第四章超声波探伤方法和通用探伤技术.doc

中级人员超声波讲稿
（韩立柱13964121663）
第四章 超声波探伤方法和通用探伤技术
第一节 超声波探伤方法
1、 按原理分类
a.脉冲反射法：
①缺陷回波高度法：
用回波幅度判断缺陷大小，可进行当量计算、比较或测长
②底波高度法：
F/B， F/BF， F/BG 用缺陷波与底波高的比值表示缺陷的大约尺寸。
③底面多次回波法：
观察衰减规律PX =P0 eα x 来确定材料有无缺陷，晶粒度……等
b.穿透法：利用缺陷挡住声束多少程度来发现缺陷。
①缺点＜
②优点＜
c.共振法：利用驻波来判断缺陷或测厚（老式测厚仪）

2、按显示方法分类：
a. A显示：幅度显示

提供信息： 幅度~缺陷大少
声程~缺陷位置（时间）
b. B显示：纵截面显示
提供信息 深度
纵截面面积（长×高）
c. C显示：水平截面显示
提供信息 水平截面面积（长×宽）
无深度
3、按波型分类：
a.纵波：钢板、锻件、铸件（波长长，穿透力强，可用于粗晶材料）
b.横波：焊缝，钢管及厚钢板、锻件辅助检测（波长短，衰减快，检测深度小，不适用粗晶材料）
c.表面波：表面开口缺陷，时延法可较精确检测开口裂纹的高度
d.板波：用于δ6mm以下的薄板
e.爬波：检测粗糙表面(角焊缝、堆焊)的近表面缺陷
4、按探头数目：
a.单探头（收、发共用）
b.双探头（一收、一发）
①双晶直探头——δ20mm以下的钢板，δ45mm以下的锻件，堆焊层未结合
②双晶斜探头——薄壁管焊缝，堆焊层焊缝
③串列扫查或TOFD法——厚焊缝（坡口角度小于5度的未熔合和垂直于表面的面状缺陷）
c.多探头：多对探头交替发、收，适用钢板自动化检测
5、按接触方法分类：
a.直接接触法：
①用一层薄的耦合剂（≤）
　　　　 ②特点：探伤简便，适用于手工操作，灵敏度高；工件表面粗糙度控制在6.3μm，探头易磨损；耦合效果与接触力有关（1~2Kg）
b.液（水）浸法：
①全浸和局部水浸
②特点：耦合稳定，粗糙表面对探伤无影响；探头不接触工件，不易磨损；盲区小（因为水钢界面波宽度很小），调整入射角，可获得任意角度的横波 ，但声能损耗较大。
第二节 仪器与探头的选择
1、探伤方法：根据工件的形状及工件中缺陷的分布方向来选择
a.钢板：分层，因此用直探头纵波探伤
. b锻件：缺陷垂直于锻压方向。
δ＜45用双晶直探头
δ≥45用单直探头
c.钢管：检测纵向缺陷为主，采用水浸法自动探伤时，用线聚焦探头
d.焊缝：①一般用单斜探头，当厚度大时用串列法或TOFD法
②不锈钢焊缝检测难点：
晶粒粗大 ： 杂波多，衰减大
“形似”信号：当相邻晶粒晶界回波叠加，如晶界回波足够长，几个分波幅的合成，形成一个假回波
解决办法：
用低频（0.5~2MHz）, 用纵波斜探头 ,用一次波探伤
( JB4730 ) 用 2.5MHz ,高阻尼，窄脉冲，45°纵波斜探头，或者纵波聚焦斜探头或双晶纵波斜探头。
2、探伤仪选择：常用模拟机或数字机，裂纹测高必须用数字机
3、探伤方向和扫查面：根据缺陷种类和方向来选择
a.钢板垂直于压延方向100mm列线扫查，坡口边缘50mm或壁厚的一半，取大者100%扫查；
b.焊缝根据不同厚度，δ≤46mm,单面双侧；
δ＞46mm双面4侧
横向缺陷，平行，斜平行扫查
电渣焊八字裂纹45°扫查
c.轴类锻件径向检测，饼形锻件端面检测(大于400mm两个端面检测)
4、频率选择：
a.选用高频：
①优点： λ小——检测灵敏度高，可检出小缺陷能力强
f高——脉冲窄，分辨率高（脉冲宽度一般为4λ）
θ小——指向性好
②缺点： 衰减大，——穿透能力差
N大——近场定量不利
b.选用低频：
最大优点是衰减小，穿透能力强，适用于检测粗晶材料，如大的锻件，不锈钢焊缝等
5、晶片尺寸选择：
a.大晶片：
①指向性好，幅射声能大，远距离缺陷检出能力高
②扫查范围大，检测效率高
b.小晶片：
①检测小工件，定量，定位，精度高
②检测有曲率的工件，耦合效果好
第三节 耦合与补偿
耦合剂和耦合方法：
a.耦合剂的作用：
①传递声波
②直接接触法时，减少探头与工件间的摩擦力作用
b.耦合剂选用原则：p120
c.影响耦合效果的因素：
①耦合层厚度T：当T≤（越薄越好）；T= 效果好
当T=效果差
②探伤面：工件表面光滑度高，效果好。过于粗糙表面不仅耦合不良，严重时会造成声束分叉，影响缺陷的定位。一般标准控制为粗糙度6.3μm
③耦合剂声阻抗大，效果好
④工件表面形状：平面最好、凸曲面次之、凹曲面最差。曲率半径大，耦合效果好
d.耦合方法：
①粗糙面或竖面用粘度大的耦合剂（如水玻璃、凡士林、化学浆糊等）
平面：一般用机油、甘油、水、化学浆糊等
②直接接触法要加1~2Kg力
③曲面耦合：当R应用和检测面曲率相近的试块
纵缝为±10%（0.9~1.1）R工件
环缝为（0.9~1.5）R工件 或用弧形导块
第四节 探伤仪的调节
一、 扫描速度的调节
定义：。。。
1． 纵波探伤：（直探头）
一般按声程调节：探头对准厚度适当的平底面或曲底面，使两次不同的底波分别对准相应的水平刻度值。
图9 直探头定位示意图
a.定位时，应读脉冲前沿（不能读峰 值或后沿）
b.适用于钢板、锻件、铸件
c.检测与探测面平行或稍有倾斜的 缺陷
2、横波探伤（斜探头）：
适用于焊缝,钢管以及大锻件和厚钢板的辅助检测，检测与探测面垂直或与探测面倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝。
（1）扫描线三种调试方法：
a.水平调试（中薄板焊缝）δ20mm以下；
图10 斜探头检测时缺陷定位
示意图
L=S.Sinβ=S.＝ K.d
b.垂直调试（厚焊缝）δ20mm以 上，
d=S.Cosβ=S.
c.声程调试（形状复杂工件） 如曲面焊缝，
S
（2）调试扫描线的几种试块
a.CSK-IA CSK-IIIA
b.R40半圆试块
c.Ⅱw试块
(3)焊缝探伤时的伪缺陷波
a仪器杂波。
b探头杂波
c耦合剂反射波
d焊缝表面沟槽反射波
e焊缝上下错位引起的反射波

2．基本操作：
（1）探伤时机： 根据工件检测面能够对缺陷进行检测和工件中危险缺陷发生的时间来选择
a锻件：热处理后，槽孔台阶加工前
b焊缝：（i）有延迟裂纹倾向的,应在焊后24~48小时
（ii）有再热裂纹倾向的,应在热处理后再增加一次检测（沉淀强化材料，如含Cr,, Mo, V, Ti ,Nb钢）
（iii）电渣焊应在正火后进行——晶粒粗大
（2）探伤方法：根据工件的形状及工件中缺陷的分布方向来选择
a.钢板：分层，因此用直探头纵波探伤
. b锻件：缺陷垂直于锻压方向。
δ＜45用双晶直探头
δ≥45用单直探头
c.钢管：检测纵向缺陷为主，采用水浸法自动探伤时，用线聚焦探头
d.焊缝：①一般用单斜探头，当厚度大时用串列法或TOFD法
②不锈钢焊缝检测难点：
晶粒粗大 ： 杂波多，衰减大
“形似”信号：当相邻晶粒晶界回波叠加，如晶界回波足够长，几个分波幅的合成，形成一个假回波
解决办法：
用低频（0.5~2MHz）, 用纵波斜探头 ,用一次波探伤
( JB4730 ) 用 2.5MHz ,高阻尼，窄脉冲，45°纵波斜探头，或者纵波聚焦斜探头或双晶纵波斜探头。
（9）探伤灵敏度：
a.不同检测对象有不同的灵敏度（见9.3.1(2)）
b.灵敏度的补偿
①表面粗糙度的补偿（实测）（对同样尺寸的反射体进行测量）
②材质衰减（α）的补偿（实测）：
当,
当（用薄板），
（m=2n n>3N/T 不考虑反射损失）
③曲率补偿：用曲面试块（实测）：
当X≥3N时可用大平底调灵敏度，只须考虑材质衰减引起的补偿
（10）粗探伤和精探伤：
粗探伤是一种快速检测工件中是否有缺陷，采用的灵敏度又叫扫查灵敏度（通常比基准灵敏度高6dB）
如检测焊缝纵向缺陷时，用评定线灵敏度沿焊缝长度方面作距齿扫查。发现有疑问时，再进行精探伤，即用定量线灵敏度对疑问点进行前后（测深）、左右（测长），转角，环绕（测方向）扫查，确定缺陷的位置和尺寸、方向等。
一般，粗扫查=精扫查—6db
（10）缺陷大小测定：
a.小于声速宽度W的缺陷
①X＜3N,用当量试块比较法；
②X≥3N,用当量公式计算法；
③用AVG曲线法
b．大于声速截面W的缺陷
①相对灵敏度法；最大波高6dB法；端点6dB法 JB4730
②绝对灵敏度法：用评定线灵敏度 JB4730, GB11345
③端点峰值法：GB11345、
④几种测长方法的比较：通常
绝对灵敏度法测长>端点6dB法>端点峰值法>最大波高6dB法测长
半波高度缺陷测长法
各种探头移动法测得缺陷指示长度比较