超聲波探傷培訓(xùn)資料

1、超聲波探傷培訓(xùn)資料超聲波探傷是利用超聲波在物質(zhì)中的傳播、反射和衰減等物理特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種探傷方法。與射線探傷相比，超聲波探傷具有靈敏度高、探測速度快、成本低、操作方便、探測厚度大、對人體和環(huán)境無害，特別對裂紋、未熔合等危險性缺陷探傷靈敏度高等優(yōu)點。但也存在缺陷評定不直觀、定性定量與操作者的水平和經(jīng)驗有關(guān)、存檔困難等缺點。在探傷中，常與射線探傷配合使用，提高探傷結(jié)果的可靠性。超聲波檢測主要用于探測試件的內(nèi)部缺陷。1、超聲波：頻率大于20KHZ的聲波。它是一種機械波。探傷中常用的超聲波頻率為0.510MHz，其中22.5MHz被推薦為焊縫探傷的公稱頻率。機械振動：物體沿著直線或曲線在某一平衡位

2、置附近作往復(fù)周期性的運動，稱為機械振動。振幅A、周期T、頻率f。 。波動：振動的傳播過程稱為波動。C=*f超聲波具有以下幾個特性：（1）束射特性。超聲波波長短，聲束指向性好，可以使超聲能量向一定方向集中輻射。（2）反射特性。反射特性正是脈沖反射法的探傷基礎(chǔ)。（3）傳播特性。超聲波傳播距離遠(yuǎn)，可檢測范圍大。（4）波型轉(zhuǎn)換特性。超聲波在兩個聲速不同的異質(zhì)界面上容易實現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換。2、波的類型：（1）縱波L：振動方向與傳播方向一致。氣、液、固體均可傳播縱波。（2）橫波S：振動方向與傳播方向垂直的波。只能在固體介質(zhì)中傳播。（3）表面波R：沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?。只能在固體表面?zhèn)鞑?。?）板波：在板厚與波長相

3、當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ牟āＶ荒茉诠腆w介質(zhì)中傳播。3、超聲波的傳播速度（固體介質(zhì)中）（1）E：彈性橫量，：密度，：泊松比，不同介質(zhì)E、不一樣，波速也不一樣。（2）在同一介質(zhì)中，縱波、橫波和表面波的聲速各不相同CLCSCR鋼：CL=5900m/s， CS=3230m/s，CR=3007m/s4、波的迭加、干涉、衍射 波的迭加原理當(dāng)幾列波在同一介質(zhì)中傳播時，如果在空間某處相遇，則相遇處質(zhì)點的振動是各列波引起振動的合成，在任意時刻該質(zhì)點的位移是各列波引起位移的矢量和。幾列波相遇后仍保持自己原有的頻率、波長、振動方向等特性并按原來的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，好象在各自的途中沒有遇到其它波一樣，這就是波的迭加原理，又稱

4、波的獨立性原理。 波的干涉兩列頻率相同，振動方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇時，介質(zhì)中某些地方的振動互相加強，而另一些地方的振動互相減弱或完全抵消的現(xiàn)象叫做波的干涉現(xiàn)象。波的干涉是波動的重要特征，在超聲波探傷中，由于波的干涉，使超聲波源附近出現(xiàn)聲壓極大極小值。 波的衍射（繞射）波在傳播過程中遇到與波長相當(dāng)?shù)恼系K物時，能繞過障礙物邊緣改變方向繼續(xù)前進(jìn)的現(xiàn)象，稱為波的衍射或波的繞射。波的繞射和障礙物尺寸Df及波長的相對大小有關(guān)。當(dāng)Df時，反射強，繞射弱，聲波幾乎全反射。波的繞射對探傷即有利又不利。由于波的繞射，使超聲波產(chǎn)生晶粒繞射順利地在介質(zhì)中傳播，這對探傷是有利的。但同時由于波的繞射，使一

5、些小缺陷回波顯著下降，以致造成漏檢，這對探傷不利。5、超聲場的特征值(1) 超聲場：充滿超聲波的空間或超聲波振動所波及的部分介質(zhì)。(2) 聲阻抗Z：超聲波中任一點的聲壓與該處質(zhì)點振動速度之比。(3) 聲強I：單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強。（J/cm2s或w/ cm2）。6、分貝聲強級：某處的聲強I2與標(biāo)準(zhǔn)聲強I1（I1=10-16瓦/厘米2）之比。*當(dāng)超聲波探傷儀的垂直線性較好時，儀器示波屏上的波高（H）與聲壓（P）成正比。7、超聲波垂直入射到界面時的反射和透射聲壓的反射率r和透射率t （單一平界面）(1)當(dāng)Z1Z2（如鋼/空氣界面或固/空氣界面）（鋼：Z=4.53106g/cm2

6、 s ,有機玻璃：Z=0.33106g/cm2 s空氣：Z=0.00004106g/cm2 s）r=-1t=0幾乎全反射，無透射。 探傷中，探頭和工件間如不施加耦合劑，則形成固（晶片）/氣界面，超聲波將無法進(jìn)入工件。(2) 當(dāng)Z1=Z2時r=0t=1幾乎全透射，無反射。 若母材與填充金屬結(jié)合面沒有任何缺陷，便不會產(chǎn)生界面回波。8、超聲波斜入射到界面時的反射和折射波型轉(zhuǎn)換：超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射與折射波外，還會產(chǎn)生不同類型的反射和折射波。這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。有機玻璃中：CL1=2730m/s鋼中CL2=5900m/sCS2=3230m/s9、超聲波的衰減超聲波的衰減：超聲

7、波在介質(zhì)中傳播時，隨著距離的增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象。10、儀器、探頭、試塊超聲波探傷設(shè)備一般由超聲波探傷儀、探頭和試塊組成。(1) 儀器常用超聲波探傷儀為A型脈沖反射式超聲波探傷儀。A型顯示：一種波形顯示。脈沖波：周期性的發(fā)射不連續(xù)且頻率不變的波。反射式：通過接收反射回波信號。(2) 探頭在超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實現(xiàn)的。探頭又稱換能器，其核心部件是壓電晶體，又稱晶片。晶片的功能是把高頻電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，又可把超聲波轉(zhuǎn)換為高頻電脈沖，實現(xiàn)電一聲能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件。壓電晶片：發(fā)射和接收超聲波。壓電效應(yīng)：在交變拉壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生交變電場或者在交變電場作用下產(chǎn)生

8、伸縮變形。機械能轉(zhuǎn)換為電能，電能轉(zhuǎn)換成機械能。按波型分：縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、板波探頭。按晶片數(shù)分：單晶探頭、雙晶探頭。a，直探頭（縱波探頭）直探頭用于發(fā)射和接收縱波。直探頭主要用于探測與探測面平行的缺陷。b，斜探頭橫波斜探頭是利用橫波探傷，主要用于探測與探測面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫探傷等。橫波斜探頭的標(biāo)稱方式常用兩種：一種是以橫波折散角s來標(biāo)稱。如s=40，45，60等；另一種是以折射角的正切值（K=tgs）來標(biāo)稱。K=1.0，1.5，2.0，2.5等。c，雙晶探頭探頭型號：1、2.5B20Z； 2、5P66K3(3) 試塊試塊：按一定用途設(shè)計制作的具有簡單幾何形狀人工反射

9、體的試樣。超聲探傷中是以試塊作為比較的依據(jù)，用試塊作為調(diào)節(jié)儀器和定量缺陷的參考依據(jù)是超聲探傷的一個特點。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(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊。a，標(biāo)準(zhǔn)試塊：權(quán)威或法定機構(gòu)制定的試塊。如GB113451989規(guī)定CSKZB試塊為焊縫超聲波探傷用標(biāo)準(zhǔn)試塊。主要用于測定斜探頭的入射點、調(diào)整探測范圍和掃描速度、測定儀器探頭以及系統(tǒng)的性能等。b，對比試塊：對比試塊又稱參考試塊，它是由各專業(yè)部門按某些具體探傷對象規(guī)定的試塊。GB113451989規(guī)定，RB1(適應(yīng)825mm板厚)、RB2(適應(yīng)8100mm板厚)和RB3(適用8150mm板厚)為焊縫探傷用對比試塊。RB試塊

10、組主要用于繪制距離波幅曲線、調(diào)整探測范圍和掃描速度、確定探傷靈敏度和評定缺陷大小，它是焊縫評級判定的依據(jù)。試塊的作用：a. 確定探傷靈敏度；b. 測試儀器和探頭的性能；c. 調(diào)整掃描速度；d .評判缺陷的大小。12、儀器和探頭性能(1) 儀器的性能垂直線性、水平線性、動態(tài)范圍等。(2) 探頭的性能入射點、K值、雙峰、主聲束偏離等。(3) 儀器和探頭的綜合性能分辨力、盲區(qū)、靈敏度余量等。 儀器的性能垂直線性：儀器示波屏上的波高與探頭接收的信號成正比的程度。垂直線性好壞影響缺陷的定量精度。GB113451989規(guī)定，儀器的垂直線性誤差D5%。水平線性：儀器示波屏上時基線顯示的水平刻度值與實際聲程之

11、間呈正比的程度。GB113451989規(guī)定，儀器的水平線性誤差1%。水平線性的好壞影響缺陷的定位。動態(tài)范圍：儀器示波屏容納信號大小的能力。（從100%某波高衰減到剛能識別的最小值所需的衰減量）。ZBY230-84（JB/T10061-1999）規(guī)定儀器的動態(tài)范圍不小于26dB。探頭的性能斜探頭入射點：主聲束軸線與探測面的交點。探頭前沿長度：入射點至探頭前沿的距離。斜探頭K值和折射角s：K值：橫波折射角的正切值K=tgs圖22入射點與K值測定（CSK-IA試塊）探頭主聲束偏離：探頭實際主聲束與其理論幾何中心軸線的偏離程度。用偏離角來表示。GB113451989規(guī)定，2。探頭雙峰：平行移動探頭，同

12、一反射體產(chǎn)生兩個波峰的現(xiàn)象稱為雙峰。探頭主聲束偏離與雙峰，影響缺陷的定位和判斷。儀器和探頭的綜合性能靈敏度：發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力，發(fā)現(xiàn)的缺陷越小，靈敏度越高。常用靈敏度余量來衡量。靈敏度余量：是指儀器最大輸出時（增益、發(fā)射強度最大、衰減和抑制為0），使規(guī)定反射體回波達(dá)基準(zhǔn)波高所需衰減的衰減總量。盲區(qū)：指從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。盲區(qū)產(chǎn)生的原因：因為超聲波在發(fā)射的時候,是一個高壓脈沖,并且脈沖結(jié)束后,換能器會有一個比較長時間的余震,這些信號根據(jù)不同的換能器時間會有不同,從幾百個uS到幾個mS都有可能,因此在這個時間段內(nèi),聲波的回波信號是沒有辦法跟發(fā)射信號區(qū)分的.因此,被測物體在這個范圍內(nèi),

13、回波和發(fā)射波區(qū)分不開,也就沒有辦法測距,也就形成了盲區(qū)。盲區(qū)內(nèi)的缺陷一概不能發(fā)現(xiàn)。分辨力：是指在示波屏上區(qū)分相鄰兩缺陷的能力。能區(qū)分相鄰兩缺陷的距離愈小，分辨力就愈高。13、焊縫超聲波探傷 對接焊縫超聲波探傷（1），探測條件的選擇a, 探測面修整： 表面粗糙度Ra6.3m修整寬度P2KT+50；PKT+50b, 耦合劑的選擇耦合劑：在探頭與工件表面之間施加的一層透聲介質(zhì)。耦合劑作用：、排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入。、減少摩擦。耦合劑應(yīng)滿足的要求：、能潤濕工件和探頭表面， 流動性、粘度和附著力適當(dāng)，不難清洗。、聲阻抗高，透聲性能好。、來源廣，價格便宜。、對工件無腐蝕，對人體

14、無害，不污染環(huán)境。、性能穩(wěn)定，不易變質(zhì)，能長期保存。c，頻率的選擇一般2.55.0MHZ。薄工件采用較高值，厚工件采用較低值。d，K值選擇根據(jù)工件厚度來選擇，薄工件采用大K值，避免近場區(qū)探傷，厚工件采用小K值，以縮短聲程，減少衰減。注意：K值常因工件中的聲速變化和探頭的磨損而產(chǎn)生變化，所以探傷前必須在試塊上實測K值。e，探測面的選擇根據(jù)板厚和缺陷的位向以及檢驗等級確定。如縱向缺陷：、單面雙側(cè)，一種K值。、一種或兩種K值，兩面雙側(cè)。、兩種K值，兩面雙側(cè)，外加K1.0，單面雙側(cè)串列式探測。（2），掃描速度（時基線比例）的調(diào)節(jié)聲程法、水平法、深度法.常用水平法和深度法20mm時，常用水平法。20mm

15、時，常用深度法。水平法：使示波屏水平刻度值直接顯示反射體的水平投影距離。RB試塊等。深度法：使示波屏水平刻度值直接顯示反射體的垂直深度。RB試塊等。(3)，距離一波幅曲線（DAC曲線）描述某一確定反射體回波高度隨距離變化的關(guān)系曲線稱為距離波幅曲線。圖25距離波幅曲線示意圖距離一波幅曲線由定量線、判廢線和評定線組成，評定線和定量線之間（包括評定線）稱為區(qū)，定量線與判廢線（包括定量線）稱為區(qū)，判廢線及其以上區(qū)域稱為區(qū)。兩種形式：1、距離dB曲線2、距離波高（%）曲線（面板曲線）（4）， 掃查方式a、鋸齒形掃查。b、前后掃查。c、左右掃查。d、轉(zhuǎn)角掃查。e、環(huán)繞掃查。f、平行或斜平行掃查。g、串列式

16、掃查。四種基本掃查方式主要用來確定缺陷的位置、方向、形狀等情況。（5）， 缺陷位置的確定常用水平定位法、深度定位法。 水平定位法：假定儀器按水平11調(diào)節(jié)掃描速度。6）， 缺陷大小的測定探傷中發(fā)現(xiàn)位于定量線或定量線以上的缺陷要測定缺陷波的幅度和指示長度。、缺陷波幅度的表示：SL + () dB340( )dB、缺陷波的指示長度測定：指示長度：按規(guī)定的方法測定的缺陷長度稱為缺陷的指示長度。指示長度總是小于等于缺陷實際長度。a, 相對靈敏度測長法：以缺陷的最高回波為相對基準(zhǔn)、沿缺陷的長度方向移動探頭，降低一定的dB值來測定缺陷的長度。常用的是6dB法、端點6dB法。，6dB法（半波高度法）由于波高降

17、低6dB后正好為原來的一半，因此6dB法又稱為半波高度法。半波高度法做法：移動探頭，找到缺陷的最大反射波（不能飽和），然后沿缺陷方向左右移動探頭，當(dāng)缺陷波高度降低一半時，探頭中心線之間的距離就是缺陷的指示長度。6dB法做法： 移動探頭找到缺陷最大反射波后，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，沿缺陷方向移動探頭，當(dāng)缺陷波高降至基準(zhǔn)波高時，探頭中心線之間的距離就是缺陷的指示長度。6dB法（半波高度法）適用于測長掃查過程中缺陷波只有一個高點的情況。圖31 半波高度法（6dB法）圖32 端點6dB法圖33 端點峰值法、端點6dB法（端點半波高度法）當(dāng)缺陷各部分反射波

18、高有很大變化時，測長采用端點6dB法。具體做法：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷后，探頭沿著缺陷方向左右移動，找到缺陷兩端的最大反射波，分別以這兩個端點反射波高為基準(zhǔn)，繼續(xù)向左、向右移動探頭，當(dāng)端點反射波高降低一半時（或6dB），探頭中心線之間的距離即為缺陷的指示長度。適用于測長掃查過程中缺陷反射波有多個高點的情況。b、端點峰值法當(dāng)缺陷反射波峰起伏變化，有多個高點時，以缺陷兩端反射波極大值之間探頭的移動長度來確定缺陷的指示長度。端點峰值法測得的缺陷指示長度比端點6dB測得的指示長度要小一些。端點峰值法也只適用于測長掃查過程中缺陷反射波有多個高點的情況。、缺陷長度的計量GB11345-89規(guī)定： i. 當(dāng)相鄰兩缺陷間

19、距小于8mm時，以兩缺陷指示長度之和作為一個缺陷的指示長度（不含間距）。ii. 缺陷指示長度小于10mm者，按5mm計。（7），焊縫質(zhì)量評級：缺陷的大小測定后，要根據(jù)缺陷的當(dāng)量和指示長度結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來評定焊縫的質(zhì)量級別。GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)將焊縫質(zhì)量分為、級。級質(zhì)量最高，級質(zhì)量最低。 級焊縫a. 反射波高位于區(qū)的缺陷者。b. 反射波超過評定線，檢驗人員判為裂紋等危害性缺陷者。c. 位于區(qū)的缺陷指示長度超過級者。 、級焊縫a. 位于區(qū)的非危害性缺陷評為級。b. 位于區(qū)的缺陷按下表評定其級別。表1GB11345-89標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)缺陷級別評定檢驗等級評定等級ABC850830083002T/3

20、(最小12)T/3(最小10，最大30)T/3(最小10，最大20)3T/4(最小12)2T/3(最小12，最大50)T/2(最小10，最大30)T(最小20)3T/4(最小16，最大75)2T/3(最小12，最大50)超過級者（8），超聲波探傷特點：、面積型缺陷檢出率高，而體積型缺陷的檢出率低。對裂紋、未熔合等危險性缺陷靈敏度高。、探測厚度大，幾百毫米至幾米。、適于各種試件，對接焊縫、角焊縫、板材、管材、棒材、鍛件、復(fù)合材料等。、成本低、速度快、操作方便。、評定不直觀、定性困難。、記錄存檔困難。管材超聲波探傷管材橫波檢測技術(shù)基礎(chǔ)1. 實現(xiàn)純橫波檢測條件 產(chǎn)生純橫波CL1入射介質(zhì)中縱波速度CL

21、2管材中縱波速度 橫波到達(dá)內(nèi)壁條件2. 周向檢測缺陷修正一次波檢測內(nèi)壁缺陷聲程AC弧長ABmTtg二次波檢測外壁缺陷聲程ACE弧長AE2mTtg式中：聲程修正系數(shù)，m跨距修正系數(shù)，m3. 探頭入射點與折射角測定 入射點測定可利用試塊直角邊測， 折射角測定可利用圓柱試塊靠近近表面1.5橫孔或外表面V形槽測試，但利用靠近表面橫孔測試誤差較大。 利用曲面內(nèi)外璧槽測試。4. 推薦測定入射點和折射角方法 采用與工件曲率相同的橫孔試塊測試； 利用與工件曲率不同的橫孔試塊測試。小直徑薄壁管探傷一般指外徑小于100mm的管材，大多為無縫鋼管，對平行于管軸的徑向缺陷，即管內(nèi)縱缺陷：可用橫波進(jìn)行周向掃查檢測。對垂

22、直于管軸的徑向缺陷，即管內(nèi)橫向缺陷。用橫波進(jìn)行軸向掃查檢測。探傷前準(zhǔn)備： 清理被探管材表面的氧化皮，銹蝕、油污。 考慮管材與探頭相對運動的軌跡，相鄰探頭軌跡間距離考慮聲束復(fù)蓋范圍。 為避免由于缺陷取向等原因產(chǎn)生聲波反射呈現(xiàn)定向性而發(fā)生漏檢，應(yīng)從兩個相反方向各探一次。1. 接觸法探傷適用于手工探傷，特點：管徑小，波束擴散，耦合不好。要采取措施： 有機玻璃斜楔磨成與管子外徑曲率相近。 采用接觸式聚焦探頭。 縱向缺陷探測斜探頭晶片一般用810，1012，1214，最長不大于25mm。頻率：2.55MHZ。試塊：檢測管子縱向缺陷的對比試塊應(yīng)選取與被檢鋼管的規(guī)格相同，材質(zhì)、熱處理工藝和表面狀況相同或相似

23、的鋼管制備，對比試塊上不得有影響人工缺陷正常指示的自然缺陷。對比試塊上人工缺陷為尖角槽，角度為60，槽深度t分別為管壁厚度的5%（I級，0.2mmt1mm），8%（II級，0.2mmt2mm），10%（III級，0.2mmt0.226鍛件不適于用周向探測。 探測條件選擇1.探頭選擇：頻率：雙晶直探頭為5MHZ，單晶直探頭為2MHZ5MHZ，對晶粒粗大鍛件可適當(dāng)降低頻率，可用12.5MHZ。晶片尺寸：1425mm，常用20mm。雙晶直探頭檢測近表面缺陷。探頭晶片面積不小于150mm2。斜探頭晶片面積為140mm2400mm2，頻率為2.5MHZ。探測與表面垂直缺陷宜用K1（45），必要時用607

24、0相當(dāng)于K2。2.表面要求與耦合劑：表面要求：檢測面表面要求平整，最好經(jīng)機加工，表面粗糙度Ra應(yīng)小于6.3m，工件表面應(yīng)去除氧化皮、污物等附著物。耦合劑：機油、漿糊、甘油等。3.檢測面選擇應(yīng)符合JB/T4730標(biāo)準(zhǔn)的要求。4.掃查方式：互相垂直兩個方向100%掃查直探頭雙晶直探頭斜探頭：周向、軸向各正、反二個方向。掃查復(fù)蓋面積探頭直徑尺寸15%。掃查速度150mm/s。5.材質(zhì)衰減測定在鍛件上選定三處有代表性部位（完好部位）測出第一次底波B1和第二次底波B2的波高分界值。則這里X3N，為單程聲程（厚度或直徑）這里X3N，且滿足6.試塊 縱波直探頭：JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定CS型標(biāo)準(zhǔn)試

25、塊。 雙晶直探頭試塊：JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定CS型標(biāo)準(zhǔn)試塊。適用距離為深度小于45mm。 探測曲面工件時，應(yīng)使用曲面試塊，曲面試塊為JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的CS型試塊曲率R與工件曲率關(guān)系為：JB/T4730-2005規(guī)定試塊曲率半徑R為工件曲率半徑的0.91.5倍。GB/T6420-91標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工件曲率半徑為試塊曲率半徑R的0.71.1倍。7.探傷時機：熱處理后，槽、孔、臺階等機加工前。如熱處理前檢驗（對鍛件形狀不合適熱處理后檢驗的），則在熱處理后仍要再進(jìn)行檢測。掃描速度和靈敏度調(diào)節(jié)1. 掃描線比例調(diào)節(jié)縱波直探頭：試塊上調(diào)節(jié)：要求試塊材質(zhì)和工件相同或相近。掃描比例要求第一次工件底波在水平滿刻度80%左右。利用工件調(diào)節(jié)：可利用工件上