超聲檢測第五章2014陸志春

1、超聲檢測方法超聲檢測方法分類與特點分類與特點2015年年4月月 南京南京陸陸 志志 春春江蘇省特檢院江蘇省特檢院 常州分院常州分院 總師辦總師辦 地址：江蘇省常州市龍江中路地址：江蘇省常州市龍江中路51號號 電話：電話手機：手機郵箱：郵箱：JSLZC126.COM主要內(nèi)容主要內(nèi)容n按檢測原理分類按檢測原理分類n按顯示方式分類按顯示方式分類n按波型分類按波型分類n按探頭數(shù)量分類按探頭數(shù)量分類n按接觸方式分類按接觸方式分類超聲檢測方法分類超聲檢測方法分類 按探頭數(shù)量分類按探頭數(shù)量分類單探頭法單探頭法雙探頭法雙探頭法多探頭法多探頭法按顯示方式分

2、類按顯示方式分類A型顯示型顯示超聲成像顯示超聲成像顯示按檢測原理分類按檢測原理分類脈沖反射法脈沖反射法衍射時差法（衍射時差法（TOFD）穿透法穿透法共振法共振法按接觸方式分類按接觸方式分類直接接觸法直接接觸法液浸法液浸法電磁耦合法電磁耦合法按波型分類按波型分類縱波法縱波法橫波法橫波法表面波法表面波法板波法板波法爬波法爬波法5.1 按檢測原理分類按檢測原理分類5.1.1 脈沖反射脈沖反射 超聲探頭發(fā)射的超聲脈沖波進入工件遇到工件內(nèi)超聲探頭發(fā)射的超聲脈沖波進入工件遇到工件內(nèi)部不連續(xù)或工件邊界產(chǎn)生反射聲波，再由探頭接收，部不連續(xù)或工件邊界產(chǎn)生反射聲波，再由探頭接收，由此判別工件中是否存在缺陷，稱為脈

3、沖反射。由此判別工件中是否存在缺陷，稱為脈沖反射。 通過超聲波在工件中傳播的時間計算出缺陷深度，通過超聲波在工件中傳播的時間計算出缺陷深度，反射波的高低判斷出缺陷相對大小，按反射反射波的高低判斷出缺陷相對大小，按反射 波的形波的形狀大致判斷出缺陷性質(zhì)。狀大致判斷出缺陷性質(zhì)。 方法包括缺陷回波法，底波高度法和多次底波法。方法包括缺陷回波法，底波高度法和多次底波法。脈沖反射式探傷示意脈沖反射式探傷示意5.1.1 脈沖反射脈沖反射底波高度法底波高度法FBF法法FBG法法BGBF法法5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD） n原理TOFD(Time of Flight Diffraction)，

4、利用缺陷部，利用缺陷部位的衍射波來檢測缺陷，根據(jù)衍射波的傳播時間差位的衍射波來檢測缺陷，根據(jù)衍射波的傳播時間差來確定缺陷自身高度高度。來確定缺陷自身高度高度。n特點縱波斜探頭、一發(fā)一收兩個探頭、探頭對稱分布于縱波斜探頭、一發(fā)一收兩個探頭、探頭對稱分布于焊縫兩側(cè)。焊縫兩側(cè)。原理圖原理圖發(fā)射探頭發(fā)射探頭接收探頭接收探頭橫向波上端點上端點下端點內(nèi)壁反射信號探頭布置探頭布置掃查方式掃查方式幾種掃查掃查方式特點：幾種掃查掃查方式特點：n非平行掃查：快速檢測和測定缺陷長度；可大非平行掃查：快速檢測和測定缺陷長度；可大致測定缺陷的深度；無法測定缺陷距焊縫中心致測定缺陷的深度；無法測定缺陷距焊縫中心線的偏移量

5、。線的偏移量。n偏置非平行掃查：增大檢測范圍；提高缺陷深偏置非平行掃查：增大檢測范圍；提高缺陷深度的測量精度；改進缺陷定位，并有助于降低度的測量精度；改進缺陷定位，并有助于降低下表面盲區(qū)。下表面盲區(qū)。n平行掃查：改進缺陷定位和缺陷深度（高度）平行掃查：改進缺陷定位和缺陷深度（高度）測定的準確性。測定的準確性。5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）n直通波、缺陷上下端點衍射波、底面反射波。直通波、缺陷上下端點衍射波、底面反射波。接收探頭直通波直通波LW上端點上端點下端點下端點底面反射波底面反射波BW5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）n變形波。一般會遲于底面反射波到達接收探頭。

6、變形波。一般會遲于底面反射波到達接收探頭。底面反射波底面反射波直通波直通波縱波縱波變形波變形波TxRx橫波橫波5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）缺陷深度計算：以直通波為參考起點。t:缺陷上端點衍射波與直通波的傳播時間差。L：缺陷上端點聲程的一半。cSLt22接收探頭SSdt0t02-ctSL22SLd2122)4(21tcSctd5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）缺陷自身高度缺陷自身高度發(fā)射探頭接收探頭2Sd1d212ddh波幅灰級處理波幅灰級處理5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）nTOFD顯示包括顯示包括A掃信號和掃信號和TOFD圖像。圖像。D掃掃上表面上

7、表面內(nèi)壁內(nèi)壁A掃掃LWBW向外表面延伸的裂紋發(fā)射探頭接收探頭裂紋尖端裂紋尖端內(nèi)壁反射波內(nèi)壁反射波BW橫向波被隔開了橫向波被隔開了沒有橫向波沒有橫向波向內(nèi)表面延伸的裂紋發(fā)射探頭接收探頭橫向波橫向波LW尖端信號尖端信號內(nèi)壁反射信號被隔開了內(nèi)壁反射信號被隔開了沒有內(nèi)壁沒有內(nèi)壁反射波反射波水平方向的平面形缺陷發(fā)射探頭接收探頭橫向波橫向波LW內(nèi)壁反射波內(nèi)壁反射波BW反射回波反射回波反射信號近表面裂紋裂紋阻擋了直通波，下尖端衍射信號顯示在A-掃描中。2112未焊透注意上下尖端的兩個信號12341234根部未熔合注意直通波和缺陷信號之間的波形相位轉(zhuǎn)換123123根部未焊透根部未焊透側(cè)壁未熔合注意上下尖端的兩

8、個信號12341234氣孔密集型氣孔12312橫向裂紋在直通波上我們可以看到寬波束在缺陷上的反映。1234123123根部內(nèi)凹 底面回波產(chǎn)生變形123123層間未熔合123層間未熔合層間未熔合5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）n典型典型TOFD圖像圖像nTOFD法優(yōu)缺點法優(yōu)缺點5.1.2 衍射時差法（衍射時差法（TOFD）缺缺 點點 掃查面和底面之間存在掃查面和底面之間存在幾毫米表面盲區(qū)幾毫米表面盲區(qū) 易受噪聲影響易受噪聲影響 對中下部缺陷和部分良對中下部缺陷和部分良性缺陷（如氣孔、夾層性缺陷（如氣孔、夾層）測大）測大 容易漏掉橫向裂紋容易漏掉橫向裂紋 采用數(shù)據(jù)分析，對檢測采用數(shù)據(jù)

9、分析，對檢測人員要求高人員要求高優(yōu)優(yōu) 點點 檢出率高檢出率高 超聲波束覆蓋區(qū)大超聲波束覆蓋區(qū)大 缺陷高度測量準確缺陷高度測量準確 實時成像，快速分析實時成像，快速分析 不依回波高度定量不依回波高度定量 快速安全，方便快速安全，方便 n采用一發(fā)一收雙探頭在工件相對兩端面檢測采用一發(fā)一收雙探頭在工件相對兩端面檢測聲波穿透工件后的能量變化來判斷工件中缺聲波穿透工件后的能量變化來判斷工件中缺陷的方法。陷的方法。 5.1.3穿透法穿透法.4共振法共振法n 利用入射波和反射波互相疊加形成駐波，產(chǎn)生共振利用入射波和反射波互相疊加形成駐波，產(chǎn)生共振的特性里判斷工件中缺陷和厚度的方法。的特性里判

10、斷工件中缺陷和厚度的方法。 共振產(chǎn)生的條件是聲程是共振產(chǎn)生的條件是聲程是1/21/2波長的整數(shù)倍，根波長的整數(shù)倍，根據(jù)產(chǎn)生不同的波節(jié)數(shù)得到兩相鄰共振頻率，通過計算據(jù)產(chǎn)生不同的波節(jié)數(shù)得到兩相鄰共振頻率，通過計算得到工件厚度。得到工件厚度。A型顯示橫坐標表示時間，縱坐標表示信型顯示橫坐標表示時間，縱坐標表示信號幅度；號幅度； B型顯示（正視圖）與聲束傳播方向平行型顯示（正視圖）與聲束傳播方向平行且與工件測量表面垂直的剖面；且與工件測量表面垂直的剖面；C型顯示（俯視圖）工件橫斷面；二維掃型顯示（俯視圖）工件橫斷面；二維掃描；較窄的電子閘門。描；較窄的電子閘門。 D型顯示（側(cè)視圖）與聲束平面及測量表型

11、顯示（側(cè)視圖）與聲束平面及測量表面垂直的剖面。面垂直的剖面。5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類A、B 、C、D顯示顯示X XY YY YX XA掃描掃描B掃描掃描B型顯示型顯示-圖像顯示圖像顯示C掃描掃描5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類P型顯示投影成像掃描，顯示型顯示投影成像掃描，顯示C掃描圖像（俯視）掃描圖像（俯視）和和D掃描圖像（側(cè)視）；專為檢測焊縫而開發(fā)的。掃描圖像（側(cè)視）；專為檢測焊縫而開發(fā)的。 大致估計焊縫中缺陷形狀和空間位置。大致估計焊縫中缺陷形狀和空間位置。5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類nALOK成像振幅傳播時間位置曲線；成像振幅傳播時間位置曲線；5.2 按顯示方式分

12、類按顯示方式分類n相控陣利用各晶片激勵或接收聲脈沖的先后相控陣利用各晶片激勵或接收聲脈沖的先后順序，控制脈沖的時間延遲與聲波到達缺陷各順序，控制脈沖的時間延遲與聲波到達缺陷各點的相位關系，實現(xiàn)聚焦點和聲束方向的變化點的相位關系，實現(xiàn)聚焦點和聲束方向的變化對缺陷進行掃描成像。對缺陷進行掃描成像。n特點：多晶片、多通道（一個通道接一個陣特點：多晶片、多通道（一個通道接一個陣元）、每個陣元有各自的接頭延時電路、每個元）、每個陣元有各自的接頭延時電路、每個晶片之間聲絕緣。晶片之間聲絕緣。n線陣、環(huán)形面陣、線陣、環(huán)形面陣、5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類n相控陣聲束偏轉(zhuǎn)相控陣聲束偏轉(zhuǎn)各單元的激勵脈沖

13、從左各單元的激勵脈沖從左到右等間隔增加延遲時到右等間隔增加延遲時間。間。改變延時間隔，調(diào)整聲改變延時間隔，調(diào)整聲束角度。束角度。Direction of energy5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類n相控陣聲束聚焦相控陣聲束聚焦兩端陣元先激勵，逐漸向中間加大延時。兩端陣元先激勵，逐漸向中間加大延時。改變延時間隔，調(diào)整聚焦深度。改變延時間隔，調(diào)整聚焦深度。Focussed to cross at this point聲束偏轉(zhuǎn)聚焦聲束偏轉(zhuǎn)聚焦5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類n相控陣扇形掃查（相控陣扇形掃查（S掃描成像）掃描成像）在入射點形成一定角度的扇形掃查范圍。在入射點形成一定角度的扇形

14、掃查范圍。5.2 按顯示方式分類按顯示方式分類n相控陣的優(yōu)點：相控陣的優(yōu)點：不移動或少移動探頭，進行快速線掃或扇掃，不移動或少移動探頭，進行快速線掃或扇掃，檢測效率高；檢測效率高；可改變聲束角度，具有良好的聲束可達性，進可改變聲束角度，具有良好的聲束可達性，進行復雜形狀工件的檢測；行復雜形狀工件的檢測；控制聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦深度，實現(xiàn)全深度聚焦檢控制聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦深度，實現(xiàn)全深度聚焦檢測。測。5.3 按波型分類按波型分類5.3.1縱波縱波 直探頭、斜探頭、聚焦探頭直探頭、斜探頭、聚焦探頭 5.3 按波型分類按波型分類有齒根裂紋時的波形有齒根裂紋時的波形正常無齒根裂紋波形正常無齒根裂紋波形5.3 按

15、波型分類按波型分類5.3 按波型分類按波型分類5.3.2橫波橫波 特點：波長小，衰減快、穿透能力差、不適用粗晶材料。產(chǎn)生方法： II入射角LI a)直接接觸法：入射角L應在57.70 27.60之間b)水浸法：入射角L應在14.50 27.270之間應用：斜入射，檢測與表面有一定傾角方向的缺陷。用于焊縫和鋼管的檢測，以及厚的鋼板和鍛件的輔助檢測。5.3 按波型分類按波型分類5.3 按波型分類按波型分類n5.3.3表面波表面波特點：在表面特點：在表面2 2 內(nèi)傳播，內(nèi)傳播，遇到表面遇到表面不連續(xù)的部位（開口裂紋、棱邊）不連續(xù)的部位（開口裂紋、棱邊）會產(chǎn)生反射、波形轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生反射、波形轉(zhuǎn)換等等。產(chǎn)

16、生方法：產(chǎn)生方法：a)Ya)Y切石英法：可以兩個方向發(fā)射切石英法：可以兩個方向發(fā)射, ,通常用阻尼材料通常用阻尼材料衰減其中一個方向。衰減其中一個方向。b)b)縱波折射法縱波折射法：1siniCCr楔塊縱波聲速工件表面波聲速有機玻璃有機玻璃/ /鋼鋼 i i=62=620 064640 0 ( (由于由于近場長度不超出楔塊長度，不影響檢近場長度不超出楔塊長度，不影響檢測測) )應用：表面開口裂紋高度測定應用：表面開口裂紋高度測定a)強度法：強度法： 反射回波隨深度增加而升高，只適用裂紋深度小于反射回波隨深度增加而升高，只適用裂紋深度小于2的情況。的情況。5.3.3 表面波檢測表面波檢測n人工反

17、射體的反射強度人工反射體的反射強度1、柱孔：垂直于檢測面，反射率隨孔徑和頻率的增加而升高。、柱孔：垂直于檢測面，反射率隨孔徑和頻率的增加而升高。2、橫孔：平行于檢測面，垂直于檢測方向，反射率隨孔的深度、橫孔：平行于檢測面，垂直于檢測方向，反射率隨孔的深度和頻率的增加而降低。和頻率的增加而降低。5.3.3 表面波檢測表面波檢測3、溝槽：垂直于檢測方向，反射率隨溝槽深度的增加而升高，、溝槽：垂直于檢測方向，反射率隨溝槽深度的增加而升高，深度相同，反射率隨頻率增加而升高深度相同，反射率隨頻率增加而升高 。4、棱邊：、棱邊：1）棱邊角度對回波的影響：）棱邊角度對回波的影響：2.55MHz的的 反射信號

18、棱角反射信號棱角90之后降低；之后降低； 170 降為零。降為零。2）棱邊出的波型轉(zhuǎn)換：）棱邊出的波型轉(zhuǎn)換：3）棱邊曲率對回波的影響：）棱邊曲率對回波的影響：5.3.3 表面波檢測表面波檢測b)時延法時延法:單探頭法：單探頭法：雙探頭法雙探頭法應用中的有關問題：a)掃描比例1：1 調(diào)試方法：b)頻率選用5MHz；耦合劑多采用甘油或較粘的機油。c)檢測靈敏度調(diào)節(jié)：將距40mm棱邊波調(diào)到基準波高21dB相當于長6.5mm、高0.1mm平面裂紋。 d)表面較厚的油層、污物 、鐵銹、水垢、以及 粗糙的表面均會造成表面波的嚴重衰減。因此表面光潔度比一般的檢測方法要高一些，露出金屬光澤，并用有機溶劑擦干凈

19、。5.3.4 板波檢測板波檢測1、特點：在薄板、薄管內(nèi)傳播。充塞整個工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)、特點：在薄板、薄管內(nèi)傳播。充塞整個工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部和表面缺陷。撿出靈敏度取決于儀器工作條件和板波的部和表面缺陷。撿出靈敏度取決于儀器工作條件和板波的形式。形式。2、產(chǎn)生方法：、產(chǎn)生方法：pLLccBAsin5.3.4 板波檢測板波檢測3、應用：主要用于薄板（、應用：主要用于薄板（6mm），薄壁管等形狀簡），薄壁管等形狀簡單的工件撿測。單的工件撿測。4、應用中的有關問題：、應用中的有關問題：檢測距離大時，應選擇以縱波成分為主的板波型；檢測距離大時，應選擇以縱波成分為主的板波型；撿測復合板粘結不良時，應選擇以橫

20、波成分為主的板撿測復合板粘結不良時，應選擇以橫波成分為主的板波波型；波波型；板上油、水使板波衰減增大，因此水浸法撿測時應選板上油、水使板波衰減增大，因此水浸法撿測時應選擇以縱波成分為主的板波波型（群速接近縱波的波型）擇以縱波成分為主的板波波型（群速接近縱波的波型）5.3.5 爬波法爬波法n1、特點：爬波又稱為表面下縱波，是縱波從第一介質(zhì)以第一臨界角附近的角度入射到第二介質(zhì)時，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生的一種非均勻波。簡單說，叫表面下縱波（且有一定的橫波分量）。波速在圓弧面上0.96縱波速度。n由于這種波傳播時，大部分能量主要集中在表面下某個范圍內(nèi)，且不同于表面波，受工件表面的刻痕、不平整、凹陷，以及油滴

21、干擾較小，對工件表面粗糙不敏感，因此適用于檢測粗糙表面下的缺陷。n2、產(chǎn)生：當縱波以第一臨界角27.60附近，30以內(nèi)入射，即可獲得爬波。5.3.5 爬波法爬波法n一次爬波的角度在一次爬波的角度在7583之間，工件內(nèi)部的之間，工件內(nèi)部的3035橫波橫波在工件底部產(chǎn)生縱波和二次爬波。在工件底部產(chǎn)生縱波和二次爬波。n爬波衰減很快，回波聲壓與距離爬波衰減很快，回波聲壓與距離4次方成反比，檢測距離約幾次方成反比，檢測距離約幾十毫米。檢測深度十毫米。檢測深度0.59mm。3、應用：主要用于鑄件、堆焊層等的表面下裂紋，以及螺栓柱根部裂紋檢測。4、應用中的有關問題：通過選擇探頭的f.D值可以改變對表面附件缺

22、陷的敏感程度， f.D大，探測深度小。爬波離開探頭后衰減很快，P1/X4，檢測距離只有幾十毫米，通常采用雙探頭布置。n單探頭法單探頭法 n雙探頭法雙探頭法 n多探頭法多探頭法 5.4 按探頭數(shù)量分類按探頭數(shù)量分類n接觸法接觸法 n液浸法液浸法 n電磁耦合法電磁耦合法 利用磁致伸縮原理激發(fā)電磁超聲并接收返回聲波。利用磁致伸縮原理激發(fā)電磁超聲并接收返回聲波。 可用于電磁超聲測厚和檢測，不需耦合劑。可用于電磁超聲測厚和檢測，不需耦合劑。 5.5 按接觸方式分類按接觸方式分類.1直接接觸法直接接觸法n探頭與工件之間有一層薄薄的耦合劑（d/4），最佳壓力為1020N時耦合穩(wěn)定，效果好。n

23、特點操作簡便、靈敏度高、適用于手工操作。n缺點探頭易磨損，工件表面粗糙度應控制在6.3m 以內(nèi)。 5.5.2液浸法液浸法特點耦合穩(wěn)定（不受工件表面粗糙度的影響）、特點耦合穩(wěn)定（不受工件表面粗糙度的影響）、 探頭不會磨損，探頭不會磨損， 盲區(qū)小（水鋼界面波的寬度小于始脈沖寬度）盲區(qū)?。ㄋ摻缑娌ǖ膶挾刃∮谑济}沖寬度） 聲能損失較大、水鋼界面聲壓透過率只有聲能損失較大、水鋼界面聲壓透過率只有20，水浸檢測時必須提高檢測靈敏度約水浸檢測時必須提高檢測靈敏度約10dB。 調(diào)整探頭的入射角，可獲得任意角度的橫波，調(diào)整探頭的入射角，可獲得任意角度的橫波，由于聲束擴散，常使用水浸聚焦探頭。由于聲束擴散，常使用水浸聚焦探頭。 加表面活性劑潤濕工件，必要時，適當對水加熱，加表面活性劑潤濕工件，必要時，適當對水加熱，去除水中的氣泡，防止雜波。去除水中的氣泡，防止雜波。5.5.3電磁耦合法電磁耦合法nEMAT的物理結構由三部分組成：的物理結構由三部分組成：1、高頻線圈：用于產(chǎn)生高頻激發(fā)磁場。高頻線圈：用于產(chǎn)生高頻激發(fā)磁場。2、磁鐵：用來提供外加磁場，它可以是永久磁鐵或直流電磁鐵