超聲波檢測實用教案

1、 振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動, 簡稱(jinchng)波。頻率在162104 Hz之間, 能為人耳所聞的機械波, 稱為聲波; 低于16 Hz的機械波, 稱為次聲波; 高于2104 Hz的機械波, 稱為超聲波。 如圖10 - 1。 當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時, 由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同, 在介質(zhì)面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。 第一節(jié) 超聲波檢測的物理(wl)基礎(chǔ)第1頁/共46頁第一頁，共47頁。第2頁/共46頁第二頁，共47頁。 一、 超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換 由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同, 聲波的波型也不同。通常有: 縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一

2、致的波; 橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波; 表面波質(zhì)點的振動介于橫波與縱波之間， 沿著表面?zhèn)鞑サ牟ā?橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體、液體和氣體中傳播, 表面波隨深度增加衰減很快。 為了測量各種狀態(tài)下的物理量, 應(yīng)多采用縱波。 縱波、 橫波及其表面波的傳播速度取決于介質(zhì)的彈性(tnxng)常數(shù)及介質(zhì)密度, 氣體中聲速為344 m/s, 液體中聲速在9001900 m/s。 第3頁/共46頁第三頁，共47頁。 當(dāng)縱波以某一角度入射到第二介質(zhì)（固體）的界面上時, 除有縱波的反射、 折射外, 還發(fā)生橫波的反射和折射, 在某種情況下, 還能產(chǎn)生表面波。 二、 超聲波的反射和折射 聲波從一種介質(zhì)

3、傳播到另一種介質(zhì), 在兩個介質(zhì)的分界(fn ji)面上一部分聲波被反射， 另一部分透射過界面, 在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射, 如圖10 - 2所示。 第4頁/共46頁第四頁，共47頁。第5頁/共46頁第五頁，共47頁。 由物理學(xué)知, 當(dāng)波在界面上產(chǎn)生(chnshng)反射時, 入射角的正弦與反射角的正弦之比等于波速之比。當(dāng)波在界面處產(chǎn)生(chnshng)折射時, 入射角的正弦與折射角的正弦之比, 等于入射波在第一介質(zhì)中的波速C1與折射波在第二介質(zhì)中的波速C2之比, 即 21sinsincca 三、 超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時, 隨著傳播距離的增加, 能

4、量(nngling)逐漸衰減, 其衰減的程度與聲波的擴散、散射及吸收等因素有關(guān)。 其聲壓和聲強的衰減規(guī)律為 Px= P0e-x （10 - 2） Ix= I0e-2x （10 - 3）第6頁/共46頁第六頁，共47頁。式中:Px、Ix距聲源x處的聲壓和聲強; x聲波與聲源間的距離; 衰減系數(shù), 單位為Np/m（奈培/米）。 聲波在介質(zhì)(jizh)中傳播時, 能量的衰減決定于聲波的擴散、 散射和吸收, 在理想介質(zhì)(jizh)中,聲波的衰減僅來自于聲波的擴散, 即隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。散射衰減是固體介質(zhì)(jizh)中的顆粒界面或流體介質(zhì)(jizh)中的懸浮粒子使聲波散射。吸收衰減是由

5、介質(zhì)(jizh)的導(dǎo)熱性、粘滯性及彈性滯后造成的, 介質(zhì)(jizh)吸收聲能并轉(zhuǎn)換為熱能。 第7頁/共46頁第七頁，共47頁。 超聲波探傷(tn shng)設(shè)備一般由超聲波探傷(tn shng)儀、探頭和試塊組成。 第二節(jié) 超聲波檢測(jin c)設(shè)備第8頁/共46頁第八頁，共47頁。 超聲波探頭又稱壓電超聲換能器，是實現(xiàn)電-聲能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件。一、探頭的種類 由于工件形狀和材質(zhì)、探傷目的及探傷條件等不同，因而將使用各種不同形式的探頭。在焊縫探傷中常用的探頭有以下幾種：1直探頭 聲束重直于被探工件表面入射的探頭稱為直探頭。它可發(fā)射和接收縱波(zn b)。由壓電元件、吸收塊、保護膜和殼

6、體等組成。 第9頁/共46頁第九頁，共47頁。2斜探頭 利用透聲斜楔塊使聲束傾斜于工件表面射入工件的探頭稱為(chn wi)斜探頭。它可發(fā)射和接收橫波。它由探頭蕊、斜楔塊和殼體等部分組成。K=tg=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。3水浸聚焦探頭 它是一種由超聲探頭和聲透鏡組合而成的探頭。4雙晶探頭 雙晶探頭又稱分割式TR探頭，主要用探測近表面缺陷和薄工件的測厚。 第10頁/共46頁第十頁，共47頁。二、探頭的主要參數(shù) 焊縫超聲波探傷常使用(shyng)斜探頭。斜探頭的主要性能如下：1折射角(或探頭K值) 或K值大小決定了聲束入射工作的方向和聲波傳播途徑，是為缺陷定位計算提供的一個有用數(shù)

7、據(jù)。 2前沿長度 聲束入射點至探頭前端面的距離稱前沿長度，又稱接近長度。它反映了探頭對有余高的焊縫可接近的程度。 第11頁/共46頁第十一頁，共47頁。 3聲軸偏離角 探頭主聲速軸線與晶片中心法線之間的夾角稱為聲速軸線偏向角。 三、探頭型號(xngho) 探頭型號(xngho)由五部分組成，用一組數(shù)字和字母表示，其排列順序如下：（1）基本頻率 單位為MHz。（2）晶片材料 常用的晶片材料（壓電材料）及其代號見表。第12頁/共46頁第十二頁，共47頁。（3）晶片尺寸 圓形晶片為晶片直徑；方形晶片為晶片長度寬度；分割探頭晶片為分割前的尺寸。（4）探頭種類 用漢語拼音縮寫字母表示(biosh)，直探

8、頭也可以不標出，主要種類見表所示。（5）探頭特征 斜探頭為其K值或，單位為。第13頁/共46頁第十三頁，共47頁。 超聲波探傷儀是探傷的主體設(shè)備(shbi)，主要功能是產(chǎn)生超聲頻率電振蕩，并以此來激勵探頭發(fā)射超聲波。同時，它又將探頭接收到的回波電信號予以放大、處理，并通過一定方式顯示出來。 一、超聲波探傷儀的分類 1按超聲波的連續(xù)性可將探傷儀分為脈沖波、連續(xù)波和調(diào)頻波探傷儀三種。 2 按缺陷顯示方式，可將探傷儀分為A型顯示（缺陷波幅顯示）、B型顯示（缺陷俯視圖像顯示）、C型顯示（缺陷側(cè)視圖像顯示）和D型顯示（缺陷三維圖像顯示）超聲波探傷儀等。第14頁/共46頁第十四頁，共47頁。 3按超聲波的

9、通道數(shù)目又可將探傷儀分為單通道和多通道超聲波探傷儀兩種。前者是由一個或一對探頭單獨工作；后者是由多個或多對探頭交替工作，而每一通道相當(dāng)于一臺單通道探傷儀，適用于自動化探傷。二、A型脈沖反射式超聲波探傷儀1工作原理 接通電源后，同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)(chf)脈沖同時加至掃描電路和發(fā)射電路。掃描電路受觸發(fā)(chf)后開始工作，產(chǎn)生的鋸齒波電壓加至示波管水平（x軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，從而在示波屏上產(chǎn)生一條水平掃描線（又稱時間基線）。 第15頁/共46頁第十五頁，共47頁。第16頁/共46頁第十六頁，共47頁。能力(nngl)知識點2 超聲波探傷儀 與此同時，發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻窄脈沖加

10、至探頭，激勵壓電晶片振動(zhndng)而產(chǎn)生超聲波，再通過探測表面的耦合劑將超聲波導(dǎo)入工件。超聲波在工件中傳播遇到缺陷或底面時會發(fā)生反射，回波被同一探頭或接收探頭所接收并被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)接收電路放大和檢波后加至示波管垂直（y軸）偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生始波（表面反射波）、缺陷波F、底波B。 第17頁/共46頁第十七頁，共47頁。能力(nngl)知識點2 超聲波探傷儀2探傷(tn shng)儀主要性能 儀器性能將直接影響探傷(tn shng)結(jié)果的正確，為此規(guī)定了探傷(tn shng)儀的各項性能。 （1）水平線性 （2）垂直線性（3）動態(tài)范圍 第18頁/

11、共46頁第十八頁，共47頁。 試塊是按一定(ydng)用途設(shè)計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體的試件。 1、試塊的分類 根據(jù)使用目的和要求的不同，通常將試塊分成以下兩大類：標準試塊和對比試塊。 第19頁/共46頁第十九頁，共47頁。 CSK-B RB-2 牛角(ni jio)試塊 RB-1第20頁/共46頁第二十頁，共47頁。本課小結(jié)(xioji) 1.超聲波探傷(tn shng)設(shè)備 探頭、超聲波探傷(tn shng)儀、試塊。 2.超聲波探傷(tn shng)儀 工作原理 探傷(tn shng)儀主要性能第21頁/共46頁第二十一頁，共47頁。第三節(jié) 超聲波檢測(jin c)(jin c)

12、工藝 按探頭與工件接觸方式分類(fn li)，可將超聲波探傷分為直接接觸法和液浸法兩種。第22頁/共46頁第二十二頁，共47頁。 使探頭直接接觸工件進行探傷(tn shng)的方法稱之為直接接觸法。 使用直接接觸法應(yīng)在探頭和被探工件表面涂有一層耦合劑作為傳聲介質(zhì)。常用的耦合劑有機油、甘油、化學(xué)漿糊、水及水玻璃等。焊縫探傷(tn shng)多采用化學(xué)漿糊和甘油。 第23頁/共46頁第二十三頁，共47頁。 垂直(chuzh)入射法和斜角探傷法是直接接觸法超聲波探傷的兩種基本方法。 1、垂直(chuzh)入射法 垂直(chuzh)入射法（簡稱垂直(chuzh)法）是采用直探頭將聲束垂直(chuzh)

13、入射工件探傷面進行探傷。由于該法是利用縱波進行探傷，故又稱縱波法。 垂直(chuzh)法探傷能發(fā)現(xiàn)與探傷面平行或近于平行的缺陷，適用于厚鋼板、軸類、輪等幾何形狀簡單的工件。 第24頁/共46頁第二十四頁，共47頁。 垂直(chuzh)法探傷圖第25頁/共46頁第二十五頁，共47頁。2、斜角探傷法 斜角探傷法（簡稱斜射法）是采用(ciyng)斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進行探傷。由于它是利用橫波進行探傷，故又稱橫波法。 斜角探傷法能發(fā)現(xiàn)與探測表面成角度的缺陷，常用于焊縫、環(huán)狀鍛件、管材的檢查。 直射法：在0.5跨距的聲程以內(nèi)，超聲波不經(jīng)底面反射而直接對準缺陷的探傷方法，又稱一次波法。 一次反射

14、法：超聲波只在底面反射一次而對準缺陷的探傷方法，又稱二次波法。第26頁/共46頁第二十六頁，共47頁。 斜角(xi jio)法探傷第27頁/共46頁第二十七頁，共47頁。 液浸法是將工件和探頭頭部浸在耦合液體中,探頭不接觸工件的探傷方法。根據(jù)工件和探頭浸沒方式,分有全沒液浸法、局部液浸法和噴流式局部液浸法等。 液浸法當(dāng)用水作耦合介質(zhì)時,稱作(chn zu)水浸法。水浸法探傷時,探頭常采用聚焦探頭,既是最常用的水浸聚焦超聲波探傷。 第28頁/共46頁第二十八頁，共47頁。能力(nngl)知識點2 液浸法 液浸法探傷由于探頭(tn tu)與工件不直接接觸，因此它具有探頭(tn tu)不易磨損，且聲

15、波的發(fā)射和接收比較穩(wěn)定等優(yōu)點。其主要缺點是，它需要一些輔助設(shè)備，如液槽、探頭(tn tu)橋架、探頭(tn tu)操縱器等。第29頁/共46頁第二十九頁，共47頁。 超聲波探傷一般包括探傷前的準備、實時探傷 操作、缺陷的評定、檢驗結(jié)果的分級、記錄與報告等過程。 焊縫超聲波探傷是通過探傷儀示波屏上反射(fnsh)回波的位置、高度、波形的靜態(tài)和動態(tài)特征來顯示被探焊件質(zhì)量優(yōu)劣的.采用超聲波探傷法對焊縫探傷時,應(yīng)根據(jù)焊件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接方法、使用條件、載荷等,確定不同的探傷方案。第四節(jié) 超聲波檢測(jin c)缺陷的判斷第30頁/共46頁第三十頁，共47頁。 一.焊縫超聲波探傷由探傷準備和現(xiàn)場探傷兩

16、部分組成. 1.編寫委托檢驗書 2.確定參加檢驗的人員 3.檢驗員探傷前的準備 4.現(xiàn)場粗探傷 5.現(xiàn)場精探傷 6.評定焊接(hnji)缺陷第31頁/共46頁第三十一頁，共47頁。二、檢驗等級的確定(qudng) 一般根據(jù)對焊縫探測方向的多少，把超聲波探傷劃分為A、B、C三個級別： A級檢驗的完整程度最低，難度系數(shù)最小。適用于普通鋼結(jié)構(gòu)檢驗。 B級檢驗完整程度一般，難度系數(shù)較大。適用于壓力容器檢驗。 C級檢驗完整程度最高，難度系數(shù)最大。適用于核容器及管道的檢驗。 第32頁/共46頁第三十二頁，共47頁。三、探傷面及探傷方法的選擇 1探傷面的選擇與準備 2探傷方法的選擇四、耦合劑的選用 接觸法探

17、傷常選用甘油、機油、化學(xué)漿糊等有一定粘度的耦合劑，有時也采用水作耦合劑。對于鋼材等易銹的材料(cilio)，常采用機油、變壓器油等。五、探頭的選擇 1探頭形式的選擇 應(yīng)盡量使聲束軸線與缺陷反射面相垂直。第33頁/共46頁第三十三頁，共47頁。 2晶片尺寸的選擇 3頻率的選擇 4.探頭角度或K值的選擇 焊縫探傷(tn shng)中，薄工件宜采用大探頭K值，以拉開跨距，提高分辨力和定位精度。大厚度工件宜采用小K值探頭，以減小整修面的寬度，有利于縮短聲程，減小衰減損失，提高探傷(tn shng)靈敏度。 六、探傷(tn shng)儀的調(diào)節(jié) 儀器調(diào)節(jié)有兩項主要內(nèi)容，一是探傷(tn shng)范圍和掃描

18、速度調(diào)節(jié)；二是靈敏度調(diào)整。 第34頁/共46頁第三十四頁，共47頁。 （一）探傷范圍和掃描速度調(diào)節(jié) 1探傷范圍的調(diào)節(jié) 2掃描速度的調(diào)節(jié) （1）深度1:1調(diào)節(jié)法 （2）水平(shupng)1:1調(diào)節(jié)法 （二）探傷靈敏度的選擇及其調(diào)整 1探傷靈敏度的選定 2距離-波幅曲線的制作 3探傷靈敏度的調(diào)整 第35頁/共46頁第三十五頁，共47頁。 1探傷條件的選擇 2檢驗區(qū)域?qū)挾?kund)的確定 3探頭移動區(qū)的確定 4單探頭的掃查方式 （1）鋸齒形掃查 （2）基本掃查 （3）平行掃查 （4）斜平行掃查 第36頁/共46頁第三十六頁，共47頁。5.雙探頭掃查方式(fngsh)（1）串列掃查（2）交叉掃查（

19、3）V形掃查 串列式掃查 第37頁/共46頁第三十七頁，共47頁。能力知識點3 缺陷(quxin)的評定一、缺陷位置的測定 測定缺陷在工件或焊接接頭中的位置稱之為缺陷定位。缺陷定位必須解決缺陷在探傷面上的投影位置（X、Y方向數(shù)值(shz)）。1垂直入射法時缺陷定位 缺陷定位只需測定沿工件Z軸的坐標，即缺陷在工件中的深度即可。2斜角探傷時的缺陷定位（1）水平調(diào)節(jié)法定位（2）深度調(diào)節(jié)法定位 第38頁/共46頁第三十八頁，共47頁。能力知識點3 缺陷(quxin)的評定二、缺陷大小(dxio)的測定 測定工件或焊接接頭中缺陷的大小(dxio)和數(shù)量稱為缺陷定量。 1.當(dāng)量法 2探頭移動法三、缺陷性質(zhì)的估判 判定工件或焊接接頭中缺陷的性質(zhì)稱之為缺陷定性。 這里僅是簡單介紹焊縫中常見缺陷的波形特征。1氣孔2裂紋 第39頁/共46頁第三十九頁，共47頁。3夾渣4未焊透5未熔合第40頁/共46頁第四十頁，共47頁。能力知識點4 檢驗結(jié)果(ji gu)的分級 距離(jl)-波幅曲線是缺陷評定與檢驗結(jié)果分級的依據(jù)。 一、缺陷評定 二、檢驗結(jié)果的等級分類 焊縫超聲檢驗結(jié)果分為四級： 1）最大反射波幅不超過評定線的缺陷，均評為級。 2）最大反射波幅超過評定線的缺陷，檢驗者判