《機車檢測與監(jiān)測技術(shù)》教學(xué)課件合集

《機車檢測和監(jiān)測技術(shù)》項目1目錄CONTENTS任務(wù) 機車檢測與監(jiān)測的意義和內(nèi)容鐵路小故事復(fù)習(xí)思考題任務(wù)機車檢測與監(jiān)測的意義和內(nèi)容一、機車檢測和監(jiān)測技術(shù)的意義（一）提高機車運行的可靠性和安全性現(xiàn)代機車是一種技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鐵路技術(shù)裝備。它采用了大量的現(xiàn)代電子元件和裝備，來進行復(fù)雜的信息處理，因此要求這些裝備具有較高的可靠性。這種可靠性一方面通過電子裝備的可靠性來保證，另一方面則由檢測和監(jiān)測系統(tǒng)來提供。檢測與監(jiān)測技術(shù)可以迅速識別和提示運行中發(fā)生的故障，使其能采取措施及時排除故障，從而保障機車安全、可靠地運行。（二）為機車維修提供重要的依據(jù)現(xiàn)代機車的檢測和監(jiān)測技術(shù)不但能夠在運行中為機車乘務(wù)員提供機車的運行狀況、故障級別，提出排除故障措施的建議，而且還能在運行中將機車的運行狀況及時地向鐵路運營管理部門和機車檢修基地傳送、記錄和存儲，可在機車進入檢修基地以前做好機車檢修計劃，提早制訂檢修方案并準備好需要更換的配件，從而大大縮短了機車檢修停時，提高了機車的利用率和鐵路管理運營水平一、機車檢測和監(jiān)測技術(shù)的意義（三）可檢測、顯示、記錄、存儲和分析數(shù)據(jù)檢測和監(jiān)測技術(shù)能在機車例行檢修和運行中檢測出故障、并將故障狀況、故障等級以及應(yīng)該采取的措施建議傳遞給機車乘務(wù)員，幫助機車乘務(wù)員及時關(guān)注和處理故障；同時，及時將故障發(fā)生的時間、位置、故障發(fā)生時有關(guān)參數(shù)的變化情況等信息記錄并存儲下來，供地面專家系統(tǒng)進一步分析。二、機車檢測和監(jiān)測技術(shù)的功能機車檢測和監(jiān)測技術(shù)的目的是提高機車運行的安全性和可用性，為此，檢測和監(jiān)測技術(shù)具有如下的主要功能。（一）故障檢測故障檢測是通過采取一定的手段（如安裝各類傳感器），獲取各個主要部件和系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息，從而確認它們工作是否正常，能否完成應(yīng)有的功能。（二）故障識別故障識別是根據(jù)檢測信息，判斷出所測部件和系統(tǒng)是否存在故障以及故障的嚴重程度。（三）故障定位故障定位即確定故障發(fā)生的部位。理想的情況是確定故障發(fā)生在哪些元器件上，但是由于機車的元器件數(shù)量極大，因此將任一故障都定位到元器件級有相當(dāng)?shù)睦щy二、機車檢測和監(jiān)測技術(shù)的功能（四）故障顯示在故障檢測、故障識別和故障定位以后，還需要將故障顯示在顯示屏上，應(yīng)盡量顯示出發(fā)生了什么樣的故障、嚴重程度如何、發(fā)生在什么部位、其功能范圍包括哪些，給機車乘務(wù)員以提示，提示在這種故障情況下的運行方式，并為檢修作業(yè)人員提出排除故障的維修措施建議（五）故障記錄、存儲與傳輸在故障檢測、故障識別和故障定位以后，除了顯示故障以外，還需將故障數(shù)據(jù)記錄和存儲起來，以便利用存儲的故障數(shù)據(jù)庫進行分析處理，對機車的檢修做出決策或者為機車的改進與發(fā)展提供依據(jù)。（六）整備作業(yè)和定期檢修中的檢驗檢測和監(jiān)測技術(shù)還擔(dān)負著機車自動化整備和定期檢修作業(yè)中的檢驗任務(wù)三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成機車的檢測和故障診斷系統(tǒng)包括三部分，分別為車載故障診斷系統(tǒng)、地面故障診斷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（一）車載故障診斷系統(tǒng)機車故障診斷系統(tǒng)主要是指車載故障診斷系統(tǒng)。車載故障診斷系統(tǒng)是一套安裝在機車的實時運行診斷系統(tǒng)，實質(zhì)上是一個分布式計算機測控系統(tǒng)。（二）地面故障診斷系統(tǒng)由于車載故障診斷系統(tǒng)一方面受空間的限制，不可能配置大型計算機系統(tǒng)；另一方面受實時條件的限制，不可能進行大量的邏輯推理和運算。因此，需要在地面上設(shè)置故障診斷系統(tǒng)，以彌補車載系統(tǒng)的不足，從而能夠較好地完成機車故障診斷系統(tǒng)的各項任務(wù)。三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成地面故障診斷系統(tǒng)往往和維修信息系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)，它實質(zhì)上是一個完善的大型計算機系統(tǒng)。它的主要功能如下：通過與機車的信息傳輸與交換，直接得知機車的運行狀態(tài)，并通過自身的軟件系統(tǒng)對信息進行處理與分析，對故障進行實時診斷，給機車乘務(wù)員以警示和指令。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲設(shè)備，將機車運行中記錄下來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到地面系統(tǒng)，可進一步處理和分析，從而做出機車設(shè)計、制造、運用和維修方面的重要決策。外部診斷項目，主要有輪對故障診斷、軸溫紅外線檢測、潤滑油的光譜和鐵譜診斷等。機車進入機務(wù)段期間，所有的檢測數(shù)據(jù)都輸入該系統(tǒng)，由計算機系統(tǒng)做出診斷，以便對機車進行經(jīng)濟、有效的維修。三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成（三）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括機車在途數(shù)據(jù)傳輸和入段數(shù)據(jù)傳輸兩部分。機車在途運行時，把車載故障診斷系統(tǒng)采集的機車狀態(tài)信息、機車安全信息、機車監(jiān)測信息及視頻數(shù)據(jù)等實時信息通過GSM

GPRS/3G/4G/5G、GSM-RGPRS傳輸?shù)降孛婀收显\斷系統(tǒng)服務(wù)器；地面服務(wù)器把指令信息通過GSMGPRS/3G/4G/5G、GSM-R

GPRS發(fā)往車載子系統(tǒng)。機車入段后，通過WLAN實現(xiàn)車地非實時信息雙向傳輸?？梢岳肳LAN將LDP記錄數(shù)據(jù)、6A數(shù)據(jù)、LKJ數(shù)據(jù)、TCMS數(shù)據(jù)等車載設(shè)備的記錄數(shù)據(jù)、機車電子履歷等大容量信息發(fā)送到無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器，同時把轉(zhuǎn)儲結(jié)果信息寫入段數(shù)據(jù)服務(wù)器。四、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究內(nèi)容電力機車是由機械部分、電氣部分和空氣管路部分三大部分組成（一）機械部分檢測與故障診斷機械部分的構(gòu)成機械部分是機車的骨架與身軀，是機車能夠正常運行的基礎(chǔ)。機械部分包括車體、轉(zhuǎn)向架、車體與轉(zhuǎn)向架的連接裝置和牽引緩沖裝置。故障診斷的內(nèi)容車體、轉(zhuǎn)向架、輪對變形和裂紋的檢測與診斷。軸承溫度的自動檢測、自動定位和故障預(yù)報。軸承狀態(tài)的聲學(xué)檢測和振動檢測。四、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究內(nèi)容（二）電氣部分故障診斷電氣部分的構(gòu)成電氣部分包括牽引電動機、牽引變壓器、整流硅機組、各類電器等。通過它們把來自接觸網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，同時實現(xiàn)對機車的控制。機車上的主要電氣部件包括受電弓、主變壓器、牽引變流器、牽引電機、輔助電機系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、微機及電子控制系統(tǒng)、控制電源和輔助電源等。所以電力機車故障診斷系統(tǒng)的建立是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程。檢測與故障診斷的內(nèi)容電機、電器的絕緣檢測。電機、電器的溫度檢測。電機、電器的狀態(tài)檢測與故障診斷。控制系統(tǒng)的狀態(tài)檢測和故障診斷。四、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究內(nèi)容（三）空氣管路部分故障診斷1.

空氣管路部分組成空氣管路系統(tǒng)包括風(fēng)源系統(tǒng)、制動機管路系統(tǒng)、控制管路系統(tǒng)和輔助管路系統(tǒng)。2.

檢測與故障診斷的內(nèi)容列車管壓力檢測。停放缸壓力檢測。均衡風(fēng)缸壓力檢測。折角塞門的狀態(tài)檢測。利用現(xiàn)代技術(shù)手段開展設(shè)備的狀態(tài)檢測和故障診斷，始于20世紀60年代。最早開展診斷技術(shù)研究的是美國，英國和日本緊隨其后。故障診斷的方法、手段和內(nèi)容不斷豐富，至20世紀90年代初趨于完善，成為多種學(xué)科的重要應(yīng)用領(lǐng)域，正在發(fā)展成為一門新的綜合性交叉學(xué)科。作為保障機車運行安全的基本措施之一，檢測與故障診斷技術(shù)可以對早期故障做出預(yù)報，提出對策或建議，避免或減少事故的發(fā)生，在機車的安全性、可靠性、維修經(jīng)濟性和運行效果等方面發(fā)揮了極大的作用。20世紀80年代以來，隨著現(xiàn)代測試技術(shù)、計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，機車檢測和故障診斷技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，各國鐵路部門都在積極地開展工作，故障診斷技術(shù)在機車中的應(yīng)用也越來越廣泛。一、機車檢測與故障診斷技術(shù)在國外鐵路上的應(yīng)用和發(fā)展1965年美國Servo公司推出了第一套安裝在軌道旁的紅外熱軸探測系統(tǒng)，將軸承溫度信號記錄在記錄紙上，由有經(jīng)驗的人員來辨別軸溫情況?，F(xiàn)在，軸溫探測普遍采用了計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可自動測量軸承溫度，自動定位和預(yù)報軸承故障，因此得到了廣泛的應(yīng)用。日本于20世紀60年代修建并開通了第一條新干線高速鐵路，率先開始了鐵路高速化進程。為保證安全和降低維修成本，日本很早就開展了機車、車輛和動車組的故障診斷研究，如利用通用儀器進行了振動和鐵譜分析技術(shù)的應(yīng)用研究，特別是通過測量和分析電力機車上一些旋轉(zhuǎn)機械的振動加速度O/A值，對判斷標準的設(shè)定做了探討。德國鐵路從1975年開始研究故障診斷技術(shù)，20世紀80年代隨著微電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于機車，診斷技術(shù)也受到了重視，現(xiàn)在它已經(jīng)成為機車運營和維修的重要輔助工具，具有代表性的是ICE系列機車。俄羅斯自20世紀80年代起，鐵路運輸科學(xué)院、高等院校、鐵路局和機務(wù)段在內(nèi)的許多單位和部門都投入了力量，在電氣、軸承、柴油機、輪對等很多方面開展了診斷技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用工作。二、機車檢測與故障診斷技術(shù)在我國鐵路上的應(yīng)用和發(fā)展我國鐵路自20世紀80年代起，積極開展了診斷技術(shù)在機車上的應(yīng)用工作，進行了內(nèi)容廣泛的診斷技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用，技術(shù)上取得了很大進展，并獲得了明顯的經(jīng)濟效益。所采用的故障診斷方法主要有溫度探測、光鐵譜分析、電氣參數(shù)檢測、動態(tài)壓力檢測及振動診斷等，一些新的理論、方法和技術(shù)（如模式識別、灰色系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)、專家系統(tǒng)、小波變換神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等）也進入探索與應(yīng)用階段。20世紀90年代初開發(fā)的機車軸承診斷儀，可提取峭度系數(shù)、均方根值等多個特征參數(shù)，并具有共振解調(diào)分析功能，已有近400臺服務(wù)于全鐵路的機務(wù)段、電機廠、機車制造廠和大修廠等。20世紀90年代中后期以來，我國開發(fā)的新一代準高速、高速機車和動車大都安裝了具有控制和故障診斷功能的車載計算機，如SS6型電力機車、神州號內(nèi)燃動車組動力車等，其車載微機控制系統(tǒng)均具有某些部件診斷功能。2011年2月，中國鐵道科學(xué)研究院牽頭研發(fā)機車車載安全防護系統(tǒng)（6A系統(tǒng)），6A系統(tǒng)是針對機車的制動系統(tǒng)、防火、高壓絕緣、列車供電、走行部等危及安全的重要事項、重點部件和部位，采用實時檢測、監(jiān)視、報警并可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸、統(tǒng)一固態(tài)存儲和智能人機界面，整體研究設(shè)計而形成平臺化的安全防護裝置。2011年10月25日，6A系統(tǒng)總體暫行技術(shù)條件發(fā)布。2012年9月26日，6A系統(tǒng)中央處理平臺及六個子系統(tǒng)暫行技術(shù)條件正式發(fā)布。2012年10月29日，在中鐵認證中心主持下，召開關(guān)于6A系統(tǒng)產(chǎn)品CRCC認證規(guī)則討論會，確定了6A系統(tǒng)認證的基本規(guī)則。2012年11月底，6A系統(tǒng)首批供應(yīng)商通過CRCC認證。2012年12月，在HXD3C和HXD1型機車上批量安裝6A系統(tǒng)。2013年4月，HXD3C型機車97臺，HXD1型八軸機車50臺批量生產(chǎn)投入運用。2013年5月，鐵路總公司下發(fā)運機技驗函〔2013〕179號文《機車車載安全防護系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）運用維護管理規(guī)則（試行）》自2013年7月1日起施行。三、不同國家機車檢測診斷技術(shù)的主要特點（1）美國、加拿大、澳大利亞鐵路以重載運輸為主，重點發(fā)展了道旁檢測診斷技術(shù)。不同企業(yè)及研究機構(gòu)充分合作，共同研發(fā)了內(nèi)容廣泛的道旁檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對運輸安全起了積極的保障作用。它們在滾動軸承的檢測和診斷方面做了大量的工作，其成果值得我們借鑒。此外，美國在機車狀態(tài)檢測與診斷方面也做了大量的工作，開發(fā)了機車車載檢測裝置及基于無線通信網(wǎng)絡(luò)的機車遠程檢測診斷系統(tǒng)，提高了機車利用率。（2）歐洲鐵路以高速客運為主，主要發(fā)展了車載檢測診斷技術(shù)，機車上的控制計算機同時具備診斷功能，可對多種機車部件或子系統(tǒng)進行診斷。其發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)用各種現(xiàn)場總線技術(shù)將不同位置、不同功能的診斷裝置連接成網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享和集中管理。三、不同國家機車檢測診斷技術(shù)的主要特點（3）日本鐵路也是以高速為主，但與歐洲不同的是除開發(fā)車載檢測裝置外還開發(fā)了很多面向機車檢修方面的儀器和裝備，應(yīng)用在檢修基地。研究、開發(fā)工作的有組織進行，診斷技術(shù)研究會（聯(lián)絡(luò)會）起了很大的作用，診斷方法、種類呈現(xiàn)多樣性，包括振動、電氣、油液分析等，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。（4）俄羅斯鐵路在電氣、軸承、柴油機、輪對等很多方面開展了診斷工作，采用各種方法與計算機技術(shù)結(jié)合開發(fā)了多種儀器，并在機務(wù)段和車輛段進行了推廣應(yīng)用，取得了較好的效果。在高速動車組上，利用控制計算機進行某些部件的診斷，以保證機車的運行安全。（5）中國鐵路在鐵譜、電氣性能、振動等方面進行了廣泛的應(yīng)用研究和開發(fā)，研制的儀器、裝備已在全鐵路范圍內(nèi)獲得了應(yīng)用，正在改變著機車檢修模式。同時，我國也開發(fā)了一些如6A系統(tǒng)的車載檢測診斷裝置，對機車的提速起了安全保障作用。四、機車檢測診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢（一）多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用簡單零部件的診斷，采用單一信號一般可以獲得有效的結(jié)果。但對于復(fù)雜的部件或系統(tǒng)，采用單一的物理信號通常很難得到準確的結(jié)果，如機車柴油機的故障診斷問題，應(yīng)利用多種信號及先進的數(shù)據(jù)融合方法進行綜合診斷，才會取得有效的診斷結(jié)論。（二）新的智能診斷方法和模式識別方法的應(yīng)用近年來出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展的各種新方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法等，均可在機車故障診斷中應(yīng)用。將幾種方法結(jié)合起來，特別是數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，將進一步提高診斷的準確性和可靠性。（三）網(wǎng)絡(luò)化檢測及遠程診斷技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用通信和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代機車可以利用各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)，增強通信能力，提高檢測診斷的有效性和實時性，提高數(shù)據(jù)集成和管理的效率。道旁檢測系統(tǒng)可利用互聯(lián)網(wǎng)及各種專用網(wǎng)絡(luò)，車載檢測裝置可利用的有線網(wǎng)絡(luò)包括各種現(xiàn)場總線（如CAN、LonWorks、Worldfip、MVB等）及工業(yè)以太網(wǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)包括GPS、GSM、GSM-R、GPRS、CDMA等。智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和信息化技術(shù)的應(yīng)用，也是我國鐵路安全技術(shù)裝備的近期發(fā)展方向。鐵路小故事鐵路小故事“毛澤東號”機車組：紅色基因，在他們手中一代代薪火傳承1946年的哈爾濱剛剛解放，為了支援遼沈戰(zhàn)役，緩解鐵路運輸運力不足的困難，哈爾濱機務(wù)段的工人們經(jīng)過27個晝夜的奮戰(zhàn)，搶修出了一臺蒸汽機車。中共中央東北局按照工人們的要求，將這臺機車命名為“毛澤東號”，賦予它“機車領(lǐng)袖”的使命。在“毛澤東號”誕生之初，曾流傳著一句響亮的口號：“解放軍打到哪里，鐵路修到哪里，‘毛澤東號’機車就開到哪里?！薄懊珴蓶|號”機車冒著敵機的輪番轟炸和槍林彈雨，勇打頭陣，為遼沈戰(zhàn)役前線的人民子弟兵運送彈藥給養(yǎng)。“毛澤東號”機車先后跨越蒸汽、內(nèi)燃、電力3個動力時代，歷經(jīng)5次換型、6臺機車，截至2021年3月底，“毛澤東號”機車已安全行駛1

155萬千米，相當(dāng)于繞地球288圈，見證了中國鐵路由小變大、從弱到強的發(fā)展歷程?！懊珴蓶|號”成為中華人民共和國成立以來全路機車組組建時間最早、涌現(xiàn)勞模最多、安全成績最好、完成任務(wù)量最大的先進機車組，被譽為“機車領(lǐng)袖”“火車頭中的火車頭”。12任司機長和179名乘務(wù)員在長期實踐中創(chuàng)造了“責(zé)任心＋責(zé)任制＋基本功＝安全”的基本經(jīng)驗，形成了“開領(lǐng)袖車，做領(lǐng)軍人”的核心價值觀，塑造了“報效祖國，忠于職守，艱苦奮斗，永當(dāng)先鋒”的“毛澤東號”精神。而今，經(jīng)歷了建設(shè)時期、改革開放、新時代的“毛澤東號”依然奔馳在祖國的廣闊大地上。時代在前進，“毛澤東號”的車輪一刻也沒有停留，風(fēng)雨無阻，全力前行，擔(dān)當(dāng)著“交通強國、鐵路先行”的歷史使命。復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題機車檢測和監(jiān)測技術(shù)的意義是什么？機車檢測和監(jiān)測技術(shù)主要功能有哪些？機車檢測和故障診斷系統(tǒng)包括哪些子系統(tǒng)？機車檢測和故障診斷系統(tǒng)研究的內(nèi)容是什么？機車檢測診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢是什么？復(fù)習(xí)思考題本章結(jié)束謝謝觀看《機車檢測和監(jiān)測技術(shù)》項目2目錄CONTENTS任務(wù)一 無損檢測概述任務(wù)二 超聲波無損檢測任務(wù)三 電磁探傷無損檢測鐵路小故事復(fù)習(xí)思考題任務(wù)一無損檢測概述一、無損檢測概念（一）無損檢測的定義無損檢測（NDT）是一門綜合性的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，它是在不改變或不影響被檢對象使用性能的前提下，借助物理手段對其進行宏觀與微觀缺陷檢測，幾何特性度量，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的評定，進而就其使用性能做出評價的一門學(xué)科（二）無損檢測的作用現(xiàn)代無損檢測技術(shù)不僅形式多樣，技術(shù)手段也日臻成熟，在鑄件、鍛件、棒材、粉末冶金制件、焊接件、非金屬材料、陶瓷制件、復(fù)合材料、鍋爐、壓力容器、核電設(shè)備等許多領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用，對于改進產(chǎn)品的設(shè)計制造工藝、降低制造成本以及提高設(shè)備運行的可靠性等具有十分重要的意義。其作用主要如下：三、機車檢測與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成用無損檢測技術(shù)測定材料的物理性能和組織結(jié)構(gòu)，能判斷材料的品種和熱處理狀態(tài)，進行材料分選。產(chǎn)品的幾何尺寸、涂層和鍍層厚度、表面腐蝕狀態(tài)、硬化層深度和應(yīng)力密度都能用無損檢測技術(shù)測定對在役設(shè)備或生產(chǎn)中的產(chǎn)品進行現(xiàn)場或動態(tài)檢測，將產(chǎn)品中的缺陷變化信息連續(xù)地提供給運行和生產(chǎn)部門實行監(jiān)視對產(chǎn)品質(zhì)量做出評價。無論是鑄件、鍛件、焊接件、鈑金件或機加工件以及非金屬結(jié)構(gòu)都能應(yīng)用無損檢測技術(shù)探測其表面或內(nèi)部缺陷，并進行定位定量分析。（1）無損探傷（2）材料檢測（3）幾何度量（4）現(xiàn)場監(jiān)視一、無損檢測概念（三）無損檢測的特點不破壞被檢對象。可實現(xiàn)100%的檢驗。發(fā)現(xiàn)缺陷并做出評價，從而評定被檢對象的質(zhì)量?？蓪θ毕菪纬稍蚣鞍l(fā)展規(guī)律做出判斷，以促進有關(guān)部門改進生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。對關(guān)鍵部件和關(guān)鍵部位在運行中做定期檢查，甚至長期監(jiān)控以保證運行安全，防止事故發(fā)生。（四）無損檢測的基本要素源，它能提供適當(dāng)?shù)奶綔y介質(zhì)或激勵被檢測物體產(chǎn)生某種特殊的運動。探測介質(zhì)或特殊運動方式會受到被檢測物體的結(jié)構(gòu)異常（不連續(xù)或某種變異）的影響而引起變化。探測器，它能檢測出探測介質(zhì)或特殊運動方式的變化。記錄和顯示裝置能指示或記錄由探測器發(fā)出的信號。解釋這些信號的方法。一、無損檢測概念（五）無損檢測的發(fā)展無損檢測技術(shù)是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，它必將隨著工業(yè)生產(chǎn)的進步而發(fā)展。早期的無損檢測稱為無損探傷（NDI），它的作用是在不損壞產(chǎn)品的前提下發(fā)現(xiàn)人眼無法看到的缺陷，以滿足工程設(shè)計中的強度要求。第二階段稱為無損檢測（NDT），這個階段始于20世紀70年代，它不但檢測最終產(chǎn)品，而且要測量各種工藝參數(shù)，制成工件后，還需知道它的組織結(jié)構(gòu)、晶粒大小和殘余應(yīng)力等。第三階段稱為無損評價（NDE），尤其對航空、航天、核電、能源、交通、石油和化工等方面的機械產(chǎn)品，在加強檢測同時注重產(chǎn)品質(zhì)量的評價，確保每一件產(chǎn)品都是合格的。二、常用無損探傷方法無損探傷是無損檢測（包括探傷、測量、評價）的一個重要組成部分，它是對材料、工件或組件進行非破壞性檢測和分析，以發(fā)現(xiàn)材料和構(gòu)件中非連續(xù)性宏觀缺陷（如裂紋、夾渣、氣孔等）為主要目的檢驗。無損探傷的方法較多，可分為6大類約70余種，但在實際應(yīng)用中較普遍的為超聲探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷5種常規(guī)方法。鑒于超聲波探傷和磁粉探傷在目前占有舉足輕重的地位，本書將在后面予以重點介紹，以下針對其他幾種常規(guī)探傷簡要介紹其基本原理、主要特點和適用場合。二、常用無損探傷方法工業(yè)應(yīng)用中的射線探傷技術(shù)大體上可以分為射線照相探傷技術(shù)、射線實時成像探傷技術(shù)、射線層析（CT）探傷技術(shù)等，常規(guī)的射線探傷技術(shù)一般指射線照相探傷技術(shù)（以下均以此技術(shù)介紹），其基本原理（右圖）為：射線在穿過物質(zhì)的過程中，會受到物質(zhì)的散射和吸收作用，因物體材料、缺陷和穿透距離的不同，射線強度將產(chǎn)生不同程度的衰減。當(dāng)把強度均勻的射線照射到物體的一側(cè)，使透過的射線在物體另一側(cè)的膠片上感光，膠片顯影后，得到與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對應(yīng)的黑度不同的圖像，即射線底片。通過對圖像的觀察分析，最終確定物體缺陷的種類、大小和分布情況。（一）射線探傷（RT）缺陷的射線照相二、常用無損探傷方法磁粉探傷是指把鋼鐵等鐵磁性材料磁化后，利用缺陷部位所發(fā)生的磁極吸附磁粉的特性顯示缺陷位置的方法。把一根中間有橫向裂紋的強磁性材料試件進行磁化后（右圖），可以認為磁化的材料是許多小磁鐵的集合體。在沒有缺陷的連續(xù)部分，由于小磁鐵的N、S磁極互相抵消，而不呈現(xiàn)出磁極，但在裂紋等缺陷處，由于磁性的不連續(xù)將呈現(xiàn)磁極，在缺陷附近的磁力線繞過空間出現(xiàn)在外面，即缺陷漏磁。缺陷附近所產(chǎn)生的稱為缺陷的漏磁場，其強度取決于缺陷的尺寸、位置及試件的磁化強度等。當(dāng)把磁粉散落在試件上時，在裂紋處就會吸附磁粉，稱為缺陷磁粉跡痕，由此可以發(fā)現(xiàn)缺陷的部位。（二）磁粉探傷（MT）（a）磁棒磁力線分布（b）磁棒的磁極（c）缺陷漏磁磁場的形成二、常用無損探傷方法滲透探傷是指將溶有熒光染料（熒光探傷）或著色染料（著色探傷）的滲透液施加在試件表面，滲透液由于毛細作用能滲入各種形狀開口于表面的細小缺陷中。此時，清除附著在表面的多余滲透液，把工件表面多余的滲透液清洗干凈，但不得把已滲入缺陷內(nèi)的滲透液清洗掉，然后經(jīng)干燥和施加顯像劑后，在黑光或白光下觀察，缺陷處可分別發(fā)出黃綠色的熒光或呈現(xiàn)紅色，從而能夠用肉眼檢查出試件表面的開口缺陷。滲透探傷的基本步驟如圖所示。滲透探傷除熒光滲透探傷和著色滲透探傷方法外，還有濾出粒子探傷法、氣體滲透成像等。滲透探傷適用于檢測金屬和非金屬材料表面開口的裂紋、折疊、疏松、針孔等缺陷。它能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難于確定其深度，不適用于探測多孔性材料及材料內(nèi)部缺陷。（三）滲透探傷（PT）（a）滲透（b）清水清洗（c）溶劑清洗（d）顯像（e）觀察滲透探傷步驟二、常用無損探傷方法渦流探傷是將通有交流電的激勵線圈靠近某一導(dǎo)電試件（右圖），由于電磁感應(yīng)作用進入試件的交變磁場可在試件中感生出方向與激勵磁場相垂直的、呈旋渦狀流動的電流（渦流）。此渦流產(chǎn)生磁場會影響原磁場的變化，從而引起線圈阻抗的變化，通過對線圈阻抗變化的測量，就可得知試件中產(chǎn)生的渦流狀況，從而獲悉與試件有關(guān)的一些參量。當(dāng)試件內(nèi)有缺陷時，渦流因流動途徑的變化，使渦流磁場也相應(yīng)變化，經(jīng)試驗線圈檢出異常磁場的變化量，可獲得缺陷的信息。（四）渦流探傷（ET）渦流的產(chǎn)生二、常用無損探傷方法（五）超聲波探傷（UT）超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法。當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波，在熒光屏上形成脈沖波型，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小超聲波在介質(zhì)中傳播時有多種波型，檢驗中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層等缺陷；用橫波可探測管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；用表面波可探測形狀簡單的鑄件上的表面缺陷；用板波可探測薄板中的缺陷。二、常用無損探傷方法幾種探傷方法的比較見下表。探傷方法優(yōu)

點缺

點適用范圍射線探傷適用于幾乎所有材料；探傷結(jié)果（底片）顯示直觀、便于分析；探傷結(jié)果可以長期保存；探傷技術(shù)和檢驗工作質(zhì)量可以監(jiān)測檢驗成本較高；對裂紋類缺陷有方向性限制需考慮安全防護問題（如X、γ射線的傳播）檢測件及焊接件等構(gòu)件內(nèi)部缺陷，特別是體積型缺陷（即具有一定空間分布的缺陷）磁粉探傷直觀顯示缺陷的形狀、位置、大?。混`敏度高，可檢缺陷最小寬度約為1

mm幾乎不受試件大小和形狀的限制；檢測速度快、工藝簡單、費用低廉；操作簡便、儀器便于攜帶只能用于鐵磁性材料；只能發(fā)現(xiàn)表面和近表面缺陷對缺陷方向性敏感；能知道缺陷的位置和表面長度，但不知道缺陷的深度檢測鑄件、鍛件、焊縫和機械加工零件等磁性材料的表面或表面缺陷（如裂紋）滲透探傷設(shè)備簡單，操作簡便，投資小；效率高（對復(fù)雜試件也只需一次檢驗）；適用范圍廣（對表面缺陷，一般不受試件材料種類及其外形輪廓限制）只能檢測開口于表面的缺陷且不能顯示缺陷深度及缺陷內(nèi)部的形狀和尺寸；無法或難以檢查多孔的材料檢測結(jié)果受試件表面粗糙度影響較大；難以定量控制檢驗操作程序多憑檢驗人員經(jīng)驗、認真程度和視力的敏銳程度用于檢驗有色和黑色金屬的鑄件、鍛件、粉末冶金件、焊接件以及各種陶瓷、塑料、玻璃制品的裂紋、氣孔、分層、縮孔、疏松、折疊及其他開口于表面的缺陷5種常用無損探傷方法比較二、常用無損探傷方法探傷方法優(yōu)

點缺

點適用范圍渦流探傷適于自動化檢測（可直接以電信號輸出）；非接觸式檢測，無須耦合劑且速度快；適用范圍較廣（既可檢測缺陷也可檢測材質(zhì)、形狀與尺寸的變化等）只限用于導(dǎo)電材料；對形狀復(fù)雜試件及表面下較深部位的缺陷檢測有困難，檢測結(jié)果尚不直觀，尚難判斷缺陷性質(zhì)、大小及形狀用于鋼鐵、有色金屬等導(dǎo)電材料所制成的試件，不適于玻璃、石頭和合成樹脂等非金屬材料超聲波探傷適于內(nèi)部缺陷檢測，探測范圍大、靈敏度高、效率高、操作簡單；適用廣泛、使用靈活、費用低廉探傷結(jié)果顯示不直觀難以對缺陷做精確定性和定量；一般需用耦合劑，對試件形狀的復(fù)雜性有一定限制可用于金屬、非金屬及復(fù)合材料的鑄、鍛、焊件與板材續(xù)表任務(wù)二超聲波無損檢測一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識（一）初識超聲波超聲波探傷是依據(jù)定向輻射超聲波束在缺陷界面上產(chǎn)生反射或使透過聲能下降等原理通過測量回波信息和透過聲波強度變化來指示傷損的一種方法。超聲波探傷可檢查金屬材料、部分非金屬材料的表面和內(nèi)部缺陷，如檢查鍛件中的白點、裂紋、夾渣、分層；非金屬材料中的氣泡、分層和黏合層中的黏合不良；焊縫中裂紋，未焊透、夾渣、氣孔以及管棒和鍛件中與表面成一定角度的缺陷。因此，它被廣泛地應(yīng)用于無損探傷。（二）超聲波的產(chǎn)生波是物質(zhì)的一種運動形式，可分為電磁波和機械波兩類。電磁波是交變電磁場在空間的傳播過程，如無線電波、紅外線等，而機械波是指機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程，如水波、超聲波等。產(chǎn)生機械波需要兩個必要條件：一是要有做機械振動的振源；二是要有能傳遞機械振動的彈性介質(zhì)。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識（三）超聲波的類型根據(jù)超聲波傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向相對于波的傳播方向的不同，可將超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波4種?？v波（L波）介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向互相平行的波，稱為縱波，用L表示。當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點受到交變拉壓應(yīng)力作用時，質(zhì)點之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮形變，從而形成縱波橫波（S或T波）介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向互相垂直的波，稱為橫波，用S或T表示。當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點受到交變的剪切應(yīng)力作用時，產(chǎn)生剪切形變，從而形成橫波一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識3.

表面波（R）當(dāng)介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力作用時，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟ǎQ為表面波，常用R表示。又稱瑞利波。表面波在介質(zhì)表面?zhèn)鞑r，介質(zhì)表面質(zhì)點做橢圓運動，橢圓長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向。橢圓運動可視為縱向振動與橫向振動的合成，即縱波與橫波的合成，因此表面波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。表面波的能量隨深度增加而迅速減弱，當(dāng)傳播深度超過兩倍波長時，質(zhì)點的振幅就已經(jīng)很小了，因此，一般認為表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長深度內(nèi)的缺陷。表面波一般應(yīng)用于鋼管探傷。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識4.板 波板波是板材特有的一種波形，它在板材厚度小于入射波波長時產(chǎn)生。在一個給定的板材中可以存在3種不同偏振的板波：第一種是純橫波，它的偏振方向與板表面平行；第二種是對稱型的拉姆（Lamb）波，在板材中心面上的質(zhì)點的偏振方向與傳播方向平行，如同波的偏振，而其他位置的質(zhì)點的偏振軌跡為橢圓；第三種為非對稱型（或彎曲型）的拉姆（Lamb）波，板材中心面上質(zhì)點的偏振方向與傳播方向相垂直，其他位置的質(zhì)點的偏振跡也為橢圓。板波一般應(yīng)用于薄板、薄壁鋼管探傷。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識（四）超聲波探傷的優(yōu)缺點1.

超聲波探傷的優(yōu)點指向性好。超聲波波長很短，像光波一樣，可以定向發(fā)射，因而能方便、準確地對缺陷定位。穿透力強。超聲波能量高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時能量損失小，在一些金屬材料中傳播時，其穿透能力可達數(shù)米。靈敏度高。一個存在于鋼中的空氣分層厚度為10－6

mm，反射率可超過21%，當(dāng)分層厚度在10－5

mm以上時，反射率可超過94%。適用面廣?？蓹z測金屬、非金屬、復(fù)合材料等多種材料制件的檢測，采用多種波形以及各種探頭作不同方向的探測，能探出工件內(nèi)部和表面各種取向的缺陷。高效低價。檢測速度快，在較短的時間內(nèi)就可完成對工件的檢測，僅耗損少量電能和耦合劑。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識2.

超聲波探傷的缺點檢測結(jié)果受人為影響。對試件中缺陷的發(fā)現(xiàn)與評價，主要取決于探傷人員對儀器的調(diào)節(jié)和判斷。探測面狀態(tài)影響檢測結(jié)果。探測表面要求制備，不良的探測面影響傷損檢測靈敏度。工件狀態(tài)影響檢測結(jié)果。工件形狀過于復(fù)雜，材料晶粒和組織不均勻?qū)μ絺Y(jié)果均有一定的影響。定量精度差。探測出缺陷的當(dāng)量或延伸度與實際缺陷大小均有一定的誤差。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識（五）超聲波的基本參數(shù)振幅A：振動質(zhì)點偏離平衡位置的最大距離。頻率f：振動質(zhì)點單位時間（通常指1

s，以下同）內(nèi)圍繞平衡位置完成全振動的次數(shù)稱為振動頻率，其數(shù)值與波動頻率相等。波動頻率是指波動過程中任一給定質(zhì)點在單位時間內(nèi)通過完整波的個數(shù)。在實際探傷中往往會遇到工作頻率和重復(fù)頻率兩個概念。工作頻率是指探頭發(fā)射的超聲波頻率，重復(fù)頻率是指探頭每秒鐘向試件發(fā)射超聲波的次數(shù)。為了提高探傷速度，一般要求重復(fù)頻率越高越好，但過高的重復(fù)頻率會導(dǎo)致發(fā)射和接收間的干擾，產(chǎn)生幻象回波。因此，重復(fù)頻率應(yīng)根據(jù)被檢工件的大小，一次聲程所需要的時間，儀器接收和發(fā)射超聲波的能力，以及探傷速度等多方面因素決定。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識周期T：振動質(zhì)點完成一次全振動所需要的時間，單位為秒（s）。周期與頻率的關(guān)系為T＝1/f。波長λ：同一波線上相鄰兩振動相位相同的質(zhì)點間的距離稱為波長。波源或介質(zhì)中任意質(zhì)點完成一次全振動，波正好前進一個波長的距離，單位為毫米（mm）或米（m）。（5）聲速c：聲波在彈性介質(zhì)中，單位時間內(nèi)所傳播的距離，也可稱為波速，單位為米/秒（m/s）或千米/秒（km/s）。波長、聲速和頻率之間的關(guān)系為λ＝c/f。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識下表為一些常用材料中的聲速和波長。材料聲速/（km/s）縱波波長/mm橫波波長/mm縱波橫波2

MHz2.5

MHz2

MHz2.5

MHz鋼5.93.232.952.361.6151.292有機玻璃2.731.431.371.090.7150.572尼龍10102.4—1.20.96——水1.48—0.740.59——油1.4—0.700.56——空氣0.34—0.170.14——一些常用材料中的聲速和波長一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識通常把充滿超聲波的空間部分或超聲振動所波及的部分介質(zhì)稱為超聲場。超聲場具有一定的空間大小和形狀，只有當(dāng)缺陷位于超聲場內(nèi)時，才有可能被發(fā)現(xiàn)。超聲場圓盤聲源（指一種圓平面狀的振子）輻射的縱波聲場軸線上的聲壓分布規(guī)律如圖所示。由圖可知，波源附近的軸線上聲壓上下起伏變化，存在若干個極大極小值。距波源的距離愈近，聲壓極大極小值的點就愈密。聲學(xué)上把由子波的干涉在波源附近的軸線上產(chǎn)生一系列聲壓極大極小值的區(qū)域稱為超聲場的近場區(qū)。（六）超聲場的特征值圓盤聲源束軸線上的聲壓分布規(guī)律一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識聲壓p超聲場中某一點在某一時刻所具有的壓強p1與沒有超聲波存在時的靜態(tài)壓強p0之差，稱為該點的聲壓，用p表示，即：p＝p1－p0。超聲場中某一點的聲壓的幅值與介質(zhì)的密度、波速和頻率成正比。在超聲波探傷儀上，屏幕上顯示的波高與聲壓成正比。聲阻抗Z超聲場中任一點的聲壓p與該處質(zhì)點振動速度之比v稱為聲阻抗，常用Z表示， 。由上式可知，聲阻抗的大小等于介質(zhì)的密度與波速的乘積。由v＝p/Z可知，在同一聲壓下，Z增加，質(zhì)點的振動速度下降。因此聲阻抗Z可理解為介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。超聲波在兩種介質(zhì)組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質(zhì)的聲阻抗密切相關(guān)。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識3.聲 強單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強，常用I表示。當(dāng)超聲波傳播到介質(zhì)中某處時，該處原來靜止不動的質(zhì)點開始振動，因而具有動能；同時該處介質(zhì)產(chǎn)生彈性變形，因而也具有彈性位能；聲能為兩者之和。聲波的聲強與頻率的平方成正比，而超聲波的頻率遠大于可聞聲波。因此超聲波的聲強也遠大于可聞聲波的聲強。這是超聲波能用于探傷的重要原因。在同一介質(zhì)中，超聲波的聲強與聲壓的平方成正比。一、超聲波無損檢測基礎(chǔ)知識（七）超聲波的衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫作超聲波衰減。引起超聲波衰減的主要原因是波束擴散、晶粒散射和介質(zhì)吸收。擴散衰減超聲波在傳播過程中，由于波束的擴散，使超聲波的能量隨距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象叫作擴散衰減。超聲波的擴散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。散射衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時，遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象，稱為散射衰減。散射衰減與材質(zhì)的晶粒密切相關(guān)，當(dāng)材質(zhì)晶粒粗大時，散射衰減嚴重，被散射的超聲波沿著復(fù)雜的路徑傳播到探頭，在屏上引起林狀回波，使信噪比下降，嚴重時噪聲會湮沒缺陷波。吸收衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)中質(zhì)點間內(nèi)摩擦（即黏滯性）和熱傳導(dǎo)引起超聲波的衰減，稱為吸收衰減或黏滯衰減。通常所說的介質(zhì)衰減是指吸收衰減與散射衰減，不包括擴散衰減。二、超聲波探傷的原理及方法當(dāng)超聲波在被檢測材料中傳播時，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測，來了解材料的性能和結(jié)構(gòu)的變化，這種技術(shù)稱為超聲波檢測。利用超聲波檢測技術(shù)形成的超聲波探傷方法，按照工作原理分可以分為脈沖反射法、穿透法、衍射時差法；按照波形分類可以分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法和爬坡法；按照顯示方式分類可分為A型顯示探傷法和超聲成像顯示法；按照探頭數(shù)目來分可分為單探頭法、雙探頭法和多探頭法；按照與工件的接觸方法來分可分為接觸法、液浸法和電磁耦合法。二、超聲波探傷的原理及方法直探法就是縱波探傷，主要用于探測與工件表面平行的缺陷。斜探法就是橫波探傷，主要用于探測與工件表面垂直或成某一角度的缺陷。脈沖反射法探傷是利用由脈沖反射式的超聲波探傷儀發(fā)射的超聲波，在兩種不同介質(zhì)的表面上發(fā)生反射作用，并將反射回來的超聲波接收放大，在熒光屏上以可見光的形式顯示出來，來達到探傷的目的。液浸法，利用此方法檢測鋼管、鍛件的缺陷，如圖所示。單（雙）探頭檢測焊縫的方法如圖所示。（a）全浸沒式（b）噴液式（c）通水式（d）滿溢式水浸（噴水）法檢測鋼管、鍛件二、超聲波探傷的原理及方法（一）穿透法穿透法是最早采用的超聲波探傷法，也叫透射法，其基本原理是，先將兩個探頭分別置于被測工件的兩個相對面，一個探頭發(fā)射超聲波，超聲波即透射過被測工件而被另一面的探頭所接收。若被測件內(nèi)有缺陷存在，由于缺陷可引起超聲波的衰減，因此透射過的超聲波的能量減少，根據(jù)能量減少的程度可判斷缺陷的大小。穿透法分為連續(xù)穿透法和脈沖穿透法兩種。脈沖穿透法（如圖）的優(yōu)點是，不存在探測盲區(qū)，判定缺陷方法簡單，適用于連續(xù)的自動化探測較薄的工件；其缺點是，探傷靈敏度低，分辨率差，不能確定缺陷的深度位置，一般需要專用的探頭夾持裝置（a）無缺陷（b）有小缺陷（c）有大缺陷二、超聲波探傷的原理及方法（二）脈沖反射法超聲波以持續(xù)極短的時間發(fā)射脈沖到被檢測工件內(nèi)，當(dāng)遇到缺陷和底面就會產(chǎn)生反射，根據(jù)反射波的情況來檢測工件的方法稱為脈沖反射法，它是目前應(yīng)用最廣泛的一種超聲波探傷法。脈沖反射法可分為垂直探傷法和斜角探傷法兩種。根據(jù)探傷波形進行判斷的探傷，稱為缺陷回波法（也稱為二次回波法），該方法是脈沖反射法的基本方法。當(dāng)工件完好時，超聲波可以順利到達工件底面，在工件底面光滑且與探傷平面平行的條件下，探傷波形中只有發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個信號。若工件中存在缺陷，在探傷波形中，底面回波前面會出現(xiàn)表示缺陷的回波，如圖所示。缺陷回波探傷的基本原理二、超聲波探傷的原理及方法1.

垂直探傷法使超聲波垂直進入工件進行探傷的方法稱為垂直探傷法。當(dāng)被測件無缺陷時（圖2-10），示波屏上只有始波T和底波B，當(dāng)被測件中有小缺陷時，示波屏上除始波和底波外，還有缺陷波F，當(dāng)被測件中的缺陷大于聲束直徑時，示波屏幕上只有始波和缺陷波，底波消失。脈沖反射式垂直探傷法（a）無缺陷（b）有小缺陷（c）有大缺陷二、超聲波探傷的原理及方法2.

斜角探傷法超聲波以一定的角度（大于0）進入工件，超聲波與探測面成一定的角度的傳播方式進行探傷的方法稱為斜角探傷法。當(dāng)被測工件無缺陷時（如圖），示波屏上只有始波T，被測工件有缺陷時，示波屏上除了有始波外，還有缺陷波F。缺陷處的衍射現(xiàn)象二、超聲波探傷的原理及方法（三）衍射時差法（TOFD）衍射時差法（TOFD）是利用缺陷部位的衍射波信號來檢測和測定缺陷尺寸的一種超聲檢測方法，通常使用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式。缺陷處的衍射現(xiàn)象如圖所示。缺陷處的衍射現(xiàn)象二、超聲波探傷的原理及方法（三）衍射時差法（TOFD）TOFD方法一般將探頭對稱分布于焊縫兩側(cè)。在工件無缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時，在直通波和底面反射波之間接收探頭還會接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波（圖2-13）。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波形轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的橫波，因為速度小于縱波，因而一般會遲于底面反射波到達接收探頭。缺陷處A掃描信號二、超聲波探傷的原理及方法主要優(yōu)點：缺陷的衍射信號與缺陷的方向無關(guān)，缺陷檢出率高；超聲波束覆蓋區(qū)域大；缺陷高度測量精確；實時成像，分析快速；缺陷的定量不依賴于缺陷的回波幅度；快速、安全、方便。局限性：由于T0FD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)，因此在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區(qū)；TOFD信號較弱，易受噪聲影響；傾向于“過分夸大”中下部缺陷和部分良性缺陷，如氣孔、夾層等；TOFD數(shù)據(jù)分析對檢測人員要求高。三、超聲波探傷設(shè)備超聲波探傷儀是根據(jù)超聲波的傳播特性和電聲轉(zhuǎn)換原理，利用電子技術(shù)而制造的。超聲波探傷儀的種類很多，有模擬式和數(shù)字式，有通用式和專用式，有固定式和便攜式，有單通道和多通道等。超聲波探傷器（儀）是超聲波探傷的重要設(shè)備，雖型號不一，但其基本結(jié)構(gòu)均包括高頻脈沖發(fā)生器、換能器（探頭）、接收放大器和指示器4部分。超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設(shè)備，它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于探頭（或稱為換能器），激勵探頭發(fā)射超聲波，同時將探送回的電信號進行放大，通過一定方式顯示出來，從面得到被探工件內(nèi)有無缺陌及缺陷位置和大小等信息。三、超聲波探傷設(shè)備（一）模擬式超聲波探傷儀1.

工作原理A型顯示脈沖反射式模擬式超聲波探傷儀的種類很多，功能不一，但基本電路和工作原理大致相同。它們一般都由同步、發(fā)射、掃描、接收、顯示、電源、輔助單元（報警和深度補償）和探頭組成。A型脈沖反射式超聲波探傷儀的結(jié)構(gòu)如圖所示A型脈沖反射式超聲波探傷儀組成三、超聲波探傷設(shè)備1.

工作原理A型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀的工作流程如下：同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開始工作，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，加至示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，在熒光屏上產(chǎn)生一條水平掃描線。與此同時，發(fā)射電路受觸發(fā)將高頻窄脈沖加至探頭上，激勵壓電晶片振動產(chǎn)生超聲波。超聲波在工件中傳播，遇缺陷或底面發(fā)生反射，超聲波返回探頭時，又被壓電晶片轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)接收電路大和檢波，加至示波管垂直偏轉(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)生缺陷波F和底波B（T為發(fā)射脈沖），根據(jù)缺陷波的位置可以確定缺陷埋藏的深度根據(jù)缺陷波的幅度可以估算出缺陷的當(dāng)量大小。三、超聲波探傷設(shè)備2.

主要性能水平線性：探傷儀熒光屏?xí)r間或距離軸上顯示的信號與輸入接收信號成正比關(guān)系的程度。垂直線性：探傷儀熒光屏上顯示的信號幅度與輸入接收器的信號幅度成正比關(guān)系的程度。動態(tài)范圍：在增益調(diào)節(jié)不變時，探傷儀熒光屏上能分辨的最大與最小反射波高之比，即反射波高從100%到消失所需要的衰減量。靈敏度余量：超聲探傷系統(tǒng)中，以一定電平表示的標準缺陷探測靈敏度與最大探測靈敏度之間的差值，其含義是儀器和探頭組合檢測最小缺陷的能力。分辨力：有效辨別兩個緊密相鄰不連續(xù)的能力。盲區(qū)：在一定探傷靈敏度下，從探測面到最近可探缺陷在被檢工件中的深度。電噪聲電平：熒光屏上電噪聲平均幅度在垂直刻度上的百分比。三、超聲波探傷設(shè)備（二）數(shù)字式超聲波探傷儀數(shù)字式超聲波探傷儀是計算機技術(shù)和超聲探傷儀技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是在模擬式超聲探傷儀的基礎(chǔ)上，采用計算機技術(shù)實現(xiàn)儀器功能的精確和自動控制、信號獲取和處理的數(shù)字化和自動化、檢測結(jié)果的可記錄性和可再現(xiàn)性。因此，它具有模擬式超聲探傷儀的基本功能，同時又增加了數(shù)字化帶來的數(shù)據(jù)測量、顯示、存儲與輸出功能。近年來，數(shù)字式儀器發(fā)展很快，有逐步取代模擬式探傷儀的趨勢。所謂數(shù)字式超聲探傷儀，主要是指發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號的處理、顯示均采用數(shù)字式方式的儀器。不同的制造商生產(chǎn)的數(shù)字式超聲探傷儀，可能會采用不同的電路設(shè)置，保留的模擬電路部分也不相同。但最主要的一點是，探頭接收的超聲信號需經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字處理后顯示出來。三、超聲波探傷設(shè)備1.

數(shù)字式與模擬式超聲探傷儀的異同（1）基本組成典型A型脈沖反射式數(shù)字式超聲探傷儀的電路如圖所示。從它的基本構(gòu)成來看，數(shù)字式儀器發(fā)射電路與模擬式儀器是相同的，接收放大電路的前半部分，包括衰減器和高頻放大器等，與模擬式儀器也是相同的數(shù)字式超聲波電路三、超聲波探傷設(shè)備（2）儀器的功能從基本功能來看，數(shù)字式儀器可提供模擬式儀器具有的所有功能，但各部分功能的控制方式是不同的。在模擬式儀器中，操作者直接撥動開關(guān)對儀器的電路進行調(diào)整，而在數(shù)字式儀器中，則要通過人機對話，用按鍵或菜單的方式，將控制數(shù)據(jù)輸入給微處理器，然后由微處理器發(fā)出信號控制各電器的工作。微處理器還可以按照預(yù)先設(shè)定的程序，自動對儀器進行調(diào)整，這就給自動檢測系統(tǒng)提供了極大的方便。1.

數(shù)字式與模擬式超聲探傷儀的異同三、超聲波探傷設(shè)備（3）儀器的性能從影響儀器性能的最基本的部分發(fā)射電路和接收電路來看，數(shù)字式儀器與模擬式儀器是相同的，儀器的靈敏度、分辨力、放大線性等差別不大，最主要的差別是數(shù)字式儀器中的模-數(shù)轉(zhuǎn)換、信號處理和顯示部分。模-數(shù)轉(zhuǎn)換（又稱A/D轉(zhuǎn)換）是通過對連續(xù)變化的模擬信號進行高速度、等間隔的采樣，將其變換為一列大小變化的數(shù)字量的過程（如圖）。1.

數(shù)字式與模擬式超聲探傷儀的異同模-數(shù)轉(zhuǎn)換示意圖三、超聲波探傷設(shè)備數(shù)字式超聲波探傷儀的優(yōu)勢與問題數(shù)字式儀器與模擬式儀器相比的優(yōu)勢在于：接收信號的數(shù)字化使超聲信號的存儲、記錄再現(xiàn)十分方便，改變了傳統(tǒng)超聲檢測缺乏永久記錄的缺點，同時，也方便了信號的分析與處理，從而可從接收的超聲信號中得到更多的量化信息；顯示器不需要傳統(tǒng)的示波管，使得儀器可小型化；儀器參數(shù)的數(shù)字式控制使檢測參數(shù)可以存儲、檢測過程的重現(xiàn)方便；還便于實現(xiàn)遙控等功能，為自動檢測系統(tǒng)提供了更方便的條件。數(shù)字化使儀器功能可用軟件不斷擴展，可實現(xiàn)使一臺儀器滿足不同使用者的需求。但是，數(shù)字式儀器也有一些不利因素，因其模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率、數(shù)據(jù)長度、顯示器的分辨率、刷新速度等帶來的信號失真，可能對檢測信號的評價帶來一定的影響。在使用數(shù)字式儀器時，必須對這些因素加以考慮，以免造成缺陷的漏檢誤檢等問題。四、超聲波探傷儀的探頭（一）探頭的作用超聲波的探傷中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實現(xiàn)的。探頭的作用是將電能裝換為超聲能（產(chǎn)生超聲波）或?qū)⒊暡ㄞD(zhuǎn)換成電能。常用于制作超聲探頭的壓電材料主要有石英、硫酸鋰和鋯鈦酸鉛。超聲波的產(chǎn)生與接收過程是：當(dāng)探傷儀發(fā)射電路產(chǎn)生的高頻脈沖加于探頭時，激勵壓電晶片發(fā)生高頻振動，產(chǎn)生超聲波；相反，當(dāng)超聲波傳至探頭而使晶片發(fā)生高頻振動時，晶片就產(chǎn)生高頻電振蕩，送至探傷儀接收電路，經(jīng)放大與檢波，在示波管上顯示出波形，因此，探頭是利用壓電晶片的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，同時利用壓電晶片的正壓電效應(yīng)接收超聲波。四、超聲波探傷儀的探頭1.

直探頭波束垂直于被探測工件表面入射的探頭稱為直探頭。它用來發(fā)射和接收縱波，一般用于手工操作接觸法探傷，這種探頭既適合于單探頭反射法，也適合于雙探頭穿透法。它由壓電晶片、阻尼塊、保護膜、殼體、高頻接頭、地線（電纜線）等基本元件組成，如圖所示。（二）探頭的種類直探頭的結(jié)構(gòu)壓電晶片是探頭的核心元件，用來發(fā)射與接收超聲波。阻尼塊伏貼在壓電晶片后面，用來吸收晶片的慣性振動與輻射聲能。保護膜用來保護壓電晶片與電極，以防止其磨損與碰壞。殼體一般由金屬或塑料制成。四、超聲波探傷儀的探頭2.

斜探頭利用透聲模塊使聲束傾斜于工件表面射入工件的探頭，稱為斜探頭。以射入角的不同，可在工件中產(chǎn)生縱波、橫波和表面波。通常所說的斜探頭是指橫波斜探頭，斜探頭主要由壓電晶片、透聲斜楔塊、吸聲材料、接頭和殼體等組成，如圖2-18所示。（二）探頭的種類斜探頭的結(jié)構(gòu)四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類斜探頭根據(jù)聲束入射角的不同，會在工件中產(chǎn)生折射角不同的橫波。橫波斜探頭的標稱方式有3種。以縱波入射角作為標稱，有30°、45°、50°和55°。以鋼中的橫波折射角作為標稱，有40°、45

°.50

°

60

°和70

°等。以銅中的折射角正切值（K）作為標稱，常用探頭的K值有1、1.5、2、2.5和3。有機玻璃斜探頭的入射角與在鋼中的橫波折射角的關(guān)系見表2-3，K值與折射角的關(guān)系見表2-4。四、超聲波探傷儀的探頭入射角30

45

50

55

折射角36

57

65

76

表2-3

有機玻璃斜探頭的入射角與在鋼中的橫波折射角的關(guān)系表2-4

K值與鋼中的橫波折射角的關(guān)系K11.522.53折射角45

56

63

68

72

四、超聲波探傷儀的探頭雙晶探頭的結(jié)構(gòu)4.

雙晶探頭雙晶探頭又稱為聯(lián)合雙探頭或分割式TR探頭，它有兩個壓電晶片，裝在同一個殼體內(nèi)。一個晶片發(fā)射，另一個晶片接收，兩個晶片之間用隔聲層隔開，防止發(fā)射聲波直接傳入接收晶片。晶片前面帶有有機玻璃延遲塊，使聲波延遲一段時間進入工件由于發(fā)射和接收分開，并且使用了延遲塊，所以大大減少了盲區(qū)，利于近表面缺陷的探測。典型雙晶探頭的結(jié)構(gòu)如圖所示（二）探頭的種類3.表面波探頭表面波探頭是斜探頭的一個特例。當(dāng)斜探頭入射角等于第二臨界角時，由波形轉(zhuǎn)換器得到沿被探測材料表面?zhèn)鞑サ谋砻娌?，這種斜探頭稱為表面波探頭。（注：當(dāng)?shù)诙橘|(zhì)中的橫波波速大于第一介質(zhì)中的縱波波速時，才會出現(xiàn)第二臨界角）四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（1）壓電晶片壓電晶片具有電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的功能，將電能轉(zhuǎn)變成聲能（發(fā)射）是逆壓電效應(yīng)作用，將聲能轉(zhuǎn)變成電能（接收）是正壓電效應(yīng)作用。壓電晶片的材料有石英、硫酸鋰等單晶材料和鈦酸鋇、鈦酸鋁等壓電陶瓷材料。用石英材料做晶片的探頭，其特點是：電性能和機械性能最穩(wěn)定，因此標準探頭均用石英晶片制作，其居里點高（570°C），能在高溫下工作，但電聲轉(zhuǎn)換率差，靈敏度較低。鋼軌探傷所用的探頭晶片多數(shù)采用鈦酸鉛壓電陶瓷材料制作而成。壓電晶片的振動頻率，即探頭的工作頻率f取決于晶片厚度Tg，以及超聲波在晶片材料中的傳播速度c，它們之間的關(guān)系式：f＝c/2Tg。由上式可知，晶片的振動頻率與晶片厚度呈反比關(guān)系，即晶片厚度越薄，振動頻率越高；反之，晶片越厚，振動頻率越低。四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（2）阻尼塊與晶片或楔塊組合具有高阻尼效率的塊狀物體稱為阻尼塊，其作用是阻止晶片的慣性振動和吸收晶片背面輻射的聲能，以減小脈沖寬度和雜信號干擾。通常用鎢粉和環(huán)氧樹脂或其他特種材料按一定比例配制而成。（3）保護膜為使探頭與工件接觸移動中不損壞晶片，常在晶片前面附一層保護膜。保護膜有硬質(zhì)保護膜（如陶瓷、金屬片等）和軟質(zhì)保護膜（如有機玻璃、聚氨酯薄膜、尼龍等），硬質(zhì)保護膜雖耐磨，但耦合條件要求高，透聲性能差。軟質(zhì)保護膜一般比硬質(zhì)保護膜的適聲性能高3～5倍，且具有較好的耦合條件，為此對探測面光潔度較差的工件多數(shù)使用軟質(zhì)保護膜。鋼軌探傷使用的探頭保護膜一般選用尼龍1010材料，其衰減系數(shù)約為5

dB/cm，具有良好的透聲性。四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（4）連接線探頭須用高頻電纜與探傷儀連接，常用同軸電纜作高頻電纜，其作用是為消除外來電波對探頭內(nèi)激勵脈沖和回波脈沖的干擾，同時防止高順脈沖以電波形式向外輻射，但這種電纜比一般電纜脆弱，彎曲過大易損壞，使用時應(yīng)多加注意。（5）斜楔塊斜探頭與直探頭的不同就是多了一塊透聲的斜楔塊，其作用是產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換和改變聲束傳播方向，它可以將縱波轉(zhuǎn)換成橫波或表面波或板波，轉(zhuǎn)換后的波形種類取決于斜楔塊的傾角和組成界面（楔塊和工件或耦合層）的兩種介質(zhì)聲速。為降低斜楔內(nèi)返回晶片的聲能，常在斜楔塊前端和上部制作成齒狀的消聲槽，以減少楔塊內(nèi)反射造成的雜波干擾。斜鍥塊常用材料是有機玻璃，它具有加工方便、衰減系數(shù)適宜的優(yōu)點。四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（6）延遲塊為使超聲發(fā)射脈沖持續(xù)時間等影響落在延遲過程中，而附加在探頭晶片前的透聲材料稱為延遲塊。如雙晶片直探頭前的塊狀物體，常用有機玻璃制作，它加工方便，透聲效果較好，還可以根據(jù)探測的需要將兩塊延遲塊制成一定的傾角，使聲束能量集中在需要重點探測的區(qū)域內(nèi)。如鋼軌探傷中37°探頭和0°探頭的聲束交區(qū)一般聲程為80～100mm，這樣有利于對螺孔裂紋的探測。（7）隔聲層雙晶片探頭中為使接收晶片和發(fā)射晶片在聲路上分割開來，在兩片晶片之間夾一吸聲性強的隔片，該隔片稱為隔聲層。常用軟木制成，它具有價格便宜、隔聲效果好的優(yōu)點。如果隔聲層不良則會產(chǎn)生信號泄漏現(xiàn)象，超聲信號穿過預(yù)設(shè)隔聲層，進入接收放大電路，會產(chǎn)生異常回波顯示，干擾對探傷回波的識別。四、超聲波探傷儀的探頭（三）探頭的型號編制和性能定義探頭型號的組成項目及其排列順序規(guī)定如下：壓電材料鋯鈦酸鉛陶瓷代號壓電材料代號P鈮酸鋰單晶L鈦酸鋇陶瓷B碘酸鋰單晶I鈦酸鉛陶瓷T石英材料Q其他壓電材料N基本頻率：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為MHz。壓電材料：用化學(xué)元素縮寫符號表示，見下表。壓電材料用化學(xué)元素縮寫符號表示四、超聲波探傷儀的探頭（三）探頭的型號編制和性能定義晶片尺寸：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm。其中圓形晶片用直徑表示；方形晶片用長寬表示；分割探頭用分割前的晶片尺寸表示。種類：用一個或兩個漢語拼音縮寫字母表示（見下表），其中直探頭可以不標出。種類表示代號種類直探頭代號種類代號Z表面波探頭BM斜探頭（用K值表示的）K可變角探頭KB斜探頭（用折射角表示的）X水浸探頭SJ分割探頭FG四、超聲波探傷儀的探頭（三）探頭的型號編制和性能定義（5）特征：斜探頭鋼中折射角正切值（K值）和折射角用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，折射角單位為 。分割探頭鋼中聲束交區(qū)深度用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm，分割直探頭和分割斜探頭分別用漢語拼音字母Z和X作為代號。例2：例1：四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇探頭的選擇包括探頭的形式、頻率、晶片尺寸和斜探頭K值的選擇。1.

探頭形式的選擇根據(jù)被測工件的形狀和缺陷可能出現(xiàn)的位置、方向等條件來選擇探頭的種類，使聲束軸線盡量與缺陷相垂直。直探頭只能發(fā)射和接收縱波，波束軸線垂直于探測面，主要用于探測與探測面平行的缺陷，如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。斜探頭是通過波形轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)橫波探傷的，主要用于探測與探測平面垂直或呈一定角度的缺陷，如焊縫中的未焊透、夾渣和未熔合等缺陷。表面探頭用于探測工件表面的缺陷，雙晶探頭用于探測工件近表面的缺陷。四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇2.

探頭頻率的選擇探頭頻率的高低對探傷影響較大。超聲波探頭的頻率一般選擇在0.5～10

MHz。探頭頻率高，則指向性好、靈敏度和分辨率高，對探傷有利。但探頭頻率太高，會增大近場區(qū)長度（波源軸線上最后一個聲壓極大值至波源的距離稱為近場區(qū)長度），衰減也大，對探傷不利。一般來說，在保證探傷靈敏度的前提下，應(yīng)盡可能選擇較低的頻率。對于晶粒較細的鍛件、軋制件和焊件等，一般選用較高的探頭頻率，常采用2.5～5.0MHz的頻率。對于晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等，一般選用較低的探頭頻率，常采用0.5～2.5

MHz的頻率。如果探頭頻率過高，會引起嚴重衰減，示波屏上會出現(xiàn)“林狀回波”，信噪比下降，甚至無法探傷。四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇3.

探頭晶片尺寸的選擇探頭晶片的尺寸大小對聲束指向性、近場區(qū)長度、近距離和遠距離掃描范圍、缺陷查出能力有較大的影響。實際探傷中，當(dāng)探測探傷面積范圍大的工件時，為了提高探傷效率宜選擇大晶片探頭；當(dāng)探測探傷厚度較大的工件時，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠距離的缺陷，也宜使用大晶片探頭。當(dāng)探測小型工件時，為了提高缺陷定位定量精度，宜選用小晶片探頭。當(dāng)探測探傷表面不太平整、曲率較大的工件時，為了減少耦合損失，宜選用小晶片探頭。四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇4.

橫波斜探頭K值的選擇在橫波斜探傷中，探頭的K值對探傷的靈敏度、聲束軸線的方向、一次波的聲程（入射點至底面反射點的距離）有較大的影響。在實際探傷中，當(dāng)工件厚度較小時，應(yīng)選擇較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷；當(dāng)工件厚度較大時，應(yīng)選擇較小的K值，以減小聲程過大引起的衰減，便于發(fā)現(xiàn)較深處的缺陷。在焊縫探傷中，還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。對于單面焊接根部未焊透，還要考慮端角反射問題，應(yīng)使K值為0.7～0.5，因為當(dāng)K<0.7或K>1.5時，端角反射率很低，容易引起漏檢。五、超聲波探傷在鐵道機車車輛上的應(yīng)用（一）對輪座的探測方式對輪座鑲?cè)氩坑么蠼嵌刃碧筋^從軸頸探測或從車輪內(nèi)側(cè)軸身上探測，如圖2-20所示。這種方法采用橫波探傷，易于發(fā)現(xiàn)小的缺陷，也易于確定缺陷的位置。對輪座鑲?cè)氩坑眯〗嵌刃碧筋^從軸端面探測。用直探頭從軸端面對車軸進行穿透檢查，以確定車軸是否透聲良好，《鐵道車輛輪軸探傷工藝規(guī)程》中規(guī)定直探頭晶片直徑應(yīng)為20

mm。超聲波探測輪座時探頭的位置五、超聲波探傷在鐵道機車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對的主要過程1.

校驗儀器性能每日開工前應(yīng)檢查探傷儀的技術(shù)狀態(tài)。接通電源打開儀器后，首先連接好探頭和探頭連接線。調(diào)節(jié)儀器的水平旋鈕和垂直旋鈕，使時間基線與水平刻度線重合，始波前沿對準刻度0。調(diào)節(jié)輝度旋鈕，使熒光屏亮度適中。調(diào)節(jié)聚焦旋鈕和輔助聚焦旋鈕，使時間基線清晰。將儀器其他各部位的旋鈕置于適當(dāng)位置。使用標準試塊標定測距，確定探傷靈敏度，并在半軸實物試塊上進行當(dāng)量對比檢驗。五、超聲波探傷在鐵道機車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對的主要過程對輪對進行外觀檢查外觀檢查輪對有無故障跡象，鋼印是否符合超聲波探傷條件。估計探頭在車軸上放置的位置并涂耦合劑采用小角度縱波探頭時，探頭置于軸端面，應(yīng)在頂針孔與軸端外圈之間涂耦合劑。采用大角度橫波探頭時，探頭在軸頸或輪座內(nèi)側(cè)沿軸向移動。以40°斜探頭為例，超聲波在車軸內(nèi)的折射角約為50°，由下式計算出：sin

鋼內(nèi)橫波速度

sin

40

3

230

0.642

8

0.769有機玻璃內(nèi)縱波速度 2

700五、超聲波探傷在鐵道機車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對的主要過程4.

探傷操作在軸端面用小角度探頭或直探頭探傷時，探頭應(yīng)沿軸端面半徑方向往復(fù)運動，同時輪對緩慢轉(zhuǎn)動。探頭在軸端移動的軌跡按軸型分別參照下圖（a）、（b）、（c）所示的3種情況。（a）滑動軸承輪對 （b）滾動軸承輪對 （c）軸端大螺母輪對各型輪對探傷檢查時探頭在軸端移動的軌跡示意圖五、超聲波探傷在鐵道機車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對的主要過程用大角度探頭探傷，探頭應(yīng)沿軸頸或軸身表面母線往復(fù)運動，同時輪對緩慢轉(zhuǎn)動。探頭移動的區(qū)域按軸型參照下圖（a）、（b）所示的兩種情況。（a）滑動及退下軸承（或內(nèi)圈） （b）不退軸承（或內(nèi)圈）探傷檢查時滾動軸承輪對斜探頭移動區(qū)域及軌跡（沿軸頸或者軸身表面往復(fù)移動）任務(wù)三電磁探傷無損檢測一、電磁探傷的原理鐵磁性材料在磁場中被磁化后，其缺陷處會產(chǎn)生漏磁，電磁探傷就是根據(jù)這個原理來發(fā)現(xiàn)鐵磁性材料的缺陷的。例如，當(dāng)對某一零件沿軸向方向通以電流時，在這個零件中將產(chǎn)生封閉的磁力線，磁力線通過截面大小不一的鐵磁性材料時，磁力線的密度也隨之改變，由于其他物質(zhì)（如空氣、非金屬夾雜物等）的磁導(dǎo)率比鐵磁性材料的磁導(dǎo)率小得多（相差懸殊，一般鐵磁性材料的磁導(dǎo)率是空氣、非金屬夾雜物磁導(dǎo)率的102～104倍），因而，零件表面或近表面處有裂紋、氣孔或雜物等缺陷時，將阻礙磁力線通過，即磁阻增大，磁力線會產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象漏磁現(xiàn)象試驗一、電磁探傷的原理漏磁場：磁力線離開表面又進入工件表面的地方有漏磁場產(chǎn)生。漏磁場的大小取決于磁力線與缺陷的相對位置，分3種情況：磁力線與缺陷垂直，漏磁場最強，有利于檢出缺陷。磁力線與缺陷平行或夾角在0～45°，漏磁場最弱，不能檢出缺陷。磁力線與缺陷的夾角為45°～90°，可檢出缺陷，但靈敏度降低。一、電磁探傷的原理讓我們做一個實驗來說明（見右圖）。取一個矩形軟鐵心，繞若干線圈導(dǎo)線，在線圈中通以電流，鐵心中會產(chǎn)生磁力線，這時如果用鐵棒去接近它，可發(fā)現(xiàn)鐵心對鐵棒并沒有吸力，但如果在矩形鐵心的某一邊有一裂口，則在此裂口處便產(chǎn)生磁力，這是由于有了裂口而出現(xiàn)了兩個不同極性的磁極，從而在兩個磁極處產(chǎn)生漏磁，形成漏磁場的緣故。電磁探傷基本原理一、電磁探傷的原理從電磁探傷實踐中得到的結(jié)論：缺陷的磁導(dǎo)率越小，則漏磁場強度越強。外加磁場強度的大小是決定漏磁場強度的關(guān)鍵。只有當(dāng)外加磁場能磁化被探測零件，其磁感應(yīng)強度B（或Br）≥800Gs時，才能在微小缺陷處產(chǎn)生較強的漏磁通，吸引磁粉，呈現(xiàn)出缺陷的磁痕。缺陷越深，漏磁場強度越大，磁粉堆積越多，缺陷顯示越清晰。缺陷在表面時漏磁通大，缺陷在表面以下時漏磁通顯著變小，而位于表面以下很深的地方，則幾乎沒有漏磁通泄漏于空間中。磁力線與缺陷趨向越接近垂直，產(chǎn)生的漏磁通越強。若磁力線與缺陷趨向接近平行，則不產(chǎn)生漏磁通。一、電磁探傷的原理電磁探傷的具體適用范圍如下：適用于鐵磁性材料：碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、電工鋼、馬氏體不銹鋼、沉淀硬化鋼，不適用于檢測非鐵磁性材料，如銅、鋁、鎂、鈦及其合金，奧氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫。適用于原材料檢驗（管材、棒材、板材、型材）、半成品檢驗、成品檢驗（焊接件、鑄件、鍛件）、在役檢驗（如車軸）。適用于檢驗工件的表面和近表面缺陷，如裂紋、白點、發(fā)紋、氣孔、夾雜、折疊等。不適用于檢測表面淺而寬的缺陷、針孔、埋藏深度較深的缺陷以及與表面夾角小于20°的分層。二、電磁探傷的方法1.

周向磁化法周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流過貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體。目的：在工件中建立一個環(huán)繞工件的，并與工件軸垂直的周向閉合磁場，用于發(fā)現(xiàn)與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。根據(jù)被檢工件的形狀和大小，周向磁化方法又可分為直接通電法、中心導(dǎo)體法、觸頭法和平行電纜法等多種。（一）磁化方法二、電磁探傷的方法1）軸向通電法軸向通電法是將工件直接通以電流，使工件周圍和內(nèi)部產(chǎn)生周向磁場，如圖所示。1—工件；2—電流；3—磁力線；4—電極。軸向通電法2）中心導(dǎo)體法對于管件和環(huán)形工件的縱向缺陷，可采用中心導(dǎo)體法，如圖所示。1—工件；2—電流；3—磁力線；4—電極；5—心桿。圖2-26環(huán)形工件的中心導(dǎo)體法二、電磁探傷的方法3）觸頭法觸頭法是一種局部磁化法，如圖所示，它使用一對圓錐形的銅棒作為兩個通電電極，銅棒的一端通過電纜與電源連接，另一端與工件接觸。通電后，電流通過兩個觸頭施加在工件表面，形成以觸頭為中心的周向磁場。觸頭法4）