超聲檢測(cè)第五章陸志春

1、超聲檢測(cè)(jin c)方法分類與特點(diǎn)2015年4月 南京(nn jn)共九十一頁(yè)陸 志 春江蘇省特檢院 常州分院 總師辦 地址(dzh)：江蘇省常州市龍江中路51號(hào) 電話手機(jī)郵箱：JSLZC126.COM共九十一頁(yè)主要(zhyo)內(nèi)容按檢測(cè)原理分類(fn li)按顯示方式分類按波型分類按探頭數(shù)量分類按接觸方式分類共九十一頁(yè)超聲檢測(cè)方法(fngf)分類 按探頭數(shù)量分類單探頭法雙探頭法多探頭法按顯示方式分類A型顯示超聲成像顯示按檢測(cè)原理分類脈沖反射法衍射時(shí)差法（TOFD）穿透法共振法按接觸方式分類直接接觸法液浸法電磁耦合法按波型分類縱波法橫波

2、法表面波法板波法爬波法共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.1 按檢測(cè)(jin c)原理分類5.1.1 脈沖反射 超聲探頭發(fā)射的超聲脈沖波進(jìn)入工件遇到(y do)工件內(nèi)部不連續(xù)或工件邊界產(chǎn)生反射聲波，再由探頭接收，由此判別工件中是否存在缺陷，稱為脈沖反射。 通過(guò)超聲波在工件中傳播的時(shí)間計(jì)算出缺陷深度，反射波的高低判斷出缺陷相對(duì)大小，按反射 波的形狀大致判斷出缺陷性質(zhì)。 方法包括缺陷回波法，底波高度法和多次底波法。共九十一頁(yè)脈沖反射式探傷(tn shng)示意共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.1.1 脈沖(michng)反射缺陷回波法： 三定定位：回波的傳播時(shí)間。定量：回波的幅度(fd)。定性：綜合各種因素。共九十一頁(yè)

3、底波高度(god)法FBF法FBG法BGBF法共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD） 原理TOFD(Time of Flight Diffraction)，利用缺陷部位的衍射波來(lái)檢測(cè)缺陷，根據(jù)衍射波的傳播時(shí)間差來(lái)確定(qudng)缺陷自身高度高度。特點(diǎn)縱波斜探頭、一發(fā)一收兩個(gè)探頭、探頭對(duì)稱分布于焊縫兩側(cè)。共九十一頁(yè)原理圖發(fā)射(fsh)探頭接收(jishu)探頭橫向波上端點(diǎn)下端點(diǎn)內(nèi)壁反射信號(hào)共九十一頁(yè)探頭(tn tu)布置共九十一頁(yè)掃查方式(fngsh)共九十一頁(yè)幾種(j zhn)掃查掃查方式特點(diǎn)：非平行掃查：快速檢測(cè)和測(cè)定缺陷長(zhǎng)度；可大致測(cè)定缺陷的深度；無(wú)法(wf)測(cè)定缺陷距

4、焊縫中心線的偏移量。偏置非平行掃查：增大檢測(cè)范圍；提高缺陷深度的測(cè)量精度；改進(jìn)缺陷定位，并有助于降低下表面盲區(qū)。平行掃查：改進(jìn)缺陷定位和缺陷深度（高度）測(cè)定的準(zhǔn)確性。共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）直通波、缺陷(quxin)上下端點(diǎn)衍射波、底面反射波。接收探頭直通波LW上端點(diǎn)下端點(diǎn)底面反射波BW共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）變形波。一般會(huì)遲于底面反射波到達(dá)接收(jishu)探頭。底面反射波直通波縱波變形波TxRx橫波共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）缺陷(quxin)深度計(jì)算：以直通波為參考起點(diǎn)。t:缺陷上端點(diǎn)衍射波與直通

5、波的傳播時(shí)間差。L：缺陷上端點(diǎn)聲程的一半。接收探頭SSdt0t0共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）缺陷自身(zshn)高度發(fā)射探頭接收探頭2Sd1d2共九十一頁(yè)波幅(bf)灰級(jí)處理共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）TOFD顯示包括(boku)A掃信號(hào)和TOFD圖像。D掃上表面內(nèi)壁A掃LWBW共九十一頁(yè)向外表面(biomin)延伸的裂紋發(fā)射(fsh)探頭接收探頭裂紋尖端內(nèi)壁反射波BW橫向波被隔開(kāi)了沒(méi)有橫向波共九十一頁(yè)向內(nèi)表面延伸(ynshn)的裂紋發(fā)射(fsh)探頭接收探頭橫向波LW尖端信號(hào)內(nèi)壁反射信號(hào)被隔開(kāi)了沒(méi)有內(nèi)壁反射波共九十一頁(yè)水平(shupng

6、)方向的平面形缺陷發(fā)射(fsh)探頭接收探頭橫向波LW內(nèi)壁反射波BW反射回波反射信號(hào)共九十一頁(yè)近表面(biomin)裂紋裂紋(li wn)阻擋了直通波，下尖端衍射信號(hào)顯示在A-掃描中。21共九十一頁(yè)未焊透注意(zh y)上下尖端的兩個(gè)信號(hào)1234共九十一頁(yè)根部(n b)未熔合注意直通波和缺陷(quxin)信號(hào)之間的波形相位轉(zhuǎn)換123根部未焊透共九十一頁(yè)側(cè)壁未熔合注意上下尖端(jindun)的兩個(gè)信號(hào)1234共九十一頁(yè)氣孔(qkng)密集型氣孔(qkng)12共九十一頁(yè)橫向(hn xin)裂紋在直通波上我們可以看到寬波束(bsh)在缺陷上的反映。1234123共九十一頁(yè)根部(n b)內(nèi)凹 底面回

7、波(hu b)產(chǎn)生變形123共九十一頁(yè)層間未熔合層間未熔合共九十一頁(yè)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）典型(dinxng)TOFD圖像共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)TOFD法優(yōu)缺點(diǎn)5.1.2 衍射(ynsh)時(shí)差法（TOFD）缺 點(diǎn)掃查面和底面之間存在幾毫米表面盲區(qū) 易受噪聲影響 對(duì)中下部缺陷和部分良性缺陷（如氣孔、夾層）測(cè)大容易漏掉橫向裂紋采用數(shù)據(jù)分析，對(duì)檢測(cè)人員要求高優(yōu) 點(diǎn)檢出率高超聲波束覆蓋區(qū)大 缺陷高度測(cè)量準(zhǔn)確實(shí)時(shí)成像，快速分析不依回波高度定量快速安全，方便 共九十一頁(yè)采用一發(fā)一收雙探頭在工件相對(duì)兩端面檢測(cè)聲波穿透工件后的能量(nngling)變化來(lái)判斷工件中缺陷的方法。

8、5.1.3穿透(chun tu)法共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.1.4共振(gngzhn)法 利用入射波和反射(fnsh)波互相疊加形成駐波，產(chǎn)生共振的特性里判斷工件中缺陷和厚度的方法。 共振產(chǎn)生的條件是聲程是1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍，根據(jù)產(chǎn)生不同的波節(jié)數(shù)得到兩相鄰共振頻率，通過(guò)計(jì)算得到工件厚度。共九十一頁(yè)A型顯示橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示信號(hào)幅度； B型顯示（正視圖）與聲束傳播(chunb)方向平行且與工件測(cè)量表面垂直的剖面；C型顯示（俯視圖）工件橫斷面；二維掃描；較窄的電子閘門。 D型顯示（側(cè)視圖）與聲束平面及測(cè)量表面垂直的剖面。5.2 按顯示方式分類(fn li)共九十一頁(yè)A、B 、C、D顯示(xi

9、nsh)XYYX共九十一頁(yè)A掃描(somio)共九十一頁(yè)B掃描(somio)共九十一頁(yè)B型顯示(xinsh)-圖像顯示(xinsh)共九十一頁(yè)C掃描(somio)共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)P型顯示投影成像掃描(somio)，顯示C掃描(somio)圖像（俯視）和D掃描(somio)圖像（側(cè)視）；專為檢測(cè)焊縫而開(kāi)發(fā)的。 大致估計(jì)焊縫中缺陷形狀和空間位置。共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)ALOK成像振幅傳播時(shí)間位置(wi zhi)曲線；共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)相控陣?yán)酶骶?lì)或接收聲脈沖的先后順序，控制脈沖的時(shí)間延遲與聲波到達(dá)缺陷各點(diǎn)的相

10、位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)聚焦點(diǎn)和聲束方向的變化對(duì)缺陷進(jìn)行掃描成像。特點(diǎn)：多晶片、多通道（一個(gè)(y )通道接一個(gè)(y )陣元）、每個(gè)陣元有各自的接頭延時(shí)電路、每個(gè)晶片之間聲絕緣。線陣、環(huán)形面陣、共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)相控陣聲束偏轉(zhuǎn)各單元的激勵(lì)脈沖從左到右等間隔增加延遲時(shí)間。改變延時(shí)間隔，調(diào)整(tiozhng)聲束角度。Direction of energy共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)相控陣聲束聚焦兩端陣元先激勵(lì)，逐漸向中間加大延時(shí)。改變延時(shí)間隔，調(diào)整(tiozhng)聚焦深度。Focussed to cross at this point共九十一頁(yè)共九十一

11、頁(yè)共九十一頁(yè)聲束偏轉(zhuǎn)(pinzhun)聚焦共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)相控陣扇形掃查（S掃描成像）在入射點(diǎn)形成一定(ydng)角度的扇形掃查范圍。共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.2 按顯示方式分類(fn li)相控陣的優(yōu)點(diǎn)：不移動(dòng)(ydng)或少移動(dòng)(ydng)探頭，進(jìn)行快速線掃或扇掃，檢測(cè)效率高；可改變聲束角度，具有良好的聲束可達(dá)性，進(jìn)行復(fù)雜形狀工件的檢測(cè)；控制聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦深度，實(shí)現(xiàn)全深度聚焦檢測(cè)。共九十一頁(yè)5.3 按波型分類(fn li)5.3.1縱波(zn b) 直探頭、斜探頭、聚焦探頭 共九十一頁(yè)5.3 按波型分類(fn li)有齒根裂紋時(shí)的波形正常無(wú)齒

12、根裂紋波形共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.3 按波型分類(fn li)共九十一頁(yè)5.3 按波型分類(fn li)5.3.2橫波 特點(diǎn)：波長(zhǎng)小，衰減快、穿透能力差、不適用粗晶材料。產(chǎn)生方法： II入射角LI a)直接接觸法：入射角L應(yīng)在57.70 27.60之間b)水浸法：入射角L應(yīng)在14.50 27.270之間應(yīng)用：斜入射，檢測(cè)與表面有一定傾角方向(fngxing)的缺陷。用于焊縫和鋼管的檢測(cè)，以及厚的鋼板和鍛件的輔助檢測(cè)。共九十一頁(yè)5.3 按波型分類(fn li)共九十一頁(yè)5.3 按波型分類(fn li)5.3.3表面波特點(diǎn)：在表面2內(nèi)傳播，遇到表面不連續(xù)的部位（開(kāi)口裂紋、棱邊）會(huì)產(chǎn)生反射(fnsh

13、)、波形轉(zhuǎn)換等。產(chǎn)生方法：a)Y切石英法：可以兩個(gè)方向發(fā)射,通常用阻尼材料衰減其中一個(gè)方向。b)縱波折射法：有機(jī)玻璃/鋼 i=620640 (由于近場(chǎng)長(zhǎng)度不超出楔塊長(zhǎng)度，不影響檢測(cè))共九十一頁(yè)應(yīng)用：表面開(kāi)口裂紋高度測(cè)定(cdng)a)強(qiáng)度法： 反射回波隨深度增加而升高，只適用裂紋深度小于2的情況。共九十一頁(yè)5.3.3 表面波檢測(cè)(jin c)人工反射體的反射強(qiáng)度1、柱孔：垂直于檢測(cè)面，反射率隨孔徑和頻率的增加而升高(shn o)。2、橫孔：平行于檢測(cè)面，垂直于檢測(cè)方向，反射率隨孔的深度和頻率的增加而降低。共九十一頁(yè)5.3.3 表面波檢測(cè)(jin c)3、溝槽：垂直于檢測(cè)(jin c)方向，反射

14、率隨溝槽深度的增加而升高，深度相同，反射率隨頻率增加而升高 。共九十一頁(yè)5.3.3 表面波檢測(cè)(jin c)4、棱邊：1）棱邊角度對(duì)回波的影響：2.55MHz的 反射信號(hào)棱角90之后(zhhu)降低； 170 降為零。2）棱邊出的波型轉(zhuǎn)換：3）棱邊曲率對(duì)回波的影響：共九十一頁(yè)5.3.3 表面波檢測(cè)(jin c)b)時(shí)延法:單探頭(tn tu)法：共九十一頁(yè)雙探頭(tn tu)法共九十一頁(yè)應(yīng)用中的有關(guān)問(wèn)題：a)掃描比例1：1 調(diào)試方法：b)頻率選用5MHz；耦合劑多采用甘油或較粘的機(jī)油。c)檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)：將距40mm棱邊波調(diào)到基準(zhǔn)波高21dB相當(dāng)于長(zhǎng)6.5mm、高0.1mm平面裂紋。 d)表面

15、較厚的油層、污物 、鐵銹、水垢、以及 粗糙的表面均會(huì)造成表面波的嚴(yán)重衰減。因此表面光潔度比一般的檢測(cè)方法要高一些，露出金屬光澤，并用(bn yn)有機(jī)溶劑擦干凈。共九十一頁(yè)5.3.4 板波檢測(cè)(jin c)1、特點(diǎn)：在薄板、薄管內(nèi)傳播。充塞整個(gè)工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部和表面缺陷(quxin)。撿出靈敏度取決于儀器工作條件和板波的形式。2、產(chǎn)生方法：共九十一頁(yè)5.3.4 板波檢測(cè)(jin c)3、應(yīng)用：主要用于薄板（6mm），薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的工件撿測(cè)。4、應(yīng)用中的有關(guān)問(wèn)題：檢測(cè)距離大時(shí)，應(yīng)選擇以縱波成分為主的板波型；撿測(cè)復(fù)合板粘結(jié)不良時(shí)，應(yīng)選擇以橫波成分為主的板波波型；板上油、水使板波衰減增大(zn

16、 d)，因此水浸法撿測(cè)時(shí)應(yīng)選擇以縱波成分為主的板波波型（群速接近縱波的波型）共九十一頁(yè)5.3.5 爬波法1、特點(diǎn)：爬波又稱為表面下縱波，是縱波從第一介質(zhì)以第一臨界角附近(fjn)的角度入射到第二介質(zhì)時(shí)，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生的一種非均勻波。簡(jiǎn)單說(shuō)，叫表面下縱波（且有一定的橫波分量）。波速在圓弧面上0.96縱波速度。由于這種波傳播時(shí)，大部分能量主要集中在表面下某個(gè)范圍內(nèi)，且不同于表面波，受工件表面的刻痕、不平整、凹陷，以及油滴干擾較小，對(duì)工件表面粗糙不敏感，因此適用于檢測(cè)粗糙表面下的缺陷。2、產(chǎn)生：當(dāng)縱波以第一臨界角27.60附近，30以內(nèi)入射，即可獲得爬波。共九十一頁(yè)5.3.5 爬波法一次爬波的角度

17、在7583之間，工件內(nèi)部的3035橫波在工件底部產(chǎn)生縱波和二次爬波。爬波衰減很快，回波聲壓(shn y)與距離4次方成反比，檢測(cè)距離約幾十毫米。檢測(cè)深度0.59mm。共九十一頁(yè)3、應(yīng)用：主要用于鑄件、堆焊層等的表面下裂紋，以及螺栓柱根部裂紋檢測(cè)。4、應(yīng)用中的有關(guān)問(wèn)題：通過(guò)選擇探頭的f.D值可以改變對(duì)表面附件缺陷的敏感程度， f.D大，探測(cè)深度小。爬波離開(kāi)探頭后衰減很快，P1/X4，檢測(cè)距離只有幾十毫米，通常(tngchng)采用雙探頭布置。共九十一頁(yè)單探頭(tn tu)法 雙探頭法 多探頭法 5.4 按探頭(tn tu)數(shù)量分類共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)接觸法 液浸法 電磁耦合法 利用磁致

18、伸縮原理(yunl)激發(fā)電磁超聲并接收返回聲波。 可用于電磁超聲測(cè)厚和檢測(cè)，不需耦合劑。 5.5 按接觸(jich)方式分類共九十一頁(yè)5.5.1直接(zhji)接觸法探頭與工件之間有一層薄薄的耦合劑（d/4），最佳壓力為1020N時(shí)耦合穩(wěn)定，效果好。特點(diǎn)操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、適用(shyng)于手工操作。缺點(diǎn)探頭易磨損，工件表面粗糙度應(yīng)控制在6.3m 以內(nèi)。 共九十一頁(yè)共九十一頁(yè)5.5.2液浸法特點(diǎn)耦合穩(wěn)定（不受工件表面粗糙度的影響）、 探頭不會(huì)磨損， 盲區(qū)?。ㄋ摻缑娌ǖ膶挾刃∮谑济}沖(michng)寬度） 聲能損失較大、水鋼界面聲壓透過(guò)率只有20，水浸檢測(cè)時(shí)必須提高檢測(cè)靈敏度約10dB。 調(diào)

19、整探頭的入射角，可獲得任意角度的橫波，由于聲束擴(kuò)散，常使用水浸聚焦探頭。 加表面活性劑潤(rùn)濕工件，必要時(shí)，適當(dāng)對(duì)水加熱，去除水中的氣泡，防止雜波。共九十一頁(yè)5.5.3電磁(dinc)耦合法EMAT的物理(wl)結(jié)構(gòu)由三部分組成：1、高頻線圈：用于產(chǎn)生高頻激發(fā)磁場(chǎng)。2、磁鐵：用來(lái)提供外加磁場(chǎng)，它可以是永久磁鐵或直流電磁鐵，也可以是交流電磁鐵或脈沖電磁鐵。3、工件：檢測(cè)對(duì)象，它是EMAT的一部分。（簡(jiǎn)稱EMAT三要素） 縱波的激發(fā)和接收 橫波的激發(fā)和接收共九十一頁(yè)電磁(dinc)超聲電磁超聲檢測(cè)的特點(diǎn)(tdin)：(1)電磁超聲借助電磁場(chǎng)作為發(fā)送和接收超聲波的介質(zhì)，其能量轉(zhuǎn)換則是在被測(cè)工件表面的趨膚層內(nèi)直接進(jìn)行的，所以不需要耦合劑；(2)通過(guò)改變磁鐵的結(jié)構(gòu)和形狀，改變信號(hào)發(fā)射和接收線圈的排列