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1、第2章 超聲波檢測,本章提要： 超聲檢測（UT）是利用其在物質中傳播、界面反射、折射(產生波型轉換)和衰減等物理性質來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法，應用較為廣泛。 按其工作原理不同分為：共振法、穿透法、脈沖反射法超聲檢測； 按顯示缺陷方式不同分為： A型、B型、C型、3D型超聲檢測； 按選用超聲波波型不同分為：縱波法、橫波法、表面波法超聲檢測；,按聲耦和方式不同分為： 直接接觸法、液浸法超聲檢測； 本章將重點介紹： 脈沖反射法原理、 直接接觸法、 A型顯示方式、 縱波法、橫波法 超聲檢測技術。,,2.1 超聲波檢測技術基礎,2.1.1 超聲波的物理本質
2、 它是頻率大于2萬赫茲的機械振動在彈性介質中的轉播行為。 即超聲頻率的機械波。 一般地說，超聲波頻率越高，其能量越大，探傷靈敏度也越高。 超聲檢測常用頻率在 0.510 MHZ。,2.1.2 超聲波的產生（發(fā)射）與接收 (1) 超聲波的產生機理利用了壓電材 料的壓電效應。 試驗發(fā)現(xiàn)，某些晶體材料（如石英晶體）做成的晶體薄片，當其受到拉伸或壓縮時，表面就會產生電荷；此現(xiàn)象稱為正壓電效應； 反之，當對此晶片施加交變電場時，晶體內部的質點就會產生機械振動，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應。 具有壓電效應的晶體材料就稱為壓電材料。,壓電效應,壓電效應圖解,(2) 超聲波的發(fā)射與接收 發(fā)射在壓電
3、晶片制成的探頭中，對壓電晶片施以超聲頻率的交變電壓，由于逆壓電效應，晶片中就會產生超聲頻率的機械振動產生超聲波； 若此機械振動與被檢測的工件較好地耦合，超聲波就會傳入工件這就是超聲波的發(fā)射。,接收若發(fā)射出去的超聲波遇到界面被反射回來，又會對探頭的壓電晶片產生機械振動，由于正壓電效應，在晶片的上下電極之間就會產生交變的電信號。 將此電信號采集、檢波、放大并顯示出來，就完成了對超聲波信號的接收。 可見，探頭是一種聲電換能元件，是一種特殊的傳感器，在探傷過程中發(fā)揮重要的作用。,2.1 超聲波檢測技術基礎,2.1.3 超聲波波型的分類 按質點的振動方向與聲波的傳播方向之間的關系分為： （1）縱
4、波 L 介質質點的振動方向與波的傳播方向一致；,（2）橫波 S 介質質點的振動方向與波的傳播方向垂直；,2.1 超聲波檢測技術基礎,（3）表面波 R介質質點沿介質表面做橢圓運動；又稱瑞利波；,2.1 超聲波檢測技術基礎,（4）板波 板厚與波長相當?shù)谋“逯袀鞑サ某暡?，板的兩表面介質質點沿介質表面做橢圓運動，板中間也有超聲波傳播。又稱蘭姆波；a)對稱型 b)非對稱型,2.1 超聲波檢測技術基礎,注意！ 液體和氣體介質（不能傳遞切向力） 中，所以只能傳播縱波！ 同一介質中，聲速的關系有： CL CS CR 同一介質中，聲速、波長、頻率之間 的關系為： C
5、 = f = 常數(shù)。,按超聲波振動持續(xù)時間分為： (1)連續(xù)波在有效作用時間內聲波不間 斷地發(fā)射； (2)脈沖波在有效作用時間內聲波以脈 沖方式間歇地發(fā)射。 注意: 超聲波檢測過程常采用脈沖波。,2.1.4 超聲波的基本性質 (1)具有良好的指向性： 直線傳播，符合幾何光學定律；象光波一樣，方向性好； 束射性，象手電筒的光束一樣，能集中在超聲場內定向輻射。 聲束的擴散角滿足如下關系： = arcsin 1.22(/D) (2-1) 可見： 波長越短，擴散角越小， 聲能越集中。,2.1 超聲波檢測技術基礎,(2)具有較強的穿透性，
6、但有衰減； 穿透性來自于它的高能量，因為聲強正比于頻率的平方； 所以，超聲波的能量比普通聲波大100萬倍！可穿透金屬達數(shù)米！ 衰減性源于三個方面： 擴散、散射、吸收；,(1)擴散衰減 聲波在介質中傳播時，因其波前在逐漸擴展， 從而導致聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的 擴散衰減。 它主要取決于波陣面的幾何形狀， 而與傳播介質無關。,2.1 超聲波檢測技術基礎,(2)散射衰減 散射是物質不均勻性產生的。 不均勻材料含有聲阻抗急劇變化的界面， 在這兩種物質的界面上， 會產生聲波的反射、折射和波型轉換現(xiàn)象， 必然導致聲能的降低。,2.1 超聲波檢測技術基礎,(3)吸收衰減： 超聲波
7、在介質中傳播時， 由于介質質點間的內摩擦和熱傳導， 引起的聲波能量減弱的現(xiàn)象， 叫做超聲波的吸收衰減。,2.1 超聲波檢測技術基礎,（3）只能在彈性介質中傳播，不能在真空（空 氣近似看成真空）中傳播； 強調：橫波不能在氣體、液體中傳播！表面波看作是縱波與橫波的合成， 所以，也不能在氣體、液體中傳播！,2.1 超聲波檢測技術基礎,（4）遇到界面將產生： 反射、折射和波型轉換現(xiàn)象； （5）對人體無害優(yōu)于射線的性質。,,,,,,,,主聲軸,,,,N,近場區(qū)長度,N=D2 /4,超聲場及 近場區(qū),壓電晶片,,2.1 超聲波檢測技術基礎,,3.24?,2.2 超聲波在介質中的傳播,2.2.1 超聲
8、波在金屬中的衰減定律 超聲波在金屬中主要的衰減原因是散射和擴散；在液體中主要是吸收。 研究表明，超聲波在金屬中的衰減規(guī)律可用下面的關系式表達： PX = P0 e-x (2-2) 衰減系數(shù)；dB/m x 聲束傳播的距離，即聲程 m。,(2-2)式表明，超聲波的聲壓在其傳播的路徑上，呈負指數(shù)規(guī)律衰減。 這里強調指出：衰減系數(shù)為頻率f4和晶粒尺寸d3的函數(shù)。 所以，對粗晶檢測時，應適當降低超聲波頻率，彌補能量的不足。 研究表明，聲壓p與超聲波探傷儀示波屏上的波高h成正比關系： p1/p2 = h1/h2 (2-3) 實際探測時，超聲波探傷儀示波屏上的波高
9、h能夠反映聲波的衰減狀況。,超聲波探傷儀示波屏上波高h的衰減狀況,這里，B1 B6代表超聲波在工件底面的 6次反射波。波高h依次遞減。,,,,,,,,,,,,T,B1,B2,B6,描述： 超聲場的物理量 充滿超聲波的空間，或在介質中超聲振動波所及的“質點占據(jù)的范圍”叫超聲場。 對超聲場我們常用： 1.聲壓、 2.聲強、 3.聲阻抗、 4.質點振動位移和質點振動速度 等物理量,來描述超聲波聲場。,2.3 超聲波在介質中的傳播,(一)聲壓 超聲場中某一點在某一瞬間所具有的壓強 ,與沒有超聲場存在時，同一點的靜態(tài)壓強之差為該點的聲壓，用 表示。 單位為 帕,記作1Pa=1N/m2 。 若
10、用 平面余弦波表達式： (2-1),2.3 超聲波在介質中的傳播,,,,2.3 超聲波在介質中的傳播,式中： -介質的密度， C-介質中的波速， A-介質質點的振幅， -介質中質點振動的圓頻率()， A -質點振動的速度振幅()， T -時間， x-至波源的距離。 且有關系式： 式中： -聲壓的極大值。,,,,,可見： 聲壓的絕對值，與波速、質點振動的速度振幅(或角頻率)成正比。 因為超聲波的頻率高，所以超聲波比聲波的聲壓大。,2.3 超聲波在介質中的傳播,2.3.1.2 聲強 在超聲波傳播的方向上，單位時間內 介質中單位截面上 的聲能叫聲強。用I
11、表示；單位是 對縱波在均勻的各向同性的固體介質中的傳播為例，可以證明平面波傳播的聲強計算式； (1-2) 注意：上式中有三個部分的概念。,2.3 超聲波在介質中的傳播,,,超聲波的聲強： 、正比于質點振動位移振幅的平方； 、正比于質點振動角頻率的平方； 、正比于質點振動速度振幅的平方。 注意： 由于超聲波的頻率高，其強度(能量)是遠遠大于 可聞聲波 的強度。 例如： 1MHz聲波的能量等于100kHz聲波能量的100倍，等于lkHz聲波能量的100萬倍。,2.3 超聲波在介質中的傳播,,,2.2 超聲波在介質中的傳播,2.2.2 超聲波在異質界面處產生的各種現(xiàn)象
12、(1)垂直入射異質界面時的透射、反射及繞射 透射與反射 反射系數(shù) K = W反/ W入100%,w入,常見材料之間的界面反射系數(shù),反射現(xiàn)象的辯證分析 反射現(xiàn)象： 對發(fā)射超聲波不利 ； 對脈沖反射法接收有利。 影響反射系數(shù)K的因素 反射系數(shù)K值的大小，決定于相鄰介質的聲阻抗之差： Z =| Z 2Z 1| Z 越大，K 值越大。 而與何者為第一介質無關。,,(一)、在單一界面上 當超聲波垂直入射到足夠大的光滑平界面時： .在第一介質中產生一個與入射波方向相反的反射波。 .在第二介質中產生一個與入射波方向相同的透射波。 .反射波與透射波的聲壓(聲強)是按一定比例分
13、配。 .分比例由聲壓反射率(或聲強反射率)， 和聲壓透射率(或聲強透射率)來表示。,,1、在單一界面上反射波聲壓與入射波聲壓之比，稱為界面的 聲壓反射率： 用表示。 式中： Z1- 介質1的聲阻抗， Z2-介質2的聲阻抗。,,,2、在單一界面上透射波聲壓與入射波聲壓之比，稱為界面的 聲壓透射率： 用t表示： 3、在界面上反射波聲強與入射波聲強之比，稱為 聲強反射率： 用R表示：,,,4、在界面上透射聲強與入射聲強之比，稱為 聲強透射率： 用T表示： 說明： 在聲波垂直入射到平界面上時，聲壓和聲強的分配比例，僅與界面兩側介質的聲阻抗有關.,,,,注意： 在垂直入射時， 介質兩側的聲波必須滿足
14、兩個邊界條件： (1)、一側總聲壓等于另一側總聲壓。 否則界面兩側受力不等，將會發(fā)生界面運動。 (2)、兩側質點速度振幅相等，以保持波的連續(xù)性。,,上述的是超聲波縱波： 垂直入射到單一平界面上的，聲壓、聲強與其反射率、透射率的計算公式，同樣適用于橫波入射的情況。,,(二)、薄層界面 在進行超聲檢測時，經常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層，可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。 超聲波是由聲阻抗為Z1的第一介質，入射到Z1和Z2的交界面。 然后通過聲阻抗為Z2的第二介質薄層射到Z2和Z3界面，最后進入聲阻抗為Z3的第三介質等。 在有三層介質時，很多情況是： 第一介質和第三介質為同一種介質。,,a
15、)鋼-水入射 b)水-鋼入射,,注意： 1、超聲波通過一定厚度的異質薄層時，反射和透射情況與單一的平界面不同， 2、當異質薄層很薄，進入薄層內的超聲波會在薄層兩側界面，引起多次反射和透射，形成一系列的反射和透射波。 3、當超聲波脈沖寬度相對于薄層較窄時，薄層兩側的各次反射波、透射波就會互相干涉。 4、由于上述原因，聲壓反射率和透射率的計算比較復雜。,,一般說來： 超聲波通過異質薄層時： 聲壓反射率和透射率，不僅與介質聲阻抗和薄層聲阻抗有關，而且與薄層厚度同其波長之比( )有關。,,,(1)、當一、三介質為同一介質時，對均勻介質中的異質薄層有如下規(guī)律性： （反射） 2-2
16、1 （透射） 2-22,,,,式中：d2-異質薄層的厚度， -異質薄層的波長， -兩種介質的聲阻抗之比， 由公式(2-21)(2-22)可知： 當 時(n為正整數(shù))， 。 當 時(n為正整數(shù))，r最高， 。 當 時，即 時，則薄層厚度愈小，透射率愈大，反射率愈小。,,,,,,,,,,(2)、 ，即非均勻介質中的薄層有如下規(guī)律性： 例如：晶片保護薄膜工件，或晶片耦合劑工件等情況。 此時 聲壓往復透射率 為： （2-23）,,,,由上式可知： 當 時(n為正整數(shù))，則有： 即： 超
17、聲波垂直入射到兩側介質聲阻抗不同的薄層， 若薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲壓往復透射率與薄層的性質無關。,,,,當 (n為正整數(shù))，且 時， 則有： 上式表明： 超聲波垂直入射到兩側介質聲阻抗不同的薄層： 1、當 的奇數(shù)倍， Z2為 時，或 時，,,,,,,,,其聲壓往復透射率等于1，此即為全透射的情況。 2、當 時，薄層愈薄，聲壓往復透射率愈大。,,關于聲阻抗,聲阻抗Z表示聲場中介質對質點振動的阻礙作用。 指超聲波在介質中傳播時，任一點的聲壓p與該點速度振幅V之比。 定義式: 聲阻抗 Z = p/V (2-4) 數(shù)值表征 : Z = C
18、L (2-5) 氣體、液體、金屬之間聲阻抗之比約為： 1：3000：8000。,,,, 繞射現(xiàn)象 當界面尺寸df
19、聲阻抗差異較大的異質界面)時，會產生反射和透射現(xiàn)象。 3一部分超聲波在界面上被反射回第一介質，另一部分透過介質交界面進入第二介質。,2.2 超聲波在介質中的傳播,(一)、在單一界面上 當超聲波垂直入射到足夠大的光滑平界面時： 在第一介質中產生一個與入射波方向相反的反射波。 在第二介質中產生一個與入射波方向相同的透射波。 反射波與透射波的聲壓(聲強)是按一定比例分配。 分比例由聲壓反射率(或聲強反射率)， 和聲壓透射率(或聲強透射率)來表示。,2.2 超聲波在介質中的傳播,(二)薄層界面 在進行超聲檢測時，經常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層，可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。,2.2 超聲
20、波在介質中的傳播,斯涅耳定律：,,（26),(2)臨界角的討論及其應用意義 因 CL = CL1 ;=L ;由（2-6）式可推知: （2-7） （2-8） 臨界角的討論 ：當取有機玻璃為第一介質，鋼為第二介質時，即有： CL1
21、射角； 叫作第二臨界角，記為2m = 57.6 。 臨界角的應用： 斜探頭設計時，應保證聲波的入射角介于第一臨界角、第二臨界角之間。,,,第三臨界角：（入射角，折射角） 當超聲波橫波傾斜入射到界面時，在第一介質中產生反射縱波和反射橫波。 由于在同一介質中， 恒大于 ，所以 恒大于 。 隨著 增加，當 時，介質中只存在反射橫波。 當 ，則有； 注意：只有第一介質為固體時，才會有第三臨界角。,,,,,,,,,,2.4.2.3傾斜入射到平界面上時聲壓反射率與透射率 注意：斯涅爾反射、折射定律只討論了： 超聲波傾斜入射到界面上時，各種類型反射波和折射波的傳播方向，沒有涉及它們的聲壓
22、反射率和透射率。 實際上：在斜入射情況下，各種類型的反射波和折射波的聲壓反射率和透射率，是與： 與界面兩側介質的聲阻抗有關， 與入射波的類型以及入射角的大小有關。,,其理論計算公式復雜，借助于由公式或實驗： 得到的幾種，常見界面的聲壓反射率和透射率圖來確定檢測方案。,,,,2.4.2.4聲壓往復透射率 超聲波傾斜入射時，聲壓往復透射率等于兩次相反方向，通過同一界面的聲壓透射率的乘積。 表達式： 2-25 -入射波聲壓， -透射波聲壓， -回波聲壓,,,,,2.3 超聲波檢測原理,本節(jié)重點講解: A型脈沖反射法超聲波檢測原理。 在實際應用中以該法為主。 2
23、.3.1 A型脈沖反射法超聲波檢測原理 (1)原理： A型脈沖反射法超聲波檢測就是利用超聲波在傳播過程中，遇到聲阻抗較大的異質界面時，將產生反射的原理來實現(xiàn)對內部缺陷檢測的。,(2)實現(xiàn)方法： 該法采用單一探頭既作發(fā)射器件，又作接收元件，以脈沖方式間歇地向工件發(fā)射超聲波；接受到的回波信號經功能電路放大、檢波后，在探傷儀的示波屏上，以脈沖信號顯示出來。 (3)信號的解讀： 根據(jù)探傷儀示波屏上，始波T、傷波F、底波B的有無、大小及其在時基軸上的位置可判斷工件內部缺陷的有無、大小和位置。見下圖：,示例,直探頭缺陷顯示,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a.無缺陷
24、b.小缺陷 c. 大缺陷,,,,,,,,,,,,T,B,T,T,B,F,F,示波屏特征小結,（a）無缺陷 示波屏上只有始波T和底波B， 而且底波較高； （b）有小缺陷示波屏上不僅有始波T 和底波B；而其間還有傷波F; 相對（a）無缺陷的情況， 底波變矮； （c）有大缺陷示波屏上只有始波T和傷波F, 沒有底波B。 相對（b）而言，傷波變高。,2.4 脈沖反射法超聲波檢測技術要點,內容提要： 從根本上說，超聲波檢測技術的基本任務就是： 通過調節(jié)探傷系統(tǒng)的靈敏度和調整操作手法， 有效的發(fā)現(xiàn)缺陷；
25、發(fā)現(xiàn)缺陷后，能夠準確的給缺陷定性、定量、 定位； 根據(jù)工藝要求, 提出返修建議及相關的探傷工藝； 按規(guī)定格式，出據(jù)檢測報告。 重點介紹兩種探傷方法。,2.4.1 垂直入射法（直探頭，縱波法探傷技術） 定義：采用直探頭將聲束垂直入射工件的探傷方法； 該法利用的聲波類型為縱波，故有縱波法之稱。 簡記：垂直入射法 = 直探頭法 = 縱波法 缺陷顯示方式：以回波在時基線上的位 置、脈沖大小反映缺陷的情況。 應用特點：能夠發(fā)現(xiàn)與探測面平行或接近平行的面積型缺陷和體積型缺陷。 對體積型缺陷的檢出率較高。,缺陷的定位： 缺陷就在探頭的正下方！從三維定位的角度，需給出三個坐標：x, y
26、, z； 其中，在探測面上的水平坐標x,y可直接用鋼板尺量取； 而缺陷的埋藏深度坐標z（習慣上用h表示）可根據(jù)傷波可根據(jù)傷波F在時基線上的位置，按比例關系確定: h = (tf / tb) = n tf,,式中: tf 傷波脈沖前沿在示波屏時基線上的刻度值； tb底波在示波屏時基線上的刻度值； 被檢測試件的厚度值； n 比例系數(shù); n= / tb 。,缺陷的定量 a.當缺陷尺寸大于聲束直徑時，采用移動測長法； 即半波高法 。圖示如下：,b.缺陷尺寸小于聲束直徑時，采用當量法； 當量法的基本思想： 在一定的探傷靈敏度條件下，將已知形狀、尺寸的人工反射體的回
27、波與實際檢測到的缺陷回波相對比，若二者的聲程、回波高度相等，則這個已知人工反射體的相關尺寸可視為該實際缺陷的“缺陷當量”。 可見當量法應該選擇恰當?shù)膶Ρ仍噳K。 設計適當?shù)木嚯x尺寸和人工反射體的尺寸； 得到“探測距離與波幅曲線” ；,當量法的距離波幅曲線示意圖,對比試塊,,,,,,,,,,,,,,250,,,,50,孔徑可改變?yōu)椋?2， 3， 4， 6；,,,,探頭,平底孔距探測面的距離為： 5，10，15，20，25，30，35，40，45,當量法的距離波幅曲線示意圖,圖例,,波幅,距離mm,,,,評定線,,定量線,,報廢線,,,,,dB,缺陷的定性 對于A型顯示的超聲波檢測來
28、說，給缺陷定性是較復雜和困難的。 需要了解檢測對象的材質、工藝、缺陷位置、空間位向、信號大小、特征等多方面的信息。 缺陷性質不同，其波形特征各異； 在探頭移動時，也會表現(xiàn)出不同的特點。 要做動態(tài)分析！,舉 例,點狀缺陷的波幅較低，當探頭作環(huán)繞掃查時，信號反映遲鈍； 夾渣群則呈連串的波峰，而且波形雜亂； 裂紋和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，對探頭轉角掃查反映敏感； 特別是回波信號往往隨探頭的掃查方式改變而發(fā)生不同的變化。 其變化規(guī)律需操作者積累豐富的經驗。 各種現(xiàn)代超聲檢測技術的出現(xiàn)，大大提高了缺陷定性的準確性。,基本掃查方式,圖示,,,2.4.2 斜角探傷法（斜探頭，橫波法） (1)
29、定義：采用斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進行檢測的方法，簡稱斜射法。 在具體檢測中，采用橫波探傷， 因此，又稱橫波法。 (2)斜探頭的主要參數(shù): 橫波折射角 ；簡稱折射角； 探頭K值: K = tg.(反射系數(shù)K) 超聲波頻率:f.,(3)示波屏上的缺陷顯示情況：,,,,,,,,,,,,,,,,,,T,T,T,F,,,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a. 無缺陷 b.有缺陷 c.端角波,(4)幾何關系術語 入射點o ； 前沿長度b聲波入射點至探頭前端距離； 折射角； 探頭K值，K=tg; 跨距 P1=2tg =2K; 半跨距 P0
30、.5= K; 直射法聲波未經發(fā)射直接對準缺陷； 一次反射法聲波只經過一次反射就對準 了缺陷。,幾何關系術語的圖解,圖例: 直射法一次波法；一次反射法二次波法,直射法圖解,K= tg=L / h 缺陷水平距離 L=Ssin; 缺陷深度 h=Scos ；,一次反射法圖解,L=Ssin =SK/1K2 h=2Scos = 2 L /K；,,,,,,,,,工件,,缺陷,,,L,,,,h,,,,,,,,,,h,,思考題：,一次反射法探傷時，怎樣用聲程S和折射角表示缺陷水平距離L與缺陷深度h？ 解： 已知，S, 或 K 時， 若先求出 h=2 Scos
31、= 2 L /K； 則 L= (2h)K = Ssin 。,（5）常用的掃查方式 粗探鋸齒型（W）掃查； 又稱垂直水平掃查； 精探轉角、環(huán)繞、垂直、水平。,（6）缺陷定位 斜探頭定位的復雜性分析： 缺陷定位的目的，就是在發(fā)現(xiàn)缺陷后，如何給出它的三維坐標，并在圖紙上表示清楚。 習慣上，采用直角坐標來表示。即給出X,Y,h.參見下圖:,（6）缺陷定位 一種水平1:1定位法 即斜探頭進行焊縫缺陷定位的方法。 首先完成水平1:1定位（借助標準試塊） 由于已知探頭K值，故可直接計算 L50和L100： 其中，L5050K/1K2 ;
32、 L100 =2 L50,,CSK-1A標準試塊,圖例,CTS-22型超聲波探傷儀,面板圖,然后,利用CSK-1A標準試塊上的同心圓弧R50，R100為人工反射體，將斜探頭的入射點對準同心圓弧R50，R100的圓心（此時回波最高），并利用水平移位旋紐和深度調節(jié)旋紐使同心圓弧R50，R100的回波分別對準時基線上的L50和L100。 這樣，就完成了水平1:1定位調節(jié)。 此后的探傷過程千萬不要再動水平移位旋紐和深度調節(jié)旋紐。 否則，就會破壞剛剛調好的定位關系。,2.5 超聲波探傷系統(tǒng),2.5.1 超聲波檢測系統(tǒng)組成 (1) 超聲波探頭； (2) 超聲波探傷儀； （3）測試線； （4）
33、試塊/工件； （5）耦合劑。,2.5 超聲波探傷系統(tǒng),(1)探頭: 直探頭,,,,,,,,,外殼,,壓電晶片,,引線,,阻尼塊,斜探頭,,入射點,,超聲波探頭,當入射角 AL 一定時, 探頭的折射角 BS 是一個隨透聲斜楔材料、檢測對象材質變化的, 即 K 值并非一定值,斜探頭的參數(shù)選擇,為了保證斜探頭檢測時，盡可能使用直射法或一次反射法探傷。應注意： a. 板厚較大時,選擇K值較小的探頭； 按深度1:1定位法進行初始定位。 b.板厚較薄時,選擇K值較大的探頭； 按水平1:1定位法進行初始定位。,（2）探傷儀,,,強調一點,超聲波探傷儀在工作時，其始波T是不依賴探頭而存在的！ 這
34、時因為：始波作為一種標志信號，直接通過內部電路饋送而來的，它不是反射信號！ 直探頭探傷時，要求始波前沿對準0刻度！ 斜探頭探傷時，由于探頭內部楔塊已經有一段聲程S0，因此不再要求始波對準0刻度！,（3）試塊 超聲波檢測，離不開試塊。 其作用比象質計還要大！ 試塊分為：標準試塊和對比試塊兩類。 它們都是超聲波檢測的輔助工具。 用來模擬各種工藝缺陷，對超聲檢測系統(tǒng)的靈敏度進行調整！ 試塊中精心設計了各種人工反射體，并進行了科學布置。,標準試塊與對比試塊的定義,標準試塊(standard test block) 指材質、形狀和尺寸均經主管機關或權威機構鑒定的試塊。也叫校準試塊。
35、 用于對超聲檢測裝置或系統(tǒng)的性能測試及靈敏度調整。 對比試塊（reference block） 用于調整超聲檢測系統(tǒng)靈敏度或比較缺陷大小的試塊。也叫參考試塊。一般采用與被檢材料特性相似的材料制成。,標準試塊示例,(1)CS1試塊 尺寸參數(shù)：,高H=225mm； 直徑70mm； 底部平底孔2mm； 孔深h=25mm.,作用：標定儀器靈敏度！,試塊示例,（2)CSK-1A試塊,CSK-1A 試塊的作用,標定探頭K值； 測試分辨力； 測試探傷儀的水平線性； 進行斜探頭的垂直或水平1：1定位； 測試斜探頭的入射點等等。 這些內容，將通過實驗課來親自體驗。,2.5.2 超聲波探傷儀基本性能
36、簡介 （1）垂直線性回波波高與放大系統(tǒng)的回波電壓 信號成正比關系的程度。因此，又稱為 放大線性或波幅線性。 它涉及對缺陷的定量。 合格儀器一般要求8%。 （2）水平線性探傷儀示波屏時基線上的傷波前 沿讀數(shù)與實際聲程成正比關系的程度。 又稱時基線性、掃描線性或距離線性。 它涉及對缺陷的定位。 合格儀器一般要求2%。 （3）動態(tài)范圍回波波高從100至完全消失，衰 減器db值的改變量。一般大于26db。,2.5.3 超聲波檢測系統(tǒng)的組合性能 相關標準GB/T 12604.1-90規(guī)定: 超聲檢測系統(tǒng)由超聲檢測儀器、探頭和電纜
37、組成的系統(tǒng)。 (1)組合靈敏度用靈敏度余量來表示。 指超聲檢測系統(tǒng)中，以一定電平（或波高）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。用db數(shù)表征。 該值越大，表明該系統(tǒng)的組合靈敏度越好。即靈敏度余量越大。,(2)組合盲區(qū)（dead zone） 在一定探傷靈敏度下，從被檢件探測面到最近可探缺陷之間距離。 換言之，在此區(qū)間內，系統(tǒng)無法有效發(fā)現(xiàn)缺陷。 注釋：發(fā)現(xiàn)不了缺陷成為“盲”； 一定范圍內都“發(fā)現(xiàn)不了缺陷”， 便構成“盲區(qū)”！ （組合盲區(qū)測定是實驗內容之一）,盲區(qū)的示意圖,超聲波探傷儀示波屏,,,,,T,,,,,,,,,,,盲區(qū),100 80 60 40 20 0,
38、,,F,(3)組合分辨力（resolution） 指超聲探傷系統(tǒng)能夠區(qū)分深度方向一定大小的兩個相鄰缺陷的能力。 這一組合性能，需借助CSK-1A標準試塊來完成。圖示如下：,組合分辨力測試圖示,用CSK-1A試塊測探傷系統(tǒng)的組合分辨力,,,,,,,,,,,,300,,,,91,,,,,,100,,,,200,,,,,,,,兩個人工反射體,,,直探頭,,,,85,組合分辨力測試圖示,首先找到兩個反射體的回波A、B ； 將二者調至滿量程的2030； 記下此時的衰減器讀數(shù)S1.,然后將回波A、B 的谷底調至原來波高，即滿量程的2030；記下此時的衰減器讀數(shù)S2.,最后計算出衰減器的改變量 S=S1
39、 S2 即為該探傷系統(tǒng)的組合分辨力！,(4)電噪聲,,,,,T,E = E1/E2100%,E1,,,E2,2.6 超聲波檢測應用相關術語,2.6.1 對接焊縫的斜探頭檢測 (1)位、側、面,,左側,右側,探測面：分為上、下面； 探測區(qū)：分為左、右側； 探頭所在位向分為： 1、2、3、4 四種位置。,,(2)直射法掃查的死區(qū),,（3）掃查范圍的確定 直射法：L 0.75P1 一次反射法： L 1.25P1,,,,,L,,,,(4)聲學術語 超聲場充滿超聲波的空間。 聲壓超聲場中介質質點在交變振動的某一瞬時所受的附加壓強。 聲強I即聲波的能流密度。指單位時間內在垂直于聲束傳播方向的介
40、質單位面積上所通過的平均聲能量 (W/CM2) 。 標準聲強I0也叫“聞閾”。指引起聽覺的最弱聲強?；蚍Q為基準聲強。 數(shù)值是：1016 W/CM2.,聲強級 （sound intensity level） 以分貝（dB）為單位的聲強表示方法。 定義式為： IL=10lg（I/I0） dB 即：聲強級在數(shù)值上等于某一頻率的聲強I與標準聲強I0的比值再取常用對數(shù)后乘以10。 不乘以10，其單位叫貝爾（BEL)。這個單位顯得太大，不便于應用。 就像米(m)與分米(dm)一樣！,不同波高的聲強級差 10lg(I2/I1) = 10lg(P2/P1)2 = 20lg(P2/P1) = 20lg(H2/H1) 特別地，當H2/H12時， 6 dB. 這就是半波高法的由來！,2.6.2 實際接頭的超聲波檢測示例 (1)T形接頭的檢測,示例1: 針對不同缺陷的組合探測,,斜探頭,(2)對接焊縫的超聲波檢測,
《無損檢測》超聲波課件.ppt
