第5章 超聲波檢測(cè)

第5章超聲波檢測(cè)分類

安工作原理分：脈沖反射法、穿透法和共振法

安缺陷顯示方式分：A型、B型、C型和3D型

安超聲波波形分：縱波法、橫波法和板波法

安耦合方式分：直接接觸法和液浸法超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)一、描述超聲波的基本物理量超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機(jī)械振動(dòng)的“聲源”和傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)是超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)。描述超聲波波動(dòng)特性的基本物理量有：聲速c、頻率f、波長(zhǎng)λ、周期T

、角頻率ω。其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān)。這些量之間的關(guān)系如下：（6-1）

二、超聲波的特點(diǎn)超聲波波長(zhǎng)很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應(yīng)用于無損檢測(cè)。

1.方向性好超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。

2.穿透能力強(qiáng)對(duì)于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。

3.能量高超聲檢測(cè)的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。

4.遇有界面時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測(cè)工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。三、超聲波的分類超聲波的分類方法很多，如圖4.1所示。主要有：按介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類，即按波型分類；按波振面的形狀分類，即按波形分；按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類等。其中，按波型是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討論。圖

4-1超聲波的分類

1.超聲波的波型超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。（1）縱波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見圖4-2)。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時(shí)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)疏密相間，所以縱波有時(shí)又稱為壓縮波或疏密波。

圖4-2縱波

（2）橫波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示(見圖4-3)。橫波的形成是由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變切應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力，只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。（3）表面波（瑞利波）。當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)，對(duì)于有限介質(zhì)而言，有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?見圖4-4)。瑞利首先對(duì)這種波給予了理論上的說明，因此表面波又稱為瑞利波，

常用R表示。

圖4-3橫波

圖4-4表面波

（4）板波（蘭姆波）。在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時(shí)聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為縱波和橫波的組合，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見圖4-5)。板波按其傳播方式又可分為對(duì)稱型（S型）和非對(duì)稱型（A型）兩種，這是由質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于板的中間層作對(duì)稱型還是非對(duì)稱型運(yùn)動(dòng)來決定的。

圖4-5板波(a)對(duì)稱型；

(b)非對(duì)稱型

2.超聲波的波形超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進(jìn)行描述。如圖4-6所示，在無限大且各向同性的介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳播，用波線表示傳播的方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱為波前。在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面。在任何時(shí)刻，波前總是距聲源最遠(yuǎn)的一個(gè)波陣面。

波前只有一個(gè)，而波陣面可以有任意多個(gè)。

圖4-6波線、波前與波陣面波(a)平面波；

(b)柱面波；

(c)球面波

根據(jù)波陣面的形狀(波形)，可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波等。平面波即波陣面為平面的波，而柱面波的波陣面為同軸圓柱面，球面波的波陣面為同心球面，如圖4-6所示。當(dāng)聲源是一個(gè)點(diǎn)時(shí)，在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面。可以證明，球面波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度與距聲源的距離成反比。當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測(cè)量點(diǎn)距聲源的距離時(shí)，可以把超聲波看成是球面波。

球面波的波動(dòng)方程為

（4-1）

3.連續(xù)波與脈沖波

連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間為無窮時(shí)的波。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短的波，超聲檢測(cè)中最常用的是脈沖波。對(duì)脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。四、介質(zhì)的聲參量

1.聲速聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，但更依賴于傳聲介質(zhì)自身的特性。因此，聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量。了解受檢材料的聲速，對(duì)于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。聲速又可分為相速度和群速度。相速度是指聲波傳播到介質(zhì)的某一選定相位點(diǎn)時(shí)在傳播方向上的聲速。群速度是指?jìng)鞑ヂ暡ǖ陌j(luò)上具有某種特征（如幅值最大）的點(diǎn)上沿傳播方向上的聲速。

群速度是波群的能量傳播速度。

（1）縱波、橫波和表面波的聲速?？v波、橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定的，而與頻率無關(guān)，即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說到它們的聲速都是指相速度。不同材料聲速值有較大的差異。在給定的材料中，頻率越高，波長(zhǎng)越短。同一固體介質(zhì)中，縱波聲速c1大于橫波聲速cs，橫波聲速cs又大于瑞利波聲速cr。對(duì)于鋼材，c1≈1.8cs，cs≈1.1cr。（2）板波的聲速。板波的聲速與其他波型不同，其相速度隨頻率變化而變化。相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為頻散。

2.聲衰減系數(shù)超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時(shí)，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象。引起衰減的原因主要有三個(gè)方面：一是聲束的擴(kuò)散；二是由于材料中的晶粒或其他微小顆粒引起聲波的散射；三是介質(zhì)的吸收。在超聲檢測(cè)中，談到超聲波在材料中的衰減時(shí)，通常關(guān)心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴(kuò)散衰減。

對(duì)于平面波來說，

聲壓幅值衰減規(guī)律可用下式表示：

（4-2）

介質(zhì)中超聲波的衰減系數(shù)α與超聲波的頻率關(guān)系密切，通常情況下，衰減系數(shù)隨頻率的增高而增大。

將式(4-3)兩邊取對(duì)數(shù)可轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系式：

（4-3）

此時(shí)，的單位為dB／mm(分貝／毫米)。在超聲檢測(cè)中，直接可測(cè)量的量是兩個(gè)聲壓比值的分貝數(shù)。因此衰減系數(shù)可通過超聲波穿過一定厚度（Δx）材料后聲壓衰減的分貝（ΔdB）數(shù)進(jìn)行測(cè)量，將衰減量(ΔdB)除以厚度即為衰減系數(shù)α。

五、超聲場(chǎng)的物理量

1.聲壓當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替變化。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱為該點(diǎn)的聲壓，用P表示,即(4-4)對(duì)于平面余弦波，

可以證明：

（4-5）

式中：為介質(zhì)的密度;c為介質(zhì)中的聲速；為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅；V為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的角頻率；為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的幅值；t為時(shí)間；x為質(zhì)點(diǎn)距聲源的距離；為聲壓幅值。由上式可知：超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與角頻率成正比，也就與頻率成正比。由于超聲波的頻率很高，遠(yuǎn)大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠(yuǎn)大于聲波的聲壓。2.聲阻抗介質(zhì)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值Vm之比，稱為聲阻抗，常用Z表示。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就愈小。聲阻抗表示超聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。

由式(4-6)得

（4-6）

3.聲強(qiáng)單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能，稱為聲強(qiáng)，用I表示。對(duì)于平面縱波，其聲強(qiáng)I為

（4-7）

由式(4-7)可知，超聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。

4.

分貝的概念實(shí)際探傷中，將聲強(qiáng)I1與I2之比取對(duì)數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級(jí)，這時(shí)單位為分貝，用dB表示，即

（4-8）

根據(jù)式（4-8），有（4-9）

式中：

Pm1、

Pm2分別為聲強(qiáng)I1、

I2對(duì)應(yīng)的聲壓幅值。

對(duì)于線性良好的超聲波探傷儀，示波屏上波高與聲壓成正比，即任意兩波高H1、H2之比等于相應(yīng)的聲壓Pm1、Pm2之比，即（4-10）

§5-1超聲波探傷基本原理一、超聲波的產(chǎn)生和接收探頭的組成：（1）壓電晶片（2）吸收塊（3）保護(hù)膜（4）匹配電感二、超聲波的性質(zhì)

1.良好的指向性（1）直線性超聲波波長(zhǎng)很短，彈性介質(zhì)中沿直線傳播（2）束射性當(dāng)聲源的直徑明顯大于傳播介質(zhì)內(nèi)的波長(zhǎng)時(shí)，超聲的能量高度集中，成束狀向前傳播，這就是超聲波的束射性。從聲源發(fā)出的超聲波最近的一段聲束幾乎平行，這段區(qū)域?yàn)榻鼒?chǎng)區(qū)。遠(yuǎn)離此區(qū)后，聲束向前稍有擴(kuò)散，為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。擴(kuò)散的聲束與平行聲束間形成的夾角叫做擴(kuò)散角（θ）。

1)θ越小，波束指向性好，超聲波能量集中，探傷靈敏度高，分辨率高和定位精確.2)盡量避免在近場(chǎng)區(qū)定量。波的干涉聲壓波動(dòng)較大，處于聲壓極大值處回波小，聲壓極小值處回波大，不能定性。

3）各截面中心聲壓最高，偏離中心軸線的聲壓逐漸降低4）未擴(kuò)散區(qū)內(nèi)為平面波場(chǎng)。2.超聲波在介質(zhì)中的傳播特性

(1)超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射如圖4-3所示，當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，一部分能量透過界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波(聲強(qiáng)為It)，波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強(qiáng)為Ir)。聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺陷的物理基礎(chǔ)。通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱為聲壓透射率t。r和t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：

Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗；

Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗。

為了研究反射波和透射波的能量關(guān)系，引入聲強(qiáng)反射率R和聲強(qiáng)透射率T兩個(gè)量。R為反射波聲強(qiáng)(Ir)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比；T為透射波聲強(qiáng)(It)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比。對(duì)于脈沖反射技術(shù)來說，還有一個(gè)有意義的量是聲壓往返透過率，如圖所示。通常入射聲壓經(jīng)過兩種介質(zhì)的界面透射到試件中后，均需經(jīng)過相反的路徑（假設(shè)在工件底面的反射為全反射）再次穿過界面到第一介質(zhì)中才被探頭所接收。兩次穿透界面時(shí)透射率的大小，決定著接收信號(hào)的強(qiáng)弱。因此，將聲壓沿相反方向兩次穿過界面時(shí)總的透射率稱為聲壓往返透過率(tp)，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積，

（2）超聲波垂直入射到多層界面上時(shí)的反射和透射

在超聲檢測(cè)中經(jīng)常遇到超聲波進(jìn)入第二種介質(zhì)后，穿過第二種介質(zhì)再進(jìn)入第三種介質(zhì)的情況。當(dāng)超聲波從介質(zhì)1（聲阻抗為Z1）中垂直入射到介質(zhì)1和介質(zhì)2（聲阻抗為Z2）的界面上時(shí)，一部分聲能被反射，另一部分透射到介質(zhì)2中；當(dāng)透射的聲波到達(dá)介質(zhì)2和介質(zhì)3（聲阻抗為Z

3）的界面時(shí)，再次發(fā)生反射與透射，其反射波部分在介質(zhì)2中傳播至介質(zhì)2與介質(zhì)1的界面，則又會(huì)發(fā)生同樣的過程。如此不斷地繼續(xù)下去，則在兩個(gè)界面的兩側(cè)，產(chǎn)生一系列的反射波與透射波。

（3）超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換

當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。入射聲波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱為入射角。

1)反射

入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律，即αL=αL′。光的反射不同的是，當(dāng)介質(zhì)1為固體時(shí)，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時(shí)，橫波反射角αS′與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同，為

若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，這時(shí)橫波入射角αS與橫波反射角αS′相等。介質(zhì)1為固體時(shí)縱波反射角與橫波入射角之間的關(guān)系為

由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無論是縱波入射還是橫波入射，均有。當(dāng)介質(zhì)1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。

2）折射

折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律。折射角相對(duì)于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關(guān)。同時(shí)，由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角βL要大于橫波折射角βS。

3）臨界角

當(dāng)?shù)诙N介質(zhì)中的折射波型的聲速比第一種介質(zhì)中入射波型的聲速大時(shí)，折射角大于入射角。此時(shí)，存在一個(gè)臨界入射角，在這個(gè)角度下，折射角等于90°。大于這一角度時(shí)，第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波。

①

第一臨界角。當(dāng)入射波為縱波，且cL2>cL1時(shí)，使縱波折射角達(dá)到90°的縱波入射角稱為第一臨界角，用符號(hào)αⅠ表示。當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中不再有折射縱波。

②第二臨界角。當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體，且cS2>cL1時(shí)，使橫波折射角達(dá)到90°的縱波入射角為第二臨界角，用符號(hào)αⅡ表示。通常在超聲檢測(cè)中，臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體，而第一介質(zhì)為固體或液體的情況。這種情況下，可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的純橫波，

對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)。

③

第三臨界角。第三臨界角是在固體介質(zhì)與另一種介質(zhì)的界面上，用橫波作為入射波時(shí)產(chǎn)生的。使縱波反射角達(dá)到90°時(shí)的橫波入射角稱為第三臨界角，用表示αⅢ。4）斜入射時(shí)的聲壓反射率和透射率斜入射時(shí)反射波和透射波的聲壓關(guān)系較為復(fù)雜。但在超聲檢測(cè)中，關(guān)心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。對(duì)脈沖反射法，更關(guān)心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。

（4）超聲波入射到曲界面上的反射和透射

1）平面波入射到曲界面上的反射

平面波束與曲面上各入射點(diǎn)的法線成不同的夾角：入射角為0°的聲線沿原方向返回，稱為聲軸；其余聲線的反射角則隨著距聲軸距離的增大而增大。當(dāng)曲面是球面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；反射面為圓柱面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一條焦線上。此時(shí)，焦距F與曲面曲率半徑r的關(guān)系為

2）平面波在曲面上的折射

平面波入射到曲面上時(shí)，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散，如圖6-12所示。這時(shí)折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關(guān)，而且與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲速有關(guān)。對(duì)于凹面，c1<c2時(shí)聚焦，c1>c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面，c1>c2時(shí)聚焦，c1<c2時(shí)發(fā)散。折射后的焦距F為

超聲波能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播4.具有可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中有衰減的特性衰減的主要原因：（1）散射引起的衰減

頻率越高，晶粒尺寸越大，散射引起的衰減越嚴(yán)重。

波長(zhǎng)與晶粒平均尺寸的比值為3時(shí)，衰減最大。（2）吸收引起的衰減金屬介質(zhì)可忽略不計(jì)，液體介質(zhì)中占主要。（3）聲束擴(kuò)散引起的衰減三、脈沖反射法超聲波探傷基本原理

1.A型顯示超聲波探傷原理A型顯示是一種波形顯示，屏幕的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)代表反射波的聲壓幅度。可以認(rèn)為該方式顯示的是沿探頭發(fā)射聲束方向上一條線上的不同點(diǎn)的回波信息。圖中，T表示發(fā)射脈沖，F(xiàn)表示來自缺陷的回波，B表示底面回波

2.B型顯示超聲波探傷基本原理

B型顯示顯示的是試件的一個(gè)二維截面圖，屏幕縱坐標(biāo)代表探頭在探測(cè)面上沿一直線移動(dòng)掃查的位置坐標(biāo)，橫坐標(biāo)是聲傳播的時(shí)間（或距離）。該方式可以直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。

3.C型顯示超聲波探傷基本原理

C型顯示顯示的是試件的一個(gè)平面投影圖，探頭在試件表面做二維掃查，屏幕的二維坐標(biāo)對(duì)應(yīng)探頭的掃查位置。探頭在每一位置接收的信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示。傳統(tǒng)的C型可形象地顯示工件內(nèi)部某一深度缺陷的平面投影圖像，但不能顯示缺陷的深度，現(xiàn)在改進(jìn)的彩色熒光屏可以探明缺陷的深度。

4.3D顯示超聲波探傷基本原理

兼顧了B型和C型的優(yōu)點(diǎn)，形成準(zhǔn)三維的投影圖像，同時(shí)可以表示缺陷的空間位置?！?-2超聲波探傷設(shè)備一、超聲波探頭

1.超聲波探頭的作用。超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換。它是利用壓電晶體的正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能的。探頭是組成檢測(cè)系統(tǒng)的最重要的組件，其性能的好壞直接影響超聲檢測(cè)的效果。

2.常用超聲波探頭的類型。超聲波檢測(cè)中由于被探測(cè)工件的形狀和材質(zhì)、探測(cè)的目的、探測(cè)的條件不同，因而要使用各種不同形式的探頭。其中最常用的是接觸式縱波直探頭、接觸式橫波斜探頭、雙晶探頭、水浸探頭與聚焦探頭等。（1）直探頭接收縱波（2）斜探頭接收橫波（3）水浸聚焦探頭聲束能量集中，可提高靈敏度和分辨力（4）雙晶探頭適于表面探傷和測(cè)厚(a)縱波直探頭；

(b)橫波斜探頭；

(c)雙晶探頭

3.探頭主要性能（1）折射角γ（或探頭K值）（2）前沿長(zhǎng)度聲束入射點(diǎn)至探頭前端面的距離（3）聲軸偏斜角應(yīng)小于2o二、超聲波探傷儀超聲波檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備，是專門用于超聲檢測(cè)的一種電子儀器。

1.超聲波檢測(cè)儀的作用。它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器——探頭，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后以一定方式顯示出來，從而得到被探測(cè)工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷的位置和大小等信息。2.超聲波探傷儀的分類按連續(xù)性分：脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波按缺陷顯示方式：A型、B型、C型和3D型按通道數(shù)量：?jiǎn)瓮ǖ篮投嗤ǖ?/p>

3.超聲波探傷儀的一般工作原理（1）同步電路（2）掃描電路（3）發(fā)射電路（4）接收電路由衰減器、高頻放大器、檢波器和視頻放大器組成（5）顯示電路（6）電源（7）輔助電路

1)DAC電路深度補(bǔ)償電路2）閘門電路3.探傷儀主要性能GB/727664.1-2011（1）水平性能：顯示的反射波距離與反射體距離成正比的程度，關(guān)系到缺陷定位的準(zhǔn)確性（2）垂直性能：反射波幅與接收回波信號(hào)電壓成正比關(guān)系的程度，關(guān)系到缺陷定量的準(zhǔn)確性（3）動(dòng)態(tài)范圍：回波高度從滿幅降至消失時(shí)儀器衰減器的變化范圍，其值越大，越可檢出小缺陷三、試塊1.標(biāo)準(zhǔn)試塊主要用途：（1）Φ50測(cè)定探頭折射角（2）校驗(yàn)水平線性和垂直線性（3）Φ1.5調(diào)整靈敏度，R100調(diào)整探測(cè)范圍（4）Φ50側(cè)直探頭盲區(qū)和斜探頭聲束特性（5）測(cè)定遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力2.對(duì)比試塊用于繪制距離-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?！?-3直接接觸法超聲波探傷一、垂直入射法與斜角探傷法1.垂直入射法2.斜角探傷法二、探傷條件的選擇1.選擇原則（1）檢驗(yàn)原則普通鋼結(jié)構(gòu)A級(jí)，壓力容器B級(jí)，核容器與管道C級(jí)（2）探傷靈敏度的選定靈敏度越高，發(fā)現(xiàn)缺陷的能量越強(qiáng)，單信噪比下降。2.探頭的選擇（1）探頭型式的選擇斜探頭較多（2）晶片尺寸選擇檢測(cè)大厚度或粗晶材料時(shí)，采用大直徑探頭較為有利；檢測(cè)厚度較小或細(xì)晶材料的試件時(shí)，則采用小直徑探頭較為合理。（3）頻率選擇對(duì)于小缺陷、近表面缺陷或薄件的檢測(cè)，可以選擇較高頻率；對(duì)于大厚度試件、高衰減材料，應(yīng)選擇較低頻率。

焊縫探傷頻率為2-2.5MHz（4）探頭角度或K值的選擇薄壁件：大K值探頭，拉開跨距，提供分辨能力和定位精度厚壁件：小K值探頭，以減小修整面的寬度，有利于縮短聲程，提高探傷靈敏度。3.探傷儀的選擇（1）定位要求高，選擇水平線性誤差小的（2）定量要求高，選擇垂直線性好、衰減器精度高（3）大型工件，選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的（4）探近表面和區(qū)分相鄰缺陷，選擇盲區(qū)小、分辨力高的（5）室外現(xiàn)場(chǎng)探傷，選擇重量輕、示波屏亮度好、抗干擾能力強(qiáng)的4.耦合劑的選用（1）能潤(rùn)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（2）聲阻抗要大，透聲性能好（3）來源廣，價(jià)格便宜（4）對(duì)工件無腐蝕，對(duì)人體無害，不污染環(huán)境（5）性能穩(wěn)定、不易變質(zhì)，能長(zhǎng)期保存。5.探傷面的選擇與準(zhǔn)備表面修整，去除余高6.探傷方法的選擇7.補(bǔ)償三、焊接接頭的探傷1.平板對(duì)接接頭的探傷（1）選擇探傷面、探傷方法和斜探頭折射角（2）檢驗(yàn)區(qū)域焊縫加上兩側(cè)母材厚度30%，最小10mm，最大20mm，見圖4-32（3）探頭移動(dòng)區(qū)l的確定

l>1.25P適于一次發(fā)射法或串列掃查法

l>0.75P適于直射法（4）單探頭掃查方式

1）鋸齒形掃查

2）基本掃查轉(zhuǎn)角掃查：適于裂紋的判斷；環(huán)繞掃查：估判點(diǎn)缺陷形狀；左右掃查：可區(qū)分點(diǎn)缺陷和條狀缺陷；前后掃查：估判缺陷形狀和缺陷高度。3）平行掃查可查出橫向缺陷4）斜平行掃查有助于發(fā)現(xiàn)橫向裂紋（5）雙探頭掃查方式1)串列掃查

橫方形掃查、縱方形掃查，探測(cè)垂直表面的豎直面狀缺陷，如未熔合2）交叉掃查測(cè)橫向或縱向面狀缺陷3）V形掃查可測(cè)與探測(cè)面平行的面狀缺陷2.曲面工件對(duì)接接頭的探傷（1）曲率半徑R>W2/4（W接觸面寬度）時(shí)，探傷方法同平板（2）曲率半徑R<W2/4時(shí)

1）縱縫采用與R相同的對(duì)比試塊，環(huán)縫其對(duì)比試塊為（0.9-1.5）R2）探頭楔塊應(yīng)修成與R一致

3）根據(jù)曲面工件R和厚度選擇探頭角度

4）定位修正3.其它結(jié)構(gòu)焊接接頭的探傷（1）T型接頭的探傷

1)腹板厚度不同時(shí)，斜探頭在腹板一側(cè)作直射法和一次反射法探傷2）采用直探頭或斜探頭在翼板外側(cè)探傷，或采用K1斜探頭在翼板內(nèi)側(cè)作一側(cè)反射法探傷

3）采用K1探頭在腹板一側(cè)作直射法和一次反射法探測(cè)

4）直探頭、斜探頭的頻率通常為2.5MHz（2）角接接頭的探傷（3）管座角焊縫的探傷

1）根據(jù)焊縫結(jié)構(gòu)形式選

2）管座角焊縫以直探頭為主，斜探頭為輔（4）直探頭探傷規(guī)程

1）頻率2.5MHz，探頭與工件接觸面的尺寸W小于22）靈敏度可查DGS曲線，檢驗(yàn)等級(jí)見表4-9四、缺陷測(cè)定1.缺陷位置的確定（1）垂直入射法時(shí)缺陷定位（2）斜角探傷時(shí)缺陷定位1）深度1：1調(diào)節(jié)法定位2）水平1：1調(diào)節(jié)法定位一次波二次波2.缺陷大小的測(cè)定缺陷定量：確定焊接接頭中缺陷的大小和數(shù)量（1）當(dāng)量法當(dāng)缺陷尺寸小于聲束截面時(shí)，一般采用當(dāng)量法。以已知缺陷的大小評(píng)價(jià)回波相當(dāng)?shù)娜毕?，但并不涉及缺陷尺寸和人工發(fā)射體尺寸相等。（2）探頭移動(dòng)法

1）只有一個(gè)高點(diǎn)，用降低6dB相對(duì)靈敏度法測(cè)長(zhǎng)

2）多個(gè)高點(diǎn)，以缺陷兩端反射波極大值之間探頭的移動(dòng)長(zhǎng)度確定未缺陷指示長(zhǎng)度，即端點(diǎn)峰值法缺陷高度有效測(cè)量方法是棱邊再生波法3.缺陷性質(zhì)的估判和假信號(hào)的識(shí)別（1）氣孔單個(gè)氣孔回波高度低，單峰較穩(wěn)定；密集氣孔一組發(fā)射波，探頭移動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)。（2）夾渣條形夾渣回波多呈鋸齒狀（3）未焊透波幅較高，探頭平移時(shí)，波形穩(wěn)定（4）未熔合回波高度大，探頭平移時(shí)，