第四章 超聲波探傷方法和通用探傷技術(shù)[共28頁]

1、第四章 超聲波探傷方法和通用探傷技術(shù) By adan第四章 超聲波探傷方法和通用探傷技術(shù)超聲波探傷方法雖然很多，各種方法的操作也不盡相同，但它們在探測條件、耦合與補償、儀器的調(diào)節(jié)，缺陷的定位、定量、定性等方面卻存在一些通用的技術(shù)同題，掌握這些通用技術(shù)對于發(fā)現(xiàn)缺陷并正確評價是很重要的。第一節(jié) 超聲波探傷方法概述一、按原理分類超聲波探傷方法按原理分類，可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。1.脈沖反射法 超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來檢測試件缺陷的方法，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。 (1)缺陷回法：根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進行判斷的方法

2、，稱為缺陷回波法，該方法是反射法的基本方法。 圖4.l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4.1(a)所示。 若試件中存中缺陷，在探傷圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F如圖4.1(b)所示。 (2)底波高度法：當試件的材質(zhì)和厚度不變時，底面回波高度應(yīng)是基本不變的。如果試件內(nèi)存在缺陷，底面回波高度會下降甚至消失，如圖4.2所示。 這種依據(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。 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，

3、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，實用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。 (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(fù)傳播多次，示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3。如果試件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底面回波次數(shù)減少，同時也打亂了各次底面回波高度依次衰減的規(guī)律，并顯示出缺陷回波，如圖4.3所示。這種依據(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。 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

4、，缺陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。 2.穿透法 穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法，如 圖4.4所示。 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4。4(a)為無缺陷時的波形，圖4.4(b)為有缺陷時的波形。 3.共振法 若聲波(頻率可凋的連續(xù)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。由以下公式算出試件厚度。（4.1）式中 f0工件的固有頻率； fn、fn-1相鄰兩共振頻率； C被檢試件的聲速； 波長； 試件厚度。 當試件內(nèi)存在缺陷或工件厚

5、度發(fā)生變化時，將改變試件的共振頻率。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。共振法常用于試件測厚。 二、按波形分類 根據(jù)探傷采用的波形，可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。 1.縱波法 使用直探頭發(fā)射縱波，進行探傷的方法，稱為縱波法。此法波束垂直入射至試件探測面，以不變的波型和方向透入試件，所以又稱為垂直入射法。簡稱垂直法，如圖4.5所示。垂直法分為單晶探頭反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。常用的是單晶探頭反射法。 垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的探傷，該法對與探測面平行的缺陷檢出效果最佳。由于盲區(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

6、測面一定距離以外的缺陷。 在同一介質(zhì)中傳播時，縱波速度大于其它波型的速度，穿透能力強，晶界反射或散射的敏感性較差，所以可探測工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的探傷。 由于垂直法探傷時，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。 2.橫波法 將縱波通過楔塊、水等介質(zhì)傾斜入射至試件探測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進行探傷的方法，稱為橫波法。由于透入試件的橫波束與探測面成銳角，所以又稱斜射法；如圖4.6所示。 此方法主要用于管材、焊縫的探傷。其它試件探傷時，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)垂直探傷法不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。3.表面波法使用表面波進行探傷的方法，稱為表面波法。這種方法主要用于表面

7、光滑的試件。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?，對于表面上的?fù)層、油污、不光潔等，反應(yīng)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。 4.板波法 使用板波進行探傷的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡單的試件探傷，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。 5.爬波法 爬波是指表面下縱波，它是當?shù)谝唤橘|(zhì)中的縱波入射角位于第一臨界角附近時在第二介質(zhì)中產(chǎn)生的表面下縱波。這時第二介質(zhì)中除了表面下縱波外，還存在折射橫波。這種表面下縱波不是

8、純粹的縱波，還存在有垂直方向的位移分量。 爬波對于檢測表面比較粗糙的工件的表層缺陷，如鑄鋼件、有堆焊層的工件等，其靈敏度和分辨力均比表面波高。 三、按探頭數(shù)目分類l.單探頭法使用一個探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的探傷方法稱為單探頭法。單探頭法操作方便，大多數(shù)缺陷可以檢出，是目前最常用的一種方法。 單探頭法探傷，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，能夠受到部分回波或者因反射波束金部反射在探頭之外而無法檢出。 2.雙探頭法 使用兩個探頭(一個發(fā)射，一個接收)進行探傷的方法稱為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭

9、法難以檢縫的缺陷。雙探頭又可根據(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。(1)并列式：兩個探頭并列放置，探傷時兩者作同步向移動。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4.7(a)所示。分割式探頭的原理，就是將兩個并列的探頭組合在一起，具有較高的分辨能力和信噪比，適用與薄試件、近表面缺陷的探傷。(2)交叉式：兩個探頭軸線交叉，交叉點為要探測的部位，如圖4.7(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。 (3)V型串列式；兩探頭相對放置在同一面上，一個探

10、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4.7(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。(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。一個探頭發(fā)射的聲缺陷反射，反射的回波進入另一個探頭，如圖4.7(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。(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(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4 .7(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(如厚焊縫的中間未焊透)。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。 3.

11、多探頭法 使用兩個以上的探頭成對地組合在起進行探傷的方法，稱為多探頭法。多探頭法的應(yīng)用，主要是通過增加聲束來提高探傷速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。通常與多通道儀器和自動掃描裝置配合，如圖4.8所示。四、按探頭接觸方式分類依據(jù)探傷時探頭與試件的接觸方式，可以分為接觸法與液浸法。1.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。2.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

12、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(fù)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。(1)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(fù)雜的試件探傷，如圖4.9(a)所示。(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探傷的方法，使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。1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4.9(b)所示。2通水式：借助

13、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4.9(c)。 3滿溢式：滿溢罩結(jié)構(gòu)與同水式相似，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4.9(d)所示。根據(jù)探頭與事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。第二節(jié) 儀器與探頭的選擇探測條件的選擇首先是指儀器和探頭的選擇。正確選擇儀器和探頭對于有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，并對缺陷定位、定量和定性是至關(guān)重要的；實際探傷中要根據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)要求來選擇儀器與探頭。 一、探傷儀的選擇 超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設(shè)備。目前國內(nèi)外探傷儀種類繁多，性能各異，探傷前應(yīng)根據(jù)

14、探測要求和現(xiàn)場條件來選擇探傷儀。一般根據(jù)以下情況來選擇儀器：(l)對于定位要求高的情況，應(yīng)選擇水平線性誤差小的儀器。(2)對于定量要求高的情況，應(yīng)選擇垂直線性好，衰減器精度高的儀器。(3)對于弋型零件的探傷，應(yīng)選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的儀器。(4)為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷，應(yīng)選擇盲區(qū)小、分辨力好的儀器。(5)對于室外現(xiàn)場探傷，應(yīng)選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干擾能力強的攜帶式儀器。此外要求選擇性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和可靠性好的儀器。二、探頭的選擇超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實現(xiàn)的。探頭的種類很多，結(jié)構(gòu)型式也不一樣。探傷前應(yīng)根據(jù)被檢對象的形狀、衰減和技術(shù)要求來

15、選擇探頭。探頭的選擇包括探頭型式、頻率、晶片尺寸和斜探頭K值的選擇等。1.探頭型式的選擇常用的探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭表面波探頭、雙晶探頭、聚焦探頭等。一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的型式，使聲束軸線盡量與缺陷垂直?？v波直探頭只能發(fā)射和接收縱波，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。 橫波斜探頭是通過波形轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)橫波探傷的。主要用于探測與深測面垂直或成一定角的缺陷。如焊縫生中的未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。表面波探頭用于探測工件表面缺陷，雙晶探頭用于探測工件近表面缺陷。聚焦探頭用于水浸探測管材或板材。2.探頭

16、頻率的選擇超聲波探傷頻率在O.510MHz之間，選擇范圍大。一般選擇頻率時應(yīng)考慮以下因索。(1)由于波的繞射，使超聲波探傷靈敏度約為，因此提高頻率，有利于發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。(2)頻率高，脈沖寬度小，分辨力高，有利于區(qū)分相鄰缺陷。(3)可知，頻率高，波長短，則半擴散角小，聲束指向性好，能量集中，有利于發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位。(4)可知，頻率高，波長短，近場區(qū)長度大，對探傷不利。(5)可知，頻率增加，衰減急劇增加。由以上分析可知，頻率的離低對探傷有較大的影響。頻率高，靈敏度和分辨力高，指向性好，對探傷有利。但頻率高，近場區(qū)長度大，衰減大，又對探傷不利。實際探傷中要全面分析考慮各方面的因索，合理選擇頻率

17、。一般在保證探傷靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。對于晶粒較細的鍛件、軋制件和焊接件等，一般選用較高的頻率，長用2.55.0MHz。對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率，常用O.52.5MHz。如果頻率過高，就會引起嚴重衰減，示波屏上出現(xiàn)林狀回波，信噪比下降，甚至無法探傷。3.探頭晶片尺寸的選擇探頭圓晶片尺寸一般為1030mm，晶片大小對探傷也有一定的影響，選擇晶片尺寸時要考慮以下因素。(l)可知，晶片尺寸增加，半擴散角減少，波束指向性變好，超聲波能量集中，對探傷有利。(2)由N=等可知，晶片尺寸增加，近場區(qū)長度迅速增加，對探傷不利。(3)晶片尺寸大，輻射的超聲波能量大，探頭未擴散

18、區(qū)掃查范圍大，遠距離掃查范圍相對變小，發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷能力增強。以上分析說明晶片大小對聲柬指向性，近場區(qū)長度、近距離掃查范圍和遠距離缺陷檢出能力有較大的影響。實際探傷中，探傷面積范圍大的工件時，為了提高探傷效率宜選用大晶片探頭。探傷厚度大的工件時，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭。探傷小型工件時，為了提高缺陷定位定量精度宜選用小晶片探頭。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。4.橫渡斜探頭K值的選擇在橫波探傷中，探頭的K值對探傷靈敏度、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。由圖l.39可知，對于用有機玻璃斜探頭探傷鋼制工傳

19、，s=40(K=O.84)左右時，聲壓往復(fù)透射率最高，即探傷靈敏度最高。由K=tgs可知，K值大，s大，一次波的聲程大。因此在實際探傷中，當工件厚度較小時，應(yīng)選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)探傷。當工件厚度較丈時，應(yīng)選用較小的K值，以減少聲程過大引起的衰減，便于發(fā)現(xiàn)深度較大處的缺陷。在焊縫探傷中，還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。對于單面焊根部未焊透，還要考慮端角反射問題，應(yīng)使K=O.7l.5，因為Kl.5，端角反射率很低，容易引起漏檢。第三節(jié) 耦合與補償一、耦合劑超升耦合是指超聲波在探測面上的聲強透射率。聲強透射率高，超聲耦合好。為了提高偶合效果，在探頭與工件表面之間施加的一

20、層透聲介質(zhì)稱為耦合劑。耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入工件，達到探傷的目的。此外耦合劑還有減少摩擦的作用。一般耦合劑應(yīng)滿足以下要求：(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(huán)境。(5)性能穩(wěn)定，不易變質(zhì)，能長期保存。超聲波探傷中常用耦合劑有機油、變壓器油、甘油、水、水玻璃等。它們的聲阻抗Z如下： 耦合劑 機油 水 水玻璃 甘油 Z106kg/m2s 1.28 1.5 2.17 2.46由此可見，甘油聲阻抗高，耦合性能好，常用于一重要工件的精確探傷，

21、但價格較貴，對工件有腐蝕作用。水玻璃的聲阻抗高，耦合性能好，常用于表面粗糙的工件探傷，但清洗不太方便，且對工件有腐蝕作用。水的來源廣，價格低，常用于水浸探傷，但使工件生銹。機油和變壓器油粘度、流動性、附著力適當，對工件無腐蝕、價格也不貴，因此是目前應(yīng)用最廣的耦合劑。 二、影響聲耦合的主要因素影響聲耦合的主要因素有：耦合層的厚度，耦合劑的聲阻抗，工件表面粗糙度和工件表面形狀。1.耦合層厚度的影響如圖4.10所示，耦合層厚度對耦合有較大的影響。當耦合層厚度為的奇數(shù)倍時，透聲效果差，耦合不好，反射回波低。當耦合層厚度為的整數(shù)倍或很薄時，透聲效果好，反射回波高2.表面粗糙度的影響由圖4.11可知，工件

22、表面粗糙度對聲耦合有明顯的影響。對于同一耦合劑，表面粗糙度高，耦合效果差，反射回波低。聲阻抗低的耦合劑，隨粗糙度的變差，耦合效果降低得更快。但粗糙度也不必太低，因為粗糙度太低，耦合效果無明顯增加。而且使探頭因吸附力大而移動困難。 一般要求工件表面粗糙度Ra不高于6.3m。3.耦合劑聲阻抗的影響由圖4.11還可以看出，耦合劑的聲阻抗對耦合效果也有較大的影響。對于同一探測面，耦合劑聲阻抗大，耦合效果好，反射回波高，例如表面粗糙度Rz=100 m時，Z=2.4的甘油耦合回波比Z=l.5的水耦合回波高67dB。4.工件表面形狀的影響工件表面形狀不同，耦合效果不一樣其中平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲

23、面最差。因為常用探頭表面為平面，與曲面接觸為點接觸或線接觸，聲強透射率低。特別是凹曲面，探頭中心不接觸，因此耦合效果更差。不同曲率半徑的耦合效果也不相同，曲率半徑大，耦合效果好。三、表面耦合損耗的測定和補償在實際探傷中，當調(diào)節(jié)探傷靈敏度用的試塊與工件表面粗糙度、曲率半徑不同時，往往由于工件耦合損耗大而使探傷靈敏度降低。為了彌補耦合損耗，必須增大儀器的輸出來進行補償。1.耦合損耗的測定為了恰當?shù)匮a償耦合損耗，應(yīng)首先測定工件與試塊表面耦合損耗的分貝差。一般的測定耦合損耗差的方法為：在表面耦合狀態(tài)不同，其他條件(如材質(zhì)、反射體、探頭和儀器等)相同的工件和試塊上測定二者回波或穿透波高分貝差。下面以橫波

24、斜探頭為例來說一、二次波探傷時耦合損耗的測定方法。一次波探傷又稱直射法，二次波探傷又稱一次反射法。一、二次波對應(yīng)的水平距離為一倍跨距，常用IS表示。首先制作兩塊材質(zhì)與工件相同、表面狀態(tài)不同的試塊。一塊為對比試塊、粗糙度同試塊，另一塊為待測試塊，表面狀態(tài)同工件。分別在兩試塊同深度處加工相同的長橫孔反射體，然后將探頭分別置于兩試塊上，如圖4.12所示，測出二者長橫孔回波高度的dB差，此dB即為二者耦合損耗差。以上是一次波探傷時耦合損耗差的測定法。當用二次波探傷時，常用一發(fā)一收的雙探頭穿透法測定。當工件與試塊厚度、底面狀態(tài)相同時，只需在同樣探測條件下用穿透法測定二者反射波高的dB即可當工件厚度小于試

25、塊厚度時，如圖4.13所示。圖中R1、R2分別為工件上一倍跨距離(1S)和兩倍跨距(2S)測試點的底面反射波高，R為試塊上一倍跨距(1S)測試點底面反射波高，在R1、R2兩波峰之間連一直線，則用衰減器測得的R與R1R2連線高度差,dB即為二者的表面耦合差補償量。當工件厚度大雨試塊時，如圖4.14所示。圖中R1、R2分別為試塊上1S和2S測試點上的底面反射波高，R為工件上1S測試點上地面反射波高，則R1R2連線與R的高度差即為二者的耦合差補償量。2補償方法設(shè)測得的工件與試塊表面耦合差補償是dB。具體補償方法如下： 先用“衰減器”衰減dB，將探頭置于試塊上調(diào)好探傷靈敏度然后再用“衰減器”增益dB即

26、減少dB衰減量)，這時耦合損耗恰好得到補償，試塊和工件上相同反射體回波高度相同。第四節(jié) 探傷儀的調(diào)節(jié) 在實際探傷中，為了在確定的探測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小的缺陷，并對缺陷定位和定量，就必須在探測前調(diào)節(jié)好儀器的掃描速度和靈敏度。一、掃描速度的調(diào)節(jié)儀器示波屏上時基掃描線的水平刻度值與實際聲程(單程)的比例關(guān)系，即:=1：n稱為掃描速度或時基掃描線比例。它類似于地圖比例尺，如掃描速度l:Z表示儀器示波屏上水平刻度lmm表示實際聲程2mm。探傷前應(yīng)根據(jù)探測范圍來凋節(jié)掃描速度，以便在規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位。調(diào)節(jié)掃描速度的一般方法是根據(jù)探測范圍利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射波的前沿分別對準

27、相應(yīng)的水平刻度值來實現(xiàn)。不能利用一次反射波和始波來調(diào)節(jié)，因為始波與一次反射波的距離包括超聲波通過保護膜、耦合劑(直探頭)或有機玻璃斜楔(斜探頭)的時間，這樣調(diào)節(jié)掃描速度誤差大。下面分別介紹縱波、橫波、表面波探傷時掃描速度的調(diào)節(jié)方法。1.縱波掃描速度的調(diào)節(jié)縱波探傷一般按縱波聲程來調(diào)節(jié)掃描速度。具體調(diào)節(jié)方法是：將縱波探頭對準厚度適當?shù)钠降酌婊蚯酌?，使兩次不同的底波分別對準相應(yīng)的水平刻度值。例如探測厚度為4OOmm工件，掃描速度為1:4，現(xiàn)利用IIW試塊來調(diào)節(jié)。將探頭對準試塊上厚為lOOmm的底面，調(diào)節(jié)儀器上“深度微調(diào)”、“脈沖移位”等旋鈕，使底波B2、B4分別對準水平刻度50、lOO，這時掃描線

28、水平刻度值與實際聲程的比例正好為1:4，如圖4.15(a)。2.表面波掃描速度的調(diào)節(jié)表面波探傷一般也是按聲程調(diào)節(jié)掃描速度，具體調(diào)節(jié)方法基本上與縱波相同。只是表面波不能在同一反射體上形成多次反射。調(diào)節(jié)時要利用兩個不同的反射體形成的兩次反射波分別對準相應(yīng)的水平刻度值來調(diào)節(jié)。如圖4.l5(b)，探頭置于圖示位置，調(diào)節(jié)儀器使棱邊A、B的反射波A波和B波分別對準水平刻度值40、65，這時表面波掃描速度為1:1。3.橫波掃描速度的調(diào)節(jié)如圖4.16所示，橫波探傷時，缺陷位置可由折射角和聲程來確定，也可由缺陷的水平距離l和深度d來確定。一般橫波掃描速度的調(diào)節(jié)方法有三種：聲程調(diào)節(jié)法、水平調(diào)節(jié)法和深度調(diào)節(jié)法。(1

29、)聲程調(diào)節(jié)法：聲程調(diào)節(jié)法是使示波屏上的水平刻度值r與橫波聲程成比例。即r：=l:n。這時儀器示波屏上直接顯示橫波聲程。按聲程調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在IIW、CSK一IA、IIW2、半圓試塊以及其它試塊或工件上進行。1利用IIW試塊調(diào)節(jié)：IIW試塊R100圓心處未切槽，因此橫波不能在Rl00圓弧面上形成多次反射，這樣也就不能直接利用R100來調(diào)節(jié)橫波掃描速度。但IIW試塊上有91mm尺寸，鋼中縱波聲程91mm相當于橫波聲程50mm的時間。因此利用91mm可以調(diào)節(jié)橫波掃描速度。下面以橫波1:1為例說明之。如圖4.17所示，先將直探頭對準91mm底面，調(diào)節(jié)儀器使底波B1、B2分別對準水平刻度50、100

30、，這時掃描線與橫波聲程的比例正好1:1。然后換上橫波探頭，并使探頭入射點對準R100圓心，調(diào)“脈沖移位”使R100圓弧面回波B1對準水平刻度100，這時零位才算校準。即這時水平刻度“0”對于斜探頭的入射點，始波的前沿位于“0”的左側(cè)。以上調(diào)節(jié)方法比較麻煩，針對這一情況，我國的CSKIA試塊在R100圓弧處增加了一個R50的同心圓弧面這樣就可以將橫波探頭直接對準R50和R100圓弧面，使回波B1(R50)對50，B2(R100)對 100，于是橫波掃描速度1:1和“0”點同時調(diào)好校準。 2利用IIW2和半圓試塊調(diào)節(jié)：當利用IIW2和半圓試塊調(diào)橫波掃描速度時，要注意它們的反射特點。探頭IIW2試塊

31、R25圓弧面時，各反射波的間距為25、75、75，對準R50圓弧面時，各反射波間距為50、75、75。探頭對準R50半圓試塊(中心不切槽)的圓弧面，各反射波的距離為50、100、100。下面說明橫波1:1掃描速度的調(diào)整方法。利用IIW2試塊調(diào)：探頭對準R25圓弧面，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對準水平刻度25、100即可，如圖4.18(a)。 利用R50半圓試塊調(diào)：探頭對準R50圓弧面，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對準水平刻度0、100，然后調(diào)“脈沖移位”使B1對準50即可，如圖4.18(b)。 (2)水平調(diào)節(jié)法：水平調(diào)節(jié)法是指示波屏上水平刻度值與反射體的水平距離l成比例，即:l=1:n。這時示波屏水

32、平刻度值直接顯示反射體的水平投影距離(簡稱水平距離)，多用子薄板工件焊縫橫波探傷。 探水平距離調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在CSKIA試塊、半圓試塊、橫孔試塊上進行。 利用CSKIA試塊調(diào)節(jié)：先計算R50、R100對應(yīng)的水平距離11、12：（4.2）式中 K斜探頭的K值(實測值)。然后將探頭對準R50、R100，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對準水平刻度11、12。當K=1.0時，11=35mm，12=70mm，若使B1一35，B270，則水平距離掃描速度為1:1。 利用R50半圓試塊調(diào)節(jié)：先計算B1、B2對應(yīng)的水平距離11、12：(4.3)然后將探頭對準R50圓弧，調(diào)節(jié)儀器使使B1、B2分別對準水平刻度值1

33、1、12。當K=1.0時，11=35mm，12=105mm。先使B1、B2、分別對準0、70，再調(diào)“脈沖移位”使B1一35，則水平距離掃描速度為1:1。利用橫孔試塊調(diào)節(jié)：以CSK一A試塊為例說明之。 設(shè)探頭的K=1.5，并計算深度為20、60的l6對應(yīng)的水平距離11、12：11=Kd1=1.520=3012=Kd2=1.560=90 調(diào)節(jié)儀器使深度為20、60的l6的回波H1、H2分別對準水平刻度3O、90，這時水平距離掃描速度1:1就調(diào)好了。需要指出的是，這里H1、H2不是同時出現(xiàn)的，當H1對準30時。H2不一定正也對準90、因此往往要反復(fù)調(diào)試，直至H1對準3O，H2正好對準90。(3)深度

34、調(diào)節(jié)法：深度調(diào)節(jié)法是使示波屏上的水平刻度值r與反射體深度d成比例，即:d=1:n，這時示波屏水平刻度值直接顯示深度距離。常用于較厚工件焊縫的橫波探傷。 按深度調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在CSKIA試塊、半圓試塊和橫孔試塊等試塊上調(diào)節(jié)。 利用CSKIA試塊調(diào)節(jié)：先計算R50、R100圓弧反射波B1、B2對應(yīng)的深d1、d2：(4.4) 然后調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對準承平刻度值d1、d2。當K=2.0時，d1=22.4mm。d2=44.8mm，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對準水平刻度22.4、44.8，則深度l：l就調(diào)好了。2利用R50半圓試塊調(diào)節(jié)：先計算半圓試塊B1、B2對應(yīng)的深度d1、d2： (4.5)

35、然后調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對準水平刻度值d1、d2即可，這時深度1:l調(diào)好。 利用橫孔試塊調(diào)節(jié)：探頭分別對準深度d=40，d=80的CSKIA試塊上的l6橫孔，調(diào)節(jié)儀器使d1、d2對應(yīng)的l6回波H1、H2分別對準水平刻度40、80，這時深度1:1就調(diào)好了。這里同樣要注意反復(fù)調(diào)試。使H1對準40時的H2正好對準80。二、探傷靈敏度的調(diào)節(jié) 探傷靈敏度是指在確定的聲程范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力，一般根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求或有關(guān)標準確定。可通過調(diào)節(jié)儀器上的增益、衰減器、發(fā)射強度等靈敏度旋鈕來實現(xiàn)。 調(diào)整探傷靈敏度的目的在于發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對缺陷定量。探傷靈敏度太高或太低都對探傷不利。靈敏度太

36、高，示波屏上雜波多，判傷困難。靈敏度太低，容易引起漏檢。 實際探傷中，在粗探時為了提高掃查速度而又不致引起漏檢，常常將探傷靈敏度適當提高，這種在探傷靈敏度的基礎(chǔ)上適當提高后的靈敏度叫做搜索靈敏度或掃查靈敏度。調(diào)整探傷靈敏度的常用方法有試塊調(diào)整法和工件底波調(diào)整法兩種。 l.試塊調(diào)整法 根據(jù)工件對靈敏度的要求選擇相應(yīng)的試塊，將探頭對準試塊上的人工缺陷，調(diào)整儀器上的有關(guān)靈敏度旋鈕，使示波屏上人工缺陷的最高反射回波達基準高，這時靈敏度就調(diào)好了。 例如，壓力容器用鋼板是利用5平底孔來調(diào)整靈敏度的。具體方法是：探頭對準5平底孔，衰減器保留一定的衰減余量，抑制至“0”，調(diào)增益使5平底孔最高回波達示波屏滿幅度

37、80%或6O%，這時靈敏度就調(diào)好了。 又如，超聲波探傷厚度為100mm的鍛件，探傷靈敏度要求是：不允許存在2平底孔當量大小的缺陷。探傷靈敏度的調(diào)整方法是：先加工一塊材質(zhì)、表面光潔度、聲程與工件相同的2平底孔試塊，將探頭對準2平底孔，儀器保留一定的衰減余量，抑制至“O”，調(diào)增益使2平底孔的最高回波達80%或60%高，這時探傷靈敏度就調(diào)好了。2.工件底波調(diào)整法 利用試塊調(diào)整靈敏度，操作簡單方便，但需要加工不同聲程不同當量尺寸的試塊，成本高，攜帶不便。同時還要考慮工件與試塊因耦合和衰減不同進行補償。如果利用工件底波來調(diào)整探傷靈敏度，那么既不要加工任何試塊，又不需要進行補償。 利用工件底波調(diào)整探傷靈敏

38、度是根據(jù)工件底面回波與同深度的人工缺陷(如平底孔)回波分貝差為定值，這個定值可以由下述理論公式計算出來。(4.6)式中 工件厚度； Df要求探出的最小平底孔尺寸。利用底波調(diào)整探傷靈敏度時，將深頭對準工件底面，儀器保留足夠的衰減余量，一般大予+(6lO)dB(考慮搜索靈敏度)，抑制至“O”，調(diào)增益使底波B1最高達基準高(如80)，然后用褒減器增益dB(即褒減余量減少dB)，這時探傷靈敏度就調(diào)好了。由于理論公式只適用于3N的情況，因此利用工件底波調(diào)靈敏度的方法也只能用于厚度尺寸3N的工件，同時要求工件具有平行底面或圓柱曲底面，且底面光潔干凈。當?shù)酌娲植诨蛴兴蜁r，將使底面反射率降低，底波下降，這樣

39、調(diào)整的靈敏度將會偏高。例如，用2.5P20Z(2.5MHz20mm直探頭)探傷厚度=400mm的餅形鋼制工件，鋼中cL=5900m/s，探傷靈敏度為400/2平底孔(在400mm處發(fā)現(xiàn)2平底孔缺陷)。利用工件底波調(diào)整靈敏度的方法如下。計算：利用理論計算公式算出400mm處大底度與2平底孔回波的分貝差為 分貝差也可由縱波平底孔AVG曲線得到，如圖2一17中MN對應(yīng)的分貝整=44dB。調(diào)整：將探頭對準工件大平底面，衰減器衰減50dB，調(diào)增益使底波B1達80，然后使衰減器的衰減量減少44dB，即衰減器保留6dB，這時2靈敏度就調(diào)好了。也就是說這時400mm處的2平底孔回波正好達基準高(即400mm處

40、2回波高為6dB)。如果粗探時為了便于發(fā)現(xiàn)缺陷，可采用使衰減器再去6dB的搜索靈敏度來進行掃查。但當發(fā)現(xiàn)缺陷以后對缺陷定量時，衰減器應(yīng)打回到6dB。利用試塊和底波調(diào)整探傷靈敏度的方法應(yīng)用條件不同。利用底波調(diào)整靈敏度的方法主要用于具有平底面或曲底面大型工件的探傷，如鍛件探傷。利用試塊調(diào)整靈敏度的方法主要用于無底波和厚度尺寸小于3N的工件探傷。如焊縫探傷、鋼板探傷、鋼管探傷等。 此外，還可以利用工件某些特殊的固有信號來調(diào)整探傷靈敏度，例如在螺栓探傷中常利用螺紋波來調(diào)整探傷靈敏度，在汽輪機葉輪鍵槽徑向裂紋探傷中常利用鍵槽圓角反射的鍵槽波來調(diào)整探傷靈敏度。第五節(jié) 缺陷位置的測定 超聲波探傷中缺陷位置的

41、測定是確定缺陷在工件中的位置，簡稱定位。一般可根據(jù)示波屏上缺陷波的水平刻度值與掃描速度來對缺陷定位。一、縱波(直探頭)探傷時缺陷定位儀器按1:n調(diào)節(jié)縱波掃描速度，缺陷波前沿所對的水平刻度值為f、測缺陷至探頭的距隔f為：f=nf (4.7)若探頭波束軸線不偏離，則缺陷正位于探頭中心軸線上。例如用縱波直探頭探傷某工件，儀器按l:2調(diào)節(jié)縱波掃描速度，探傷中示波屏上水平刻度值70處出現(xiàn)一缺陷波，那么此缺陷至探頭的距離f： f=nf270140(mm)二、表面波探傷時缺陷定位表面波探傷時，缺陷位置的確定方法基本同縱波。只是缺陷位于工件表面，并正對探頭中心軸線。例如表面波探傷某工件，儀器按1:1調(diào)節(jié)表面波

42、掃描速度。探傷中在示波屏水平刻度60處出現(xiàn)一缺陷波，則此缺陷至探頭前沿距離f為： f=nf16060(mm)三、橫波探傷平面時缺陷定位橫波斜探頭探傷平面時，波束軸線在探測兩處發(fā)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向的投影來確定。由于橫波掃描速度可按聲程、水平、深度來調(diào)節(jié)，因此缺陷定位的方法也不一樣。下面分別加以介紹。1.按聲程調(diào)節(jié)掃描速度時儀器按聲程1:n調(diào)節(jié)橫波掃描速度。缺陷波水平刻度為f。一次波探傷時，如圖4.19(a)，缺陷至入射點的聲程f=nf，如果忽略橫線孔直徑，則缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為：(4.8) 二次波探傷時，如圖4.19(b)，

43、缺蹈至入射點的聲程f=n，則缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為 (4.9)式中 T一工件厚度； 探頭橫波折射角。2.按水平調(diào)節(jié)掃描速度時儀器按水平距離1:n調(diào)節(jié)橫波掃描速度，缺陷波的水平刻度值為f，采用 K值探頭探傷。一次波探傷時，缺陷在工件中的水平距離lf和深度d，為：(4.10)二次波探傷時，缺陷波在工件中的水平距離lf和深度df為:(4.11) 例如用K2橫波斜探頭探傷厚度T=15mm的鋼板焊縫；儀器按水平l：l調(diào)節(jié)橫波掃描速度，探傷中在水平刻度f=45處出現(xiàn)一缺陷波，求此缺陷的位置。 由于KT=215=30，2KT=60，KTf=452KT，因此可以判定此缺陷是二次波發(fā)現(xiàn)的。那么缺陷在工件中的水平距離lf，和深度df為： 3.按深度調(diào)節(jié)掃描速度bf 儀器按深度1:n調(diào)節(jié)橫波掃描速度，缺陷波的水平刻度值為f，采用K值探頭探傷。一次波探傷時，缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為：(4.12) 二次波探傷時，缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為：(4.13) 例如用Kl.5橫波斜探頭探傷厚度T=30mm的鋼板焊縫，儀器按深度1:1調(diào)節(jié)橫波掃描速度，探傷中在水平刻度r=40處出現(xiàn)一缺陷波，求此缺陷位置。 由于Ttf1.l時，筒