超聲波探傷講義(內(nèi)部培訓(xùn)材料)

1、.超聲波探傷是利用超聲波在物質(zhì)中的傳播、 反射和衰減等物理特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種探傷方法。與射線探傷相比，超聲波探傷具有靈敏度高、探測速度快、成本低、操作方便、探測厚度大、對人體和環(huán)境無害，特別對裂紋、未熔合等危險性缺陷探傷靈敏度高等優(yōu)點。但也存在缺陷評定不直觀、定性定量與操作者的水平和經(jīng)驗有關(guān)、存檔困難等缺點。在探傷中，常與射線探傷配合使用，提高探傷結(jié)果的可靠性。超聲波檢測主要用于探測試件的內(nèi)部缺陷。1 、超聲波 ：頻率大于20KHZ 的聲波。它是一種機械波。探傷中常用的超聲波頻率為0.510MHz,其中22.5MHz被推薦為焊縫探傷的公稱頻率。機械振動：物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作

2、往復(fù)周期性的運動，稱為機械振動。振幅A、周期T、頻率f。波動：振動的傳播過程稱為波動。C=入*f2、波的類型：（1）縱波L:振動方向與傳播方向一致。氣、液、固體均可傳 播縱波。（2）橫波S:振動方向與傳播方向垂直的波。只能在固體介質(zhì)中傳播。（3）表面波R:沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟āＶ荒茉诠腆w表面?zhèn)鞑?。?4）板波：在板厚與波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ牟?。只能在固體介質(zhì)中傳播。3 、超聲波的傳播速度 （固體介質(zhì)中）（1）E:彈性橫量，p :密度，（T :泊松比，不同介質(zhì)E、p不一樣，波速也不一樣。（2）在同一介質(zhì)中，縱波、橫波和表面波的聲速各不相同Cl>Cs>CR鋼： CL=5900m/s， C

3、S=3230m/s， CR=3007m/s4、波的迭加、干涉、衍射 波的迭加原理當(dāng)幾列波在同一介質(zhì)中傳播時，如果在空間某處相遇，則相遇處質(zhì)點的振動是各列波引起振動的合成，在任意時刻該質(zhì)點的位移是各列波引起位移的矢量和。幾列波相遇后仍保持自己原有的頻率、波長、振動方向等特性并按原來的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，好象在各自的途中沒有遇到其它波一樣，這就是波的迭加原理，又稱波的獨立性原理。 波的干涉兩列頻率相同，振動方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇時，介質(zhì)中某些地方的振動互相加強， 而另一些地方的振動互相減弱或完全抵消的現(xiàn)象叫做波的干涉現(xiàn)象。波的干涉是波動的重要特征，在超聲波探傷中，由于波的干涉，使超聲

4、波源附近出現(xiàn)聲壓極大極小值。 波的衍射（繞射）波在傳播過程中遇到與波長相當(dāng)?shù)恼系K物時， 能繞過障礙物邊緣改變方向繼續(xù)前進(jìn)的現(xiàn)象，稱為波的衍射或波的繞射。/2波的繞射和障礙物尺寸D及波長入的相對大小有關(guān)。當(dāng)D<<入時，波的繞射強，反射弱，缺陷回波很低，容易漏檢。超聲探傷靈敏度約為這是一個重要原因。當(dāng)Df入時，反射強，繞射弱，聲波幾乎全反射。波的繞射對探傷即有利又不利。由于波的繞射，使超聲波產(chǎn)生晶粒繞射順利地在介質(zhì)中傳播，這對探傷是有利的。但同時由于波的繞射，使一些小缺陷回波顯著下降，以致造成漏檢，這對探傷不利。5、超聲場的特征值(1) 超聲場：充滿超聲波的空間或超聲波振動所波及的部分

5、介質(zhì)。(2)聲阻抗Z:超聲波中任一點的聲壓與該處質(zhì)點振動速度之比。(3)聲強I :單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強。(J/cm2 s或 w/ cm2)。6、分貝聲強級：某處的聲強 I 2與標(biāo)準(zhǔn)聲強 I 1 (I 1=10-16瓦/ 厘米2)之比。*當(dāng)超聲波探傷儀的垂直線性較好時，儀器示波屏上的波高(H)與聲壓(P) 成正比。7、超聲波垂直入射到界面時的反射和透射聲壓的反射率r 和透射率 t (單一平界面)(1) 當(dāng)乙乙(如鋼/空氣界面或固/空氣界面)(鋼：Z=4.53X 106g/cm2s，有機玻璃：Z=0.33 x 106g/cm2 s 空氣：Z=0.00004Xl06g/cm2s)

6、r=-1t=0幾乎全反射，無透射。 探傷中，探頭和工件間如不施加耦合劑，則形成固(晶片) / 氣界面， 超聲波將無法進(jìn)入工件。(2)當(dāng)Z尸Z2時r=0t=1幾乎全透射，無反射。 若母材與填充金屬結(jié)合面沒有任何缺陷，便不會產(chǎn)生界面回波。8、超聲波斜入射到界面時的反射和折射波型轉(zhuǎn)換：超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射與折射波外，還會產(chǎn)生不同類型的反射和折射波。這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。有機玻璃中：cl1 =2730m/s鋼中CL2=5900m/scS2=3230m/s9、超聲波的衰減超聲波的衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著距離的增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象。10、儀器、探頭、試塊超聲波探傷

7、設(shè)備一般由超聲波探傷儀、探頭和試塊組成。（1） 儀器常用超聲波探傷儀為 A 型脈沖反射式超聲波探傷儀。A型顯示：一種波形顯示。脈沖波：周期性的發(fā)射不連續(xù)且頻率不變的波。反射式：通過接收反射回波信號。（2） 探頭在超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實現(xiàn)的。探頭又稱換能器，其核心部件是壓電晶體，又稱晶片。晶片的功能是把高頻電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，又可把超聲波轉(zhuǎn)換為高頻電脈沖，實現(xiàn)電一聲能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件。壓電晶片：發(fā)射和接收超聲波。壓電效應(yīng)： 在交變拉壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生交變電場或者在交變電場作用下產(chǎn)生伸縮變形。機械能轉(zhuǎn)換為電能，電能轉(zhuǎn)換成機械能。按波型分：縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭

8、、板波探頭。按晶片數(shù)分：單晶探頭、雙晶探頭。a,直探頭（縱波探頭）直探頭用于發(fā)射和接收縱波。 直探頭主要用于探測與探測面平行的缺陷。b,斜探頭橫波斜探頭是利用橫波探傷，主要用于探測與探測面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫探傷等。橫波斜探頭的標(biāo)稱方式常用兩種：一種是以橫波折散角B s來標(biāo)稱。如B s=40o, 45o, 60o等；另一種是以折射角的正切值（K=tg0s）來標(biāo)稱。K=1.0， 1.5 ， 2.0 ， 2.5 等。c,雙晶探頭探頭型號：1、2.5B20Z; 2、5P6X 6K3（3） 試塊試塊：按一定用途設(shè)計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體的試樣。超聲探傷中是以試塊作為比較的依據(jù)， 用

9、試塊作為調(diào)節(jié)儀器和定量缺陷的參考依據(jù)是超聲探傷的一個特點。根據(jù)使用目的和要求的不同，通常將試塊分成以下兩大類：標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊。a,標(biāo)準(zhǔn)試塊：權(quán)威或法定機構(gòu)制定的試塊。 如GB11345- 1989規(guī)定CSK-ZB試塊為焊縫超聲波探傷用標(biāo)準(zhǔn)試塊。 主要用于測定斜探頭的入射點、 調(diào)整探測范圍和掃描速度、 測定儀器探頭以及系統(tǒng)的性能等。b,對比試塊：對比試塊又稱參考試塊，它是由各專業(yè)部門按某些具體探傷對象規(guī)定的試塊。GB11345-1989規(guī)定，RB-1（適應(yīng)825mn< 厚）、RB-2（適應(yīng) 8100mm®厚）和 RB-3（適用 8150mnK厚） 為焊縫探傷用對比試塊。RB試

10、塊組主要用于繪制距離一波幅曲線、 調(diào)整探測范圍和掃描速度、 確定探傷靈敏度和評定缺陷大小，它是焊縫評級判定的依據(jù)。試塊的作用： a. 確定探傷靈敏度； b. 測試儀器和探頭的性能；c. 調(diào)整掃描速度； d . 評判缺陷的大小。12、儀器和探頭性能（1） 儀器的性能垂直線性、水平線性、動態(tài)范圍等。（2） 探頭的性能入射點、K值、雙峰、主聲束偏離等。（3） 儀器和探頭的綜合性能分辨力、盲區(qū)、靈敏度余量等。 儀器的性能垂直線性：儀器示波屏上的波高與探頭接收的信號成正比的程度。垂直線性好壞影響缺陷的定量精度。GB11345- 1989規(guī)定，儀器的垂直線性誤差 DK 5%水平線性： 儀器示波屏上時基線顯

11、示的水平刻度值與實際聲程之間呈正比的程度。GB11345- 1989規(guī)定，儀器的水平線性誤差0 1%水平線性的好壞影響缺陷的定位。動態(tài)范圍： 儀器示波屏容納信號大小的能力。 （從100%某波高衰減到剛能識別的最小值所需的衰減量）。ZBY230-8（4 JB/T10061-1999） 規(guī)定儀器的動態(tài)范圍不小于26dB。 探頭的性能斜探頭入射點：主聲束軸線與探測面的交點。探頭前沿長度：入射點至探頭前沿的距離。斜探頭K值和折射角一：K值：橫波折射角白正切值 K=tgBs圖 22 入射點與 K 值測定（ CSK-IA 試塊）探頭主聲束偏離：探頭實際主聲束與其理論幾何中心軸線的偏離程度。用偏離角8來表示

12、。GB11345-1989規(guī)定，9 <2°。探頭雙峰：平行移動探頭，同一反射體產(chǎn)生兩個波峰的現(xiàn)象稱為雙峰。探頭主聲束偏離與雙峰，影響缺陷的定位和判斷。 儀器和探頭的綜合性能靈敏度：發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力，發(fā)現(xiàn)的缺陷越小，靈敏度越高。常用靈敏度余量來衡量。靈敏度余量： 是指儀器最大輸出時 （增益、 發(fā)射強度最大、 衰減和抑制為0） ，使規(guī)定反射體回波達(dá)基準(zhǔn)波高所需衰減的衰減總量。盲區(qū)： 指從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。 盲區(qū)內(nèi)的缺陷一概不能發(fā)現(xiàn)。分辨力：是指在示波屏上區(qū)分相鄰兩缺陷的能力。能區(qū)分相鄰兩缺陷的距離愈小，分辨力就愈高。13、焊縫超聲波探傷 對接焊縫超聲波探傷（ 1），

13、探測條件的選擇a,探測面修整：表面粗糙度R06.3修整寬度 P> 2KT+50 P>> KT+50b, 耦合劑的選擇耦合劑：在探頭與工件表面之間施加的一層透聲介質(zhì)。耦合劑作用：i、排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入。ii、減少摩擦。耦合劑應(yīng)滿足的要求：i、能潤濕工件和探頭表面，流動性、粘 度和附著力適當(dāng)，不難清洗。ii、聲阻抗高，透聲性能好。iii、來源廣，價格便宜。iv、對工件無腐蝕，對人體無害，不污染環(huán)境。V、性能穩(wěn)定，不易變質(zhì)，能長期保存。c,頻率的選擇一般2.55.0MHZ薄工件采用較高值，厚工件采用較低值。d, K值選擇根據(jù)工件厚度來選擇，薄工件采用

14、大 K值，避免近場區(qū)探傷，厚工件采 用小K值，以縮短聲程，減少衰減。注意： K 值常因工件中的聲速變化和探頭的磨損而產(chǎn)生變化，所以探傷前必須在試塊上實測K值。e,探測面的選擇根據(jù)板厚和缺陷的位向以及檢驗等級確定。如縱向缺陷：i、單面雙側(cè)，一種 K值。ii、一種或兩種K值，兩面雙側(cè)。出、兩種K值，兩面雙側(cè)，外加K1.0,單面雙側(cè)串列式 探測。（ 2），掃描速度（時基線比例）的調(diào)節(jié)聲程法、水平法、深度法 .常用水平法和深度法6<20mr，常用水平法。6>20mn-,常用深度法。水平法：使示波屏水平刻度值直接顯示反射體的水平投影距離。RB試塊等。深度法：使示波屏水平刻度值直接顯示反射體的

15、垂直深度。RB試塊等。（3）,距離一波幅曲線（DAC曲線）描述某一確定反射體回波高度隨距離變化的關(guān)系曲線稱為 距離波幅曲線。圖 25 距離波幅曲線示意圖距離一波幅曲線由定量線、 判廢線和評定線組成， 評定線和定量線之間（包括評定線）稱為I區(qū)，定量線與判廢線（包括定量線）稱為R區(qū)，判廢線及其以上區(qū)域稱為田區(qū)。兩種形式：1、距離dB 曲線2、距離波高（%）曲線（面板曲線）（ 4），掃查方式a、鋸齒形掃查。b、前后掃查。c、左右掃查。d、轉(zhuǎn)角掃查。e、環(huán)繞掃查。f 、平行或斜平行掃查。g、用列式掃查。四種基本掃查方式主要用來確定缺陷的位置、方向、形狀等情況。5），缺陷位置的確定常用水平定位法、深度定

16、位法。水平定位法：假定儀器按水平1: 1調(diào)節(jié)掃描速度。6）， 缺陷大小的測定探傷中發(fā)現(xiàn)位于定量線或定量線以上的缺陷要測定缺陷波的幅度和指示長、缺陷波幅度的表示:SL + (dB3X40± ()dB、缺陷波的指示長度測定：指示長度：按規(guī)定的方法測定的缺陷長度稱為缺陷的指示長度。指示長度總是小于等于缺陷實際長度。a, 相對靈敏度測長法：以缺陷的最高回波為相對基準(zhǔn)、沿缺陷的長度方向移動探頭，降低一定的dB值來測定缺陷的長度。常用的是 6dB法、 端點6dB法。1 , 6dB法（半波高度法）由于波高降低6dB后正好為原來的一半，因此6dB法又稱為半波高度法。半波高度法做法：移動探頭，找到缺陷

17、的最大反射波（不能飽和），然后沿缺陷方向左右移動探頭， 當(dāng)缺陷波高度降低一半時， 探頭中心 線之間的距離就是缺陷的指示長度。6dB 法做法： 移動探頭找到缺陷最大反射波后，調(diào)節(jié)衰減器，使缺陷波高降至基準(zhǔn)波高。然后用衰減器將儀器靈敏度提高6dB,沿缺陷方向移動探頭， 當(dāng)缺陷波高降至基準(zhǔn)波高時， 探頭中心線 之間的距離就是缺陷的指示長度。 6dB 法（半波高度法）適用于測長掃查過程中缺陷波只有一個高點的圖 31 半波高度法（ 6dB 法）圖 32 端點 6dB圖 33 端點峰值法6dB 法（端點半波高度法）當(dāng)缺陷各部分反射波高有很大變化時，測長采用端點6dB法具體做法：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后，探頭沿著缺陷方

18、向左右移動，找到缺陷兩端的最 大反射波，分別以這兩個端點反射波高為基準(zhǔn)，繼續(xù)向左、向右 移動探頭，當(dāng)端點反射波高降低一半時（或 6dB）,探頭中心線之 間的距離即為缺陷的指示長度。適用于測長掃查過程中缺陷反射波有多個高點的情況。b、端點峰值法當(dāng)缺陷反射波峰起伏變化，有多個高點時，以缺陷兩端反射波極大值之 間探頭的移動長度來確定缺陷的指示長度。端點峰值法測得的缺陷指示長度比端點 6dB測得的指示長度要小一些。端點峰值法也只適用于測長掃查過程中缺陷反射波有多個高點的情況。、缺陷長度的計量GB11345-89®定：i.當(dāng)相鄰兩缺陷間距小于8mm寸，以兩缺陷指示長度之 和作為一個缺陷的指示長度（不含間距）。ii. 缺陷指示長度小于10mm§按5mn#。（7）,焊縫質(zhì)量評級：缺陷的大小測定后，要根據(jù)缺陷的當(dāng)量和指示長度結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 來評定焊縫的質(zhì)量級別。GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)將焊縫質(zhì)量分為I、H、m、IV級。I級質(zhì)量最高，IV級 質(zhì)量最低。IV級焊縫a.反射波高位于田區(qū)的缺陷者。b.反射波超過評定線，檢驗人員判為裂紋等危害性缺陷者。c.位于II區(qū)的缺陷指示長度超過田級者。I、H、m級焊縫a.位于I區(qū)的非危害性缺陷評為I級。b.位于R區(qū)的缺陷按下表評定其級別。表1GB11345-89