超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)

1、第第5 5章章 超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)2022-3-42概述概述超聲檢測(cè)方法分類(lèi)的方式有多種，較常用的有如下幾種：u1、按原理分類(lèi)：脈沖反射法、衍射時(shí)差法（TOFD）、穿透法、共振法。u2按顯示方式分類(lèi)：A型顯示和超聲成像顯示（可細(xì)分為B、C、D、S、P型顯示等）。u3按波型分類(lèi)：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。u4、按探頭數(shù)目分類(lèi)：?jiǎn)翁筋^法、雙探頭法、多探頭法。u5、按探頭與試件的接觸方式分類(lèi)：接觸法、液浸法、電磁耦合法。u6、按人工干預(yù)的程度分類(lèi)：手工檢測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)。 每一個(gè)具體的超聲檢測(cè)方法都是上述不同分類(lèi)方式的一種組合，如最常用的：?jiǎn)翁筋^橫波脈沖反射接

2、觸法（A型顯示）。每一種檢測(cè)方法都有其特點(diǎn)和局限性，針對(duì)每一檢測(cè)對(duì)象所采用的不同的檢測(cè)方法，是根據(jù)檢測(cè)目的及被檢工件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征來(lái)進(jìn)行選擇的。 2022-3-435.1 按原理分類(lèi)的超聲檢測(cè)方法 超聲檢測(cè)方法按原理分類(lèi)，可分為脈沖反射法、衍射時(shí)差法、穿透法和共振法。 u脈沖反射法脈沖反射法 超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢工件內(nèi)，通過(guò)觀(guān)察來(lái)自?xún)?nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來(lái)對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為脈沖反射法。 脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 缺陷回波法 底波高度法 多次底波法 2022-3-445.1.2 衍射時(shí)差法衍射時(shí)差法u定義：Time Of Flight D

3、iffraction 衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)uTOFD 方法利用缺陷端點(diǎn)的衍射波衍射波信號(hào)探測(cè)和測(cè)量缺陷的尺寸 uTOFD基本結(jié)構(gòu)：一發(fā)一收雙探頭 寬角度縱波斜探頭（通常）2022-3-452、TOFD檢測(cè)設(shè)備舉例2022-3-463、TOFD檢測(cè)顯示示例A掃描顯示TOFD圖像2022-3-474、物理基礎(chǔ)衍射缺陷上的每一點(diǎn)形成新的子波源稱(chēng)為衍射入射波2022-3-48衍射（續(xù)）缺陷衍射波衍射波入射波反射波特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、全方位、全方位2、低能量、低能量2022-3-49發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波直通波直通波上端點(diǎn)上端點(diǎn)下端點(diǎn)下端點(diǎn)底面反射波底面反射波底面反射波底面反射波埋藏缺陷的檢測(cè)原理202

4、2-3-410掃查面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)原理發(fā)射探頭接收探頭缺陷下尖端缺陷下尖端底面反射波底面反射波底面反射波底面反射波直通波中斷直通波中斷無(wú)直通波無(wú)直通波2022-3-411底面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)原理發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波直通波直通波缺陷上尖端缺陷上尖端底面反射波中斷底面反射波中斷無(wú)底面反無(wú)底面反射波射波2022-3-412層間缺陷的檢測(cè)原理發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波直通波直通波底面發(fā)射波底面發(fā)射波底面發(fā)射波底面發(fā)射波反射波反射波反射信號(hào)2022-3-413TOFD檢測(cè)圖像灰度圖白白+黑黑-幅度時(shí)間時(shí)間將每一個(gè)將每一個(gè)A掃描信號(hào)轉(zhuǎn)化為灰度線(xiàn)，掃描信號(hào)轉(zhuǎn)化為灰度線(xiàn)，沿探頭的運(yùn)動(dòng)方向拼接成二維灰度

5、圖沿探頭的運(yùn)動(dòng)方向拼接成二維灰度圖 2022-3-414TOFD掃查方式 非平行掃查 平行掃查 偏置非平行掃查發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動(dòng)方向XY+Y焊縫發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動(dòng)方向XY+Y焊縫發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動(dòng)方向XY+Y焊縫2022-3-4151、表面開(kāi)口裂紋21122022-3-4162、X形坡口根部未焊透21123412342022-3-4173、V形坡口根部未焊透根部未焊透1231232022-3-4184、密集氣孔123122022-3-4195、橫向裂紋12341231232022-3-4206、根部未焊滿(mǎn)1231232022-3-4217、層間未熔合1232022-3-

6、4228、根部未熔合TOFD techniqueLack of root fusion defect2022-3-4239、根部凹陷TOFD techniqueRoot Concavity defect2022-3-42410、根部過(guò)厚TOFD techniqueOver penetration defect2022-3-425TOFD優(yōu)點(diǎn) 與脈沖反射法超聲檢測(cè)和射線(xiàn)檢測(cè)相比，TOFD的主要優(yōu)點(diǎn)在于：（1）能探測(cè)不利取向的缺陷，缺陷檢出率高；（2）超聲波束覆蓋區(qū)域大；（3）缺陷高度測(cè)量精確；（4）實(shí)時(shí)成像，快速分析；（5）非基于波幅，波幅影響?。唬?）快速、安全、方便。 2022-3-426荷

7、蘭焊接協(xié)會(huì)的對(duì)比試驗(yàn)POD 缺陷檢出率 FCR 誤報(bào)率 R可靠性2022-3-427TOFD局限性 （1）由于TOFD的直通波和底面反射波均有一定的寬度，處于此范圍的缺陷波難以被發(fā)現(xiàn)，因此在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區(qū)；（2）TOFD信號(hào)較弱，易受噪聲影響；（3）傾向于“過(guò)分夸大”中壁缺陷和部分良性缺陷，比如氣孔、夾層等；（4）TOFD數(shù)據(jù)分析對(duì)檢測(cè)人員要求高。 2022-3-4285.1.3 穿透法穿透法u穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在試件相對(duì)的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來(lái)檢測(cè)試件缺陷的方法。 2022-3-4295.1.4 共振法共振法u依據(jù)試件的共振特性來(lái)

8、判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱(chēng)為共振法。常用于試件測(cè)厚。u共振法測(cè)厚的原理見(jiàn)4.1.6，目前已很少使用共振法測(cè)厚。 2022-3-4305.2 A5.2 A型顯示和超聲成像型顯示和超聲成像u按超聲信號(hào)的顯示方式，可將超聲檢測(cè)方法分為A型顯示和超聲成像方法，其中超聲成像顯示按成像方式的不同又可再分為B、C、D、S、P型顯示等。5.1.1 A型顯示型顯示u如4.1.1中所述，A型顯示是一種波形顯示，是將超聲信號(hào)的幅度與傳播時(shí)間的關(guān)系以直角坐標(biāo)的形式顯示出來(lái)，橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間，縱坐標(biāo)代表信號(hào)幅度。A型顯示是最基本的一種信號(hào)顯示方式。u此時(shí)，示波管的電子束是振幅調(diào)制的。換言之，A型顯示

9、的內(nèi)容是探頭駐留在工件上某一點(diǎn)時(shí)，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。u結(jié)合脈沖放射法的A型顯示超聲檢測(cè)是目前用的最多的一種方法，目前特種設(shè)備行業(yè)常用的JB/T 4730.32005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的就是A型脈沖反射法超聲檢測(cè)，采用該方法時(shí)，檢測(cè)結(jié)果受檢測(cè)人員的素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)等人為因素影響較大。 2022-3-4315.1.2 超聲成像方法超聲成像方法u超聲成像就是用超聲波獲得物體可見(jiàn)圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物體，故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性的信息，超聲成像技術(shù)將這些信息變成人眼可見(jiàn)的圖像，即可以獲得不透光物體內(nèi)部聲學(xué)特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀(guān)和大量的信息，直接顯示物

10、體內(nèi)部情況，且可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，可以對(duì)缺陷進(jìn)行定量動(dòng)態(tài)監(jiān)控。一般而言，超聲成像方法是基于A型顯示形成的工件不同截面的圖像顯示，大都具有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)作出評(píng)價(jià)的功能。u超聲成像的研究歷史u超聲成像方法發(fā)展到現(xiàn)代，主要采用掃描接收信號(hào)、再進(jìn)行圖像重構(gòu)的方式，因此又稱(chēng)為超聲掃描成像技術(shù)，起初主要為B、C掃描成像，隨后為檢測(cè)焊縫而開(kāi)發(fā)出D、P掃描（投影掃描成像）；因?yàn)橄嗫仃嚰夹g(shù)的出現(xiàn)，又出現(xiàn)S掃描（扇形掃描成像）等。而對(duì)應(yīng)的，A型顯示又可稱(chēng)為A掃描顯示。 2022-3-4321 B、 、C、 、D掃掃描成像描成像 B、C、D掃描成像設(shè)備較簡(jiǎn)單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法

11、。其中的B掃描廣泛用于醫(yī)療診斷，俗稱(chēng)B超?，F(xiàn)在用于無(wú)損檢測(cè)也取得了良好的效果。 2022-3-4332. P掃掃描成像描成像2022-3-4343. ALOK超聲成像2022-3-4354 相控陣和S掃描成像相控陣技術(shù)(2009年3級(jí)復(fù)試）.ppt2022-3-4365.3 5.3 按波型分類(lèi)的超聲檢測(cè)方法按波型分類(lèi)的超聲檢測(cè)方法 u縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等 5.3.1 5.3.1 縱波法縱波法 使用縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為縱波法。1縱波直探頭法 單晶直探頭脈沖反射法、雙晶直探頭脈沖反射法和穿透法 垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測(cè) 2. 縱波斜探頭法 將縱波傾斜入

12、射至試件探測(cè)面，利用折射縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法探頭移動(dòng)范圍較小、檢測(cè)范圍較深的一些部件;粗晶材料 ; TOFD 2022-3-4375.3.2 橫波法橫波法u 將縱波傾斜入射至試件探測(cè)面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為橫波法。由于入射聲束與探測(cè)面成一定夾角，所以又稱(chēng)斜射法。 u產(chǎn)生的兩種方式u橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測(cè)，是目前特種設(shè)備行業(yè)中應(yīng)用最多的一種方法。檢測(cè)其它試件時(shí)，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面有一定傾角的缺陷。 2022-3-4385.3.3 5.3.3 表面波檢測(cè)表面波檢測(cè)u使用表面波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為表面波法。 表面、近表面缺陷 1 1表面波的性質(zhì)表

13、面波的性質(zhì) 傳播運(yùn)動(dòng)狀態(tài)速度能量分布2 2、表面波的產(chǎn)生、表面波的產(chǎn)生（1）Y切石英法（2）縱波折射法3人工反射體的反射特點(diǎn)人工反射體的反射特點(diǎn) （1）柱孔（2）橫孔（3）溝槽（4）棱邊的反射2022-3-4395.3.3 5.3.3 表面波檢測(cè)表面波檢測(cè)4 4影響表面波傳播的其他因素影響表面波傳播的其他因素u油油 u表面光潔度和材料組織 u圓柱曲面 5 5表面波檢測(cè)的應(yīng)用表面波檢測(cè)的應(yīng)用 （1）強(qiáng)度法檢測(cè)表面裂紋u掃描速度調(diào)整u靈敏度調(diào)整和定量 直角棱邊反射波 （2）時(shí)延法測(cè)量表面裂紋的縱向尺寸 特點(diǎn)：利用裂紋開(kāi)口處的反射信號(hào)和裂紋尖端處的反射信號(hào)在傳播時(shí)間上的差值作為測(cè)定裂紋縱向尺寸的信息

14、，而不是裂紋反射信號(hào)的強(qiáng)度。u雙探頭法 u單探頭法 只適用于測(cè)量表面開(kāi)口缺陷 2022-3-4405.3.4 5.3.4 板波檢測(cè)板波檢測(cè)u使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的試件檢測(cè)。板波充塞于整個(gè)試件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。 1 1板波的板波的種種類(lèi)類(lèi) 使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的試件檢測(cè)。 板波充塞于整個(gè)試件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。u根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況分類(lèi) u根據(jù)邊界條件分類(lèi)u根據(jù)板的變形分類(lèi)2

15、2板波的產(chǎn)生板波的產(chǎn)生 選擇不同的板波型式 探頭入射角 入射角可根據(jù)被探測(cè)工件的板厚乘所用頻率 和選用的波型，由特定的曲線(xiàn)圖上查出 pllCCBAsin2022-3-4415.3.4 5.3.4 板波檢測(cè)板波檢測(cè)3 3蘭姆波的傳播特點(diǎn)蘭姆波的傳播特點(diǎn) u（1）衰減的非單調(diào)變化 u（2）反射時(shí)蘭姆波波型的變化u（3）板波回波信號(hào)的寬度4 4板波檢測(cè)的一般程序板波檢測(cè)的一般程序 ua、盡可能選用寬的發(fā)射脈沖 ub、制作一個(gè)與被測(cè)板材料相同的對(duì)比試塊 uc、選擇合適的波型 根據(jù)波型、頻率乘板厚的數(shù)值，從相應(yīng)的圖中查得入射角 ud、根據(jù)入射角選擇合適的探頭，在試塊上調(diào)整掃描速度 ue、根據(jù)人工缺陷的反

16、射，選擇合適的探測(cè)靈敏度 uf、檢測(cè)時(shí)注意點(diǎn)2022-3-4425.3.5.5.3.5.爬波法爬波法u產(chǎn)生：第一臨界角附近入射u概念u優(yōu)點(diǎn)2022-3-4435.4 5.4 按探頭數(shù)目分類(lèi)的檢測(cè)方法按探頭數(shù)目分類(lèi)的檢測(cè)方法5.4.1 單探頭法單探頭法 使用一個(gè)探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的檢測(cè)方法稱(chēng)為單探頭法。 u對(duì)于與波束軸線(xiàn)垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。u與波束軸線(xiàn)平行的片狀缺陷難以檢出。u當(dāng)缺陷與波束軸線(xiàn)傾斜時(shí)，則根據(jù)傾斜角度的大小，能夠收到部分回波或者因反射波束全部反射在探頭之外而無(wú)法檢出。 2022-3-4445.4.2 雙探頭法雙探頭法 使用兩個(gè)探頭（一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收）進(jìn)

17、行檢測(cè)的方法稱(chēng)為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢出的缺陷。u雙探頭法又可根據(jù)兩個(gè)探頭排列方式和工作方式進(jìn)一步分為并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。 2022-3-4455.4.3 5.4.3 多探頭法多探頭法 使用兩個(gè)以上的探頭組合在一起進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為多探頭法。u多探頭法的應(yīng)用，主要是通過(guò)增加聲束來(lái)提高檢測(cè)速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。u通常與多通道儀器和自動(dòng)掃查裝置配合 2022-3-4465.5 5.5 按探頭接觸方式分類(lèi)的檢測(cè)方法按探頭接觸方式分類(lèi)的檢測(cè)方法 接觸法、液浸法和電磁耦合法。5.5.1 接觸法和液浸法u探頭與試件探測(cè)面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看

18、作為兩者直接接觸，這種檢測(cè)方法稱(chēng)為直接接觸法，或簡(jiǎn)稱(chēng)接觸法。u將探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。當(dāng)以水為耦合劑時(shí)，稱(chēng)為水浸法。 液浸法檢測(cè)，探頭不直接接觸試件，所以此方法適用于表面粗糙的試件，探頭也不易磨損，耦合穩(wěn)定，探測(cè)結(jié)果重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。 2022-3-4475.5.1 5.5.1 接觸法和液浸法接觸法和液浸法特點(diǎn)比較：u（1）接觸法優(yōu)點(diǎn)：u（2）接觸法缺點(diǎn)：u（3）液浸法優(yōu)點(diǎn)：u（4）液浸法缺點(diǎn)： 在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的對(duì)象、目的和場(chǎng)合，結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)綜合選擇。 2022-3-4485.5.2 5.5.2 電磁耦合法電磁耦合法 u采用電磁超聲探頭激發(fā)和接收超聲波的檢測(cè)方法，通常稱(chēng)為電磁超聲檢測(cè)（EMAT）。探頭與工件之間無(wú)耦合劑，也不相互接觸。電磁超聲探頭結(jié)構(gòu)及工作原理見(jiàn)4.2.3。1、電磁超聲產(chǎn)生的機(jī)理 2、電磁超聲激發(fā)和接收 3、電磁超聲的特點(diǎn)和現(xiàn)狀2022-3-4495.6 5.6 手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè) 按人工干預(yù)的程度分類(lèi)，超聲檢測(cè)可分為手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)。5.6.1 手工檢測(cè)手工檢測(cè) 手工檢測(cè)一般指由操作