi)孔或外圓曲底面調(diào)節(jié)靈敏度時，當(dāng)量計算公式為：（8.6）

式中—空心圓柱體的內(nèi)徑；

—空心圓柱體的外徑；“+”—外圓徑向檢測，內(nèi)孔凸柱面反射；“-”—內(nèi)孔徑向檢測，外圓凹柱面反射；—圓柱曲底面與平底孔缺陷的回波分貝差。86超聲波無損檢測例1，用2.5P20Z探頭檢測Φ600的實心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，α=0.005dB/mm。利用鍛件底波調(diào)節(jié)600/Φ2靈敏度，底波達基準高時衰減讀數(shù)為50dB，檢測中在400mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，缺陷波達基準高時衰減器讀數(shù)為30dB，求此缺陷的當(dāng)量平底孔直徑為多少？解：由題意得：，=D2/4λ=202/4×2.36=42.37(mm)=×42.37=127(mm)≤400(mm)，可進行計算；

，代入公式得：87超聲波無損檢測==1.1；=∴

答：此缺陷的當(dāng)量平底孔直徑為Φ7.6。88超聲波無損檢測例2，用2.5P20Z探頭沿外圓徑向檢測外徑為Φ1000mm，內(nèi)徑為Φ100mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，α=0.005dB/mm，檢測中在200mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其反射波比內(nèi)孔反射波低12dB，求此缺陷的當(dāng)量大??？解：由題意得：

,

=D2/4λ=202/4×2.36=42.37(mm)=×42.37=127(mm)≤200(mm)，可進行計算；；代入公式得：89超聲波無損檢測==1.225；=∴答：此缺陷的當(dāng)量平底孔直徑為Φ2.8。此外，鍛件檢測中，還可利用當(dāng)量AVG曲線法來測定，具體方法見第二章有關(guān)內(nèi)容。2.測長法（適用于尺寸大于聲束截面的缺陷）當(dāng)缺陷的尺寸大于聲束截面尺寸時采用半波高度法（6dB法）測量缺陷的指示長度或指示面積。90超聲波無損檢測在平面檢測中，超聲波檢測過程中發(fā)現(xiàn)缺陷的尺寸大于聲束截面時采用6dB法測定缺陷的指示面積或指示長度。測量時以缺陷的最高波為準，探頭以直線向兩側(cè)移動，當(dāng)缺陷波高降到一半時探頭中心所在的點為邊界點，兩邊界點連線的距離就是缺陷的指示長度，如探頭向各方向移動當(dāng)缺陷波高降到一半時，測試的各點為缺陷的邊界點，所有邊界點的連線即為缺陷的指示面積。如圖8.7所示。對圓柱形鍛件進行周向檢測時，探頭的移動距離是測量長度而不再是缺陷的指示長度了，這時要按幾何關(guān)系來確定缺陷的指示長度，如圖8.8所示。91超聲波無損檢測外圓周向檢測測長時，缺陷的指示長度

為：式中

—探頭移動的外圓弧長（測量長度）；

—圓柱體外半徑；

—缺陷的聲程（缺陷的埋藏深度）。內(nèi)孔周向檢測測長時，缺陷的指示長度

為：式中

—探頭移動的內(nèi)圓弧長（測量長度）；

—圓柱體內(nèi)半徑；

—缺陷的聲程（缺陷的埋藏深度）。（8.7）（8.8）92超聲波無損檢測8.1.6缺陷反射波的判別在鍛件檢測中，不同性質(zhì)的缺陷其反射波是不同的，實際檢測時，可根據(jù)顯示屏上的缺陷反射波情況來分析缺陷的性質(zhì)和類型。8.1.8.1單個缺陷反射波鍛件檢測中，顯示屏上單獨出現(xiàn)的缺陷反射波稱為單個缺陷反射波。如鍛件中單個的夾層、裂紋等。檢測中遇到單個缺陷時，要測定缺陷的位置和大小。8.1.8.2分散缺陷反射波鍛件檢測中,工件中的缺陷較多且較分散,缺陷彼此間距較大,這種缺陷反射波稱為分散缺陷反射波.一般在邊長為50mm的立方體內(nèi)少于5個。如分散性的夾層。分散缺陷一般不太大,因此常用當(dāng)量法定量,同時還要測定分散缺陷的位置。93超聲波無損檢測8.1.8.3密集缺陷反射波鍛件檢測中,顯示屏上同時顯示的缺陷反射波甚多，波與波之間的間距甚小，有時波的下沿連成一片，這種缺陷反射波稱為密集缺陷反射波。密集區(qū)缺陷的定義：在顯示屏掃描線相當(dāng)于50mm聲程范圍內(nèi)同時有5個或5個以上的缺陷反射信號；或是在50mm×50mm的檢測面上發(fā)現(xiàn)在同一深度范圍內(nèi)有5個或5個以上的缺陷反射信號，其反射波幅均大于某一特定當(dāng)量缺陷基準反射波幅。密集缺陷可能是疏松、非金屬夾雜物、白點或成群的裂紋等。94超聲波無損檢測鍛件內(nèi)不允許有白點缺陷存在，這種缺陷的危害性很大。通常白點的分布范圍較大，且基本集中于大鍛件的中心部位，它的反射波清晰、尖銳，成群的白點有時會使底波嚴重下降或完全消失。這些特點是判斷鍛件中心白點的主要依據(jù)，如圖8.9。95超聲波無損檢測8.1.8.4游動反射波

在圓柱形軸類鍛件檢測過程中，當(dāng)探頭沿著軸的外圓移動時，顯示屏上的缺陷波會隨著該缺陷檢測聲程的變化而游動，這種游動的動態(tài)波形稱為游動反射波。游動反射波的產(chǎn)生是由于不同聲束射至缺陷產(chǎn)生反射引起的。聲束軸線射至缺陷時，缺陷聲程小，反射波高。左右移動探頭，擴散聲束射至缺陷時，缺陷聲程大，反射波低。這樣同一缺陷反射波的位置和高度隨探頭移動發(fā)生游動，如圖8.10。96超聲波無損檢測不同的檢測靈敏度，同一缺陷反射波的游動情況不同。一般可根據(jù)檢測靈敏度和反射波的游動距離來鑒別游動反射波。一般規(guī)定游動范圍達25mm時，才算游動反射波。根據(jù)缺陷游動回波包絡(luò)線的形狀，可粗略地判別缺陷的形狀。

8.1.8.5底面反射波在鍛件檢測中，有時還可根據(jù)底波變化情況來判別鍛件中的缺陷情況。當(dāng)缺陷反射波很高，并有多次重復(fù)反射波，而底波嚴重下降甚至消失時，說明鍛件中存在平行于檢測面的大面積缺陷。當(dāng)缺陷反射波和底波都很低甚至消失時，說明鍛件中存在傾斜的大面積缺陷或在檢測面的附近有大缺陷。當(dāng)顯示屏上出現(xiàn)密集互相彼連的缺陷反射波，底波明顯下降或消失時，說明鍛件中存在密集形缺陷。97超聲波無損檢測8.1.7.3質(zhì)量分級等級評定鍛件檢測中常見的缺陷有單個缺陷和密集缺陷兩大類，實際檢測中根據(jù)鍛件中單個缺陷的當(dāng)量尺寸，底波降低情況和密集缺陷面積占檢測面積的百分比不同將鍛件質(zhì)量分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等五種，其中Ⅰ級最高，Ⅴ級最低。底波降低等級見表6—1，單個缺陷等級見表6—2，密集性缺陷等級見表6—3。表6—1由缺陷引起底波降低量的質(zhì)量分級等級ⅠⅡⅢⅣⅤ底波降低量BG/BF≤8＞8—14＞14—20＞20—26＞26注：本表僅適用于聲程大于近場區(qū)長度的缺陷。99超聲波無損檢測表6—2單個缺陷的質(zhì)量分級等級ⅠⅡⅢⅣⅤ缺陷當(dāng)量直徑≤Φ4Φ4+（＞0dB～8dB）Φ4+（＞8dB～12dB）Φ4+（＞12dB～16dB）＞Φ4+16dB100超聲波無損檢測表6—3