超聲檢測方法分類與特點課件

第5章超聲檢測方法分類與特點

哈爾濱鍋爐廠有限責任公司王占富5超聲檢測方法分類與特點概述超聲檢測方法分類的方式有多種，較常用的有如下幾種：1、按原理分類：脈沖反射法、衍射時差法（TOFD）、穿透法、共振法。2．按顯示方式分類：A型顯示和超聲成像顯示（可細分為B、C、D、S、P型顯示等）。3．按波型分類：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。4、按探頭數(shù)目分類：單探頭法、雙探頭法、多探頭法。5、按探頭與試件的接觸方式分類：接觸法、液浸法、電磁耦合法。6、按人工干預的程度分類：手工檢測、自動檢測。每一個具體的超聲檢測方法都是上述不同分類方式的一種組合，如最常用的：單探頭橫波脈沖反射接觸法（A型顯示）。每一種檢測方法都有其特點和局限性，針對每一檢測對象所采用的不同的檢測方法，是根據(jù)檢測目的及被檢工件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征來進行選擇的。5超聲檢測方法分類與特點超聲波探傷方法圖例5超聲檢測方法分類與特點

5.1按原理分類的超聲檢測方法

超聲檢測方法按原理分類，可分為脈沖反射法、衍射時差法、穿透法和共振法。

脈沖反射法超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢工件內(nèi)，通過觀察來自內(nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來對試件進行檢測的方法，稱為脈沖反射法。脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。

5超聲檢測方法分類與特點⑴缺陷回波法：根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進行判斷的方法，稱為缺陷回波法。

圖5-25超聲檢測方法分類與特點圖5－2是缺陷回波探傷法的基本原理，當試件完好時，超聲波可順利傳播到達底面，探傷圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個信號，如圖5—2a)所示。若試件中存在缺陷，在探傷圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F如圖5一2b)所示。5超聲檢測方法分類與特點⑵底波高度法：依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷情況的探傷方法，稱為底波高度法。

圖5-3

5超聲檢測方法分類與特點

底波高度法的特點在于同樣投影大小的缺陷可以得到同樣的指示，而且不出現(xiàn)盲區(qū)，但是要求被探試件的探測面與底面平行，耦合條件一致。由于該方法檢出缺陷定位、定量不便，靈敏度較低，因此，實際中很少作為一種獨立的探傷方法，而經(jīng)常作為一種輔助手段，配合缺陷回波法發(fā)現(xiàn)某些傾斜的和小而密集的缺陷。5超聲檢測方法分類與特點⑶多次底波法：依據(jù)底面回波次數(shù)，而判斷試件有無缺陷的方法，即為多次底波法。圖5-45超聲檢測方法分類與特點多次底波法主要用于厚度不大、形狀簡單、探測面與底面平行的試件探傷，缺陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。5超聲檢測方法分類與特點5.1.2衍射時差法定義：衍射時差法超聲檢測TimeOfFlightDiffractionTOFD方法利用缺陷端點的衍射波信號探測和測量缺陷的尺寸

TOFD基本結(jié)構(gòu)：一發(fā)一收雙探頭

寬角度縱波斜探頭（通常）5超聲檢測方法分類與特點2、TOFD檢測設(shè)備舉例5超聲檢測方法分類與特點3、TOFD檢測顯示示例A掃描顯示TOFD圖像5超聲檢測方法分類與特點4、物理基礎(chǔ)－衍射缺陷上的每一點形成新的子波源稱為衍射入射波5超聲檢測方法分類與特點衍射（續(xù)）缺陷衍射波衍射波入射波反射波特點：1、全方位2、低能量5超聲檢測方法分類與特點發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波上端點下端點底面反射波底面反射波埋藏缺陷的檢測原理5超聲檢測方法分類與特點掃查面開口缺陷的檢測原理發(fā)射探頭接收探頭缺陷下尖端底面反射波底面反射波直通波中斷無直通波5超聲檢測方法分類與特點底面開口缺陷的檢測原理發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波缺陷上尖端底面反射波中斷無底面反射波5超聲檢測方法分類與特點層間缺陷的檢測原理發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波底面發(fā)射波底面發(fā)射波反射波反射信號5超聲檢測方法分類與特點TOFD檢測圖像——灰度圖白+黑-幅度時間時間將每一個A掃描信號轉(zhuǎn)化為灰度線，沿探頭的運動方向拼接成二維灰度圖

5超聲檢測方法分類與特點TOFD掃查方式

非平行掃查平行掃查偏置非平行掃查發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動方向XY+Y－焊縫發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動方向XY+Y－焊縫發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動方向XY+Y－焊縫5超聲檢測方法分類與特點1、表面開口裂紋215超聲檢測方法分類與特點2、X形坡口根部未焊透12345超聲檢測方法分類與特點3、V形坡口根部未焊透根部未焊透1235超聲檢測方法分類與特點4、密集氣孔125超聲檢測方法分類與特點5、橫向裂紋12341235超聲檢測方法分類與特點6、根部未焊滿1235超聲檢測方法分類與特點7、層間未熔合5超聲檢測方法分類與特點8、根部未熔合TOFDtechniqueLackofrootfusiondefect5超聲檢測方法分類與特點9、根部凹陷TOFDtechniqueRootConcavitydefect5超聲檢測方法分類與特點10、根部過厚TOFDtechniqueOverpenetrationdefect5超聲檢測方法分類與特點TOFD優(yōu)點與脈沖反射法超聲檢測和射線檢測相比，TOFD的主要優(yōu)點在于：（1）能探測不利取向的缺陷，缺陷檢出率高；（2）超聲波束覆蓋區(qū)域大；（3）缺陷高度測量精確；（4）實時成像，快速分析；（5）非基于波幅，波幅影響?。唬?）快速、安全、方便。

5超聲檢測方法分類與特點荷蘭焊接協(xié)會的對比試驗

POD缺陷檢出率FCR誤報率R可靠性5超聲檢測方法分類與特點TOFD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)，因此在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區(qū)；（2）TOFD信號較弱，易受噪聲影響；（3）傾向于“過分夸大”中壁缺陷和部分良性缺陷，比如氣孔、夾層等；（4）TOFD數(shù)據(jù)分析對檢測人員要求高。

5超聲檢測方法分類與特點5.1.3穿透法穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在試件相對的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來檢測試件缺陷的方法圖5-55超聲檢測方法分類與特點穿透法常采用兩個探頭，一個作發(fā)射用，一個作接收用，分別放置在試件的兩側(cè)進行探測，圖5－5a)為無缺陷時的波形，圖5－5b)為有缺陷時的波形。5超聲檢測方法分類與特點5.1.4共振法依據(jù)試件的共振特性來判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。常用于試件測厚。若頻率可調(diào)的連續(xù)超聲波在被檢工件內(nèi)傳播，當試件的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時，將引起共振，儀器顯示出共振頻率，用相鄰的兩個共振頻率之差可算出試件厚度。共振法測厚的原理見4.1.5，目前已很少使用共振法測厚。

5超聲檢測方法分類與特點5.2A型顯示和超聲成像按超聲信號的顯示方式，可將超聲檢測方法分為A型顯示和超聲成像方法，其中超聲成像顯示按成像方式的不同又可再分為B、C、D、S、P型顯示等。5超聲檢測方法分類與特點5.2.1A型顯示如4.1.1中所述，A型顯示是一種波形顯示，是將超聲信號的幅度與傳播時間的關(guān)系以直角坐標的形式顯示出來，橫坐標代表聲波的傳播時間，縱坐標代表信號幅度。A型顯示是最基本的一種信號顯示方式。此時，示波管的電子束是振幅調(diào)制的。換言之，A型顯示的內(nèi)容是探頭駐留在工件上某一點時，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。脈沖反射法的A型顯示超聲檢測是目前用的最多的一種方法，目前特種設(shè)備行業(yè)常用的JB/T4730.3－2005標準規(guī)定的就是A型脈沖反射法超聲檢測，采用該方法時，檢測結(jié)果受檢測人員的素質(zhì)、經(jīng)驗等人為因素影響較大。

2024/12/11395超聲檢測方法分類與特點5.2.2超聲成像方法超聲成像就是用超聲波獲得物體可見圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物體，故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學特性的信息，超聲成像技術(shù)將這些信息變成人眼可見的圖像，即可以獲得不透光物體內(nèi)部聲學特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物體內(nèi)部情況，且可靠性、復現(xiàn)性高，可以對缺陷進行定量動態(tài)監(jiān)控。一般而言，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，大都具有自動數(shù)據(jù)采集、自動數(shù)據(jù)處理和自動作出評價的功能。超聲成像的研究歷史超聲成像方法發(fā)展到現(xiàn)代，主要采用掃描接收信號、再進行圖像重構(gòu)的方式，因此又稱為超聲掃描成像技術(shù)，起初主要為B、C掃描成像，隨后為檢測焊縫而開發(fā)出D、P掃描（投影掃描成像）；因為相控陣技術(shù)的出現(xiàn)，又出現(xiàn)S掃描（扇形掃描成像）等。而對應的，A型顯示又可稱為A掃描顯示。

5超聲檢測方法分類與特點1．B、C、D掃描成像

B、C、D掃描成像設(shè)備較簡單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法。其中的B掃描廣泛用于醫(yī)療診斷，俗稱B超?，F(xiàn)在用于無損檢測也取得了良好的效果。

5超聲檢測方法分類與特點2.P掃描成像5超聲檢測方法分類與特點3.ALOK超聲成像5超聲檢測方法分類與特點4相控陣和S掃描成像5超聲檢測方法分類與特點5.3按波型分類的超聲檢測方法

縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等5.3.1縱波法使用縱波進行檢測的方法，稱為縱波法。1．縱波直探頭法單晶直探頭脈沖反射法、雙晶直探頭脈沖反射法和穿透法垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測2.縱波斜探頭法將縱波傾斜入射至試件探測面，利用折射縱波進行檢測的方法探頭移動范圍較小、檢測范圍較深的一些部件;粗晶材料;TOFD5超聲檢測方法分類與特點縱波法的優(yōu)點：a.垂直入射，對與探測面平行的缺陷檢出效果最佳。b.對于同一介質(zhì)，縱波傳播速度大于其它波型的速度，對相同頻率而言波長最長，因而穿透能力強，可探測工件的厚度是所有波型中最大的；晶界反射或散射的敏感性較差，可用于粗晶材料的探傷。c.縱波法探傷時，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。縱波法的缺點：a.難于發(fā)現(xiàn)垂直于或接近垂直于探測面的缺陷。b.于盲區(qū)和分辨力的限制，其中反射法只能發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部離探測面一定距離以外的缺陷。垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的探傷。5超聲檢測方法分類與特點5.3.2橫波法

將縱波傾斜入射至試件探測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進行檢測的方法，稱為橫波法。由于入射聲束與探測面成一定夾角，所以又稱斜射法。

橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測，是目前特種設(shè)備行業(yè)中應用最多的一種方法。檢測其它試件時，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)與檢測面有一定傾角的缺陷。

5超聲檢測方法分類與特點產(chǎn)生的兩種方式一種是接觸法時采用斜探頭，由晶片發(fā)出的縱波通過一定傾角的斜楔到達接觸面，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；另一種是利用水浸直探頭，在水中改變聲束入射到檢測面時的入射角，從而在工件中產(chǎn)生所需波型和角度的折射波。5超聲檢測方法分類與特點2024/12/11495超聲檢測方法分類與特點橫波法的優(yōu)點：a.傾斜入射，能探測垂直于或接近垂直于探測面的缺陷。b.同一介質(zhì)中同一頻率的超聲波波長較短，靈敏度相對較高。橫波法的缺點：a.正因為波長較短，在介質(zhì)中的衰減較大，探測距離較短。b.傾斜入射，缺陷定位相對較復雜。5超聲檢測方法分類與特點5.3.3表面波檢測使用表面波進行檢測的方法，稱為表面波法。表面、近表面缺陷1．表面波的性質(zhì)

傳播運動狀態(tài)速度能量分布2、表面波的產(chǎn)生（1）Y切石英法（2）縱波折射法3．人工反射體的反射特點

（1）柱孔（2）橫孔（3）溝槽（4）棱邊的反射5超聲檢測方法分類與特點5.3.3表面波檢測4．影響表面波傳播的其他因素油

表面光潔度和材料組織圓柱曲面5．表面波檢測的應用

（1）強度法檢測表面裂紋掃描速度調(diào)整靈敏度調(diào)整和定量直角棱邊反射波（2）時延法測量表面裂紋的縱向尺寸特點：利用裂紋開口處的反射信號和裂紋尖端處的反射信號在傳播時間上的差值作為測定裂紋縱向尺寸的信息，而不是裂紋反射信號的強度。雙探頭法單探頭法只適用于測量表面開口缺陷

5超聲檢測方法分類與特點表面波波長比橫波波長還短，因此衰減也大于橫波。同時，它僅沿表面?zhèn)鞑ィ瑢τ诒砻嫔系膹蛯?、油污、不光潔等，反應敏感，并被大量地衰減。利用此特點可以通過手沾油在聲束傳播方向上進行觸摸并觀察缺陷回波高度的變化，對缺陷定位。2024/12/11535超聲檢測方法分類與特點5.3.4板波檢測使用板波進行檢測的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡單的試件檢測。板波充塞于整個試件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。

1．板波的種類使用板波進行檢測的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡單的試件檢測。板波充塞于整個試件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。根據(jù)質(zhì)點振動情況分類根據(jù)邊界條件分類根據(jù)板的變形分類2．板波的產(chǎn)生

選擇不同的板波型式——探頭入射角入射角可根據(jù)被探測工件的板厚乘所用頻率和選用的波型，由特定的曲線圖上查出

5超聲檢測方法分類與特點5.3.4板波檢測3．蘭姆波的傳播特點

（1）衰減的非單調(diào)變化（2）反射時蘭姆波波型的變化（3）板波回波信號的寬度4．板波檢測的一般程序

a、盡可能選用寬的發(fā)射脈沖b、制作一個與被測板材料相同的對比試塊c、選擇合適的波型根據(jù)波型、頻率乘板厚的數(shù)值，從相應的圖中查得入射角d、根據(jù)入射角選擇合適的探頭，在試塊上調(diào)整掃描速度e、根據(jù)人工缺陷的反射，選擇合適的探測靈敏度f、檢測時注意點5超聲檢測方法分類與特點5.3.5.爬波法產(chǎn)生：當縱波從第一介質(zhì)以第一臨界角附近的角度（±30°以內(nèi)）入射于第二種介質(zhì)時，在第二介質(zhì)中不但存在表面縱波，而且還存在斜射橫波，通常把橫波的波前稱為頭波，把沿介質(zhì)表面下一定距離處在橫波和表面波之間傳播的峰值波稱為縱向頭波或爬波。爬波受工件表面刻痕、不平整、凹陷、液滴等的干擾較小，有利于檢測表面下的缺陷。5超聲檢測方法分類與特點2024/12/11575超聲檢測方法分類與特點5.4按探頭數(shù)目分類的檢測方法5.4.1單探頭法使用一個探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的檢測方法稱為單探頭法。

對于與波束軸線垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。與波束軸線平行的片狀缺陷難以檢出。當缺陷與波束軸線傾斜時，則根據(jù)傾斜角度的大小，能夠收到部分回波或者因反射波束全部反射在探頭之外而無法檢出。

5超聲檢測方法分類與特點5.4.2雙探頭法使用兩個探頭（一個發(fā)射，一個接收）進行檢測的方法稱為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢出的缺陷。雙探頭法又可根據(jù)兩個探頭排列方式和工作方式進一步分為并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。

5超聲檢測方法分類與特點a.并列式兩個探頭并列放置，探傷時兩者作同步移動。但直探頭作并列放置時，通常是一個探頭固定，另一個探頭移動，以便發(fā)現(xiàn)與探測面傾斜的缺陷，如圖a)所示。分割式探頭就是將兩個并列的探頭組合在一起，具有盲區(qū)小、較高的分辨能力和信噪比，適用于薄試件，近表面缺陷的探傷。2024/12/11605超聲檢測方法分類與特點b.交叉式兩個探頭軸線交叉，交叉點為要探測的部位，如圖b)所示。此種探傷方法可用來發(fā)現(xiàn)與探測面垂直的片狀缺陷，在焊縫探傷中，常用來發(fā)現(xiàn)橫向缺陷。2024/12/11615超聲檢測方法分類與特點c.V型串列式兩探頭相對放置在同一面上，一個探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波剛好落在另一個探頭的入射點上，如圖c)所示。此種探傷方法主要用來發(fā)現(xiàn)與探測面平行的片狀缺陷。2024/12/11625超聲檢測方法分類與特點d.K型串列式兩探頭以相同的方向分別放置于試件的上下表面上。一個探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波進入另一個探頭，如圖d)所示。此種探傷方法主要用來發(fā)現(xiàn)與探測面垂直的片狀缺陷。2024/12/11635超聲檢測方法分類與特點e.串列式兩探頭一前一后，以相同方向放置在同一表面上，一個探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射的回波，經(jīng)底面反射進入另一個探頭，如圖e)所示。此種探傷方法用來發(fā)現(xiàn)與探測面垂直的片狀缺陷(如電渣焊厚焊縫的破口邊沿未熔合)。兩個探頭在一個表面上移動，操作比較方便，是一種常用的探測方法。2024/12/11645超聲檢測方法分類與特點5.4.3多探頭法使用兩個以上的探頭組合在一起進行檢測的方法，稱為多探頭法。多探頭法的應用，主要是通過增加聲束來提高檢測速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。通常與多通道儀器和自動掃查裝置配合

5超聲檢測方法分類與特點5.5按探頭接觸方式分類的檢測方法

接觸法、液浸法和電磁耦合法。5.5.1接觸法和液浸法直接接觸法探頭與試件探測面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看作為兩者直接接觸，這種探傷方法稱為直接接觸法。此方法操作方便，探傷圖形較簡單，判斷容易，檢出缺陷靈敏度高，是實際探傷中用得最多的方法。但是，直接接觸法探傷的試件，要求探測面光潔度較高。5超聲檢測方法分類與特點液浸法將探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進行探傷的方法，稱為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。當以水為耦合劑時，稱為水浸法。液浸法探傷，探頭不直接接觸試件，所以此方法適用于表面粗糙的試件，探頭也不易磨損，耦合穩(wěn)定，探測結(jié)果重復性好，便于實現(xiàn)自動化探傷。液浸法按探傷方式不同又分為全浸沒式和局部浸沒式。2024/12/11675超聲檢測方法分類與特點a全浸沒式b噴液式c通水式d滿溢式2024/12/11685超聲檢測方法分類與特點全浸沒式被檢試件全部浸沒于液體之中，適用于體積不大，形狀復雜的試件探傷，如圖a)所示。2024/12/11695超聲檢測方法分類與特點局部浸沒式把被檢試件的一部分浸沒在水中或被檢試件與探頭之間保持一定的水層而進行探傷的方法，適用于大體積試件的探傷。局部浸沒法又分為噴液式、通水式和滿溢式。

a.噴液式：超聲波通過以一定壓力噴射至探測表面的液流進入試件，稱為噴液式如圖b)所示。

b.通水式：借助于一個專用的有進水、出水口的液罩，以使罩內(nèi)經(jīng)常保持一定容量的液體，這種方法稱為通水式，如圖c)。

c.滿溢式：滿溢罩結(jié)構(gòu)與通水式相似，但只有進水口，多余液體在罩的上部溢出，這種方法稱為滿溢式，如圖d)所示。根據(jù)探頭與試件探測面之間液層的厚度，液浸法又可分為高液層法和低液層法