超聲波探傷講義(內(nèi)部培訓(xùn)資料)

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(cè)速度快、成本低、操作方便、探測(cè)厚度大、對(duì)人體和環(huán)境無害，特別對(duì)裂紋、未熔合等危險(xiǎn)性缺陷探傷靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但也存在缺陷評(píng)定不直觀、定性定量與操作者的水平和經(jīng)驗(yàn)有關(guān)、存檔困難等缺點(diǎn)。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(cè)主要用于探測(cè)試件的內(nèi)部缺陷。1、超聲波：頻率大于20KH的聲波。它是一種機(jī)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(jī)械振動(dòng)：物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的

2、運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)。振幅A、周期T、頻率f。波動(dòng)：振動(dòng)的傳播過程稱為波動(dòng)。C=入*f2、波的類型：(1)縱波L:振動(dòng)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(dòng)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)鞑ァ?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：Q=5900m/s,Cs=3230m/s,C=300

3、7m/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(shí)，如果在空間某處相遇，則相遇處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波引起振動(dòng)的合成，在任意時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)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(dòng)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(dú)立性原理。波的干涉兩列頻率相同，振動(dòng)方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇時(shí)，介質(zhì)中某些地方的振動(dòng)互相加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)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(dòng)的重要特征，在超聲波探傷中，由于波的干涉，使超聲波源附近出現(xiàn)聲壓極大極小值。波的衍射(繞

4、射)波在傳播過程中遇到與波長相當(dāng)?shù)恼系K物時(shí)，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。波的繞射和障礙物尺寸D及波長入的相對(duì)大小有關(guān)。當(dāng)D<<入時(shí)，波的繞射強(qiáng)，反射弱，缺陷回波很低，容易漏檢。超聲探傷靈敏度約為入/2,這是一個(gè)重要原因。當(dāng)Df入時(shí)，反射強(qiáng)，繞射弱，聲波幾乎全反射。波的繞射對(duì)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(duì)探傷是有利的。但同時(shí)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(duì)探傷不利。5、超聲場(chǎng)的特征值(1)超聲場(chǎng)：充滿超聲波的空間或超聲波振動(dòng)所波及的部分介質(zhì)。(2)聲阻抗Z:超聲波中任一點(diǎn)的聲壓

5、與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比。(3)聲強(qiáng)I:單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強(qiáng)。(J/cm2s或w/cm2)。6、分貝聲強(qiáng)級(jí)：某處的聲強(qiáng)I2與標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)Il(I1=10"6瓦/厘米2)之比。*當(dāng)超聲波探傷儀的垂直線性較好時(shí)，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(shí)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=4.53X106g/cm2s，有機(jī)玻璃：Z=0.33x106g/cm2s空氣：Z=0.00004Xl06g/cm2s)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

6、固(晶片)/氣界面,超聲波將無法進(jìn)入工件。(2)當(dāng)Zi=Z2時(shí)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(huì)產(chǎn)生界面回波。8、超聲波斜入射到界面時(shí)的反射和折射波型轉(zhuǎn)換：超聲波傾斜入射到界面時(shí)，除產(chǎn)生同種類型的反射與折射波外，還會(huì)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(jī)玻璃中：5=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(shí)，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

7、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(hào)。（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(shí)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(shí)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(chǎng)或者在交變電場(chǎng)作用下產(chǎn)生伸縮變形。機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。按波型分：縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、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

8、要用于探測(cè)與探測(cè)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(cè)與探測(cè)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Bs來標(biāo)稱。如Bs=40o,45o,60o等；另一種是以折射角的正切值（K=tgBs）來標(biāo)稱。K=1.0,1.5,2.0,2.5等。c,雙晶探頭探頭型號(hào)：1、2.5B20Z;2、5P6X6K3（3）試塊試塊：按一定用途設(shè)計(jì)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(gè)特點(diǎn)。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(duì)比試塊。

9、a,標(biāo)準(zhǔn)試塊：權(quán)威或法定機(jī)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(cè)定斜探頭的入射點(diǎn)、調(diào)整探測(cè)范圍和掃描速度、測(cè)定儀器探頭以及系統(tǒng)的性能等。b,對(duì)比試塊：對(duì)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(duì)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(duì)比試塊。RB試塊組主要用于繪制距離一波幅曲線、調(diào)整探測(cè)范圍和掃描速度、確定探傷靈敏度和評(píng)定缺陷大小，它是焊縫評(píng)級(jí)判定的依據(jù)。試塊的作用：a.確定探傷靈敏度；b.測(cè)試

10、儀器和探頭的性能；c.調(diào)整掃描速度；d.評(píng)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(dòng)態(tài)范圍等。（2）探頭的性能入射點(diǎn)、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(hào)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DK5%水平線性：儀器示波屏上時(shí)基線顯示的水平刻度值與實(shí)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01%水平線性的好壞影響缺陷的定位。動(dòng)態(tài)范圍：儀器示波屏容納信號(hào)大小的能力。(從100%S波高衰

11、減到剛能識(shí)別的最小值所需的衰減量)。ZBY230-84(JB/T10061-1999)規(guī)定儀器的動(dòng)態(tài)范圍不小于26dB。探頭的性能斜探頭入射點(diǎn)：主聲束軸線與探測(cè)面的交點(diǎn)。探頭前沿長度：入射點(diǎn)至探頭前沿的距離。斜探頭K值和折射角K值：橫波折射角的正切值K=tg-圖22入射點(diǎn)與K值測(cè)定(CSK-IA試塊)探頭主聲束偏離：探頭實(shí)際主聲束與其理論幾何中心軸線的偏離程度。用偏離角9來表示。GB11345-1989規(guī)定，9<2°。探頭雙峰：平行移動(dòng)探頭，同一反射體產(chǎn)生兩個(gè)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

12、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(shí)(增益、發(fā)射強(qiáng)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(cè)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(duì)接焊縫超聲波探傷(1),探測(cè)條件的選擇a,探測(cè)面修整：表面粗糙度R06.3pm修整寬度P>2KT+50P>>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

13、。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(dòng)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(jià)格便宜。iv、對(duì)工件無腐蝕，對(duì)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，薄工件采用大K值，避免近場(chǎng)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(shí)測(cè)K值。e,探測(cè)面的選擇根據(jù)板厚和缺陷的位向以及檢驗(yàn)等級(jí)確定。如縱向缺陷：i、單面雙側(cè)，一種K值。ii、一種或

14、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(cè)。（2）,掃描速度（時(shí)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>20mm寸，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)系曲線稱為距離一波幅曲線。圖25距離一一波幅曲線示意圖距離一波幅曲線由定量線、判廢線和評(píng)定線組成，評(píng)定線和定量線之間（包括評(píng)定線）稱為I區(qū)，定量線與判廢線（包括定量線）稱

15、為R區(qū)，判廢線及其以上區(qū)域稱為田區(qū)。兩種形式：1、距離一dB曲線2、距離一波高（的曲線（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(cè)定探傷中發(fā)現(xiàn)位于定量線或定量線以上的缺陷要測(cè)定缺陷波的幅度和指示長度。、缺陷波幅度的表示：SL+（）dB3X40±（）dB、缺陷波的指示長度測(cè)定:指示長度：按規(guī)定的方法測(cè)定的缺陷長度稱為缺陷的指

16、示長度。指示長度總是小于等于缺陷實(shí)際長度。a,相對(duì)靈敏度測(cè)長法：以缺陷的最高回波為相對(duì)基準(zhǔn)、沿缺陷的長度方向移動(dòng)探頭，降低一定的dB值來測(cè)定缺陷的長度。常用的是6dB法、端點(diǎn)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(dòng)探頭，找到缺陷的最大反射波（不能飽和），然后沿缺陷方向左右移動(dòng)探頭，當(dāng)缺陷波高度降低一半時(shí)，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(dòng)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(dòng)探頭，當(dāng)缺陷波高降至基準(zhǔn)波高時(shí)，探頭中

17、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(cè)長掃查過程中缺陷波只有一個(gè)高點(diǎn)的情況。圖31半波高度法（6dB法）圖32端點(diǎn)6dB圖33端點(diǎn)峰值法ii、端點(diǎn)6dB法（端點(diǎn)半波高度法）當(dāng)缺陷各部分反射波高有很大變化時(shí)，測(cè)長采用端點(diǎn)6dB法。具體做法：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后，探頭沿著缺陷方向左右移動(dòng)，找到缺陷兩端的最大反射波，分別以這兩個(gè)端點(diǎn)反射波高為基準(zhǔn)，繼續(xù)向左、向右移動(dòng)探頭，當(dāng)端點(diǎn)反射波高降低一半時(shí)（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(cè)長掃查過程中缺陷反射波有多個(gè)高點(diǎn)的情況。b、端點(diǎn)峰值法當(dāng)缺陷反射波峰起伏變化，有多個(gè)高點(diǎn)時(shí)，以缺陷兩端反射波極大值之間探頭的移動(dòng)

18、長度來確定缺陷的指示長度。端點(diǎn)峰值法測(cè)得的缺陷指示長度比端點(diǎn)6dB測(cè)得的指示長度要小一些端點(diǎn)峰值法也只適用于測(cè)長掃查過程中缺陷反射波有多個(gè)高點(diǎn)的情況。、缺陷長度的計(jì)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(gè)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(píng)級(jí)：缺陷的大小測(cè)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(píng)定焊縫的質(zhì)量級(jí)別。GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)將焊縫質(zhì)量分為I、H、m、IV級(jí)。I級(jí)質(zhì)量最高，IV級(jí)質(zhì)量最低。IV級(jí)焊縫a.反射波高位于田區(qū)的缺陷者。b.反射波超過評(píng)定線，檢驗(yàn)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(jí)者。I、H、m級(jí)焊縫a.位于I區(qū)的非危害性缺陷評(píng)為I級(jí)。b.位于R區(qū)的缺陷按下表評(píng)定其級(jí)別。表1GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)，II區(qū)缺陷級(jí)