超聲波探傷第7講

1、§4.6缺陷大小的測(cè)定在超聲波探傷中,確定工件中缺陷的大小和數(shù)量,稱為缺陷定量。而缺陷的大小則包括缺陷的面積和長(zhǎng)度。常用的定量方法有當(dāng)量法、底波高度法和測(cè)長(zhǎng)法。一、當(dāng)量法當(dāng)缺陷尺寸小于聲束截面時(shí),一般采用當(dāng)量法來(lái)確定缺陷的大小，常用的當(dāng)量法有當(dāng)量試塊比較法,當(dāng)量計(jì)算法和AVG曲線法。1.當(dāng)量試塊比較法當(dāng)量試塊比較法是將缺陷回波與試塊上人工缺陷回波進(jìn)行比較來(lái)對(duì)缺陷定量的方法。探傷中發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí),將工件中自然缺陷的回波與試塊上人工缺陷因波比較,當(dāng)同聲程處的自然缺陷與某人工缺陷回波等高時(shí),該人工缺陷的尺寸就是此自然缺陷的當(dāng)量大小。利用試塊比較法對(duì)缺陷定量要盡量使試塊與工件的材質(zhì)、表面粗糙度和

2、形狀一致,并且其他探測(cè)條件不變,如儀器、探頭、靈敏度旋鈕的位置、對(duì)探頭的壓力等。 優(yōu)點(diǎn)：直觀易懂,當(dāng)量概念明確,定量比較穩(wěn)妥可靠。缺點(diǎn)：但需要制作大量的試塊,成本高、攜帶不方便,操作也比較煩瑣。2.當(dāng)量計(jì)算法當(dāng)x3N時(shí),規(guī)則反射體的回波聲壓變化規(guī)律基本符合理論回波聲壓公式。當(dāng)量計(jì)算法就是利用各種規(guī)則反射體的理論回波聲壓公式進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定缺陷當(dāng)量尺寸的定量方法。當(dāng)x3N,并考慮介質(zhì)衰減時(shí),大平底與平底孔回波聲壓為： 式中：-波源起始聲壓； -波源面積，； -平底孔缺陷面積，； -大平底至探測(cè)面積的距離； -平底孔缺陷至探測(cè)面的距離； -波長(zhǎng)； -介質(zhì)的衰減系數(shù)； -自然對(duì)數(shù)的底，=2.73。 不

3、同距離處大平底與平底孔回波分貝差為： 不同距離不同直徑兩平底孔回波分貝差為： 根據(jù)探傷中測(cè)得的大平底與平底孔缺陷回波的分貝差或平底孔缺陷與靈敏度基準(zhǔn)平底孔回波分貝差,利用(4.18)式、(4.19)式可以算出缺陷的平底孔當(dāng)量大小。例1：用2.5P14Z (2.5MHz14直探頭)探傷厚為420mm的工件,鋼中=5900m/s,=0,靈敏度為420/2。探傷中在210mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷,其回波比底波低26dB。求此缺陷的平底孔當(dāng)量大小。由己知得 210（）故可以應(yīng)用當(dāng)量計(jì)算法定量。由，得此缺陷的當(dāng)量大小為： 例2：用2.5P20Z探頭徑向探傷500的實(shí)心圓柱體, =5900m/s,=0.01dB/

4、mm,靈敏度為500/2,探傷中在400mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷,其回波比500mm處t2高22dB,求此缺陷的當(dāng)量大小。由已知得 400故可以利用當(dāng)量計(jì)算法定量。又由已知得 即 即此缺陷的當(dāng)量平底孔尺寸為5.1mm.3.當(dāng)量AVG曲線法 當(dāng)量AVG曲線法是利用通用AVG或?qū)嵱肁VG曲線來(lái)確定工件中缺陷的當(dāng)量大小。 下面舉例說(shuō)明之。 例1：條件同當(dāng)量計(jì)算法例1，用通用AVG定量；由已知條件得 例2：條件向當(dāng)量計(jì)算法例2,用實(shí)用AVG定量。實(shí)用AVG曲線圖4.24未考慮介質(zhì)衰減,因此這里也應(yīng)扣除介質(zhì)衰減的分貝差=22-2在圖4.24中,由=500作垂線交2曲線于點(diǎn),由a向上數(shù)20dB至b點(diǎn),過(guò)b點(diǎn)作水平

5、線交過(guò)=400所作垂線于C點(diǎn),C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的當(dāng)量大小為5,即此缺陷的當(dāng)量尺寸為5mm二、測(cè)長(zhǎng)法當(dāng)工件中缺陷尺寸大于聲束截面時(shí),一般采用測(cè)長(zhǎng)法來(lái)確定缺陷的長(zhǎng)度。測(cè)長(zhǎng)法是根據(jù)缺陷波與探頭移動(dòng)距離來(lái)確定缺陷的尺寸。按規(guī)定的方法測(cè)定的缺陷長(zhǎng)度稱為缺陷的指示長(zhǎng)度。由于實(shí)際工件中缺陷的取向、性質(zhì)、表面狀態(tài)等都會(huì)影響缺陷回波高,因此缺陷的指示長(zhǎng)度總是小于或等于缺陷的實(shí)際長(zhǎng)度。1、相對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法相對(duì)靈敏測(cè)長(zhǎng)法是以缺陷最高回波為回基準(zhǔn)、沿缺陷的長(zhǎng)度方向移動(dòng)探頭,降低一定的dB值來(lái)測(cè)定缺陷的長(zhǎng)度。降低的分貝值有3dB、6dB、l0dB、12dB、20dB等幾種。常用的是6dB法和端點(diǎn)6dB法。(1)6dB法（半波高

6、度法)由于波高降低6dB后正好為原來(lái)的一半,因此6dB法又稱為半波高度法。半波高度法具體做法是：移動(dòng)探頭找出缺陷的最大反射波(不能達(dá)到飽和)然后沿缺陷方向左右移動(dòng)探頭,當(dāng)缺陷被高降低一半時(shí),探頭中心線之間距離就是缺陷的指示長(zhǎng)度。6dB法的具體做法是：移動(dòng)探頭找出缺陷的最大反射波后,調(diào)節(jié)衰減器,使缺陷波高降至基準(zhǔn)波高。然后,用衰減器將儀器靈敏度提高6dB,沿缺陷方向移動(dòng)探頭,當(dāng)缺陷波高降至基準(zhǔn)波高時(shí),探頭中心線之間距離就是缺陷的指示長(zhǎng)度。如圖4.25所示。 (2)端點(diǎn)6dB法(端點(diǎn)半波高度法)當(dāng)缺陷各部分反射波高有很大變化時(shí),測(cè)長(zhǎng)采用端點(diǎn)6dB法。端點(diǎn)6dB測(cè)長(zhǎng)的具體做法是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后，探頭沿

7、著缺陷方向左右移動(dòng)，找出缺陷兩端的最大反射波,分別以這兩個(gè)缺陷反射波高為基準(zhǔn),繼續(xù)向左、向右移動(dòng)探頭,當(dāng)缺陷反射波高降低一半時(shí)(或6dB時(shí)),探頭中心線之間的距離即為缺陷的指示長(zhǎng)度。如圖4.26所示。2、絕對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法絕對(duì)靈敏度測(cè)長(zhǎng)法是在儀器靈敏度一定的條件上,探頭沿缺陷長(zhǎng)度方向平行移動(dòng)，當(dāng)缺陷波高降到規(guī)定位置時(shí)(如圖4.27所示B線,探頭移動(dòng)的距離,即為缺陷的指示長(zhǎng)度。三、底波高度法底波高度法是利用缺陷波與底波之比來(lái)衡量缺陷的相對(duì)大小。當(dāng)工件中存在缺陷時(shí),由于缺陷反射,使工件底波下降。缺陷愈大,缺陷波愈高,底波就愈低,缺陷波高與底波高之比就愈大。1.F/B法F/B法是在一定的靈敏度條件下,

8、以缺陷波高F與缺陷處底波高B之比來(lái)衡量缺陷的相對(duì)大小。如圖4.28()。2.F/法F/ 法是在一定的靈敏度條件下,以缺陷波高F與無(wú)缺陷處底波高之比來(lái)衡量缺陷的相對(duì)大小。如圖4.28(b )。 §4.8缺陷性質(zhì)的分析超聲波探傷除了確定工件中缺陷的位置和大小外，還應(yīng)盡可能判定缺陷的性質(zhì)。不同性質(zhì)的缺陷危害程度不同,例如裂紋就比氣孔、夾渣危害大得多。因此,缺陷定性十分重要。缺陷定性是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題,目前的A型超聲波探傷儀只能提供缺陷回波的時(shí)間和幅度兩方面的信息。探傷人員根據(jù)這兩方面的信息來(lái)判定缺陷的性質(zhì)是有困難的。實(shí)際探傷中常常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合工件的加工工藝、缺陷特征、缺陷波形和底波情況來(lái)

9、分析估計(jì)缺陷的性質(zhì)。一、根據(jù)加工工藝分析缺陷性質(zhì)工件內(nèi)所形成的各種缺陷與加工工藝密切相關(guān)。在探傷前應(yīng)查閱有關(guān)工件的圖紙和資料,了解工件的材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、幾何尺寸和加工工藝,這對(duì)于正確判定估計(jì)缺陷的性質(zhì)是十分有益的。例如焊接過(guò)程中可能產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等缺陷。鑄造過(guò)程中可能產(chǎn)生氣孔、縮孔、疏松和裂紋等缺陷。鍛造過(guò)程中可能產(chǎn)生夾層、折疊、自點(diǎn)和裂紋等缺陷。二、根據(jù)缺陷特征分析缺陷性質(zhì)缺陷特征是指缺陷的形狀、大小和密集程度。對(duì)于平面形缺陷,在不同的方向上探測(cè),其缺陷回波高度顯著不同。在垂直于缺陷方向探測(cè),缺陷回波高,在平行于缺陷方向探測(cè),缺陷回波低,甚至無(wú)缺陷回波。一般的裂紋、夾層

10、、折疊等缺陷就屬于平面形缺陷。對(duì)于點(diǎn)狀缺陷,在不同的方向探測(cè),缺陷回波無(wú)明顯變化。一般的氣孔、小夾渣等屬于點(diǎn)狀缺陷。對(duì)于密集形缺陷,缺陷波密集互相彼連,在不同的方向上探測(cè),缺陷回波情況類似。一般白點(diǎn)、疏松、密集氣孔等屬于密集形缺陷。三、根據(jù)缺陷波形分析缺陷性質(zhì)缺陷波形分為靜態(tài)波形和動(dòng)態(tài)波形兩大類。靜態(tài)波形是指探頭不動(dòng)時(shí)缺陷波的高度、形狀和密集程度。動(dòng)態(tài)波形是指探頭在探測(cè)面上的移動(dòng)過(guò)程中,缺陷波的變化情況。1、靜態(tài)波形缺陷含物的聲阻抗對(duì)缺陷回波高度較大的影響。白點(diǎn)、氣孔等內(nèi)含氣體,聲阻抗很小,反射回波高。非金屬或金屬夾渣聲阻抗較大,反射回波低。另外,不同類型缺陷反射波的形狀也有一定的差別。例如氣

11、孔與夾渣,氣孔表面較平滑,界面反射率高,波形陡直尖銳。而夾渣表面粗糙,界面層射率低,如圖4.32。單個(gè)缺陷與密集缺陷的區(qū)分比較容易。一般單個(gè)缺陷回波是獨(dú)立出現(xiàn)的,而密集缺陷則是雜亂出現(xiàn),且互相彼連。2、動(dòng)態(tài)波形超聲波入射到不同性質(zhì)的缺陷上,其動(dòng)態(tài)波形是不同的。動(dòng)態(tài)波形圖橫坐標(biāo)為探頭移動(dòng)距離,縱坐標(biāo)為波高。常見(jiàn)不同性質(zhì)的缺陷的動(dòng)態(tài)波形如圖4.33所示。不同性質(zhì)的密集缺陷的動(dòng)態(tài)波形對(duì)探頭移動(dòng)的敏感程度不同。白點(diǎn)對(duì)探頭移動(dòng)很敏感，只要探頭稍一移動(dòng)，缺陷波立刻此起彼伏，十分活躍。但夾渣對(duì)探頭移動(dòng)不太敏感，探頭移動(dòng)時(shí),缺陷波變化遲緩。四、根據(jù)底波分析缺陷的性質(zhì)工件內(nèi)部存在缺陷時(shí)、,超聲波被缺陷反射使射達(dá)

12、底面的省能減少，底波高度降低，甚至消失。不同性質(zhì)的缺陷，反放面不同，底波高度也不一樣，因此在某種情況下可以利用底波情況來(lái)分析估計(jì)缺陷的性質(zhì)。當(dāng)缺陷波很強(qiáng)，底波消失時(shí)，可認(rèn)為是大面積缺陷，如夾層、裂紋等。當(dāng)缺陷波與底波共存時(shí),可認(rèn)為是點(diǎn)狀缺陷(如氣孔、夾渣)或面積較小的其他缺陷。當(dāng)缺陷波為互相彼連高低不同的缺陷波，底波明顯下降時(shí)，可認(rèn)為是密集缺降,如白點(diǎn)、疏松、密集氣孔和夾渣等。當(dāng)缺陷波和底被都很低,或者兩者都消失時(shí),可認(rèn)為是大而傾斜的缺陷、或是疏松。若出現(xiàn)"林狀回波",可認(rèn)為是內(nèi)部組織粗大。§4.9非缺陷回波的判別超聲波探傷中,示波屏上常常除了始波T、底波B和缺陷

13、波F外,還會(huì)出現(xiàn)一些其他的信號(hào)波,如遲到波，三角反射波, 反射波以及其他原因引起的非缺陷回波,影響對(duì)缺陷波的正確判別。因此,分析了解常見(jiàn)非缺陷回波產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)是十分必要的。一、遲到波如圖4.34所示,當(dāng)縱波直探頭置于細(xì)長(zhǎng)(或扁長(zhǎng)工件或試塊上時(shí),擴(kuò)散縱波波束在側(cè)壁產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為橫波,此橫波在另一側(cè)面又轉(zhuǎn)換為縱波,最后經(jīng)底面反射回到探頭,被探頭接收,從而在示波屏上出現(xiàn)一個(gè)回波。由于轉(zhuǎn)換的橫波聲程長(zhǎng)，波速小,傳播時(shí)間較直接從底面反射的縱波長(zhǎng),因此,轉(zhuǎn)換后的波總是出現(xiàn)在第一次底波之后,故稱為遲到波。又由于變型橫波可能在兩側(cè)壁產(chǎn)生多次反射,每反射一次就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)遲到被,因此遲到波往往有多個(gè)，如

14、圖4.34中的遲到波之間的縱波聲程差（單程）是特定的。由圖1.28可知，在鋼中左右時(shí)，變型橫波很強(qiáng)，由此可以算出為： 式中：w-遲波波之間的聲程差雙程；d-試件的直徑或厚度。由于遲到波總是位于之后,并且位置特定，而缺陷波一般位于之前,因此,遲到波不會(huì)干擾缺陷波的判別。實(shí)際探傷中,當(dāng)直探頭置于IIW或CSK-I A試塊上并對(duì)準(zhǔn)100mm厚的底面時(shí),在各次底波之間出現(xiàn)一系列的波就是這種遲到波。二、反射當(dāng)探頭置于圖4.35所示的直角三角形試件上時(shí),若縱波入射角與橫波反射角的關(guān)系為：+=90·,則會(huì)在示波屏上出現(xiàn)位置特定的反射波。由得： 又由反射定律得： 對(duì)于鋼, ,即，所以這種反射稱為反射

15、。反射的聲程為三、三角反射如圖4.38所示,縱波直探頭徑向探傷實(shí)心圓柱體時(shí),由于探頭平面與柱面接觸面積小,使波束擴(kuò)散角增加,這樣擴(kuò)散波束就會(huì)在圓柱面上形成三角反射路徑,從而在示波屏上出現(xiàn)三角發(fā)射波,人們把這種反射稱為三角反射。如圖4.38()所示,縱波擴(kuò)散波束在圓柱面上不發(fā)生波形轉(zhuǎn)換,形成等邊三角形反射,其回波聲程為： 式中：d一圓柱體直徑。如圖4.38(b )所示,縱波擴(kuò)散波束在圓柱面上發(fā)生波型轉(zhuǎn)換,即LSL,形成等腰三角形反射,其聲程為：由和反射定律得由以上計(jì)算可知,兩次三角反射波總是位于第一次底波波之后,而且位置特定,分別為1.3d和1.67d,而缺陷波一般位于之前,因此三角反射波也不會(huì)

16、干擾缺陷波的判別，如圖4.38(c)所示。第五章超聲波探傷的應(yīng)用以幾種常見(jiàn)的典型零部件z鋼板、鋼管、鍛件和焊縫等為例來(lái)說(shuō)明超聲波探傷在這些部件探傷中的應(yīng)用。§5.1板材探傷根據(jù)板材的材質(zhì)不同,將板材分為鋼板、鋁板、銅板等。實(shí)際生產(chǎn)中鋼板應(yīng)用最廣,因此這里以鋼板為例來(lái)說(shuō)明板材的超聲波探傷工藝。一、鋼板加工及常見(jiàn)缺陷鋼板是由板坯軋制而成的,而板坯是由鋼機(jī)軋制或連續(xù)澆鑄而成的。鋼板中常見(jiàn)缺陷有分層、折疊、白點(diǎn)等，如圖5.1 分層是鋼板中有明顯分離層。分層是板坯中的縮孔、夾渣等在軋制過(guò)程中未焊合(未壓合)而形成的。分層破壞了鋼板的整體連續(xù)性,影響鋼板承受垂直于板面的拉應(yīng)力作用的強(qiáng)度。折疊是鋼

17、板表面局部形成互相折合的雙層金屬。白點(diǎn)是鋼板在軋制后的冷卻過(guò)程中氫原子來(lái)不及擴(kuò)散而形成的微小裂紋，其裂面呈白色，多出現(xiàn)在厚度大于40mm的鋼板中。 根據(jù)鋼板的厚度不同,將鋼板分為薄板和中厚板。一般薄板厚度T<6mm,中厚板T6mm(與板T=640mm,厚板T>40mm)。二、中厚板探傷(一)中厚板常用探傷方法中厚板常用垂直于板面的縱波探傷法,簡(jiǎn)稱垂直探傷法。1.接觸法探頭與工件探測(cè)面通過(guò)薄層耦合劑實(shí)現(xiàn)耦合的探傷方法,稱為接觸法。 如圖5.2所示,探頭位于完好區(qū)時(shí),示波屏上顯示多次等距離的底波。探頭位于缺陷處時(shí),如果缺陷較大,則缺陷波較高,并有多次反射,底波明顯下降,次數(shù)減少,甚至消

18、失,如果缺陷較小,缺陷波與底波共存,底波無(wú)明顯變化。值得注意的是,當(dāng)板厚較薄,板中缺陷較小時(shí),各次底波之前的缺陷波開(kāi)始幾次逐漸升高,然后再逐漸下降,這是由于不同反射路徑聲波互相疊加的結(jié)果,因此稱為疊加效應(yīng),如圖5.3所示。圖中只有一條路徑, 比多3條路徑, 比多5條路徑。路徑多,疊加能量多,2.水浸法(充水耦合法)水浸法探頭不直接與鋼板接觸,而是通過(guò)一層水來(lái)耦合。這時(shí)水層界面(水/鋼)多次回波與鋼板底波互相干擾,不利探傷。調(diào)整水層厚度,使水層界面回波分別與底波重合,從而使示波屏上波形清晰,便于探傷。這種方法稱為多次重合法。當(dāng)界面各次回波分別與鋼板底波一一重合時(shí),稱為一次重合法。當(dāng)界面各次回波分

19、別與第二、四次底波重合時(shí),稱為二次重合法。三、四次重合法依次類推。根據(jù)鋼和水中的聲速，可得各次重合法水層厚度H與鋼板厚度T的關(guān)系為： 式中：n一一重合波次數(shù),如n=1,為一次重合法,n=2為二次重合法。實(shí)際探傷中常用四次重合法。例：用水浸四次重合法探測(cè)T=4厚的鋼板,其水層厚度為多少?解：由(5.1)式得水層厚度為：（二)探頭與掃查方式的選擇1.探頭的選擇探頭的選擇包括探頭頻率、直徑和結(jié)構(gòu)形式的選擇。由于鋼板晶粒比較細(xì),為了獲得較高的分辨力,宜選用較高的頻率,一般為2.55.0MHz。鋼板面積大,為了提高探傷效率,宜選用較大直徑的探頭。但對(duì)于厚度較小的鋼板,探頭直徑不宜過(guò)大。一般探頭直徑范圍為

20、1030毫米。探頭的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)板厚來(lái)確定。板厚較大時(shí),常選用單晶直探頭。板厚較薄時(shí)可選用盲區(qū)很小的聯(lián)合雙直探頭。2.掃查方式的選擇根據(jù)鋼板用途和要求不同,探傷鋼板時(shí)采用的掃查方式分為：全面掃查、列線掃查、邊緣掃查和格子掃查等幾種。（1）全面掃查對(duì)鋼板作100的掃查,每相鄰兩次掃查應(yīng)有10的重復(fù)掃查面。探頭移動(dòng)方向一般垂直于壓延方向。全面掃查用于重要的、要求高的鋼板探傷。（2）列線掃查在鋼板上劃出等距離的平行的列線,探頭沿列線掃查。一般列線間距為100毫米，并壓延方向，列線掃查用于一般鋼板探傷。（3）邊緣掃查在鋼板邊緣的一定范圍內(nèi)作全面掃查,如圖5.5(b )。邊緣掃查用于對(duì)鋼板邊緣要求高

21、的情況,如鋼板焊口兩側(cè)常要求在25m范圍內(nèi)作邊緣掃查。(4)格子掃查在鋼板邊緣5范圍內(nèi)作全面掃查,其余按200×200mm的椅子線掃查,如圖5（c)。格子掃查常用于邊緣要求高于其余部分的情況。(四)缺陷的判別與測(cè)定1.缺陷的判別鋼板探傷中,一般根據(jù)缺陷波和底波來(lái)判別鋼板中的缺陷情況。下列情況之一均作為缺陷判定：（1)無(wú)底波,只有缺陷的多次反射。(2)缺陷波與底波共存。 (3)無(wú)底波,只有多個(gè)紊亂的缺陷波。(4)既無(wú)底波,又無(wú)缺陷波.2.缺陷的測(cè)定探傷中發(fā)現(xiàn)缺陷以后,要測(cè)定缺陷的位置、大小、并估判缺陷的性質(zhì)。(1)缺陷位置的測(cè)定鋼板中缺陷位置的測(cè)定包括確定缺陷的深度和平面位置,前者可根

22、據(jù)缺陷波對(duì)應(yīng)的水平刻度值和掃描速度來(lái)確定,后者可根據(jù)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)探頭位置標(biāo)記來(lái)確定。(2)缺陷大小的測(cè)定鋼板探傷中,常用當(dāng)量法和測(cè)長(zhǎng)法來(lái)測(cè)定缺陷的大小。(3)缺陷性質(zhì)的估判鋼板中缺陷性質(zhì)可根據(jù)缺陷波和底波特點(diǎn)來(lái)估判。分層：缺陷波形陡直,底波明顯下降或完全消失。折疊：不一定有缺陷波,但始波脈沖加寬,底波明顯下降或消失。白點(diǎn)：波形密集、互相彼連、移動(dòng)探頭,此起彼伏,十分活躍,重復(fù)性差。缺陷測(cè)定以后應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判別鋼板的質(zhì)量級(jí)別。三、壓力容器鋼板超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)JB1150-73簡(jiǎn)介(參見(jiàn)附錄-)1.標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍JB1150-73標(biāo)準(zhǔn)適用于厚度12120mm的化學(xué)、石油工業(yè)壓力容器用鋼板及其他工業(yè)

23、類似用途鋼板的超聲波探傷。2.操作要點(diǎn)(1)探測(cè)頻率為2.5MHz,糧合方式為直接耦合(接觸法)或充水禍合,探頭為單直探頭或聯(lián)合雙直探頭。(2)靈敏度的調(diào)節(jié)：用5平底孔人工試塊調(diào)節(jié)探傷靈敏度。試塊的形狀尺寸見(jiàn)附錄一中圖1和表1。試塊的材質(zhì)與鋼板相同或相近。探傷靈敏度為5平底孔第一次回波等于滿幅度的5。.(3)掃查方式采用列線掃查,列線垂直于鋼板壓延方向,間距為lmm.發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí),在缺陷周圍探測(cè)以確定缺陷面積。3.缺陷波判別及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(1)下列三種情況作為缺陷、記錄缺陷面積無(wú)底波,只有缺陷波的多次反射缺陷波和底波同時(shí)存在。無(wú)底波,只有多個(gè)紊亂的缺陷波。(2)缺陷面積的計(jì)算當(dāng)缺陷面積間距小于100

24、mm時(shí),作為單塊缺陷,其面積為各塊缺陷面積之和。（3）鋼板質(zhì)量分級(jí)：鋼板質(zhì)量分為I、等三級(jí)。I級(jí)不允許存在面積的單塊缺陷,在任一1×1面積內(nèi)缺陷面積不得大于3,9以下缺陷不計(jì)。級(jí)不允許存在面積100的單塊缺陷,在任-1×1面積內(nèi)缺陷面積不得大于5,25以下缺陷不計(jì)。級(jí)不允許存在面積100的單塊缺陷,在任一1X1面積內(nèi)缺陷面積不得大于10,25以下缺陷不計(jì)。四、復(fù)合材料探傷復(fù)合材料是由母材與復(fù)合層粘接復(fù)合而成。常見(jiàn)的復(fù)合材料是在碳鋼或低合金鋼母材上復(fù)合不銹鋼、鐵合金、銅合金等復(fù)合層,以提高鋼板的耐腐蝕性。復(fù)合層一般比較薄。復(fù)合材料一般用軋制、爆炸和堆焊方法制造而成。復(fù)合材料中

25、常見(jiàn)缺陷是脫層,即復(fù)合層與母材在界面處復(fù)合不良。(一)復(fù)合板材探傷方法復(fù)合板材與一般板材探傷方法基本相同,常用單直探頭或聯(lián)合雙直探頭進(jìn)行縱波探傷。耦合方式一般為接觸式,探傷頻率為2.55.OMHz,探頭直徑為1030m。復(fù)合板材探傷靈敏度：將復(fù)合板材完好區(qū)域的第一次底波調(diào)至滿幅度的80100即可。探傷時(shí),可從母材一側(cè)探測(cè),也可從復(fù)合層一側(cè)探測(cè)。(二)缺陷的判別1.兩種材料聲阻抗相近當(dāng)復(fù)合的兩種材料聲阻抗相近時(shí),如不銹鋼/碳鋼復(fù)合板, 0.993。復(fù)合界面聲壓反射率,因此復(fù)合良好區(qū)基本上無(wú)復(fù)合界面回波。若存在脫層缺陷,則會(huì)出現(xiàn)缺陷波F。當(dāng)從母材一側(cè)探傷時(shí),缺陷波F位于底波前不遠(yuǎn)處,如圖5.6所示

26、。不完全脫層時(shí),F波出現(xiàn)多次彼連,底波降低,如圖5.6（a）。不完全脫層時(shí),F波出現(xiàn)多次彼連，底波降低，如圖.6（）。完全脫層時(shí)，波強(qiáng)，底波消失，如圖.6（）。當(dāng)從復(fù)合材料一側(cè)探傷時(shí),脫層缺陷波F緊隨始波和底被之后,如圖5.7(a)所示。不完全脫層,F波多次彼連,底波下降,如圖5.7(b)。完全脫層,F波多次彼連,寬度增加,底波消失,如圖5.7（c )。2.兩種材料聲阻抗相差較大§5.2管材探傷一、鋼管加工及常見(jiàn)缺陷一般要求作超聲波探傷的鋼管,主要是指高溫高壓狀態(tài)下的管材。不同型號(hào)的鋼管加工方法不同,形成的缺陷也不一樣。小口徑無(wú)縫鋼管采用穿孔法和高速擠壓法制成。常見(jiàn)缺陷有分層、夾雜、

27、重皮和裂紋等。大口徑厚壁管的制造方法大致與大型鍛件相類似,由鋼鍵經(jīng)鍛造、軋制而成。常見(jiàn)缺陷有折疊、重皮、自點(diǎn)和裂紋等。大口徑壁厚較薄和小口徑有縫鋼管采用焊接方法制造。常見(jiàn)缺陷有氣孔、夾渣、未焊透和裂紋等焊接缺陷。二、鋼管探傷方法概述對(duì)于與管軸平行的周向缺陷,一般采用垂直探傷或聯(lián)合雙斜探頭探傷,如圖5.10。對(duì)于垂直于管軸的徑向缺陷,一般采用斜入射探傷,如圖5.11。對(duì)于平行于管軸的徑向缺陷,一般也采用斜入射探傷,如圖5.12。三、小口徑管材探傷小口徑管材曲率半徑小(管徑大多在50mm以下),接觸法探傷耦合不良,波束嚴(yán)重?cái)U(kuò)散,探傷靈敏度低,因此一般不采用接觸法,而采用水浸聚焦法利用橫波來(lái)探傷。1

28、.探頭與耦合劑的選擇小口徑管水浸聚焦探傷中,探頭的頻率一般為2.55.MHz。對(duì)于小口徑薄壁管,為了提高檢測(cè)能力,也可采用10MHz。聚焦探頭分為線聚焦和點(diǎn)聚焦,一般高壓管用線聚焦探頭。對(duì)于小口徑薄壁管,為了提高檢測(cè)能力,常用點(diǎn)聚焦探頭。聚焦探頭聲透鏡曲率半徑r應(yīng)符合下述條件： （5.3）式中：一一聲透鏡中的縱波波速；C2一一水中波速；水中焦距。對(duì)于有機(jī)玻璃聲透鏡, =2730m, =1480m/s （5.4）為了減少水的表面張力,增強(qiáng)水對(duì)鋼管表面的潤(rùn)濕作用,需在水中加入少量表面活性劑。有時(shí)為了防止鋼管生銹,還應(yīng)加入一些防銹劑。2.偏心距的確定探頭聲束軸線與管子中心軸線的距離稱為偏心距,常用表

29、示,如圖5.13。 (1)純橫波探傷要實(shí)現(xiàn)純橫波探傷,入射角應(yīng)大于第一臨界角。由得： (2)橫波探測(cè)到管內(nèi)壁要使橫波探測(cè)到管內(nèi)壁,橫波折射角應(yīng)符合又 即所以同時(shí)滿足純橫波探傷,且能探測(cè)到管內(nèi)壁的條件為： 以sin=代入上式到偏心距范圍為 （5.5）式中：一水中縱波波速；一鋼中縱波波速；Cs一鋼中橫波波速；R一鋼管的外徑；r一鋼管的內(nèi)徑。 =1480m/s, =5900m/s, =3230 m/s，則有： （5.6）3.焦距的確定小口徑管水浸聚焦探傷,一般要求聲束焦點(diǎn)落在管子的中心軸線上,如圖5.14。 在AOB中,AO=R,BO=f-H，AB=x 由得焦距f為 （5.7）式中：H一水層厚度水層

30、距離4.水層距離的選擇水浸探傷鋼管時(shí),為了避免管材表面多次反射波對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)缺陷回波的干擾,水層距離應(yīng)大于鋼中橫波聲程W的1/2。W見(jiàn)圖5.13。因?yàn)樗胁ㄋ偌s為鋼中橫波波速的1/2,當(dāng)水層距離大于鋼中橫波聲程的1/2時(shí),就可使鋼管內(nèi)外壁缺陷回波位于鋼管界面回波與之間,不受界面回波的干擾。5.最大壁厚的確定水浸探傷鋼管時(shí),為了實(shí)現(xiàn)純橫波探傷使管子的壁厚受到限制。不難設(shè)想,第一臨界角,對(duì)應(yīng)的壁厚是最大的。由 和得 由 得管子壁厚于外徑比為 式中： T一管子壁厚；D一管子外徑； -管中橫波波速；一管中縱波波速。對(duì)于鋼管, =3230m/s, =5900m/s,則有T/D0.226 （5.9）例：水

31、浸聚焦探傷 60×8的無(wú)縫鋼管,探頭聲透鏡曲率半徑為25mm,求偏心距和水層厚度各為多少?解:由己知得R=30,r=26(1)偏心距x：取平均值得 （2)焦距f ：f= (3)水層厚度H：四、高壓無(wú)縫鋼管超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)JB1151-73簡(jiǎn)介（參見(jiàn)附錄二）1.標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍JB1l-73標(biāo)準(zhǔn)適用于T/d60%(T為壁厚,d為內(nèi)徑,外徑D20mm,壁厚T2mm的化學(xué)、石油工業(yè)用高壓無(wú)縫鋼管超聲波探傷及其他工業(yè)類似用途的高壓無(wú)縫鋼管的超聲波探傷。2.操作要點(diǎn)(1)采用水浸聚焦探頭探傷,探測(cè)頻率為2.5MHz。(2)用附錄二中圖1所示的對(duì)比試塊調(diào)節(jié)探傷靈敏度。對(duì)比試塊內(nèi)外壁開(kāi)有的尖角槽,槽深t =5% T,但不大于1mm,槽長(zhǎng)大于或等于40mm。調(diào)