超声检测技术-1.ppt

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1、2019年10月18日星期五3时10分58秒,1,1 综合知识,1.1 无损检测概论 1.1.1 无损检测通用方法及技术 一、无损检测的定义：不破坏材料的外形和性能的情况下，检测该材料的内部结构（组织与不连续）和性能，该技术称为无损检测。英文全称：Non Destructive Testing (NDT) 二、 常用无损检测方法 射线检测：Radiographic Testing (RT) 射线的种类与本质： 射线、射线和中子射线。射线和 射线与无线电波、红外线、可见光、紫外线一样，都是电磁波；而中子射线是粒子。 X射线的产生：X射线管 射线的产生：射线是放射性原子核在衰变时放射出来的电磁波。

2、放射性衰变 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,2,射线检测：原理、方法与应用,射线和射线通过物质时其强度逐渐减弱。 强度衰减公式： II0e-x 利用射线透过物体时产生的吸收和散射现象，检测材料中因缺陷存在而引起射线强度改变的程度来探测缺陷的方法称为射线照相法。 检测技术类型：照相法与投影关系；荧光屏法；工业电视法； 常用透照方法：纵缝透照方法；环缝透照方法；双壁单影法；双壁双影法透照。 检测对象类型：金属；非金属。 焊缝；铸件。 检测缺陷类型：裂纹；气孔；未焊透；未融合；夹渣；疏松；冷隔等。#,2019年10月18日星期五3时10分58秒,3,超声检测：Ultrasonic

3、Testing (UT),超声波的本质：机械波，它是由于机械振动在弹性介质中 引起的波动过程，例如水波、声波、超声波等 超声波的类型：纵波和横波 表面波（瑞利波）、板波 超声波的性质： （1）声速：与材料性质有关、与波的种类有关 （2）波的叠加、干涉及驻波 （3）反射、折射和波型转换#,2019年10月18日星期五3时10分58秒,4,超声检测：原理、方法与应用,超声波的产生：仪器、探头 超声波与工件的接触：耦合剂 超声波在工件内的传播与反射 、波的接收 超声波检测原理：探头发射的超声波通过耦合剂在工件中传 播，遇到缺陷时反射回来被探头接收。根据反射回波在荧光屏上的位置和波辐高低判断缺陷的大小

4、和位置。 超声检测技术的特点：应用范围广；穿透能力大；设备轻便； 定量不准确；定性困难。 检测技术类型：纵波法；横波法；表面波法；板波法， 常用检测方法：穿透法；反射法；串列法；液浸（聚焦）法；. 检测对象类型：金属；非金属。 焊缝；板件；管件；锻件。 检测缺陷类型：面缺陷；体缺陷。定性困难。 数字化、智能化发展前景宽广。#,2019年10月18日星期五3时10分58秒,5,磁粉检测: Magnetic Testing (MT),漏磁场：铁磁材料磁化时磁力线由于折射而迤出到材料表面所形成的磁场称为漏磁场 剩磁：铁磁材料磁化时所具有的磁性在磁化电流取消后继续存在的性质称为剩磁 铁磁材料在磁场中被

5、磁化后，缺陷处产生的漏磁场吸附磁粉而形成磁痕。磁痕的长度、位置、形状反映了缺陷的状态。 磁粉检测技术的特点：检测表面和近表面缺陷；铁磁材料； 常用检测方法：剩磁法；连续法。 检测对象类型：铁磁材料。 焊缝；钢板；钢管；螺栓等. 检测缺陷类型：裂纹；夹渣等. #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,6,渗透检测：Penetrate Testing (PT),分子压强与表面张力：每一个离液面的距离小于分子作用半径r的分子，都受到一个指向液体内部的力的作用。而这些表面分子及近表面分子组成的表面层，都受到垂直于液面且指向液体内部的力的作用。这种作用力就是表面层对整个液体施加的压力，该压力在单

6、位面积上的平均值叫分子压强。分子压强是表面张力产生的原因。 液体润湿：液体铺展在固体材料的表面不呈球形，且能覆盖表面，此现象称液体润湿现象。 毛细现象：润湿液体在毛细管内的自动上升或下降称为毛细现象。#,2019年10月18日星期五3时10分58秒,7,渗透检测：原理、方法与应用,具有润湿作用的渗透剂在毛细管作用下渗入表面开口缺陷。在显象剂作用下由于毛细管作用渗入到开口缺陷内的渗透剂被析出表面形成痕迹。 渗透检测基本操作过程 渗透检测技术的特点：检测表面开口缺陷； 常用检测方法：着色法；荧光法。 检测对象类型：金属与非金属材料。 检测缺陷类型：裂纹。#,2019年10月18日星期五3时10分5

7、8秒,8,涡流检测：Eddy Current Testing (ET),由于电磁感应金属材料在交变磁场作用下产生涡流。 金属材料中存在的裂纹将改变涡流的大小和分布，分析这些变化可检出铁磁性和非铁磁性材料中的缺陷。 涡流可用以分选材质、测膜层厚度和工件尺寸以及材料的某些物理性能等。 涡流检测技术的特点：适用于导电材料；检测近表面缺陷。 常用检测方法：穿过式线圈；内通过式线圈；探头式线圈。 检测对象类型：金属与非金属材料。 检测缺陷类型：裂纹。#,2019年10月18日星期五3时10分58秒,9,1.1.2 常用无损检测方法的应用,一、应用的部门 航空、航天、机械、核工业、汽车制造、船舶、电子、钢

8、结构、商检、进出口等。 二、应用的对象 （1） 缺陷探伤 （2） 厚度测量 （3） 性能测试 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,10,1.1. 3 常用无损检测方法的范围及局限性,方法 应用范围 局限性 RT 各类材料的内部缺陷 表面缺陷较难发现 UT 大厚度金属和部分 仅限于弹性介质 非金属材料的内部缺陷 定性定量困难 MT 表面和近表面缺陷 仅限于磁性介质 PT 金属和部分非金属 仅限于表面开口缺陷 材料的表面缺陷 ET 表面和近表面缺陷 仅限于导电材料 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,11,1.2 材料及缺陷,1.2.1 金属及合金的结构 一、金属 （1

9、） 纯金属：单一原子构成的材料 （2）合金：某一金属元素为基，添加一种或多种其他元素，通过冶金或粉末冶金方法制成的金属材料。 二、 单组元金属结构 （1）体心立方结构 （2）面心立方结构 （3）密排立方结构 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,12,1.2.1 金属及合金的结构,二、 合金的结构 合金的结构由多种成分组成，不是简单的体心、面心、六方而是由“相”来表示的： 相：在合金内，一个或多个成份、结构和性质均匀的区域称为“相”。 一种合金可以有若干种不同的“相”构成，其结构也由“相”所决定。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,13,1.2.2 材料的性能,一、

10、力学性能 （1） 金属材料的静拉伸力学性能 强度：金属抗拉永久变形和断裂的能力 塑性：又称范性，断裂前材料发生不可逆永久变形的能力 韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力 （2） 金属材料的弹性性能 弹性（虎克定律）： （3） 金属材料在静加载下的力学性能 扭转性能 弯曲、压缩性能 硬度 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,14,一、力学性能,（4） 金属材料的冲击性能 （5） 金属材料的疲劳性能 （6） 金属材料的蠕变性能 二、物理性能 （1） 密度、比热量、磁性、导电性、导热性等 （2） 光学性能 （3） 声学性能 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,15,1.2

11、.3 金属材料中的各种缺陷及不连续性,一、不连续性：金属或合金内部结构的不均匀变化，称为不连续性。 二、缺陷：对金属材料的性能造成破坏的不连续性称为缺陷。 常见的焊接缺陷 气孔、夹渣、未融合、未焊透、裂纹、夹珠、钨夹杂 夹层等 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,16,1.3 加工及缺陷,一、最初加工过程及相关缺陷 （1） 铸造：将熔融金属浇注入铸型型腔，冷却后形成工件的加工过程； 常见的铸造缺陷：气孔、缩孔、疏松、冷裂、热裂、冷隔、偏析、夹杂。 （2）塑性加工：锻、轧、拔、钣金等 常见的塑性加工缺陷：裂纹、折叠、分层、白点（氢脆） #,2019年10月18日星期五3时10分58

12、秒,17,二、制造加工过程及相关缺陷,（1）焊接：通过加热或加压，使填充材料熔化、冷却将工件连接在一起的加工方式称焊接； 常见的焊接缺陷：气孔、夹渣、未融合、未焊透、裂纹、夹珠、钨夹杂 （2）表面加工：车、铣、刨、镀、磨、喷丸、吹砂等 常见的表面加工缺陷：氢脆 （3）热处理：对金属材料加温并用不同方法冷却使其组织结构发生的方法称热处理； 常见的热处理缺陷：淬裂 （4）其他热加工工艺：粉末冶金等 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,18,1.4 在役中的材料,1.4.1 在役中材料的行为 受力、受压、高低温、摩擦、腐蚀 . 1.4.2 在役工况导致缺陷和失效 一、腐蚀：腐蚀裂纹、腐

13、蚀坑、腐蚀减薄 二、疲劳：疲劳裂纹、疲劳断裂 三、磨损：材料减薄、摩擦裂纹 四、过负载：变形、断裂 五、脆性断裂：镉脆、氢脆 1.4.3 金属中破裂发展的概念 一、缺陷的形成 （应力集中） 二、缺陷的发展 （载荷） 三、断裂 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,19,1.5 质量及标准化,1.5.1 质量、质量控制及标准化 一、质量的定义：（GB/T 6583-92） 反映产品或服务满足明确或隐含需要能力的特征和特性的总和。 通常认为，质量有狭义和广义两种含义，狭义的质量就是产品质量。对无损检测而言，可以认为是指无损检测各种方法检测结果的正确性和可靠性；广义的质量除产品质量外，还

14、包括了工作质量。对无损检测而言，可以认为是指无损检测人员在实施无损检测工作过程中，各个方面、各个环节工作的好坏。它取决于工作人员的责任心与技术水平等综合条件，这些条件直接或间接的影响到无损检测的结果。 # ,2019年10月18日星期五3时10分58秒,20,二、质量控制的定义： （GB/T 6583-92）,为达到质量要求所采取的作业技术和活动。 质量控制的目的，监视一个过程并排除不满意的原因，以取得经济效益。 三、标准化的定义：制定和执行标准的过程 1.5.2 质量体系 一、定义：为实施质量管理的组织结构，职责，程序过程和资源。 二、质量体系要素 在质量管理中，有关内容可分为若干个质量体系

15、要素。在GB/19004一1SO9004”质量管理和质量体系要素指南”中质量体系要素有20个。这些要素都取决于人的因素、机器的因素、材料的因素、方法的因素以及工作环境的固素。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,21,二、质量体系要素,即人、机、料、法、环五个因素，无损检测就是从这五个因素着手去提高质量。对各种检测方法，其主要内容 ： (1) 无损检测人员的管理 人员资格：凡从事无损检测的人员必须按照各行业规定的无损检测人员资格考核规则（如全国无损检测学会执行的GB/T 9445：1999 无损检测人员资格鉴定与认证）参加培训和考核，取得相应的资洛证书、方可从事该行业相应方法和等

16、级的无损检测工作。无损检测资格分为初级（I级）、中级（II级）和高级（III级）三个等级。 培训考核：培训可以是长期的或短期的，集中的或分散的，一般应有培训记录。一个单位的无损检测部门或其主管部门，应当制订培训计划，以便于按照人员情况：工作需要进行人员技术培训。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,22,无损检测人员的管理,建立无损检测人员的技术档案。对每一位从事无损检测的人员应建立个人技术档案，内容至少应包括：个人简历；检测质量方面的奖惩情况；检测人员的工作记录，包括中断无损检测工作的起止时间；接受技术培训的情况等。 对射线检测人员还应建立“健康档案”和射线剂量记录。射线检测属

17、特殊有害工种，为了呆障射线检测人员的健康与安全，应建立射线检测人员的健康档案和进行射线剂量记录，此项工作应归口于单位的安全技术和工业卫生部门管理，但为了便于对无损检测人员的管理，也应同时纳入无损捡测部门的质量管理之中。 国际和我国无损检测人员资格认证现状。,2019年10月18日星期五3时10分58秒,23,(2)无损检测没备及器材的管理,该项管理主要是建立设备台帐和设备使用卡以及设备的周期捡定(周检)制度,应详细记录设备进厂日期和性能、价值及附件情况：检修和零件更换情况以及设备周检情况，设备应有专人负责维护保养，设备可以集中管理，也可以分散管理，对于关键设备应记录其使用的频度 分折设备利用率

18、。 要用好、管好、修好设备，要对操作人员进行培训、考核，发设备操作许可证后方可上岗。设备应制定安全操作规程，要严格按操作规程进行操作,设备发生事故，应填写事故报告单以分析事故发生的原因和责任者。 无损检测设备和器材管理的内容主要有: 检测设备的管理（包话X射线探伤机、超声波探伤仪、磁粉探伤仪等检测仪器设备）； #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,24,无损检测没备及器材的管理,辅助设备的管理（黑度计、评片灯、自动洗片机等辅助设备）； 无损检测器材的管理（渗透剂、射线胶片、象质计、显定影液、增感屏等器材）。 (3) 无损检测工艺的管理 检测工艺的管理是质量管理重要组成部分，无损检测

19、工艺应符合有关规范，规程和标准，并随这些标准的变化，按年号修订以及按新颁标准制定相应的工艺规程。检测工艺是质量管理和质量保证手册中一种强制性的要求。对于具体的产品或重要的特殊结构的检测，还应建立工艺卡，作为射线检测人员具体操作的指导性工艺文件。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,25,(4) 建立无损检测质量管理制度,无损检测质量管理制度是质量管理的具体文件。它应对无损检测整个工作内容，在质量方面作出规定。它是整个质量管理和质量保证体系中的核心内容和文件。其内容应包括：检测的工作程序，即从检测项目的委托、编号、检测操作、标记报告等作出规定。同时, 还应制定检测设备、检测人员、工

20、艺规程等管理制度。这些管理制度是以制度的形式，进一步细化整个检测的质量管理内容。它们应具备具体实施的可操作性。 上述的内容就构成了整个无损检测质量管理和质量保证体系的基本内容，这些内容又是互相有联系的一个整体。各个单位可以根据本草位（工厂企业、事业，公司等实体的具体情况，作出补充性的一些质量管理制度。如建立有关工艺纪律监督的制度，以保证工艺规程的正确实施。建立审片制度，以确保评片质量等。以上这些制度正常运作之后，就能够有效地确保检测的工作质量。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,26,1.5.3 检查、 检验、检测,一、检查（Check ） 对机构、部门执行某个标准、规程或体系

21、与规定的要求进行比较以确定其符合性的活动。 二、检验（ Inspection ） 对产品或服务的一种或多种特性进行测量、检查、试验、度量，并将这些特性与规定的要求进行比较以确定其符合性的活动。 三、检测（ Test ） 开展检验的一种技术活动，通常采用仪器设备或器具，按照规定的程序操作获取某些技术参数，从而对产品或服务的一种或多种特性做出结论。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,27,1.5.4 标准、法规、技术条件及规程,一、标准（ Standard ） 二、法规（ Code ） 三、技术条件（Technology Condition ） 四、规程（ Procedure ）

22、五、作业指导书（工艺卡 Instruction ） #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,28,1.5.5 工艺卡、记录及报告,一、工艺卡（ Instruction ） 根据工艺规程编制的用以指导、级人员实际操作的技术指导书，通常它是以表格的形式出现。实际上工艺卡是工艺规程的浓缩。 二、记录（Record） 、级人员在实际操作时，对操作过程和技术参数所做的原始记录。 三、报告（Report） 级人员在实际操作后对检测结果的评定意见。 # 工艺卡、记录及报告,2019年10月18日星期五3时10分58秒,29,3 检测技术及它们的局限性,3.1 检测方法 3.1.1 穿透法 穿透法是

23、依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法，如图所示。 穿透法常采用两个探头，一个作发射用，一个作接收用，分别放置在试件的两侧进行探测，图中显示三种情况：无缺陷时的波形；缺陷阻挡部分声束时的波形；缺陷阻挡全部声束时的波形。 3.1.2 脉冲反射法 超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,30,3.1.2 脉冲反射法,一、缺陷回波法： 根据仪器示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。该方法是反射法的基本方法。 图

24、示是缺陷回波探伤法的基本原理，当试件完好时，超声波可顺利传播到达底面。若试件中存在缺陷，在探伤波形中，底面回波前有缺陷回波和底面回波两个信号。 二、多次底波法：当透入试件的超声波能量较大，而试件厚度较小时，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底波B1、B2、B3。如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，在底面回波之间出现缺陷回波F1、F2、F3。如图 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,31,3.1.3 共振法,一、原理 若声波（频率可调的连续波）在被检工件内传播，当工件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器

25、显示出共振频率，若工件内存在缺陷则共振频率发生变化，利用共振频率之差，判断工件内部状态。 二、胶接件的声振动检测 航空航天器上常用胶接结构，脱胶处常用声振检测方法检测。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,32,3.1.4 自动和半自动法,一、钢管自动检测线 原理、方法与应用照片 二、相控阵技术 三、焊缝多探头检测技术 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,33,3.2 探头,3.2.1 探头的基本知识 一、压电效应与压电材料 某些单晶体和多晶体陶瓷材料在应力（压缩力和拉伸力）作用下产生应变时引起晶体电荷不对称分配，异种电荷向正反两面集中，材料的晶体中就产生电场，这种

26、效应称为正压电效应。相反，当压电材料处于交变电场中时，产生压缩或拉伸的应力和应变，这种效应称为逆压电效应，如图所示。 常用的压电单晶有石英又称二氧化硅（SiO2）、硫酸锂（LiS04H20）、碘酸锂LiIO3）、铌酸锂（LiNbO3）等，除石英外，其余几种人工培养的单晶制造工艺复杂、成本高。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,34,3.2.1 探头的基本知识,常用的压电陶瓷有钛酸钡（BaTi03）、锆钛酸铅（PZT）、钛酸铅（PbTiO3)、偏铌酸铅（PbNb2O4）等。 二、探头的编号方法 2.5 P 20 Z 5 Q 66 K3 | | | | | | | | 频率 材料

27、直径 直探头 频率 材料 矩形 K=3 材料： P-锆钛酸铅；B-钛酸钡；T-钛酸铅；L-铌酸锂； I-碘酸锂；N-其他 探头类型： Z-直探头； K-斜探头； SJ-水浸探头； FG-分隔探头；BM-表面探头；KB-可变角探头； #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,35,三、探头的基本结构,压电超声探头的种类繁多，用途各异，但它们的基本结构有共同之处，如图所示。它们一般均由晶片、阻尼块、保护膜（对斜探头来说是有机玻璃透声楔）组成。此外，还必须有与仪器相连接的高频电缆插件、支架、外壳等。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,36,3.2.2 直探头,一、直探头的保护

28、膜 压电陶瓷晶片通常均由保护膜来保护晶片不与工件直接接触以免磨损。常用保护膜有硬性和软性两类。氧化铝（刚玉）、陶瓷片及某些金属都属于硬性保护膜，它们适用于工件表面光洁度较高、且平整的情况。用于粗糙表面时声能损耗达2030dB。 软性保护膜有聚胺酯软性塑料等，用于表面光洁度不高或有一定曲率的表面时，可改善声耦合，提高声能传递效率，且探伤结果的重复性较好，磨损后易于更换，它对声能的损耗达67dB。 保护膜材料应耐磨、衰减小、厚度适当。为有利于阻抗匹配，其声阻抗Zm应满足一定要求。 试验表明：所有固体保护膜对发射声波都会产生一定的畸变，使分辨率变差、灵敏度降低，其中硬保护膜比软保护膜更为严重。因此，

29、应根据实际使用需要选用探头及其保护膜。与陶瓷晶片相比，石英晶片不易磨损，故所有石英晶片探头都不加保护膜。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,37,2直探头的吸收块,为提高晶片发射效率，其厚度均应保证晶片在共振状态下工作，但共振周期过长或晶片背面的振动干扰都会导致脉冲变宽、盲区增大。为此，在晶片背面充填吸收这类噪声能量的阻尼材料，使干扰声能迅速耗散，降低探头本身的杂乱的信号。目前，常用的阻尼材料为环氧树脂和钨粉。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,38,3.2.3 斜探头,一、结构与类型,2019年10月18日星期五3时10分58秒,39,2019年10月18日星

30、期五3时10分58秒,40,二、透声楔 斜探头都习惯于用有机玻璃作斜楔，以形成一个所需的声波入射角，并达到波型转换的目的。一发一收型分割式双直探头和双斜探头也都以有机玻璃作为透声楔，这是因为有机玻璃声学性能良好、易加工成形，但它的声速随温度的变化有所改变又易磨损，所以对探头的角度应经常测试和修正。水浸聚焦探头常以环氧树脂等材料作为声透镜材料。 三、晶片的厚度 压电晶片的振动频率f即探头的工作频率，它主要取决于晶片的厚度T和超声波在晶片材料中的声速。晶片的共振频率（即基频）是其厚度的函数。可以证明，晶片厚度T为其传播波长一半时即产生共振，此时，在晶片厚度方向的两个面得到最大振幅，晶片中心为共振的

31、驻点。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,41,三、晶片的厚度,通常把晶片材料的频率f和厚度T的乘积称为频率常数Nt，若T=/2，则 Nt = f T = C/2 式中：C为晶片材料中的纵波声速。常用晶片材料如PZT的Nt =18002000m/s，石英晶片的Nt285Om/s，钛酸钡晶片的Nt2520m/s，钛酸铅晶片的Nt=2120m/s。 由式（2.65）可知，频率越高，晶片越薄，制作越困难，且Nt小的晶片材料不宜用于制作高频探头。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,42,3.2.4 特殊探头,一、水浸聚焦探头 二、可变角探头 三、充水探头,2019年10

32、月18日星期五3时10分58秒,43,3.3 超声检测技术,3.3.1 串列技术,2019年10月18日星期五3时10分58秒,44,3.3.2 聚焦探头技术,一、平面声波聚焦和发散的条件 平面声波聚焦和发散的原因是声波在介质分界面的折射； 介质分界面二边的声速决定了平面声波是聚焦还是发散； 聚焦的条件 声波进入凹面：入射介质内声速C1折射介质内声速C2 声波进入凸面：入射介质内声速C1折射介质内声速C2 发散的条件 声波进入凹面：入射介质内声速C1 折射介质内声速C2 声波进入凸面：入射介质内声速C1折射介质内声速C2 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,45,二、声透镜,三、

33、聚焦探头：直探头 + 声透镜 （楔块声透镜或压电体声透镜） #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,46,3.3.3 双晶探头技术,一、双晶探头的种类 双晶纵波探头 双晶横波探头（纵波全反射） 二、应用：板材探伤 / 分层缺陷 三、优点： 灵敏度高 杂波少、盲区小 近场区长度小,2019年10月18日星期五3时10分58秒,47,3.3.4 表面波探头技术,在曲率处转弯。 曲率愈大，反射强烈。,2019年10月18日星期五3时10分58秒,48,3.3.5 液浸技术,一、一般技术 探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行探伤的方法，称为液浸法。耦合剂可以是水，也可以是油。当以水为耦合剂

34、时，称为水浸法。 液浸法探伤时，探头不直接接触试件，所以此方法适用于表面粗糙的试件，探头也不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好，便于实现自动化探伤。 液浸法按探伤方式不同又分为全浸没式和局部浸没式。 根据探头与试件探测面之间液层的厚度，液浸法又可分为高液层法和低液层法。 #,2019年10月18日星期五3时10分58秒,49,二、充水法与水层计算,如图，由于水层关系水界面一次回波（S）先于钢板底面回波（B）； 钢板底面第一回波（B1）与水界面二次回波（S2）重合称为一次重合法 ； 钢板底面第二回波（B2）与水界面二次回波（S2）重合称为二次重合法 ； 水界面一次回波（S1）由于声程差无法与钢板

35、底面回波重合；,2019年10月18日星期五3时10分58秒,50,水层厚度计算,C水 C水、 C钢：纵波速度 H=n-=n- n：重合次数 C钢 4 ：钢板厚度 例：水浸法探30毫米厚的钢板，采用4次重合法水层厚度应为多少？ 解： 30 H=n-=4-= 30 毫米 4 4,2019年10月18日星期五3时10分58秒,51,5 检测系统的校准,5.1 设备的校准 5.1.1 水平线性 一、定义：仪器水平线性是示波屏上时基线的水平刻度与实际声程之间成正比的程度，即示波屏上多次底波等距离的程度。 水平线性用水平线性误差表示。 二、测试步骤： （1）将直探头置于CSK-1A试块的25mm厚大平底

36、面上； （2）通过微调水平脉冲位移等按钮，使屏上出现5次底波 B1-B5，当底波B1和B5的幅度分别为50满刻度时，将它们的前沿分别对准刻度2.0和10.0。B1和B6的前沿位置在调整中如相互影响，则应反复进行调整。,2019年10月18日星期五3时10分58秒,52,5.1.1 水平线性,a2、a3、a4分别为B2、B3、B4与4.0、6.0、8.0的偏差。 （3）水平线性误差计算： |amax| amax： a2、a3、a4中的最大值 =-100% b为示波屏水平满刻度值 0.8b * ZBY230-84规定：仪器的水平线性误差2% 例：用IIW或CSK-1A试块测仪器的水平线性，现测得B

37、1对准2.0，B5对准10.0时，B2、B3、B4与4.0、6.0、8.0的偏差分别为0.5、0.6、0.8;求其水平误差为多少？ 解： 0.8 =-100%=1% 0.8100,2019年10月18日星期五3时10分58秒,53,5.1.2 垂直线性,一、定义：仪器垂直线性是示波屏上波高与探头接收的信号幅值之间成正比的程度。 垂直线性用垂直线性误差表示。 二、测试步骤： （1）抑制至零，衰减器保留30dB衰减余量； （2）将直探头置于CSK-1A试块的25mm厚大平底面上， 恒定压力压住； （3）调节仪器使试块上某次底波位于示波屏中央，并达到100%幅度，作为“0”dB; （4）固定增益和其

38、他旋钮，调衰减器，每次衰减2dB,并记下相应的波高H填入表中，直到底波消失；,2019年10月18日星期五3时10分58秒,54,二、测试步骤,Hi(衰减idB后波高) 上表中：实测相对波高%=-100% H0(衰减0dB后波高) 理想相对波高是i=2、4、6dB时的波高比（如i=6dB时的理想相对波高是50.1%）,2019年10月18日星期五3时10分58秒,55,三、计算垂直线性误差,D=（ |d1|+|d2| ） 式中： d1-实测值与理想值的最大正偏差 d2-实测值与理想值的最大负偏差 * ZBY230-84规定：仪器的垂直线性误差D8%,2019年10月18日星期五3时10分58秒

39、,56,5.2 探头的验证,5.2.1 试块 一、试块的用途 测试或校验仪器和探头的性能； 确定探测灵敏度和缺陷大小； 调整探测距离和确定缺陷位置； 测定材料的某些声学特性。 二、试块的分类（主要分二类） 标准试块 对比试块（参考试块） 其他叫法：校验试块、灵敏度试块；平底孔试块、横孔试块、槽口试块；锻件试块、焊缝试块等。,2019年10月18日星期五3时10分58秒,57,三、试块简介,1. 荷兰试块 1955年荷兰人提出；1958年国际焊接学会通过并命名为IIW试块；ISO组织推荐使用。 类似的有：中国CSK-IA、日本STB-A1、英国BS-A、西德DIN54521 2. IIW2试块（

40、三角形试块、牛角试块） 适用于现场检验（体积小、轻、方便）； 用途较IIW少 3. CSK-IA试块：中国的改型试块 4. CS-1和CS-2 1986年通过，CS-1全套26块，CS-2全套66块； 要求：,2019年10月18日星期五3时10分58秒,58,（1）D/L比不能太小，否则产生侧壁效应； （2）平底孔应足以分辨； （3）材质衰减要小。 注：铸钢件试块与此形状相同、尺寸不同 5. CSK-IIA / CSK-IIIA 6. RB-1、RB-2、RB-3 7. 钢板试块 8. 半圆试块 9. 管子试块,2019年10月18日星期五3时10分58秒,59,5.2.2 探头灵敏度,一、

41、调节灵敏度的几个旋钮 发射强度 调节发射脉冲的输出幅度，发射强度大灵敏度高，但分辨率低； 增益 调节接收放大器的放大倍数，增益大灵敏度高； 抑制 限制检波后信号的输出幅度，主要用于抑制杂波、提高信噪比。使用抑制会使仪器的垂直线性变坏，动态范围变小。 抑制增加，灵敏度降低，尽量不要用 抑制； 衰减器 电路内专用器件，用于定量地调节示波屏上的波高，它是步进旋钮。分：粗调细调二档， 粗调步长10-20dB, 细调步长1-2dB。CTS-6型总衰减量50db;CTS-22型则为80dB;,2019年10月18日星期五3时10分58秒,60,调节灵敏度的几个旋钮,ZB Y230-84 A型脉冲反射超声探

42、伤通用技术条件中规定：总衰减量不小于60dB;衰减误差：1dB / 12dB. 二、直探头 + 仪器的灵敏度余量测试 探头对准200 / 2平底孔； 抑制：0； 发射强度 增益：最大； 调衰减器使2孔最高回波达满刻度的50%（基准高），这时衰减值为N1dB; 提起探头，用衰减器将电噪声电平衰减到10%以下，这时衰减值为N2dB; 灵敏度余量 N=N1-N2（dB）; 直探头的灵敏度余量要求30dB,2019年10月18日星期五3时10分58秒,61,三、斜探头 + 仪器的灵敏度余量测试,探头对准IIW试块R100园弧面； 抑制：0； 发射强度 增益：最大； 调衰减器使R100回波达满刻度的50

43、%（基准高），这时衰减值为N1dB; 提起探头，用衰减器将电噪声电平衰减到10%以下，这时衰减值为N2dB; 灵敏度余量 N=N1-N2（dB）; 斜探头的灵敏度余量要求40dB,2019年10月18日星期五3时10分58秒,62,四、探头盲区测定,1 概念 盲区是指从探测面到能够发现缺陷处的最小距离，即始脉冲宽度覆盖区的距离。 盲区与近场区的区别：盲区是始脉冲宽度与放大器引起的，而近场区是波的干涉引起的。盲区内缺陷一概不能发现，而近场区内缺陷可以发现但很难定量。 2 测定方法 方法（1）： 先将直探头在灵敏度试块上用1平底孔调80%基准高。 将直探头放于盲区试块上，能独立显示1平底孔回波的最

44、小深度为盲区。,2019年10月18日星期五3时10分58秒,63,盲区测定方法,方法（2）： 用IIW试块估算 将直探头放于IIW上方：能独立显示回波的，盲区5mm。无独立回波的，盲区5mm。 将直探头放于IIW左侧：能独立显示回波的，盲区510mm。无独立回波的，盲区10mm。,2019年10月18日星期五3时10分58秒,64,5.2.3 探头分辨率,一、概念：示波屏上区分相邻二缺陷的能力，能区分的相邻二缺陷的距离愈小，分辨率就愈高。分辨率与仪器和探头的质量有关。 二、纵波直探头分辨率测定 直探头放于IIW试块85、91、100处，抑制为0，左右移动探头，使屏上出现A、B、C波； 若A、

45、B、C不能分开，先将A、B等高，并取a1、b1值 求： a1 X=20 lg- (dB) b1 然后用衰减器使B、C等高，取相应的a2、b2值 求： a2 Y=20 lg- (dB) b2 X、Y值愈大分辨率愈高，一般X、Y 15dB,2019年10月18日星期五3时10分58秒,65,三、横波斜探头分辨率测定,如图,平行移动探头，使A、B等高则分辨率： h1 X=20lg- (dB) h2 平行移动探头，使B、C等高则分辨率： h3 Y=20lg- (dB) h4 要求：X或Y 6dB 实测时，衰减器将h1衰减到h2即为X值，将h3衰减到h4即为Y值。,2019年10月18日星期五3时10分

46、58秒,66,5.2.4 斜探头的校准,一、入射点、前沿测试 如图，斜探头入射到R100圆弧上，左右移动探头找到最大反射回波；如果试块上有圆心刻度，则刻度对应处为入射点；如果试块上无圆心刻度则用钢尺量，使钢尺100处对准试块圆弧端，钢尺0点即为入射点；使钢尺0点对准探头前端点，差值即为前沿。 二、斜探头K值测试 如图，斜探头分别入射到试块的二个圆上，左右移动探头找到最大反射回波；探头入射点所对应的刻度即K 三、声束偏转角测定 概念：主声束中心线与声轴间的夹角称为声轴偏转角。 测定：探头置于试块面上，旋转移动找到最大回波，测定探头中心线与试块上表面垂线间的夹角。 5.3 对曲面工件的校准 （略）

47、,2019年10月18日星期五3时10分58秒,67,5.4 距离-波幅曲线及校准,一、概念： 描述同一反射体在不同声程时，其反射回波幅值关系的曲线称为距离-波幅曲线。 二、距离-波幅（分贝）曲线的绘制 1.测探头入射点、K值。调扫描速度（通常调深度1：1）； 2.衰减器值定52dB（设定），在CSK-IIIA试块上调增益使10mm深的16孔的最高回波达基准的60%，依次测20、30,填入下表，并依次数据画出曲线,2019年10月18日星期五3时10分58秒,68,三、距离-波幅（面板）曲线的绘制,1.测探头入射点、K值。调扫描速度（通常调深度1：1）； 2. 在CSK-IIIA试块上调增益找

48、到10mm深的16孔的最高回波达基准的100%，在面板上标记,记下dB值（例如选定30dB）。 3.固定增益衰减器，分别测得20、30、4090处的16孔的最高回波并标注出相应的,连接各点便成面板曲线。该曲线为16缺陷。 4. 衰减器值调到30-9=21dB,为评定线即16 - 9 5. 衰减器值调到30-3=27dB,为定量线即16 - 3 6. 衰减器值调到30+5=35dB,为判废线即16+5,2019年10月18日星期五3时10分58秒,69,四、距离-波幅曲线的校准,扫描量程的复核 如果距离波幅曲线上任意一点在扫描线上的偏移超过扫描读数的10，则扫描量程应予以修正，并在检测记录中加以标明。 距离波曲线的复核 复核时，校核应不少于3点。如曲线上任何一点幅度下降2d，则应对上一次以来所有的检测结果进行复检；如幅度上升2d，则应对所有的记录信号进