（中職）焊接檢測(cè)技術(shù)第6章教學(xué)課件

1、YCF正版可修改PPT（中職）焊接檢測(cè)技術(shù)第6章教學(xué)課件6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用6.4 直接接觸法超聲波檢測(cè)第6章 超聲波檢測(cè)超聲波是頻率大于20 000Hz的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過程。因此，是超聲頻率的機(jī)械波。檢測(cè)中常用的超聲波頻率為0.510MHz。6.1.1超聲波的產(chǎn)生與接收超聲波是由超聲波檢測(cè)儀產(chǎn)生電振蕩并施加于探頭，利用其晶片的壓電效應(yīng)而獲得。探頭主要由保護(hù)膜、壓電晶片和吸收塊等組成，如圖6-1所示。（1）壓電晶片。由壓電材料切割成薄片，材料分單晶（石英、硫酸鉛和碘酸鉛等）和多晶（鈦酸鋇、鈦酸鉛和錯(cuò)鈦酸鉛等壓電

2、陶瓷）兩大類。晶片兩表面敷有銀層作電極，“一”極引出的導(dǎo)線接發(fā)射端，“+”極接地。（2）吸收塊。由環(huán)氧樹脂、硬化劑（二乙烯三胺或乙二胺）、增塑劑（鄰苯二甲酸二丁酯）、橡膠液和鎢粉等澆鑄在“一”極上。其作用是吸收雜波，并使晶片在激勵(lì)電脈沖結(jié)束后將聲能很快損耗掉而停止振動(dòng)，以便接收反射聲波。吸收塊又稱阻尼塊。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁（3）保護(hù)膜?？墒箟弘娋庥诤凸ぜ苯咏佑|受磨損，其中軟膜（耐磨橡膠、塑料等）用于粗糙表面的工件，硬膜（不銹鋼片、剛玉片、環(huán)氧樹脂等）聲能量損失小，比軟膜應(yīng)用廣。（4）匹配電感。對(duì)于壓電陶瓷晶片制成的探頭，其電氣阻抗匹配是很重要的。加入與晶片并

3、聯(lián)的匹配電感（或電阻）可使探頭與儀器的發(fā)射電路匹配，以提高發(fā)射效率。匹配電感（或電阻）有時(shí)也可裝在儀器內(nèi)部。圖6-1中，當(dāng)高頻電壓加于晶片兩面電極上時(shí)，由于逆壓電效應(yīng)，晶片會(huì)在厚度方向產(chǎn)生伸縮變形的機(jī)械振動(dòng)。若晶片與工件表面有良好藕合時(shí)，機(jī)械振動(dòng)就以超聲波形式傳播進(jìn)去，這就是發(fā)射。反之，當(dāng)晶片受到超聲波作用（遇到異質(zhì)界面反射回來）而發(fā)生伸縮變形時(shí)，正壓電效應(yīng)又會(huì)使晶片兩表面產(chǎn)生不同極性電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，這就是接收。利用壓電效應(yīng)使探頭（壓電晶片）發(fā)射或接收超聲波，就使發(fā)現(xiàn)缺陷成為可能。因此，探頭（壓電晶片）是一較為理想的電聲換能器。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁6.

4、1.2 超聲波的性質(zhì)檢測(cè)中所用超聲波具有以下性質(zhì)。1.有良好的指向性所謂超聲波有良好的指向性，有以下兩個(gè)含義。（1）直線性。超聲波的波長(zhǎng)很短（毫米數(shù)量級(jí)），因此它在彈性介質(zhì)中能像光波一樣沿直線傳播，并符合幾何光學(xué)規(guī)律。由于聲速對(duì)固定介質(zhì)來講是個(gè)常數(shù)，因此根據(jù)傳播時(shí)間就能求得其傳播距離，從而為檢測(cè)中缺陷定位提供了依據(jù)。（2）束射性。聲源發(fā)出的超聲波能集中在一定區(qū)域（稱為超聲場(chǎng)）定向輻射。2.能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播超聲波通過介質(zhì)時(shí)，以介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向間的相互關(guān)系不同，可分為縱波、橫波、表面波和蘭姆波等。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁（1）縱波。質(zhì)點(diǎn)振

5、動(dòng)方向和傳播方向一致的波稱為縱波，如圖6-2所示。它能在固體、液體和氣體中傳播，在檢測(cè)中用于縱波檢測(cè)法。（2）橫波。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波稱為橫波，如圖6-3所示。它只能在固體中傳播，用于橫波檢測(cè)法。（3）表面波。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿著固體表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度增加而迅速衰減的波稱為表面波，又稱瑞利波，如圖6-4所示。表面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡是橢圓，質(zhì)點(diǎn)位移的長(zhǎng)軸垂直于傳播方向，短軸平行于傳播方向。它用于表面波檢測(cè)法。（4）蘭姆波。蘭姆波只產(chǎn)生在有一定厚度的薄板內(nèi)，在板的兩表面和中部都有質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度，沿著板的兩表面及中部傳播，所以又稱為板波。若兩表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的

6、相位相反，中部質(zhì)點(diǎn)以縱波的形式振動(dòng)則稱為對(duì)稱型蘭姆波；若兩表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的相位相同，中部質(zhì)點(diǎn)以橫波的形式振動(dòng)則稱為非對(duì)稱型蘭姆波，如圖6-5所示。蘭姆波可檢測(cè)板厚及分層、裂紋等缺陷，還可檢測(cè)材料的晶粒度和復(fù)合材料的黏合質(zhì)量等。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁應(yīng)該注意，由于金屬介質(zhì)中能夠通過不同傳播速度的不同波形，因此，對(duì)金屬（焊縫）進(jìn)行檢測(cè)時(shí)必須選定所需超聲波類型（通常選擇橫波），否則，會(huì)使回波信號(hào)發(fā)生混亂而得不到正確的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，檢測(cè)中通常把空氣介質(zhì)亦作為真空處理，即認(rèn)為超聲波不能通過空氣進(jìn)行傳播。3.界面的透射、反射、折射和波形轉(zhuǎn)換超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，經(jīng)過

7、異質(zhì)界面將產(chǎn)生以下幾種情況。（1）垂直入射異質(zhì)界面時(shí)的透射、反射和繞射。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)垂直入射到第二種介質(zhì)上時(shí)，其能量一部分反射而形成與入射波方向相反的反射波，其余能量則透過界面產(chǎn)生一與入射波方向相同的透射波（圖6-6）。超聲波反射能量W反與超聲波入射能量W入之比為超聲波能量反射系數(shù)，即K=W反/W入。K值見表6-1。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁顯然，異質(zhì)界面上的反射是很嚴(yán)重的，尤其固-氣界面K100%，因此，檢測(cè)中良好的藕合是一必要條件。當(dāng)然，焊縫與其中缺陷構(gòu)成的異質(zhì)界面也正因?yàn)橛袠O大的反射才使檢測(cè)成為可能。同時(shí)，反射系數(shù)K值僅決定于兩介質(zhì)聲阻抗Z之差，且差值越大，則

8、K值越大，而與何者為第一介質(zhì)無關(guān)。當(dāng)界面尺寸df很小時(shí)，聲波將能繞過其邊緣繼續(xù)前進(jìn)，即產(chǎn)生波的繞射（圖6-7）。由于繞射使反射回波減弱，一般認(rèn)為超聲波檢測(cè)中能探測(cè)到的最小缺陷尺寸為df=/2，這是一個(gè)重要原因。顯然，要想探測(cè)到更小的缺陷，就必須提高超聲波的頻率。（2）傾斜入射異質(zhì)界面時(shí)的反射、折射、波形轉(zhuǎn)換和聚焦。若超聲波由一種介質(zhì)傾斜入射到另一種介質(zhì)時(shí)，在異質(zhì)界面上將會(huì)產(chǎn)生波的反射和折射，并產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換，如圖6-8所示。按幾何光學(xué)原理，不同波形的聲波入射角、反射角、折射角的關(guān)系為： （6-1）6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁式中cL、cL1介質(zhì)I的縱波聲速，m/s；cS1介質(zhì)

9、的橫波聲速，m/s；cL2介質(zhì)的縱波聲速，m/s；cS2介質(zhì)的橫波聲速，m/s；聲波入射角，（）；L縱波反射角，（）；S-橫波反射角，（）；L縱波折射角，（）；S-橫波折射角，（）。從式（6-1）知，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角和反射角隨之增大。從圖6-8知，當(dāng)縱波折射角為90時(shí)，在第且介質(zhì)內(nèi)只傳播橫波，這時(shí)的聲波入射角稱第一臨界角，當(dāng)橫波折射角為90時(shí)，在第介質(zhì)和第介質(zhì)的界面上產(chǎn)生表面波的傳播，這時(shí)的聲波入射角稱第二臨界角。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁在進(jìn)行焊縫超聲波檢測(cè)時(shí)，第介質(zhì)為探頭的有機(jī)玻璃或環(huán)氧樹脂，第介質(zhì)為鋼材，則按式（6-1）計(jì)算可得：第一臨界角第二臨界角由第一、二

10、臨界角的物理意義可知：當(dāng)1m時(shí)，第介質(zhì)中既存在折射縱波又存在折射橫波，這種情況在檢測(cè)中不采用。當(dāng)=1m2m時(shí)，第介質(zhì)中只存在折射橫波。這是常用的斜探頭的設(shè)計(jì)原理和依據(jù)，也是橫波檢測(cè)的基本條件。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁當(dāng)2m時(shí)，第介質(zhì)中既無折射縱波又無折射橫波，但這時(shí)在第介質(zhì)表面形成表面波，這是常用表面波探頭的設(shè)計(jì)原理和依據(jù)。因?yàn)槌暡ㄟM(jìn)入介質(zhì)后有產(chǎn)生折射的性質(zhì)，所以如同光線一樣，可利用透鏡產(chǎn)生聚焦性能。聚焦所用聲透鏡可用液體、金屬、有機(jī)玻璃和環(huán)氧樹脂等材料制作。通常做成點(diǎn)聚焦（球凹面）和線聚焦（柱凹面）聲透鏡。同理，對(duì)于曲面工件的檢測(cè)由于曲面的凹向亦將產(chǎn)生聚焦和發(fā)散的問

11、題，對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生影響。4.具有可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中有衰減的特性超聲波這一性質(zhì)與射線相似，但超聲波具有更強(qiáng)的穿透能力。這是因?yàn)槌暡ㄔ诮橘|(zhì)中的傳播就是聲能的傳播，由于聲能（聲強(qiáng)）與頻率的平方成正比，而檢測(cè)用超聲波頻率遠(yuǎn)高于聲波（如1MHz超聲波能量大約是1kHz聲波的100萬倍），因而超聲波的能量很大。同時(shí)，超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中，尤其是在鋼等金屬材料中傳播時(shí)，傳輸損失少，傳播距離大，一般可達(dá)數(shù)米遠(yuǎn)，因此穿透能力強(qiáng)。所以超聲檢測(cè)能有較大的探測(cè)深度，這是其他檢測(cè)方法不能比擬的。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁6.1.3超聲波的衰減超聲波的衰減主要有以下三個(gè)原因。（1）散射引起的衰減。這

12、是由于聲波在不均勻的和各向異性的金屬晶粒的界面上產(chǎn)生折射、反射和波形轉(zhuǎn)換所致。一般來說，頻率越高，晶粒尺寸越大，散射引起的衰減越厲害。當(dāng)波長(zhǎng)與晶粒平均尺寸的比值約為3時(shí)，其衰減量最大。實(shí)際檢測(cè)中，由于奧氏體鋼焊縫晶粒粗大（晶粒平均尺寸?？蛇_(dá)數(shù)毫米），衰減很嚴(yán)重，同時(shí)在示波屏上形成“草狀回波”，顯著降低了檢測(cè)時(shí)的信噪比，如圖6-9所示。（2）吸收引起的衰減。超聲波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，互相摩擦使部分聲能轉(zhuǎn)換為熱能，通過熱傳導(dǎo)引起衰減。對(duì)于金屬介質(zhì)的吸收衰減與散射衰減相比，幾乎可略去不計(jì)，但對(duì)于液體介質(zhì)吸收衰減則是主要的。（3）聲束擴(kuò)散引起的衰減。這是因?yàn)殡S著傳播距離的增大，波束截面增大

13、使單位面積上聲能逐漸減少所致。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁總之，在金屬材料的超聲波檢測(cè)中，主要考慮散射引起的衰減，其規(guī)律為： （6-4）式中pX離壓電晶片表面為X處的聲壓，Pa；p0超聲波原始聲壓，Pa；e自然對(duì)數(shù)的底；金屬材料的（散射）衰減系數(shù)，dB/m；x超聲波在材料中傳播的距離，m。式（6-4）表明，聲壓按負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減。同時(shí)研究指出，散射衰減系數(shù)與頻率f，晶粒平均直徑d及各向異性系數(shù)F有關(guān)，且當(dāng)d時(shí)，與f4、d3成正比。因此，檢測(cè)晶粒較粗大工件時(shí)，為減少散射衰減而常選用較低的工作頻率。而可淬硬鋼的焊縫亦建議在其調(diào)質(zhì)熱處理晶粒得到細(xì)化后再進(jìn)行超聲波檢測(cè)。6.1 超聲波

14、的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回下一頁上一頁在檢測(cè)晶粒較粗大和大型工件時(shí)，應(yīng)測(cè)定衰減系數(shù)，并在定量計(jì)算時(shí)考慮材質(zhì)衰減的影響，以便減小定量誤差。6.1 超聲波的產(chǎn)生、性質(zhì)及衰減返回上一頁6.2.1超聲波探頭超聲波探頭也稱為超聲波換能器，主要由壓電晶片組成，可發(fā)射和接收超聲波。探頭因其結(jié)構(gòu)和使用的波形不同可分為直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、可變角探頭、雙晶探頭、水浸探頭、聚焦探頭、噴水探頭和專用探頭等。1.直探頭可發(fā)射和接收縱波，主要由壓電晶片、吸收塊和保護(hù)膜組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖6-10所示。壓電晶片多為圓片形，其厚度與超聲頻率成反比，直徑與半擴(kuò)散角成反比。晶片的兩面敷有銀層，作為導(dǎo)電極板。為避免晶

15、片磨損，通常粘有硬質(zhì)材料作為保護(hù)膜。吸收塊用鎢粉、環(huán)氧樹脂和固化劑等澆注，可吸收聲能，降低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，從而可限制脈沖寬度、減小盲區(qū)和提高分辨力。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁2.斜探頭可發(fā)射和接收橫波，主要由壓電晶片、吸收塊和斜楔塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖6-11所示。晶片產(chǎn)生縱波，經(jīng)斜楔傾斜入射到被檢工件中轉(zhuǎn)換為橫波。若斜楔為有機(jī)玻璃，工件為鋼，斜探頭的入射角在2861時(shí)，在鋼中可產(chǎn)生橫波。斜楔形狀的設(shè)計(jì)應(yīng)使超聲波在斜楔中傳播時(shí)不得返回晶片，以免出現(xiàn)雜波。斜探頭折射角的正切值稱為斜探頭的K值。斜探頭角度規(guī)格是按K值為簡(jiǎn)單數(shù)值而系列化的，如K=1，1.5，2，2.5，利用K值在檢測(cè)中進(jìn)行缺陷定

16、位、定量計(jì)算十分簡(jiǎn)便。直探頭在液體中傾斜入射工件時(shí)，在一定的角度下，也能產(chǎn)生橫波，在水浸法橫波檢測(cè)中，常利用此方法來產(chǎn)生橫波。3.表面波探頭可發(fā)射和接收表面波。它是斜探頭的一個(gè)特例。即當(dāng)入射角達(dá)到橫波臨界角時(shí)，在工件中便產(chǎn)生表面波。直探頭在液體中傾斜入射工件時(shí)，在特定角度下也能產(chǎn)生表面波。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁4.蘭姆波探頭可發(fā)射和接收蘭姆波（板波）。它也是斜探頭的一個(gè)特例。當(dāng)縱波從第介質(zhì)（有機(jī)玻璃或水）傾斜入射到第介質(zhì)（工件），入射角滿足下面條件時(shí)，即可產(chǎn)生蘭姆波： （6-5）式中cL第I介質(zhì)的縱波聲速；cP-蘭姆波某種模的相速度；入射角。5.可變角探頭它可以連續(xù)改變?nèi)肷?/p>

17、角，以產(chǎn)生縱波、橫波、表面波和板波，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-12所示。使用時(shí)可根據(jù)需要調(diào)整角度，以產(chǎn)生不同的波形。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁6.雙晶探頭又稱組合式或分割式探頭。兩塊壓電晶片裝在一個(gè)探頭架內(nèi)，一個(gè)晶片發(fā)射，另一個(gè)晶片接收，它們發(fā)射和接收縱波，其結(jié)構(gòu)如6-13所示。晶片下的延遲塊（有機(jī)玻璃或環(huán)氧樹脂）使聲波延遲一段時(shí)間后射入工件，從而可檢測(cè)近表面缺陷，減小了盲區(qū)，并可提高分辨力。兩晶片之間用隔聲層分開，晶片間的傾角通常為318。兩晶片聲場(chǎng)的重疊部分是檢測(cè)靈敏度的最高區(qū)域，此區(qū)域一般呈菱形。7.水浸探頭它可浸在水中檢測(cè)，不與工件接觸，其結(jié)構(gòu)與直探頭相似，但不需要保護(hù)膜，其

18、結(jié)構(gòu)如圖6-14所示。8.聚焦探頭可將超聲波聚焦成細(xì)束（線狀或點(diǎn)狀），在焦點(diǎn)處聲能集中，可提高檢測(cè)靈敏度和分辨力。聚焦探頭發(fā)射縱波，在水浸法檢測(cè)中，調(diào)整入射角可在工件中產(chǎn)生橫波、表面波或蘭姆波。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁超聲波的聚焦有兩種方法：一種是將壓電晶片做成凹面，發(fā)射的聲波直接聚焦；另一種是用聲透鏡的方法將聲束聚焦。實(shí)際上應(yīng)用后一種方法較多。點(diǎn)聚焦探頭靈敏度高，檢測(cè)速度慢；線聚焦探頭靈敏度低一些，但增大了掃查面積。目前，接觸式聚焦探頭已投入使用。主要有三種類型，即球面振子式點(diǎn)聚焦斜探頭、反射式點(diǎn)聚焦斜探頭和透鏡式點(diǎn)聚焦斜探頭。近年來對(duì)探頭的研制發(fā)展很快，目前已能分辨出0.

19、250.15mm板厚的多次反射波。還研制了縱波斜探頭、分割式斜探頭、頻率可變探頭、多頻探頭、噴水探頭和各種專用探頭等。在高溫檢測(cè)方面，研制了鈮酸鉛高溫探頭和非接觸式電磁高溫探頭等，可在700下進(jìn)行檢測(cè)。6.2.2超聲波檢測(cè)儀超聲波檢測(cè)儀種類很多，常見的有以下幾種分類方法。1.按發(fā)射波的連續(xù)性分有連續(xù)波檢測(cè)儀、共振式連續(xù)波檢測(cè)儀、調(diào)頻式連續(xù)波檢測(cè)儀和脈沖波檢測(cè)儀。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁2.按缺陷顯示方式分有A型顯示檢測(cè)儀、B型顯示檢測(cè)儀、C型顯示檢測(cè)儀和直接成像檢測(cè)儀。3.按聲道分有單通道檢測(cè)儀、多通道檢測(cè)儀。下面對(duì)幾種常用的超聲檢測(cè)診斷儀器進(jìn)行介紹。（1）反射式超聲檢測(cè)診斷

20、儀。反射式超聲檢測(cè)診斷儀如圖6-15所示。儀器的啟動(dòng)起源于主控機(jī)構(gòu)同步發(fā)生器。電源一經(jīng)接通，同步發(fā)生器立即發(fā)出三路同步觸發(fā)信號(hào)，以控制高頻脈沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器及時(shí)標(biāo)發(fā)生器同步工作。高頻脈沖發(fā)生器經(jīng)同步信號(hào)觸發(fā)工作后，立即產(chǎn)生一定頻率的電脈沖，脈沖經(jīng)電纜作用到探頭上，激勵(lì)探頭產(chǎn)生同頻率的振蕩，亦即產(chǎn)生超聲波，完成了超聲波的發(fā)射工作。與此同時(shí)，掃描發(fā)生器也開始工作，使得電子射線示波管上的光點(diǎn)自左向右以一定的速度連續(xù)移動(dòng)。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁因探頭與被檢零件表面相接觸，此時(shí)，探頭發(fā)出的超聲波傳入零件內(nèi)部后，傳至零件底面又反射回探頭。整個(gè)過程的時(shí)間間隔是相當(dāng)小的，約為數(shù)萬分之一

21、秒。反射的聲波經(jīng)探頭轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)接收放大器放大后，開始輸入到電子示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。這一信號(hào)的輸入，引起垂直偏轉(zhuǎn)板電壓瞬時(shí)改變，電子束則在垂直方向發(fā)生移動(dòng)，因而形成脈沖波形底部反射信號(hào)，通常以符號(hào)B表示。在超聲波剛通過零件表面射入零件內(nèi)部時(shí)，同樣存在反射聲波，此時(shí)在示波管上也引起脈沖波形，這個(gè)脈沖波形通常稱為始發(fā)信號(hào)，用T表示。在超聲波的傳遞線路上，若遇到缺陷，則也有聲波反射回去，被探頭接收，經(jīng)放大在示波管上形成缺陷反射信號(hào)，用F表示。據(jù)此就可以判斷缺陷是否存在，如圖6-16所示。現(xiàn)在看掃描發(fā)生器的工作：前面提到，在同步發(fā)生器觸發(fā)高頻脈沖發(fā)生器的同時(shí)，掃描發(fā)生器也開始同步工作，此時(shí)，掃描

22、發(fā)生器發(fā)生與時(shí)間成正比的鋸齒形的掃描電壓加到電子射線管的水平偏轉(zhuǎn)板上，6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁從而使電子束所形成的光點(diǎn)在熒光屏上自左向右以一定的速度均勻移動(dòng)，光點(diǎn)移動(dòng)的距離，正比于超聲波在零件的傳播距離。為了確定內(nèi)部缺陷存在的位置，在大部分檢測(cè)儀中都裝有時(shí)標(biāo)發(fā)生器。由于它們一起同步工作，便發(fā)生等間隔的脈沖電壓，從而在電子射線管的屏幕上形成一個(gè)等間隔的電子刻度，每個(gè)間隔均代表電子掃移該間隔距離所需的時(shí)間（通常用s計(jì)）。根據(jù)此間隔值以及超聲波在被檢零件中的傳播速度，就可以求得熒光屏上的缺陷信號(hào)所表明的部位。例如，圖6-16所示的檢測(cè)圖形，缺陷反射信號(hào)恰好等于3個(gè)電子刻度。如每個(gè)刻

23、度代表33s，被檢零件為鋼件時(shí)其聲速為5850m/s，則探測(cè)面的距離S為： （6-6）（2）A型顯示檢測(cè)儀。它主要由同步電路（觸發(fā)電路）、時(shí)基電路、發(fā)射電路、接收電路、探頭及示波顯示器等組成，其方框圖如圖6-17所示。同步電路是檢測(cè)儀的指揮中心，它每秒鐘產(chǎn)生數(shù)十至數(shù)千個(gè)尖脈沖，指令檢測(cè)儀各個(gè)部分同一步伐地進(jìn)行工作。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁時(shí)基電路又稱掃描電路，它產(chǎn)生鋸齒波電壓，加在示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，在熒光屏上產(chǎn)生水平掃描的時(shí)間基線。發(fā)射電路又稱高頻脈沖電路，它產(chǎn)生高頻電壓，加在發(fā)射探頭上。發(fā)射探頭將電波變成超聲波傳入工件中。超聲波在缺陷或底面上反射回到接收探頭，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姴?/p>

24、后輸入給接收電路進(jìn)行放大、檢波，最后加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，在熒光屏的縱坐標(biāo)上顯示出來。圖中T為發(fā)射波，F(xiàn)為缺陷波，B為底波。通過缺陷波在熒光屏上橫坐標(biāo)的位置，可以對(duì)缺陷定位；通過缺陷波的高度可估計(jì)缺陷的大小。A型顯示檢測(cè)儀可使用一個(gè)探頭兼作收發(fā)，也可使用兩個(gè)探頭，一發(fā)一收。使用的波形可以是縱波、橫波、表面波和板波。多功能的A型顯示檢測(cè)儀還有一系列附加電路系統(tǒng)，如時(shí)間標(biāo)距電路、自動(dòng)報(bào)警電路、閘門選擇電路和延遲電路等。（3）B型顯示檢測(cè)儀。在A型顯示檢測(cè)中，橫軸為時(shí)間軸，縱軸為信號(hào)強(qiáng)度。若將探頭移動(dòng)距離作橫軸，檢測(cè)深度作縱軸，可繪制出檢測(cè)體的縱截面圖形，這種方式稱為B型顯示方式。6.2 超聲波

25、檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁在B型顯示中，顯示的是與掃描聲束相平行的缺陷截面。儀器的方框圖如圖6-18所示。如果在對(duì)應(yīng)于探頭各個(gè)位置的縱掃查線上均有反射，則把這作為輝度變化并連續(xù)顯示，當(dāng)以固定的速度移動(dòng)探頭時(shí)，便完成了檢測(cè)圖形。示波管必須是長(zhǎng)余輝管或存儲(chǔ)管，有時(shí)也使用記錄儀或攝影機(jī)。B型顯示不能描述缺陷在深度方向的擴(kuò)展。當(dāng)缺陷較大時(shí)，大缺陷后面的小缺陷底面反射也不能被記錄。若將一系列小的晶片排列成陣，并依次通過電子切換來代替探頭的移動(dòng)，即為移相控制式或相控陣式探頭，廣泛用于B型掃描顯示和一些其他掃描方法。近年來，B型掃描顯示的實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)在電腦式檢測(cè)儀中通過B型掃描程序得以完成。（4）C型顯示檢

26、測(cè)儀。它使探頭在工件上縱橫交替掃查，把在檢測(cè)距離特定范圍內(nèi)的反射作為輝度變化并連續(xù)顯示，可繪制出工件內(nèi)部缺陷的橫截面圖形。這個(gè)截面與掃描聲束相垂直。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁示波管熒光屏上的縱、橫坐標(biāo)，分別代表工件表面的縱、橫坐標(biāo)。C型顯示檢測(cè)儀方框圖如圖6-19所示。在C型顯示中，檢測(cè)距離上的特定范圍是通過門電路控制的，因此可得到斷層缺陷的立體線顯示。若使用示波管顯示，應(yīng)使用存儲(chǔ)管。也有的把C掃描圖形繪制在濃淡式記錄紙上。若將B型和C型顯示兩者結(jié)合起來，便可同時(shí)顯示被檢測(cè)部位的側(cè)面圖和頂視圖，此種方法稱復(fù)二維顯示方式。在復(fù)二維顯示中，常用多筆放電式記錄儀描繪圖形。近年來，微機(jī)

27、控制和由微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、顯示的超聲C掃描技術(shù)發(fā)展很快，并且得到了廣泛的應(yīng)用。特別在高靈敏度檢測(cè)試驗(yàn)中，例如集成電路接點(diǎn)的焊接試驗(yàn)，高強(qiáng)度陶瓷和粉末冶金材料中微裂紋的檢測(cè)，電子束焊縫和擴(kuò)散焊接的檢測(cè)，復(fù)合材料層裂的檢測(cè)，以及其他要求較高的管材、棒材、渦輪盤和零部件的檢測(cè)等，用微機(jī)C掃描系統(tǒng)可以檢測(cè)到40m直徑或?qū)挾鹊牧鸭y，對(duì)高性能工業(yè)陶瓷，已可檢測(cè)到10m寬度的裂紋。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁實(shí)現(xiàn)C掃描的方法主要有探頭陣列電子掃描法（如使用128個(gè)晶片陣列的相控陣法）和機(jī)械法。圖6-20是微機(jī)控制和顯示的機(jī)械法C掃描系統(tǒng)的方框圖。掃描的實(shí)現(xiàn)是借助于水浸掃描槽。水浸掃

28、描槽根據(jù)不同需要，有微型、小型、中型和大型的。為了檢測(cè)試件中的微小缺陷，超聲波檢測(cè)儀必須具有寬頻帶，并能用尖脈沖激勵(lì)高阻尼探頭，以便獲得窄脈沖。超聲波脈沖的一個(gè)重要特性是其持續(xù)時(shí)間愈短，它所包含的諧波頻率范圍愈寬，即通常所說的寬頻窄脈沖。窄脈沖具有較高的距離分辨率，但窄脈沖的聲束擴(kuò)散角要比同頻率寬脈沖的大些，故橫向分辨率略低，這可以通過準(zhǔn)確的聚焦以縮小聲束截面來補(bǔ)償。窄脈沖使用高阻尼探頭，而激勵(lì)脈沖又極窄，因此也使檢測(cè)靈敏度降低，但是，低頻對(duì)小缺陷不靈敏，采用高頻探頭可以大大提高對(duì)微小缺陷的檢測(cè)靈敏度。同時(shí)，窄脈沖遇到缺陷反射后，各個(gè)諧波的變化將造成頻譜的變化，從而提供了判斷缺陷的大小、方位和

29、性質(zhì)的豐富信息。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁現(xiàn)在已能制造頻率在25MHz，50MHz，甚至超過100MHz的高頻探頭，這類探頭稱為箔式探頭。它們是用聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜制成的，又稱為薄膜式探頭。在進(jìn)行水浸式C掃描檢測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲(chǔ)與評(píng)價(jià)都是在每一次掃描的同時(shí)由計(jì)算機(jī)在線實(shí)時(shí)進(jìn)行的。每一次掃描的原始數(shù)據(jù)都可以記錄并存儲(chǔ)，還可以在以后的任何時(shí)候調(diào)用。整個(gè)試驗(yàn)的記錄由彩色打印機(jī)打印輸出。整個(gè)系統(tǒng)的操作，都有預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，通過一系列選定指令的“菜單”控制掃描控制器和水槽系統(tǒng)的掃描運(yùn)動(dòng)。（5）連續(xù)波檢測(cè)儀。它發(fā)射對(duì)時(shí)間而言是連續(xù)的且頻率不變（或在小范圍內(nèi)周期性頻率微

30、調(diào)）的超聲波。儀器結(jié)構(gòu)比脈沖波檢測(cè)儀簡(jiǎn)單，主要由振蕩器、放大器、指示器和探頭組成。檢測(cè)靈敏度較低，可用于某些非金屬材料檢測(cè)。（6）調(diào)頻波檢測(cè)儀。對(duì)時(shí)間而言，它周期性發(fā)射連續(xù)的頻率可調(diào)的超聲波，其工作原理與調(diào)頻雷達(dá)類似，主要由調(diào)頻器、振蕩器、混頻器、低頻放大器和探頭組成，由電表、耳機(jī)、喇叭或頻率計(jì)指示。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁當(dāng)調(diào)頻波進(jìn)入工件并由缺陷返回后，其反射波與發(fā)射波的頻率不同，經(jīng)過混頻器輸出二者的差頻，由指示器顯示。此類儀器現(xiàn)在已很少使用。（7）多通道超聲檢測(cè)儀。為了實(shí)現(xiàn)快速和自動(dòng)檢測(cè)可采用多通道組合方式，每一通道相當(dāng)于一臺(tái)單通道檢測(cè)儀。各通道都有單獨(dú)的發(fā)射電路，而共用

31、一個(gè)時(shí)基電路。接收和報(bào)警電路可共用，也可單用，均受脈沖切換電路控制，依次循環(huán)工作。為避免干擾，各通道均有單獨(dú)的前置放大器和選通閘門電路。選通閘門受脈沖切換電路控制，當(dāng)一個(gè)通道工作時(shí)，其他通道探頭所接收的信息，不得進(jìn)入接收電路。脈沖切換電路主要由多級(jí)雙穩(wěn)態(tài)電路和“與非”門組成。（8）自動(dòng)化超聲波檢測(cè)裝置?？稍谶B續(xù)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，對(duì)有缺陷部位自動(dòng)打上標(biāo)記，主要由機(jī)械傳動(dòng)裝置使探頭和工件做某種相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在鐵道路軌、冶金廠型材軋制生產(chǎn)線等檢測(cè)中應(yīng)用十分廣泛。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁工件與探頭的相對(duì)運(yùn)行有三種方式：探頭固定，工件運(yùn)動(dòng)；工件固定，探頭運(yùn)動(dòng)；探頭與工件都運(yùn)

32、動(dòng)。自動(dòng)化檢測(cè)多用液浸法，探頭應(yīng)水密。有的檢測(cè)儀掃描線由工件表面的反射波觸發(fā)，可用A型、B型、C型顯示，也可A型、B型同時(shí)顯示或采用復(fù)二維顯示等。記錄方法包括自動(dòng)噴標(biāo)裝置在缺陷部位噴標(biāo)；按墨筆、熱筆和電磁等方式的示波圖形在紙上記錄線狀掃描圖；在紙上描繪濃淡式圖形；將反射波高量子化以后由數(shù)字打印機(jī)打印出計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的缺陷發(fā)生頻率；也有將上述各項(xiàng)功能進(jìn)行組合，做二維或三維記錄及彩色示波管顯示。使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)處理，并對(duì)缺陷密度和占積率進(jìn)行評(píng)判。采用圖形識(shí)別技術(shù)，可對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行在線評(píng)定。6.2.3試塊按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單形狀人工反射體的試件，稱為試塊，它是檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)組成部分，是判

33、定檢測(cè)對(duì)象質(zhì)量的重要尺度。根據(jù)使用目的和要求，通常將試塊分成以下兩大類：標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁1.標(biāo)準(zhǔn)試塊由法定機(jī)構(gòu)對(duì)材質(zhì)、形狀、尺寸、性能等做出規(guī)定和檢定的試塊稱標(biāo)準(zhǔn)試塊。GB 11345-1989規(guī)定CSK-IB試塊（圖6-21）為焊縫檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)試塊。CSK-IB試塊是ISO-2400標(biāo)準(zhǔn)試塊的改變型，其主要用途如下。（1）利用R100圓弧面測(cè)定斜探頭入射點(diǎn)和前沿長(zhǎng)度，利用50mm孔的反射波測(cè)定斜探頭折射角（K值）。（2）校驗(yàn)檢測(cè)儀水平線性和垂直線性。（3）利用小1.5mm橫孔的反射波調(diào)整檢測(cè)靈敏度。利用R100圓弧面調(diào)整探測(cè)范圍。（4）利用小50m

34、m圓孔估測(cè)直探頭盲區(qū)和斜探頭前后掃查聲束特性。（5）采用測(cè)試回波幅度或反射波寬度的方法可測(cè)定遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回下一頁上一頁2.對(duì)比試塊對(duì)比試塊又稱參考試塊，它是由各專業(yè)部門按某些具體檢測(cè)對(duì)象規(guī)定的試塊。GB 11345-1989規(guī)定RB-1（適用825mm板厚）、RB-2（圖6-22，適用8100mm板厚）和RB-3（適用815Omm板厚）為焊縫檢測(cè)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；確定檢測(cè)靈敏度和評(píng)定缺陷大小，它是對(duì)工件進(jìn)行評(píng)級(jí)判廢的依據(jù)。6.2 超聲波檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介返回上一頁目前，超聲技術(shù)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)診斷主要是檢測(cè)設(shè)備構(gòu)件內(nèi)部及

35、表面缺陷，或用于壓力容器或管道壁厚的測(cè)量等。監(jiān)測(cè)時(shí)，把探頭放在試品表面，探頭或測(cè)試部位應(yīng)涂水、油或甘油等，以使兩者緊密接觸。然后，通過探頭向試件發(fā)射縱波（垂直檢測(cè)）或橫波（斜向檢測(cè)），并接收從缺陷處傳回的反射波，由此對(duì)其缺陷進(jìn)行判斷。根據(jù)超聲波的波形、發(fā)射和接收的方式，超聲檢測(cè)的方法很多。下面對(duì)目前最常用幾種方法做一介紹。6.3.1共振法我們知道，各種物體都有其固有振動(dòng)頻率。當(dāng)發(fā)射到物體內(nèi)的超聲波的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。利用共振現(xiàn)象來檢測(cè)物體缺陷的方法叫共振法。共振法主要用于監(jiān)測(cè)工件的厚度。監(jiān)測(cè)時(shí)，通過調(diào)整超聲波的發(fā)射頻率，以改變發(fā)射到工件中超聲波的波長(zhǎng)，并使工件的厚度為

36、超聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，入射波和反射波相互疊加便產(chǎn)生共振。根據(jù)共振時(shí)諧波的階數(shù)（即共振次數(shù)）及超聲波的波長(zhǎng)，就可測(cè)出工件厚度。其關(guān)系式為：6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁 （6-7）式中工件厚度，mm； n共振次數(shù)； 超聲波波長(zhǎng)，mm； c超聲波在工件中的傳播速度，mm/s； f一超聲波頻率，Hz。實(shí)際測(cè)量中，如果已知相鄰兩個(gè)共振頻率之差f=f1-f2，也可按式（6-8）計(jì)算工件厚度，即： （6-8）共振法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于工件壁厚的測(cè)量（管材、壓力容器等）。另外，當(dāng)工件厚度在使用過程中發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致共振現(xiàn)象的消失或共振點(diǎn)偏移，根據(jù)此特性可以探測(cè)復(fù)合材料的膠

37、合質(zhì)量、板材的點(diǎn)焊質(zhì)量、板材內(nèi)部夾層等缺陷。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁6.3.2穿透法穿透法又叫透射法，它是根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化來判斷工件內(nèi)部有無缺陷。使用時(shí)將兩個(gè)探頭分別置于被測(cè)試件相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面，一個(gè)探頭用于發(fā)射超聲波，另一個(gè)探頭用于接收透射到另一個(gè)側(cè)面的超聲波，并根據(jù)所接收超聲波的強(qiáng)弱來判斷工件內(nèi)部是否有缺陷。若工件內(nèi)無缺陷，超聲波穿透工件后衰減較小，接收到的超聲波較強(qiáng)；若超聲波傳播的路徑中存在缺陷時(shí)，超聲波在缺陷處就會(huì)發(fā)生反射或折射，并部分或完全阻止超聲波到達(dá)接收探頭。這樣，根據(jù)接收到超聲波能量的大小就可以判斷缺陷位置及大小。穿透法的優(yōu)點(diǎn)是適于探測(cè)較薄工件

38、的缺陷和衰減系數(shù)較大的勻質(zhì)材料工件；設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易，檢測(cè)速度快；對(duì)形狀簡(jiǎn)單、批量較大的工件容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)。穿透法的缺點(diǎn)是不能探測(cè)缺陷的深度；檢測(cè)靈敏度較低；對(duì)發(fā)射探頭和接收探頭的位置要求較高。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁6.3.3脈沖反射法脈沖反射法是目前應(yīng)用最廣泛的一種超聲波檢測(cè)法。它的檢測(cè)原理是將具有一定持續(xù)時(shí)間和一定頻率間隔的超聲脈沖發(fā)射到被測(cè)工件，當(dāng)超聲波在工件內(nèi)部遇到缺陷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射，根據(jù)反射信號(hào)的時(shí)差變化及在顯示器上的位置就可以判斷缺陷的大小及深度。根據(jù)入射脈沖的波形不同，脈沖反射法可以分為縱波、橫波、表面波及板波檢測(cè)4種。縱波脈沖反射法又分為一次脈

39、沖反射法和多次脈沖反射法。一次脈沖反射法是以一次底波為依據(jù)進(jìn)行檢測(cè)的方法。超聲波以一定的速度向工件內(nèi)傳播，一部分聲波遇到缺陷時(shí)反射回來；另一部分聲波繼續(xù)傳至工件底面后也反射回來。發(fā)射波、缺陷波和底波經(jīng)過放大后在熒屏上顯示，如圖6-23所示。由發(fā)射波、缺陷波和底波在時(shí)間基線上的位置，即可求出缺陷的部位。多次脈沖反射法是以多次底波為依據(jù)進(jìn)行檢測(cè)的方法，如圖6-24所示。此種方法適用于結(jié)構(gòu)致密性較差的工件。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁該方法的突出優(yōu)點(diǎn)是通過改變?nèi)肷浣堑姆椒?，可以發(fā)現(xiàn)不同方位的缺陷；利用表面波可以檢測(cè)復(fù)雜形狀的表面缺陷；利用板波可以對(duì)薄板缺陷進(jìn)行檢測(cè)。6.3.4直接接

40、觸法直接接觸法是利用探頭與工件表面直接接觸而對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)的一種方法。它是通過在探頭與工件表面之間的一層很薄的藕合劑來實(shí)現(xiàn)。如果探頭與工件表面之間有空氣層，則空氣層會(huì)使聲能幾乎完全被反射。圖6-25所示為接觸法示意圖。為了獲得良好的聲藕合，工件探測(cè)表面粗糙度應(yīng)小于Ra6.3m。這是因?yàn)镽a6.3m時(shí)表面不平度約為0.084mm，對(duì)檢測(cè)靈敏度影響不大。此外，工件表面曲率對(duì)檢測(cè)靈敏度也有影響，表面曲率大時(shí)，因接觸面積減小會(huì)使靈敏度下降，因此，對(duì)大曲率工件檢測(cè)時(shí)，應(yīng)采用小直徑探頭。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁經(jīng)常使用的藕合劑是油類。一般情況采用中等黏度的機(jī)油，平滑表面可以用低黏度度

41、油類，粗糙表面可用高黏度油類。由于甘油的聲阻抗最高且易溶于水，所以也是一種常采用的藕合劑。6.3.5液浸法直接接觸法雖具有靈活、方便、藕合層薄、聲能損失少等優(yōu)點(diǎn)，但由于藕合層厚度難以控制、探頭磨損大、測(cè)速慢等缺點(diǎn)，所以也可以采用液浸法。液浸法是在探頭與工件表面之間充以液體，或?qū)⑻筋^與工件全部浸入液體進(jìn)行檢測(cè)的方法。液體一般用水。它是把探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)過液體藕合層后，再入射到工件中去。因?yàn)樘筋^與工件不直接接觸，所以超聲波的發(fā)射和接收都比較穩(wěn)定。液浸法探測(cè)時(shí)，發(fā)射的超聲波在液體與工件界面產(chǎn)生界面波，同時(shí)大部分聲能傳入工件。若工件中存在缺陷，則在缺陷處產(chǎn)生反射，而另一部分則傳入底面產(chǎn)生反射，其波形

42、如圖6-26所示。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁圖中，S為發(fā)射波，B為界面波，F(xiàn)為缺陷波，D為底波。波形S到B，B到F及F到D之間的距離，各相當(dāng)于超聲波在液體中、工件表面至缺陷處及在工件中往返一次所需的時(shí)間。如果探頭與工件之間的液體厚度改變時(shí)，則信號(hào)S到B的距離也隨之改變，但B到D，B到F，F(xiàn)到D的距離不變。液浸法檢測(cè)時(shí)的靈敏度比直接接觸法提高約10dB。在使用中，浸液應(yīng)保持清潔，不應(yīng)有冷熱對(duì)流。6.3.6各類結(jié)構(gòu)件焊縫的超聲波檢測(cè)在科研生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到各類焊接結(jié)構(gòu)件，如試驗(yàn)筒體、大型測(cè)試剛架、焊接容器和殼體等。焊縫形式有對(duì)接、角接、搭接、丁字接和接管焊縫等。超聲波檢測(cè)常遇

43、到的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和焊接裂紋等。焊縫檢測(cè)主要用斜探頭（橫波），有時(shí)也可使用直探頭（縱波）。探測(cè)頻率通常為2.55MHz。探頭角度的選擇主要依據(jù)工件厚度。在缺陷定位計(jì)算中，可以使用探頭折射角的正弦和余弦，也可使用正切值，它等于探頭入射點(diǎn)至缺陷的水平距離與缺陷至工作表面垂直距離之比。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁一般說來，板材厚度小時(shí)選用K值大的探頭，板材厚度大時(shí)選用K值小的探頭。儀器靈敏度調(diào)整和探頭性能測(cè)試應(yīng)在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試塊上進(jìn)行。1.薄板對(duì)接焊縫檢測(cè)厚度在412mm的薄板對(duì)接焊縫是最常見的一種焊縫。這類焊縫采用焊縫寬度法探測(cè)。它是利用橫波多次反射的原理，來探測(cè)

44、整個(gè)焊縫區(qū)域中的缺陷。探測(cè)時(shí)需在焊縫兩側(cè)進(jìn)行，以免漏檢。將探頭放在與工件厚度相同的試塊上，探頭前沿與試塊前沿對(duì)齊，熒光屏上出現(xiàn)板端反射波A，然后向后移動(dòng)探頭，距離等于焊縫寬度，熒光屏上又出現(xiàn)板端反射波B，用閘門波標(biāo)出A波和B波的位置，如圖6-27所示。探測(cè)時(shí)，探頭沿焊縫邊緣平行移動(dòng)，如在A、B波之間出現(xiàn)反射波，一般為焊縫中的缺陷波。當(dāng)板厚為812mm時(shí)，為使聲束掃查到整個(gè)焊縫寬度，還需把探頭放在距試塊兩個(gè)焊縫寬度的地方，得出板端反射的G波，探頭從焊縫邊緣后移一個(gè)焊縫寬度后掃查，如在B，C波之間出現(xiàn)反射波，一般為缺陷波，如圖6-28所示。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁對(duì)于薄板還可

45、用四探頭法檢測(cè)。它是把兩組探頭用機(jī)械固定，并分別放在焊縫兩側(cè)距焊縫軸線相等的地方，探測(cè)時(shí)沿焊縫同時(shí)移動(dòng)。此種方法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。2.中板對(duì)接焊縫檢測(cè)對(duì)于焊縫中的縱向缺陷，探頭在離焊縫中心線半跨距（p/2）處探測(cè)時(shí)，可檢測(cè)焊縫根部缺陷。探頭自p/2處向焊縫方向移動(dòng)進(jìn)行探測(cè)的方法。稱一次反射法，如圖6-29所示。焊縫上半部的缺陷探測(cè)要采用二次反射法，如圖6-30所示。這時(shí)探頭在p/2p的范圍內(nèi)探測(cè)，可發(fā)現(xiàn)焊縫整個(gè)斷面上的缺陷。為擴(kuò)大探測(cè)范圍，避免漏檢，探頭應(yīng)自縫邊緣到大于p的范圍內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)作10左右的小角度擺動(dòng)，并應(yīng)從焊縫兩側(cè)分別進(jìn)行檢測(cè)。也可用一組探頭分別位于焊縫兩側(cè)，一發(fā)一收，進(jìn)行探測(cè)。此

46、時(shí)注意有一直通波出現(xiàn)。對(duì)于焊縫中的橫向缺陷，如應(yīng)力裂紋的探測(cè)，探頭應(yīng)與焊縫軸線成10的夾角，并沿焊縫邊緣移動(dòng)，如圖6-31所示。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁3.厚板對(duì)接焊縫檢測(cè)如圖6-32所示，厚板對(duì)接焊縫檢測(cè)，應(yīng)從焊縫兩面和兩側(cè)進(jìn)行。如果受條件限制，只能從一面或一側(cè)探測(cè)時(shí)，可選用角度較大的探頭，以減少未透聲區(qū)域。厚板對(duì)接焊縫中心處的未焊透缺陷，可以使用距離固定的一組探頭，一發(fā)一收，進(jìn)行探測(cè)，如圖6-33所示，稱為雙探頭探測(cè)法。4.角焊縫檢測(cè)對(duì)于T形角焊縫檢測(cè)，可分別用直探頭和斜探頭探測(cè)，探頭位置如圖6-34所示。實(shí)際探測(cè)時(shí)，探頭在面板上移動(dòng)。當(dāng)斜探頭從一次聲程a位置移到b位

47、置（見圖6-35），移動(dòng)的距離等于腹板厚度，在熒光屏上出現(xiàn)a波和b波。探頭在焊縫中心線兩側(cè)分別從a移到b時(shí)，若在a，b波之間出現(xiàn)反射波，一般為缺陷波。用斜探頭在面板上沿焊縫中心線移動(dòng)時(shí)，可以探測(cè)橫向缺陷。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁對(duì)于接管焊縫的檢測(cè)方法，應(yīng)視工件的幾何形狀而定，一般可用橫波探測(cè)。但在條件允許情況下，對(duì)危險(xiǎn)性裂紋的探測(cè)，使用直探頭縱波法效果可能更佳。6.3.7 焊接應(yīng)用實(shí)例1.港口集裝箱龍門橋吊缺陷超聲檢測(cè)診斷（1）目的對(duì)象。目前國內(nèi)的港口集裝箱龍門橋吊都是進(jìn)目的，對(duì)其港口橋吊的制作過程進(jìn)行跟蹤超聲檢測(cè)診斷還是一項(xiàng)空自。港口龍門橋吊是用于起吊集裝箱從岸上到船或

48、從船上到岸可延伸、可行走的起重機(jī)。吊機(jī)總高近90m，而且位于海邊的港口上。對(duì)于南方的港u還要求承受臺(tái)風(fēng)的襲擊；而且吊機(jī)上行車在行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞力。這就要求吊機(jī)要有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和耐破壞的能力。港口龍門橋吊主要是采用鋼板、鋼管、法蘭盤等進(jìn)行焊接和拼裝而成。主要件之間的連接采用焊接與法陣盤螺栓連接相結(jié)合，有的也直接采用焊接方式進(jìn)行連接。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁由于工作環(huán)境、運(yùn)作情況以及本身結(jié)構(gòu)狀態(tài)的限制，對(duì)每條主要焊縫的質(zhì)量要求都非常嚴(yán)格和苛刻，必須進(jìn)行100%超聲檢測(cè)診斷。（2）原理方法。法蘭盤與主梁焊接連接處焊縫缺陷的檢測(cè)診斷。法蘭盤、主梁的材質(zhì)均是ST52-3。若焊接

49、工藝控制不當(dāng)，這種材質(zhì)最容易產(chǎn)生裂紋缺陷。檢測(cè)時(shí)要特別注意裂紋這種危害性缺陷。有裂紋的缺陷必須檢出并返修，以消除隱患。法陣盤與主梁焊接采用的坡口形式是內(nèi)側(cè)先預(yù)留坡口，內(nèi)側(cè)焊好之后，在外側(cè)采用碳弧氣進(jìn)行清根和開坡口。這種焊接工藝容易導(dǎo)致坡口的不規(guī)則，存在焊偏的可能性。這就要求檢測(cè)時(shí)，分析缺陷是否在焊縫上（包括假母材-一般認(rèn)定為母材，可實(shí)際上是焊接而成的焊道）。再者，由于結(jié)構(gòu)的原因，拼裝后的對(duì)接焊，從外側(cè)進(jìn)行檢測(cè)相對(duì)比較方便，而現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，從里面檢測(cè)更容易發(fā)現(xiàn)缺陷，且不會(huì)產(chǎn)生誤判，但操作很不方便。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁為了有效地解決這種矛盾，可在外側(cè)的焊縫邊緣進(jìn)

50、行必要的打磨，并在打磨處涂上藕合劑，然后利用一個(gè)或多個(gè)探頭從外側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。探頭的移動(dòng)采用多種方式進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)可疑處時(shí)，再從內(nèi)側(cè)進(jìn)行探測(cè)并定位和定性。這樣既可保證質(zhì)量，又可避免不必要的返修和誤判產(chǎn)生的失誤，同時(shí)更加有利于檢測(cè)的操作和發(fā)現(xiàn)問題。用這種方法經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)上百次驗(yàn)證，無一差錯(cuò)。對(duì)于鋼板與鋼管的焊接缺陷（未焊透、未熔合、夾潭、裂紋、氣孔等），可采用斜探頭從鋼管上進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)在鋼材上進(jìn)行輔助探測(cè)，可取得良好效果。管盤焊縫缺陷檢測(cè)診斷。圓形整體法鑄盤與鋼管進(jìn)行環(huán)焊連接，材質(zhì)均是ST52-3，坡口開在鋼管端頭的圓周上，坡口角度為45。從現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)情況發(fā)現(xiàn)，這種焊接容易產(chǎn)生裂紋、未焊透、夾雜、氣孔等缺

51、陷。為了準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部質(zhì)量問題?？刹捎枚喾N探頭與多種探頭移動(dòng)方式相結(jié)合進(jìn)行探測(cè)，再進(jìn)一步進(jìn)行比較和核實(shí)。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁從現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)情況發(fā)現(xiàn)，實(shí)際檢測(cè)缺陷與氣刨發(fā)現(xiàn)缺陷的結(jié)果相吻合，從而保證了焊縫質(zhì)量。吊機(jī)上行車行駛軌道對(duì)接焊縫缺陷檢測(cè)診斷。運(yùn)用軌道對(duì)接焊來代替軌道接頭處的螺栓連接，目前在國內(nèi)尚無先例。它是采用間距為20mm的矩形坡口進(jìn)行對(duì)接焊。為了準(zhǔn)確檢測(cè)焊縫及熱影響區(qū)的缺陷，可采用斜探頭再配合雙晶直探頭進(jìn)行探測(cè)。從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，裂紋最容易在軌腰出現(xiàn)，軌頭也發(fā)現(xiàn)不少裂紋和夾渣，邊緣最容易產(chǎn)生氣孔，未焊透、夾渣最容易在軌底產(chǎn)生。為了準(zhǔn)確無誤地檢測(cè)缺陷，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)

52、需要，可制定一系列對(duì)比標(biāo)塊，通過對(duì)比和比較，更好地發(fā)現(xiàn)缺陷，進(jìn)一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量和安全。（3）結(jié)果與分析。用該方法通過對(duì)法蘭盤與主梁焊接連接處焊縫缺陷、管盤焊縫缺陷、吊機(jī)上行車行駛軌道對(duì)接焊縫缺陷的檢測(cè)診斷，發(fā)現(xiàn)了多處隱患，及時(shí)采取措施，防止了重大事故的發(fā)生。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁2.吊車梁T形角焊縫缺陷超聲檢測(cè)診斷（1）目的對(duì)象。T形角焊縫檢測(cè)診斷，對(duì)保證吊車安全運(yùn)行有重要意義。由于T形角結(jié)構(gòu)形式的特殊性，在檢測(cè)方法的選擇等方面與平板對(duì)接焊縫有較大區(qū)別。（2）原理方法。橫波斜探頭在腹板及翼板側(cè)檢測(cè)的特點(diǎn)。a.雜波較多，尤其是對(duì)于較薄的板材缺陷波不易分辨，不直觀。b.由

53、于焊縫表面的飛濺物較多，探測(cè)面修整的工作量較大。c.標(biāo)準(zhǔn)明確，可直接評(píng)定?？v波直探頭在翼板側(cè)檢測(cè)的特點(diǎn)。a.波形簡(jiǎn)單，比較直觀。b.由于在翼板外側(cè)檢測(cè)，受焊縫表面狀況影響較小，探測(cè)面修整較簡(jiǎn)單，一般用鋼絲刷即可修整。c.標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)直探頭檢測(cè)評(píng)級(jí)不明確。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁綜合以上各點(diǎn)，用直探頭掃查圖6-36所示的位置1，作初始檢測(cè)；斜探頭探測(cè)圖6-36所示的位置2和位置3，作為規(guī)定檢測(cè)。兩種方法結(jié)合使用，可取得較好效果。檢測(cè)過程。a.初始檢測(cè)。某煉鋼車間主廠房工程中的吊車梁T形接頭的腹板及翼板厚度一般在812mm之間，探測(cè)要求探頭晶片尺寸小于腹板厚度，且有近場(chǎng)檢測(cè)的能力

54、，因此一般選擇窄脈沖探頭，如汕頭產(chǎn)10N6探頭。檢測(cè)靈敏度按標(biāo)準(zhǔn)要求，不低于評(píng)定靈敏度，即42mm平底孔靈敏度。檢測(cè)前用尺和粉線標(biāo)出腹板中心線在翼板上的投影，再以此線為基準(zhǔn)向兩側(cè)修整檢測(cè)面，然后涂上藕合劑。用工件大平底調(diào)節(jié)靈敏度，對(duì)反射波幅高于定量靈敏度的地方進(jìn)行標(biāo)記。b.規(guī)定檢測(cè)。一般應(yīng)選擇數(shù)種不同角度（如45，60，70）的斜探頭配合使用，按照GB 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)靈敏度，對(duì)已標(biāo)記的部位進(jìn)行規(guī)定檢測(cè)。掃查的方法與檢測(cè)對(duì)接焊縫基本相同。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回下一頁上一頁c.結(jié)果評(píng)定。按照GB 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)中的缺陷評(píng)定方法，綜合初始檢測(cè)和規(guī)定檢測(cè)的結(jié)果，對(duì)缺

55、陷進(jìn)行評(píng)定，填寫檢測(cè)報(bào)告。（3）結(jié)果與分析。兩種方法結(jié)合使用對(duì)原先采用斜探頭檢測(cè)的焊縫進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)原先的檢測(cè)漏掉了三處未焊透缺陷，原因是該三處板厚均較薄，檢測(cè)時(shí)雜波較多，沒有將缺陷波分辨出來。說明采用兩種方法結(jié)合使用的辦法，提高了缺陷的檢出率，增加了檢測(cè)結(jié)果的可靠性。（4）結(jié)論。用直探頭掃查做初始檢測(cè)診斷以發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行標(biāo)記，用斜探頭做規(guī)定檢測(cè)診斷并對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定，兩種方法結(jié)合使用，大大提高了檢測(cè)效率，取得了滿意效果。兩種方法結(jié)合使用提高了缺陷的檢出能力，增加了檢測(cè)診斷結(jié)果的可靠性。6.3 超聲波檢測(cè)方法及其應(yīng)用返回上一頁直接接觸法超聲波檢測(cè)是通過檢測(cè)儀示波屏上反射回波的位置、高度、波形的靜

56、態(tài)和動(dòng)態(tài)特征來顯示被探件質(zhì)量?jī)?yōu)劣的，對(duì)焊縫探傷而言，該方法主要探傷標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 11345-1989鋼焊縫乎工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果的分級(jí)（下略標(biāo)準(zhǔn)名稱）；管道環(huán)縫檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 15830-1995鋼制管道對(duì)接環(huán)縫超聲波探傷方法和檢測(cè)結(jié)果分級(jí)。這里只介紹執(zhí)行GB/T 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)的超聲波檢測(cè)。超聲波檢測(cè)一般包括檢測(cè)前的準(zhǔn)備、實(shí)時(shí)檢測(cè)操作、缺陷定位與性質(zhì)估判及焊縫質(zhì)量評(píng)定等幾個(gè)過程。6.4.1檢測(cè)前的準(zhǔn)備1.檢測(cè)等級(jí)的確定超聲波檢測(cè)的結(jié)果與缺陷存在的位置、形狀和方向有直接關(guān)系。與波束垂直的缺陷檢出率最高，所以超聲波檢測(cè)中一般根據(jù)對(duì)焊縫探測(cè)方向的多少，把超聲波檢測(cè)劃分為若干個(gè)

57、檢測(cè)級(jí)別。GB/T 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)中把檢測(cè)劃分為A，B，C三個(gè)級(jí)別：6.4 直接接觸法超聲波檢測(cè)返回下一頁A級(jí)檢測(cè)的完善程度最低，難度系數(shù)最小，適用于普通鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)。B級(jí)檢測(cè)的完善程度一般，難度系數(shù)較大，適用于壓力容器檢測(cè)、船舶等檢測(cè)。C級(jí)檢測(cè)的完善程度最高，難度系數(shù)最大，適用于核容器與管道等檢測(cè)。檢測(cè)的完善程度是指檢測(cè)時(shí)對(duì)探頭角度數(shù)量、檢測(cè)面數(shù)、檢測(cè)側(cè)數(shù)、掃查方式、探測(cè)方向等的要求。值得注意的是，檢測(cè)的完善程度與檢測(cè)工作量、生產(chǎn)周期、檢測(cè)成本等有直接關(guān)系。檢測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接方法、使用條件及承受載荷的不同合理選擇檢測(cè)等級(jí)。通常情況下，檢測(cè)等級(jí)是按產(chǎn)品技術(shù)條件和有關(guān)

58、規(guī)定進(jìn)行選擇，或經(jīng)合同雙方協(xié)商選定。各檢測(cè)等級(jí)的檢測(cè)范圍見表6-2。2.檢測(cè)面及檢測(cè)方法的選擇選擇檢測(cè)方法要根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和采用的焊接方法（不同焊接方法產(chǎn)生的缺陷有一定的規(guī)律性）的特點(diǎn)，并結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，見表6-3。6.4 直接接觸法超聲波檢測(cè)返回下一頁上一頁檢測(cè)面應(yīng)根據(jù)不同的檢測(cè)等級(jí)和板厚來選擇，見表6-2、表6-3的規(guī)定。同時(shí)應(yīng)注意：檢測(cè)前必須對(duì)與探頭接觸的焊縫兩側(cè)進(jìn)行修整，清除焊接時(shí)產(chǎn)生的飛濺、表面的油污和其他雜質(zhì)，以便探頭能移動(dòng)方便。修整后的表面粗糙度應(yīng)不大于Ra6.3m要求鏟平余高的焊縫，應(yīng)將余高打磨到與母材平齊。而保留余高的焊縫，如焊縫表面有咬邊、焊瘤和凹陷等，則應(yīng)修磨成圓滑

59、過渡，以免影響對(duì)檢測(cè)結(jié)果的評(píng)定。3.探頭的選擇（1）探頭形式的選擇。選擇探頭形式應(yīng)根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等，原則上應(yīng)盡可能使聲束軸線與缺陷反射面垂直。焊縫檢測(cè)常選用斜探頭。（2）晶片尺寸的選擇。晶片尺寸的大小主要影響聲束的指向性和能量密度。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，對(duì)大厚度工件和粗晶材料的檢測(cè)，常采用大晶片探頭；而對(duì)較薄工件和表面曲率較大的工件的檢測(cè)，則選用小晶片探頭。6.4 直接接觸法超聲波檢測(cè)返回下一頁上一頁（3）頻率的選擇。頻率是制定檢測(cè)工藝的重要參數(shù)之一。頻率高，檢測(cè)靈敏度及分辨力均提高，且聲束指向性好；但同時(shí)造成超聲波的衰減增大且對(duì)工件的表面粗糙度要求提高。因此檢測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)工件

60、的技術(shù)要求、材料狀態(tài)及表面粗糙度等因素綜合加以考慮。焊縫檢測(cè)時(shí)，一般選用超聲波頻率以25MHz為宜，推薦采用22.5MHz。（4）探頭K值的選擇。原則上應(yīng)根據(jù)工件厚度和缺陷方向性選擇探頭K值，要盡可能探測(cè)到整個(gè)焊縫及厚度，并使聲束盡量垂直于主要缺陷。焊縫檢測(cè)中，薄工件宜采用K值大的探頭；大厚度工件宜采用K值小的探頭。對(duì)有些要求比較嚴(yán)格的工件，檢測(cè)時(shí)最好采用不同K值的多個(gè)探頭進(jìn)行檢查，以便發(fā)現(xiàn)不同方向的缺陷。檢測(cè)時(shí)，可按表6-3選擇探頭K值。（5）探頭K值的測(cè)定。根據(jù)表6-3中選擇的探頭，K值是指探頭上的標(biāo)注值，但該值常因各種因素（探頭磨損等）而發(fā)生變化，因此，檢測(cè)時(shí)必須對(duì)選定的探頭K值進(jìn)行重新