超聲波檢測精品課件

第十章超聲波檢測第一節(jié)超聲波檢測的物理基礎(chǔ)12021/4/26振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動,簡稱波。頻率在16~2×104Hz之間,能為人耳所聞的機(jī)械波,稱為聲波;低于16Hz的機(jī)械波,稱為次聲波;高于2×104Hz的機(jī)械波,稱為超聲波。如圖10-1。當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí),由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同,在介質(zhì)面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。第一節(jié)超聲波檢測的物理基礎(chǔ)22021/4/2632021/4/26

一、超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同,聲波的波型也不同。通常有:①縱波——質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向一致的波;②橫波——質(zhì)點(diǎn)振動方向垂直于傳播方向的波;③表面波——質(zhì)點(diǎn)的振動介于橫波與縱波之間，沿著表面?zhèn)鞑サ牟?。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體、液體和氣體中傳播,表面波隨深度增加衰減很快。為了測量各種狀態(tài)下的物理量,應(yīng)多采用縱波?？v波、橫波及其表面波的傳播速度取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度,氣體中聲速為344m/s,液體中聲速在900~1900m/s。42021/4/26

當(dāng)縱波以某一角度入射到第二介質(zhì)（固體）的界面上時(shí),除有縱波的反射、折射外,還發(fā)生橫波的反射和折射,在某種情況下,還能產(chǎn)生表面波。

二、超聲波的反射和折射聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì),在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射，另一部分透射過界面,在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射,如圖10-2所示。52021/4/2662021/4/26

由物理學(xué)知,當(dāng)波在界面上產(chǎn)生反射時(shí),入射角α的正弦與反射角α′的正弦之比等于波速之比。當(dāng)波在界面處產(chǎn)生折射時(shí),入射角α的正弦與折射角的正弦之比,等于入射波在第一介質(zhì)中的波速C1與折射波在第二介質(zhì)中的波速C2之比,即

三、超聲波的衰減聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),隨著傳播距離的增加,能量逐漸衰減,其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為

Px=P0e-αx

（10-2）

Ix=I0e-2αx（10-3）72021/4/26式中:Px、Ix——距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng);x——聲波與聲源間的距離;α——衰減系數(shù),單位為Np/m（奈培/米）。聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),能量的衰減決定于聲波的擴(kuò)散、散射和吸收,在理想介質(zhì)中,聲波的衰減僅來自于聲波的擴(kuò)散,即隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。散射衰減是固體介質(zhì)中的顆粒界面或流體介質(zhì)中的懸浮粒子使聲波散射。吸收衰減是由介質(zhì)的導(dǎo)熱性、粘滯性及彈性滯后造成的,介質(zhì)吸收聲能并轉(zhuǎn)換為熱能。82021/4/26

超聲波探傷設(shè)備一般由超聲波探傷儀、探頭和試塊組成。

第二節(jié)超聲波檢測設(shè)備92021/4/26

超聲波探頭又稱壓電超聲換能器，是實(shí)現(xiàn)電-聲能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件。一、探頭的種類由于工件形狀和材質(zhì)、探傷目的及探傷條件等不同，因而將使用各種不同形式的探頭。在焊縫探傷中常用的探頭有以下幾種：1．直探頭聲束重直于被探工件表面入射的探頭稱為直探頭。它可發(fā)射和接收縱波。由壓電元件、吸收塊、保護(hù)膜和殼體等組成。

102021/4/269、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:30:5016:30:5016:302/3/20234:30:50PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:30:5016:30Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。16:30:5016:30:5016:30Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2月-232月-2316:30:5016:30:50February3,202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20234:30:50下午16:30:502月-2315、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月234:30下午2月-2316:30February3,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/316:30:5016:30:5003February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。4:30:50下午4:30下午16:30:502月-232．斜探頭利用透聲斜楔塊使聲束傾斜于工件表面射入工件的探頭稱為斜探頭。它可發(fā)射和接收橫波。它由探頭蕊、斜楔塊和殼體等部分組成。K=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。3．水浸聚焦探頭它是一種由超聲探頭和聲透鏡組合而成的探頭。4．雙晶探頭雙晶探頭又稱分割式TR探頭，主要用探測近表面缺陷和薄工件的測厚。

122021/4/26二、探頭的主要參數(shù)焊縫超聲波探傷常使用斜探頭。斜探頭的主要性能如下：1．折射角γ(或探頭K值)γ或K值大小決定了聲束入射工作的方向和聲波傳播途徑，是為缺陷定位計(jì)算提供的一個(gè)有用數(shù)據(jù)。

2．前沿長度聲束入射點(diǎn)至探頭前端面的距離稱前沿長度，又稱接近長度。它反映了探頭對有余高的焊縫可接近的程度。

能力知識點(diǎn)1超聲波探頭132021/4/26

3．聲軸偏離角探頭主聲速軸線與晶片中心法線之間的夾角稱為聲速軸線偏向角。三、探頭型號探頭型號由五部分組成，用一組數(shù)字和字母表示，其排列順序如下：（1）基本頻率單位為MHz。（2）晶片材料常用的晶片材料（壓電材料）及其代號見表。142021/4/26（3）晶片尺寸圓形晶片為晶片直徑；方形晶片為晶片長度×寬度；分割探頭晶片為分割前的尺寸。（4）探頭種類用漢語拼音縮寫字母表示，直探頭也可以不標(biāo)出，主要種類見表所示。（5）探頭特征斜探頭為其K值或γ，單位為°。152021/4/26

超聲波探傷儀是探傷的主體設(shè)備，主要功能是產(chǎn)生超聲頻率電振蕩，并以此來激勵探頭發(fā)射超聲波。同時(shí)，它又將探頭接收到的回波電信號予以放大、處理，并通過一定方式顯示出來。一、超聲波探傷儀的分類

1．按超聲波的連續(xù)性可將探傷儀分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波探傷儀三種。

2．按缺陷顯示方式，可將探傷儀分為A型顯示（缺陷波幅顯示）、B型顯示（缺陷俯視圖像顯示）、C型顯示（缺陷側(cè)視圖像顯示）和３D型顯示（缺陷三維圖像顯示）超聲波探傷儀等。162021/4/26

3．按超聲波的通道數(shù)目又可將探傷儀分為單通道和多通道超聲波探傷儀兩種。前者是由一個(gè)或一對探頭單獨(dú)工作；后者是由多個(gè)或多對探頭交替工作，而每一通道相當(dāng)于一臺單通道探傷儀，適用于自動化探傷。二、A型脈沖反射式超聲波探傷儀1．工作原理接通電源后，同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路。掃描電路受觸發(fā)后開始工作，產(chǎn)生的鋸齒波電壓加至示波管水平（x軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，從而在示波屏上產(chǎn)生一條水平掃描線（又稱時(shí)間基線）。172021/4/26182021/4/26能力知識點(diǎn)2超聲波探傷儀

與此同時(shí)，發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻窄脈沖加至探頭，激勵壓電晶片振動而產(chǎn)生超聲波，再通過探測表面的耦合劑將超聲波導(dǎo)入工件。超聲波在工件中傳播遇到缺陷或底面時(shí)會發(fā)生反射，回波被同一探頭或接收探頭所接收并被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)接收電路放大和檢波后加至示波管垂直（y軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生始波（表面反射波）、缺陷波F、底波B。192021/4/26能力知識點(diǎn)2超聲波探傷儀2．探傷儀主要性能儀器性能將直接影響探傷結(jié)果的正確，為此規(guī)定了探傷儀的各項(xiàng)性能。（1）水平線性（2）垂直線性（3）動態(tài)范圍

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試塊是按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡單幾何形狀人工反射體的試件。1、試塊的分類根據(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)試塊和對比試塊。

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CSK-ⅠBRB-2

牛角試塊RB-1222021/4/26本課小結(jié)

1.超聲波探傷設(shè)備探頭、超聲波探傷儀、試塊。

2.超聲波探傷儀工作原理探傷儀主要性能232021/4/26第三節(jié)超聲波檢測工藝

按探頭與工件接觸方式分類，可將超聲波探傷分為直接接觸法和液浸法兩種。242021/4/26

使探頭直接接觸工件進(jìn)行探傷的方法稱之為直接接觸法。使用直接接觸法應(yīng)在探頭和被探工件表面涂有一層耦合劑作為傳聲介質(zhì)。常用的耦合劑有機(jī)油、甘油、化學(xué)漿糊、水及水玻璃等。焊縫探傷多采用化學(xué)漿糊和甘油。

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垂直入射法和斜角探傷法是直接接觸法超聲波探傷的兩種基本方法。

1、垂直入射法垂直入射法（簡稱垂直法）是采用直探頭將聲束垂直入射工件探傷面進(jìn)行探傷。由于該法是利用縱波進(jìn)行探傷，故又稱縱波法。

垂直法探傷能發(fā)現(xiàn)與探傷面平行或近于平行的缺陷，適用于厚鋼板、軸類、輪等幾何形狀簡單的工件。

262021/4/26垂直法探傷圖272021/4/262、斜角探傷法斜角探傷法（簡稱斜射法）是采用斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進(jìn)行探傷。由于它是利用橫波進(jìn)行探傷，故又稱橫波法。斜角探傷法能發(fā)現(xiàn)與探測表面成角度的缺陷，常用于焊縫、環(huán)狀鍛件、管材的檢查。直射法：在0.5跨距的聲程以內(nèi)，超聲波不經(jīng)底面反射而直接對準(zhǔn)缺陷的探傷方法，又稱一次波法。一次反射法：超聲波只在底面反射一次而對準(zhǔn)缺陷的探傷方法，又稱二次波法。282021/4/26

斜角法探傷292021/4/26

液浸法是將工件和探頭頭部浸在耦合液體中,探頭不接觸工件的探傷方法。根據(jù)工件和探頭浸沒方式,分有全沒液浸法、局部液浸法和噴流式局部液浸法等。液浸法當(dāng)用水作耦合介質(zhì)時(shí),稱作水浸法。水浸法探傷時(shí),探頭常采用聚焦探頭,既是最常用的水浸聚焦超聲波探傷。

302021/4/26能力知識點(diǎn)2液浸法

液浸法探傷由于探頭與工件不直接接觸，因此它具有探頭不易磨損，且聲波的發(fā)射和接收比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是，它需要一些輔助設(shè)備，如液槽、探頭橋架、探頭操縱器等。312021/4/26

超聲波探傷一般包括探傷前的準(zhǔn)備、實(shí)時(shí)探傷操作、缺陷的評定、檢驗(yàn)結(jié)果的分級、記錄與報(bào)告等過程。焊縫超聲波探傷是通過探傷儀示波屏上反射回波的位置、高度、波形的靜態(tài)和動態(tài)特征來顯示被探焊件質(zhì)量優(yōu)劣的.采用超聲波探傷法對焊縫探傷時(shí),應(yīng)根據(jù)焊件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接方法、使用條件、載荷等,確定不同的探傷方案。第四節(jié)超聲波檢測缺陷的判斷322021/4/26一.焊縫超聲波探傷由探傷準(zhǔn)備和現(xiàn)場探傷兩部分組成.1.編寫委托檢驗(yàn)書2.確定參加檢驗(yàn)的人員3.檢驗(yàn)員探傷前的準(zhǔn)備4.現(xiàn)場粗探傷5.現(xiàn)場精探傷6.評定焊接缺陷332021/4/26二、檢驗(yàn)等級的確定一般根據(jù)對焊縫探測方向的多少，把超聲波探傷劃分為A、B、C三個(gè)級別：

A級——檢驗(yàn)的完整程度最低，難度系數(shù)最小。適用于普通鋼結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。

B級——檢驗(yàn)完整程度一般，難度系數(shù)較大。適用于壓力容器檢驗(yàn)。

C級——檢驗(yàn)完整程度最高，難度系數(shù)最大。適用于核容器及管道的檢驗(yàn)。

342021/4/26三、探傷面及探傷方法的選擇

1．探傷面的選擇與準(zhǔn)備

2．探傷方法的選擇四、耦合劑的選用接觸法探傷常選用甘油、機(jī)油、化學(xué)漿糊等有一定粘度的耦合劑，有時(shí)也采用水作耦合劑。對于鋼材等易銹的材料，常采用機(jī)油、變壓器油等。五、探頭的選擇

1．探頭形式的選擇應(yīng)盡量使聲束軸線與缺陷反射面相垂直。352021/4/26

2．晶片尺寸的選擇

3．頻率的選擇

4.探頭角度或K值的選擇焊縫探傷中，薄工件宜采用大探頭K值，以拉開跨距，提高分辨力和定位精度。大厚度工件宜采用小K值探頭，以減小整修面的寬度，有利于縮短聲程，減小衰減損失，提高探傷靈敏度。六、探傷儀的調(diào)節(jié)儀器調(diào)節(jié)有兩項(xiàng)主要內(nèi)容，一是探傷范圍和掃描速度調(diào)節(jié)；二是靈敏度調(diào)整。

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（一）探傷范圍和掃描速度調(diào)節(jié)

1．探傷范圍的調(diào)節(jié)

2．掃描速度的調(diào)節(jié)（1）深度1:1調(diào)節(jié)法（2）水平1:1調(diào)節(jié)法（二）探傷靈敏度的選擇及其調(diào)整

1．探傷靈敏度的選定

2．距離-波幅曲線的制作

3．探傷靈敏度的調(diào)整372021/4/261．探傷條件的選擇

2．檢驗(yàn)區(qū)域?qū)挾鹊拇_定

3．探頭移動區(qū)的確定

4．單探頭的掃查方式（1）鋸齒形掃查（2）基本掃查（3）平行掃查（4）斜平行掃查

382021/4/265.雙探頭掃查方式（1）串列掃查（2）交叉掃查（3）V形掃查

串列式掃查

392021/4/26能力知識點(diǎn)3缺陷的評定一、缺陷位置的測定測定缺陷在工件或焊接接頭中的位置稱之為缺陷定位。缺陷定位必須解決缺陷在探傷面上的投影位置（X、Y方向數(shù)值）。1．垂直入射法時(shí)缺陷定位缺陷定位只需測定沿工件Z軸的坐標(biāo)，即缺陷在工件中的深度即可。2．斜角探傷時(shí)的缺陷定位（1）水平調(diào)節(jié)法定位（2）深度調(diào)節(jié)法定位

402021/4/26能力知識點(diǎn)3缺陷的評定二、缺陷大小的測定測定工件或焊接接頭中缺陷的大小和數(shù)量稱為缺陷定量。

1.當(dāng)量法

2．探頭移動法三、缺陷性質(zhì)的估判判定工件或焊接接頭中缺陷的性質(zhì)稱之為缺陷定性。這里僅是簡單介紹焊縫中常見缺陷的波形特征。1．氣孔2．裂紋

412021/4/263．夾渣4．未焊透5．未熔合422021/4/26能力知識點(diǎn)4檢驗(yàn)結(jié)果的分級

距離-波幅曲線是缺陷評定與檢驗(yàn)結(jié)果分級的依據(jù)。一、缺陷評定二、檢驗(yàn)結(jié)果的等級分類焊縫超聲檢驗(yàn)結(jié)果分為四級：

1）最大反射波幅不超過評定線的缺陷，均評為Ⅰ級。

2）最大反射波幅超過評定線的缺陷，檢驗(yàn)者判定為裂紋等危害性缺陷時(shí)，無論其波幅和尺寸如何，均評為Ⅳ級。

3）反射波幅位于Ⅰ區(qū)的非裂紋性缺陷，均評為Ⅰ級。432021/4/26

4）最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)的缺陷，根據(jù)缺陷的指示長度按表4-9的規(guī)定予經(jīng)評級。

5）反射波幅超過判廢線進(jìn)入Ⅲ區(qū)時(shí)缺陷，無論其指示長度如何，均評定為Ⅳ級。

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焊縫超聲波探傷后，應(yīng)將探傷數(shù)據(jù)、工件及工藝概況歸納在探傷的原始記錄中，并簽發(fā)檢驗(yàn)報(bào)告檢驗(yàn)報(bào)告是焊縫超聲波檢驗(yàn)的存檔文件，經(jīng)質(zhì)量管理人員審核后，正本發(fā)送委托部門，其副本由探傷部門歸檔。探傷記錄與報(bào)告應(yīng)具有追蹤性，并至少保存7年以上以備隨時(shí)查核。探傷記錄與報(bào)告的格式。452021/4/26探傷報(bào)告樣本462021/4/26操作流程示意圖472021/4/269、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:30:5016:30:5016:302/3/20234:30:50PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:30:5016:30Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。16:30:5016:30:5016:30Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2月-232月-2316:30:5016:30:50February3,202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20234:30:50下午16:30:502月-2315、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月234:30下午2月-2316:30February3,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/316:30:5016:30:5003February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。4:30:50下午4:30下午16:30:502月-23謝謝大家482021/4/269、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2月-232月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:30:5016:30:5016:302/3/20234:30:50PM11、人總是珍惜為得到。2月-2316:30:5016:30Feb-2303