超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)

1、1第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn) 山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院淄博分院 王志飛2第5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)的方法有多種，較常用的有以下幾種：1. 按原理分類(lèi)：脈沖反射法、衍射時(shí)差法（TOFD）、穿透法、共振法。2. 按顯示方式分類(lèi)：A型顯示和超聲成像顯示（B、C、D、S、P型顯示等）。3第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)3. 按波型分類(lèi)：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法。4. 按探頭數(shù)目分類(lèi)：?jiǎn)翁筋^法、雙探頭法、多探頭法。5. 按探頭與工件的接觸方式分類(lèi)：接觸法、液浸法、電磁耦合法。6. 按人工干預(yù)的程度分類(lèi)：手工檢測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.1 按原理分類(lèi)的超

2、聲檢測(cè)方法5.1.1 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)觀察來(lái)自?xún)?nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來(lái)對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)的方法。5第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.1.1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)觀察來(lái)自?xún)?nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來(lái)對(duì)工件進(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、多次底波法。6第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)1. 缺陷回波法 根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進(jìn)行判斷的檢測(cè)方法，是脈沖反射法的基本方法。以回波傳播時(shí)間對(duì)缺陷定位，以回波幅度對(duì)缺陷定量。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)8第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)2. 底波高度法 依據(jù)

3、底面回波的高度變化判斷工件缺陷情況的檢測(cè)方法。要求被檢工件檢測(cè)面與底面平行，耦合條件一致。作為一種輔助手段，配合缺陷回波法發(fā)現(xiàn)某些傾斜的、小而密集的缺陷。9第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)10第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)3. 多次底波法 依據(jù)多次底面回波的變化，判斷工件有無(wú)缺陷的方法。主要用于厚度不大、形狀簡(jiǎn)單、檢測(cè)面與底面平行的工件檢測(cè)。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn) 5.1.2 衍射時(shí)差法 衍射時(shí)差法（Time of Flight Diffraction 簡(jiǎn)稱(chēng)TOFD）：利用缺陷部位的衍射信號(hào)來(lái)檢測(cè)和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲檢測(cè)方法。通常采用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式

4、。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)14第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn) TOFD方法一般將探頭分布于焊縫兩側(cè)。在工件無(wú)缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達(dá)接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時(shí)，在直通波和底面反射波之間，接收探頭還會(huì)接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)16第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)顯示方式：A掃描信號(hào)和TOFD圖像，其中A掃描信號(hào)使用射頻波形式。TOFD圖像是將每個(gè)A掃描信號(hào)顯示成一維圖像線(xiàn)條，位置對(duì)應(yīng)聲程，以灰度表示信號(hào)幅度，將掃查過(guò)程中采集到的連續(xù)的A掃描信號(hào)形成的圖像線(xiàn)條沿探頭的運(yùn)動(dòng)方向拼接成二維視圖，一個(gè)軸代表探頭移動(dòng)距

5、離，另一個(gè)軸代表掃查面至底面的深度。18第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn) 第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)TOFD方法一般將探頭分布于焊縫兩側(cè)。在工件無(wú)缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達(dá)接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時(shí)，在直通波和底面反射波之間，接收探頭還會(huì)接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波。20第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)TOFD方法與脈沖反射法超聲檢測(cè)和射線(xiàn)檢測(cè)相比主要優(yōu)點(diǎn)：（1）缺陷的衍射信號(hào)與缺陷的方向無(wú)關(guān)，缺陷檢出率高；（2）超聲聲束覆蓋區(qū)域大；（3）缺陷高度測(cè)量精確；（4）實(shí)時(shí)成像，快速分析；21第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)（5）缺陷的定量不依賴(lài)于缺陷的回波幅度；（6）快速、安全、

6、方便。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)，在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區(qū)；第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)（2）TOFD信號(hào)較弱，易受噪聲影響；（3）傾向于“過(guò)分夸大”中下部缺陷和部分良性缺陷，如氣孔、夾層等；（4）TOFD數(shù)據(jù)分析對(duì)檢測(cè)人員要求高。23第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.1.3 穿透法 采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在工件相對(duì)的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來(lái)檢測(cè)工件缺陷的方法。24第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.1.4 共振法 依據(jù)工件的共振特性來(lái)判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的

7、方法。26第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.2 A型顯示和超聲成像5.2.1 A型顯示 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，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。27第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.2.2 超聲成像方法 用超聲波獲得物體可見(jiàn)圖像的方法。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，大多具有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理，部分還具有自動(dòng)作出評(píng)價(jià)的功能。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)超聲掃描成像技術(shù)：采用掃描接收信號(hào)、再進(jìn)行圖像重構(gòu)的方式。1. B、C、D掃描成像 B掃描：顯示與聲束傳播方向平行且與工件的測(cè)量表面垂直的剖面； 29第5章超

8、聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn) D掃描：顯示與聲束平面及測(cè)量表面都垂直 的剖面； C掃描：顯示工件的橫斷面。30第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)31第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)2. P掃描圖象 投影成像掃描，專(zhuān)為檢測(cè)焊縫開(kāi)發(fā)的。結(jié)果以?xún)蓚€(gè)投影圖的方式顯示： 俯視圖：投影面平行于表面； 側(cè)視圖：投影面平行于焊縫，且垂直于表面。 一種同時(shí)顯示C掃描圖像（側(cè)視）和D掃描圖像（側(cè)視）的成像系統(tǒng)。32第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.3 按波型分類(lèi)的超聲檢測(cè)方法5.3.1 縱波法1. 縱波直探頭法 使用縱波直探頭進(jìn)行檢測(cè)的方法。對(duì)于與檢測(cè)面平行的缺陷檢出效果最佳，主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其

9、制品的檢測(cè)。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)垂直入射法（垂直法）：波束垂直入射至工件檢測(cè)面，以不變的波型和方向透入工件。單晶直探頭法：雙晶直探頭法：穿透法：第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)2. 縱波斜探頭法 將縱波傾斜入射至工件檢測(cè)面，利用折射縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法。 入射角小于第一臨界角，工件中同時(shí)有縱波和橫波，由于縱波傳播速度快，因此可利用縱波來(lái)識(shí)別缺陷和定量，注意不要和橫波信號(hào)混淆。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.3.2 橫波法 將縱波傾斜入射至工件檢測(cè)面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測(cè)的方法。 入射聲束與檢測(cè)面成一定的角度，又稱(chēng)斜射法。兩種產(chǎn)生斜射聲束的方法：第5章超聲檢

10、測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)（1）接觸法時(shí)采用斜探頭，由晶片發(fā)出的縱波通過(guò)一定傾角的斜楔到達(dá)接觸面，在界面處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，在工件中產(chǎn)生折射后的斜射橫波聲束；（2）利用水浸直探頭，在水中改變聲束入射到檢測(cè)面時(shí)的入射角，從而在工件中產(chǎn)生所需要波型和角度的折射波。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.3.3 表面波檢測(cè)1. 表面波的性質(zhì) 表面波只在物體表面下幾個(gè)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)傳播，當(dāng)其沿表面?zhèn)鞑サ倪^(guò)程中遇到表面裂紋時(shí)：（1）一部分聲波在裂紋開(kāi)口處仍以表面波的形式被反射，并沿物體表面返回。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)（2）一部分聲波仍以表面波的形式沿裂紋表面繼續(xù)向前傳播，傳播到裂紋頂端時(shí)，部分

11、聲波被反射而返回，部分聲波繼續(xù)以表面波的形式沿裂紋表面向前傳播。（3）一部分聲波在表面轉(zhuǎn)折處或裂紋頂端轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰v波和變形橫波，在物體內(nèi)部傳播。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)在表面波檢測(cè)中主要利用上述特性來(lái)檢測(cè)表面和近表面裂紋。表面下2倍波長(zhǎng)深度范圍是表面波可檢測(cè)的深度范圍。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)2. 表面波的產(chǎn)生：3. 人工反射體的反射特點(diǎn)：4. 影響表面波傳播的其他因素：（1）油的影響：（2）表面粗糙度和材料組織的影響：（3）圓柱曲面的影響：第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.3.4 板波檢測(cè) 使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的工件檢測(cè)。板波充塞于整個(gè)工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)

12、部的和表面的缺陷。檢測(cè)靈敏度取決于儀器工作條件和波的形式。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.3.5 爬波法 當(dāng)縱波從第一種介質(zhì)以第一臨界角附近的角度入射于第二種介質(zhì)時(shí)，在第二種介質(zhì)中同時(shí)存在表面縱波和斜射橫波。其中： 頭波：橫波的波前； 爬波（縱向頭波）：沿介質(zhì)表面下一定距離處在橫波和表面縱波之間傳播的峰值波。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.4 按探頭數(shù)目分類(lèi)的超聲檢測(cè)方法5.4.1 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。 對(duì)于與波束軸線(xiàn)垂直的面狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.4.2 雙探頭法 使用兩個(gè)探頭（一個(gè)發(fā)射、

13、一個(gè)接收）進(jìn)行檢測(cè)的方法。 用于發(fā)現(xiàn)單探頭難以檢出的缺陷。 1. 并列式：發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面傾斜的缺陷。 雙晶探頭：將兩個(gè)并列的探頭組合在一起，具有較高的分辨力和信噪比。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)2. 交叉式：發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的面狀缺陷。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)3. V型串列式：發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面平行的面狀缺陷。4. K型串列式：發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的面狀缺陷。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.串列式：發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的片狀缺陷。 （厚焊縫的中間未焊透，窄間隙焊縫的坡口面未熔合） 特點(diǎn)：缺陷在顯示屏上的水平位置固定不變；上、下表面存在盲區(qū)。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.4.3多探頭法使用兩個(gè)以上的探頭組

14、合在一起進(jìn)行檢測(cè)的方法。主要通過(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。通常與多通道檢測(cè)儀和自動(dòng)掃查裝置配合。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)5.5 按探頭接觸方式分類(lèi)的超聲檢測(cè)方法5.5.1 接觸法和液浸法接觸法（直接接觸法）：探頭與工件檢測(cè)面之間，涂有很薄的耦合劑層。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)液浸法：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。 （1）全浸沒(méi)式； （2）局部浸沒(méi)式：噴液式、通水式、漫溢式。第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)接觸法和液浸法特點(diǎn)比較（1）接觸法優(yōu)缺點(diǎn)： 多為手工操作，操作簡(jiǎn)單；設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，成本較低；直接耦合，入射聲能損失小，可提供較大的厚度穿透力；在相同檢測(cè)參數(shù)下，檢測(cè)靈敏度高于液浸法。 第5章超聲檢測(cè)方法分類(lèi)與特點(diǎn)（2）液浸法優(yōu)缺點(diǎn)： 手工