1、6.1超聲檢測的基本原理6.2超聲檢測方法6.3超聲檢測裝置6.4超聲檢測應用實例6.1超聲檢測的基本原理1)用某種方式向被檢測的試件中引入或激勵超聲波。2)超聲波在試件中傳播并與試件材料和其中的物體相互作用，使其傳播方向或特征被改變。3)改變后的超聲波又通過檢測設備被檢測到，并由設備對其進行處理與分析。4)根據接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內部存在的缺陷的特性。6.1.1超聲波6.1.2超聲波的聲特征6.1.3超聲波在界面上產生反射、折射和波型轉換6.1.4超聲波的衰減6.1超聲檢測的基本原理6.1.5各種規則反射體的反射規律1)用某種方式向被檢測的試件中引入或激勵超聲波。2)超聲波在

2、試件中傳播并與試件材料和其中的物體相互作用，使其傳播方向或特征被改變。3)改變后的超聲波又通過檢測設備被檢測到，并由設備對其進行處理與分析。4)根據接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內部存在的缺陷的特性。圖6-1直聲束脈沖反射法6.1.1超聲波1.超聲波的定義2.超聲波的波型(1)縱波縱波是介質中質點的振動方向與波的傳播方向互相平行的一種波型。圖6-2縱波波型示意圖6.1.1超聲波(2)橫波圖6-3橫波波型示意圖(3)表面波表面波是橫波的一個特例，6.1.1超聲波是僅在半無限大固體介質的表面或與其他介質的界面及其附近傳播而不深入到固體內部傳播的波型的總稱。圖6-4表面波(瑞利波)示意圖(4)

3、板波當板厚、頻率和波速之間滿足一定關系時，將在板厚與波長相當的薄板中產生另一種波型，那就是板波，超聲檢測中常用的板波又稱為蘭姆波。3.超聲波的產生與接收6.1.2超聲波的聲特征1.聲壓2.聲強和分貝3.聲阻抗圖6-5超聲波垂直入射于大平面時的反射與透射6.1.3超聲波在界面上產生反射、折射和波型轉換1.超聲波垂直入射到平面界面上時的反射和透射1)當Z2Z1，比如水/鋼界面，聲壓反射率小于透射率。2)當Z1Z2，比如鋼/水界面，聲壓反射率大于透射率。3)當Z1Z2，比如超聲波從固體入射至空氣中，聲壓反射系數接近于1，聲壓透射率接近0。4)當Z1Z2，在聲阻抗接近的界面上反射聲壓非常小，基本可以忽

4、略，而聲壓透射率和聲能透射率均接近于1，聲能幾乎全部透射至第二介質。2.傾斜入射到平界面上時的反射和折射、波型轉換6.1.3超聲波在界面上產生反射、折射和波型轉換圖6-6超聲波傾斜入射到大平面上的行為示意圖a)縱波入射b)橫波入射(1)縱波斜入射當縱波L傾斜入射到界面時，處產生反射縱波L和折射縱波L外，還會產生反射橫波S和折射橫波S。6.1.3超聲波在界面上產生反射、折射和波型轉換(2)橫波斜入射同樣，當橫波縱波S傾斜入射到界面時，除產生反射橫波S和折射橫波S外，還會產生反射縱波L和折射縱波L。6.1.4超聲波的衰減6.1.5各種規則反射體的反射規律6.2超聲檢測方法6.2.1按原理分類6.2

5、.2按耦合方式分類6.2.3按探頭數目分類6.2.4按波型分類6.2.1按原理分類1.脈沖反射法(1)缺陷回波法根據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。(2)底波高度法如果工件的材質均勻、厚度一致，工件底面回波在超聲檢測儀顯示屏上的高度應是基本不變的。1.tif6.2.1按原理分類圖6-7缺陷回波法a)無缺陷b)有缺陷6.2.1按原理分類圖6-8底波高度法a)無缺陷b)小缺陷6.2.1按原理分類(3)多次底波法當透入試件的超聲波能量較大，而試件厚度較小時，超聲波可在探測面與底面之間往復傳播多次，示波屏上出現多次底波B1、B2、B3。圖6-9多次底波法a)無缺陷b)小缺陷c

6、)大缺陷6.2.1按原理分類2.穿透法圖6-10穿透法a)無缺陷b)小缺陷c)大缺陷3.脈沖反射法與穿透法的特點比較(1)靈敏度高對于穿透法，只有當超聲聲壓變化大于20%時才有可能檢測，它相當于聲壓只降低 2dB。6.2.1按原理分類(2)缺陷定位精度高脈沖反射法可利用缺陷反射波的傳播時間，通過掃描速度調節，對缺陷進行正確的厚度方向定位。(3)不需要專門的掃查裝置，現場手工操作方便穿透法中為保持收發兩個探頭的相對位置，往往需要專用掃查裝置，而脈沖反射法單探頭工作時不需要任何掃查裝置，為各種場合的現場作業帶來了方便。6.2.2按耦合方式分類1.直接接觸法2.液浸法(1)全浸沒式被檢試件全部浸沒于

7、液體之中，適用于體積不大，形狀復雜的試件檢測，如圖6-11a所示。1.tif6.2.2按耦合方式分類6D11.TIF6.2.2按耦合方式分類圖6-11液浸法a)全浸沒式b)噴液式c)通水式d)滿溢式(2)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檢測的方法，適用于大體積試件的檢測。1)噴液式，超聲波通過以一定壓力噴射至探測表面的檢測方法稱為噴液式，如圖6-11b所示。2)通水式，借助于一個專用的有進水、出水口的液罩，以使罩內經常保持一定容量的液體，這種方法稱為通水式，如圖6-11c所示。6.2.2按耦合方式分類圖6-12液浸法波形顯示3)滿溢式，滿溢罩結構與

8、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6-11d所示。6.2.3按探頭數目分類1.單探頭法2.雙探頭法(1)并列式兩個探頭并列放置，檢測時兩者作同步同向移動。(2)交叉式兩個探頭軸線交叉，交叉點為要探測的部位，如圖6-13b所示。(3)V型串列式兩探頭相對放置在同一面上，一個探頭發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6-13c所示。(4)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。6.2.3按探頭數目分類(5)串列式兩探頭一前一后，以相同方向放置在同一表面上，一個探頭發射的聲波被缺陷反射的回波，經底面反射進入另一個探頭

9、，如圖6-13e所示。圖6-13雙探頭的排列方式a)并列式b)交叉式c)V形式d)K形式e)串列式圖6-14多探頭法6.2.3按探頭數目分類3.多探頭法6.2.4按波型分類1.縱波法圖6-15縱波法檢測6.2.4按波型分類2.橫波法3.表面波法圖6-16橫波法檢測6.2.4按波型分類圖6-17表面波法檢測4.板波法6.2.4按波型分類圖6-18A型顯示原理圖6.3超聲檢測裝置6.3.1超聲波檢測儀6.3.2超聲波探頭6.3.3超聲波檢測用試塊6.3.4耦合劑6.3.1超聲波檢測儀6.3.2超聲波探頭1.壓電超聲探頭的基本組成1.tif6D19.TIF6.3.2超聲波探頭圖6-19壓電換能器探頭

10、的基本結構a)直探頭b)斜探頭(1)晶片晶片是以壓電效應發射并接收超聲波的元件，是超聲波探頭的核心部分，它的性能決定著探頭的性能。(2)保護膜保護膜的作用是保護晶片不與工件直接接觸以免磨損。(3)背襯吸收塊(阻尼塊)為提高晶片發射效率，其厚度均應保證晶片在共振狀態下工作，但共振周期過長或晶片背面的振動干擾都會導致脈沖變寬、盲區增大。6.3.2超聲波探頭(4)透聲楔(斜楔)雙晶直探頭和斜探頭常用有機玻璃或環氧樹脂作為透聲楔，一是形成一定的聲波入射角，再則可以延遲聲束的入射距離，避開探頭近場區，減少檢測盲區。2.探頭的主要種類(1)接觸式縱波直探頭接觸式縱波直探頭用于發射和接收垂直于探頭表面傳播的

11、縱波，其基本結構如圖6-19a所示，以探頭直接接觸試件表面的方式進行垂直入射的縱波檢測，故又稱縱波探頭。(2)接觸式斜探頭接觸式斜探頭包括橫波斜探頭、瑞利波(表面波)探頭、縱波斜探頭、蘭姆波探頭及可變角探頭等。1)以縱波入射角標稱。6.3.2超聲波探頭圖6-20雙晶探頭的基本結構2)以鋼中的橫波折射角標稱。6.3.2超聲波探頭3)以鋼中橫波折射角的正切值K標稱。(3)雙晶探頭(分割探頭)雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發射超聲波，另一塊用于接收超聲波，如圖6-20所示。(4)聚焦探頭圖6-21所示為聚焦探頭的基本結構，在探頭上加上聲透鏡以產生聚焦聲束。圖6-21聚焦探頭的基本結構6.3.2超聲

12、波探頭3.探頭型號和規格1)基本頻率：探頭的發射頻率，用阿拉伯數字表示，單位為MHz。2)晶片材料：用化學元素縮寫符號表示，見表6-1。3)晶片尺寸：壓電晶片的大小，圓形晶片用直徑表示，矩形用長乘寬表示，單位為mm。4)探頭種類：漢語拼音縮寫字母代表示，見表6-2。5)探頭特征：漢語拼音縮寫字母代表示；斜探頭K值用阿拉伯數字表示；折射角用阿拉伯數字表示，單位為度；雙晶探頭在試件中的聲束匯聚區深度用阿拉伯數字表示，單位為mm；水浸聚焦探頭的水中焦距用阿拉伯數字表示，單位為mm，用DJ表示點聚焦，XJ表示線聚焦。6.3.2超聲波探頭表6-1晶片材料表示法表表6-2探頭種類表達法6.3.3超聲波檢測

13、用試塊1.試塊的作用(1)確定檢測靈敏度超聲波檢測靈敏度太高或太低都不好，太高雜波多，判傷困難，太低會引起漏檢。(2)測試探頭的性能超聲波檢測儀和探頭的一些重要性能，如放大線性、水平線性、動態范圍、靈敏度余量、分辨力、盲區、探頭的入射點、K值等都是利用試塊來測試的。(3)調整掃描速度利用試塊可以調整儀器屏幕上水平刻度值與實際聲程之間的比例關系，即掃描速度，以便對缺陷進行定位。(4)評判缺陷的大小利用某些試塊繪出的距離-波幅-當量曲線(即實用AVG)來對缺陷定量是目前常用的定量方法之一。2.試塊的分類及常見試塊6.3.3超聲波檢測用試塊(1)ASTM鋁合金標準試塊由于不同成分的鋁合金透聲性基本相

14、同，材質較為均勻穩定，所以采用鋁合金制作標準試塊，它的材料牌號為7075，相當于我國的7A09。1.tif6.3.3超聲波檢測用試塊6D22.TIF6.3.3超聲波檢測用試塊圖6-22ASTM鋁合金標準試塊(2)CSK-A試塊圖6-23所示為CSK-A試塊形狀和尺寸圖。(3)CSK-A試塊圖6-24所示為CSK-A試塊形狀和尺寸圖，它是常用于焊縫橫波檢測的一種對比試塊，主要用來調節時基線比例、探測范圍和檢測靈敏度，測定斜探頭K值和橫波AVG曲線，并且對缺陷進行定量檢測。6.3.3超聲波檢測用試塊注：尺寸誤差不大于0.05mm圖6-23CSK-A試塊6.3.3超聲波檢測用試塊圖6-24CSK-A

15、試塊6.3.4耦合劑1)能潤濕工件和探頭表面，流動性、粘度和附著力適當，不難清洗。2)聲阻抗高，透聲性能好。3)來源廣，價格便宜。4)對工件無腐蝕，對人體無害，不污染環境。5)性能穩定，不易變質，能長期保存。表6-3常用耦合劑的聲阻抗(單位：Z1kg/s)6.4超聲檢測應用實例6.4.1直射聲束縱波檢測6.4.2斜射聲束橫波檢測6.4.1直射聲束縱波檢測1.檢測方法(1)檢測準備與儀器的調整在實際檢測中，為了在確定的探測范圍內發現規定大小的缺陷，并對缺陷定位和定量，就必須在探測前調節儀器的掃描速度和靈敏度。1)掃描速度(時基線掃描比例)調整。圖6-25縱波掃描速度的調節6.4.1直射聲束縱波檢

16、測2)靈敏度調整，檢測靈敏度是指在確定的聲程范圍內發現規定大小缺陷的能力，一般根據產品技術要求或有關標準確定。(2)缺陷評定1)缺陷位置的確定，超聲波檢測中缺陷位置的測定是確定缺陷在工件中的位置，簡稱定位。2)缺陷大小的評定，缺陷定量包括確定缺陷的大小和數量，而缺陷的大小指缺陷的面積和長度。(3)鍛件質量的評定GJB 1580A2004質量驗收等級規定見表6-4。6.4.1直射聲束縱波檢測表6-4超聲檢測質量驗收等級2.多個不連續性指示中間距小于25mm，而指示幅度超過所要求等級的當量平底孔指示幅度，為不符合要求。3.任何長條形不連續性指示的幅度超過所要求等級的當量平底孔指示幅度和所規定的長度

17、，為不符合要求。4.間距指任何兩個指示的中心間距。2.鍛件超聲檢測工藝卡6.4.1直射聲束縱波檢測表6-5鍛件超聲檢測工藝卡示例6.4.1直射聲束縱波檢測3.鍛件超聲波檢測報告表6-6鍛件超聲檢測檢測報告示例6.4.2斜射聲束橫波檢測1.檢測方法(1)檢測準備與儀器的調整1)斜探頭入射點與折射角的測定。圖6-26測定入射點和折射角6.4.2斜射聲束橫波檢測2)時基線調整。3)橫波距離波幅曲線的測繪。圖6-27距離-波幅曲線圖6.4.2斜射聲束橫波檢測(2)缺陷評定1)缺陷位置的確定，橫波斜探頭檢測平面時，波束軸線在探測面處發生折射，工件中缺陷的位置由探頭的折射角和聲程確定或由缺陷的水平和垂直方

18、向的投影來確定。聲程定位法，假設超聲檢測儀按聲程1 n調節橫波掃描速度，檢測儀上缺陷波水平刻度為f，則水平定位法，假設超聲檢測儀按水平1 n調節橫波掃描速度，檢測儀上缺陷波水平刻度為f，則深度定位法，假設超聲檢測儀按深度1 n調節橫波掃描速度，檢測儀上缺陷波水平刻度為f，則6.4.2斜射聲束橫波檢測圖6-28缺陷在焊縫中位置示意圖2)缺陷反射當量大小的確定，移動探頭找到缺陷最大回波，調節衰減器將該回波高度調節到基準波80%高，讀取此時衰減器讀數，然后根據該數值在距離-波幅曲線上查找該dB值應落在何區域，若落在判廢線或以上，即為區，則工件判廢；若落在區內，則要按照其長度確定是否判廢；6.4.2斜射聲束橫波檢測若落在區內，除有特殊要求外，一般可以不做考慮。3)缺陷長度的測定，當工件中缺陷尺寸大于聲束截面時，一般采用測長法來確定缺陷的長度。圖6-296dB法示意圖6.4.2斜射聲束橫波檢測(3)焊縫質量的評定JB 4730.42005質量驗收等級規定見表6-7。表6-7焊接接頭質量分級(單位：mm)2.當焊縫長度不足9T(級)或4.5T(級)時，可按比例折算。2.焊縫超聲檢測工藝卡6.4.2斜射聲束橫波檢測表6-8焊縫超聲檢測工藝卡示例3.焊縫超聲檢測報告6.4.2斜射聲束橫波檢測表6-9焊縫超