超聲檢測(cè)方法分類與特點(diǎn)課件

1、第5章 超聲檢測(cè)方法分類與特點(diǎn)2022/10/12概述超聲檢測(cè)方法分類的方式有多種，較常用的有如下幾種：1、按原理分類：脈沖反射法、衍射時(shí)差法（TOFD）、穿透法、共振法。2按顯示方式分類：A型顯示和超聲成像顯示（可細(xì)分為B、C、D、S、P型顯示等）。3按波型分類：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。4、按探頭數(shù)目分類：?jiǎn)翁筋^法、雙探頭法、多探頭法。5、按探頭與試件的接觸方式分類：接觸法、液浸法、電磁耦合法。6、按人工干預(yù)的程度分類：手工檢測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)。 每一個(gè)具體的超聲檢測(cè)方法都是上述不同分類方式的一種組合，如最常用的：?jiǎn)翁筋^橫波脈沖反射接觸法（A型顯示）。每一種檢測(cè)方法都有其特點(diǎn)和

2、局限性，針對(duì)每一檢測(cè)對(duì)象所采用的不同的檢測(cè)方法，是根據(jù)檢測(cè)目的及被檢工件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征來(lái)進(jìn)行選擇的。 2022/10/135.1 按原理分類的超聲檢測(cè)方法 超聲檢測(cè)方法按原理分類，可分為脈沖反射法、衍射時(shí)差法、穿透法和共振法。 脈沖反射法 超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢工件內(nèi)，通過(guò)觀察來(lái)自內(nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來(lái)對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)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。 缺陷回波法 底波高度法 多次底波法 2022/10/145.1.2 衍射時(shí)差法定義：Time Of Flight Diffraction 衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)TOFD 方法利用缺陷端

3、點(diǎn)的衍射波信號(hào)探測(cè)和測(cè)量缺陷的尺寸 TOFD基本結(jié)構(gòu)：一發(fā)一收雙探頭 寬角度縱波斜探頭（通常）2022/10/152、TOFD檢測(cè)設(shè)備舉例2022/10/174、物理基礎(chǔ)衍射缺陷上的每一點(diǎn)形成新的子波源稱為衍射入射波2022/10/18衍射（續(xù)）缺陷衍射波衍射波入射波反射波特點(diǎn)：1、全方位2、低能量2022/10/110掃查面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)原理發(fā)射探頭接收探頭缺陷下尖端底面反射波底面反射波直通波中斷無(wú)直通波2022/10/111底面開(kāi)口缺陷的檢測(cè)原理發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波缺陷上尖端底面反射波中斷無(wú)底面反射波2022/10/112層間缺陷的檢測(cè)原理發(fā)射探頭接收探頭直通波直通波底面發(fā)射波底面

4、發(fā)射波反射波反射信號(hào)2022/10/114TOFD掃查方式 非平行掃查 平行掃查 偏置非平行掃查發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動(dòng)方向XY+Y焊縫發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動(dòng)方向XY+Y焊縫發(fā)射探頭接收探頭探頭架移動(dòng)方向XY+Y焊縫2022/10/1151、表面開(kāi)口裂紋212022/10/1173、V形坡口根部未焊透根部未焊透1232022/10/1184、密集氣孔122022/10/1195、橫向裂紋12341232022/10/1206、根部未焊滿1232022/10/1217、層間未熔合2022/10/1228、根部未熔合TOFD techniqueLack of root fusion defe

5、ct2022/10/12410、根部過(guò)厚TOFD techniqueOver penetration defect2022/10/125TOFD優(yōu)點(diǎn) 與脈沖反射法超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)相比，TOFD的主要優(yōu)點(diǎn)在于：（1）能探測(cè)不利取向的缺陷，缺陷檢出率高；（2）超聲波束覆蓋區(qū)域大；（3）缺陷高度測(cè)量精確；（4）實(shí)時(shí)成像，快速分析；（5）非基于波幅，波幅影響小；（6）快速、安全、方便。 2022/10/127TOFD局限性 （1）由于TOFD的直通波和底面反射波均有一定的寬度，處于此范圍的缺陷波難以被發(fā)現(xiàn)，因此在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區(qū)；（2）TOFD信號(hào)較弱，易受噪聲影響；（3）傾向于“過(guò)

6、分夸大”中壁缺陷和部分良性缺陷，比如氣孔、夾層等；（4）TOFD數(shù)據(jù)分析對(duì)檢測(cè)人員要求高。 2022/10/1285.1.3 穿透法穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在試件相對(duì)的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來(lái)檢測(cè)試件缺陷的方法。 2022/10/1295.1.4 共振法依據(jù)試件的共振特性來(lái)判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。常用于試件測(cè)厚。共振法測(cè)厚的原理見(jiàn)4.1.6，目前已很少使用共振法測(cè)厚。 2022/10/1305.2 A型顯示和超聲成像按超聲信號(hào)的顯示方式，可將超聲檢測(cè)方法分為A型顯示和超聲成像方法，其中超聲成像顯示按成像方式的不同又可再分為B、C、D、

7、S、P型顯示等。5.1.1 A型顯示如4.1.1中所述，A型顯示是一種波形顯示，是將超聲信號(hào)的幅度與傳播時(shí)間的關(guān)系以直角坐標(biāo)的形式顯示出來(lái)，橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間，縱坐標(biāo)代表信號(hào)幅度。A型顯示是最基本的一種信號(hào)顯示方式。此時(shí)，示波管的電子束是振幅調(diào)制的。換言之，A型顯示的內(nèi)容是探頭駐留在工件上某一點(diǎn)時(shí)，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。結(jié)合脈沖放射法的A型顯示超聲檢測(cè)是目前用的最多的一種方法，目前特種設(shè)備行業(yè)常用的JB/T 4730.32005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的就是A型脈沖反射法超聲檢測(cè)，采用該方法時(shí)，檢測(cè)結(jié)果受檢測(cè)人員的素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)等人為因素影響較大。 2022/10/1315.1.2 超聲成像方法超聲

8、成像就是用超聲波獲得物體可見(jiàn)圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物體，故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性的信息，超聲成像技術(shù)將這些信息變成人眼可見(jiàn)的圖像，即可以獲得不透光物體內(nèi)部聲學(xué)特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物體內(nèi)部情況，且可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，可以對(duì)缺陷進(jìn)行定量動(dòng)態(tài)監(jiān)控。一般而言，超聲成像方法是基于A型顯示形成的工件不同截面的圖像顯示，大都具有自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)作出評(píng)價(jià)的功能。超聲成像的研究歷史超聲成像方法發(fā)展到現(xiàn)代，主要采用掃描接收信號(hào)、再進(jìn)行圖像重構(gòu)的方式，因此又稱為超聲掃描成像技術(shù)，起初主要為B、C掃描成像，隨后為檢測(cè)焊縫而開(kāi)發(fā)

9、出D、P掃描（投影掃描成像）；因?yàn)橄嗫仃嚰夹g(shù)的出現(xiàn)，又出現(xiàn)S掃描（扇形掃描成像）等。而對(duì)應(yīng)的，A型顯示又可稱為A掃描顯示。 2022/10/1321B、C、D掃描成像 B、C、D掃描成像設(shè)備較簡(jiǎn)單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法。其中的B掃描廣泛用于醫(yī)療診斷，俗稱B超。現(xiàn)在用于無(wú)損檢測(cè)也取得了良好的效果。 2022/10/1332. P掃描成像2022/10/1343. ALOK超聲成像2022/10/1354 相控陣和S掃描成像相控陣技術(shù)(2009年3級(jí)復(fù)試）.ppt2022/10/1365.3 按波型分類的超聲檢測(cè)方法 縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等 5.3.1 縱波

10、法 使用縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為縱波法。1縱波直探頭法 單晶直探頭脈沖反射法、雙晶直探頭脈沖反射法和穿透法 垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測(cè) 2. 縱波斜探頭法 將縱波傾斜入射至試件探測(cè)面，利用折射縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法探頭移動(dòng)范圍較小、檢測(cè)范圍較深的一些部件;粗晶材料 ; TOFD 2022/10/1375.3.2 橫波法 將縱波傾斜入射至試件探測(cè)面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為橫波法。由于入射聲束與探測(cè)面成一定夾角，所以又稱斜射法。 產(chǎn)生的兩種方式橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測(cè)，是目前特種設(shè)備行業(yè)中應(yīng)用最多的一種方法。檢測(cè)其它試件時(shí)，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)

11、現(xiàn)與檢測(cè)面有一定傾角的缺陷。 2022/10/1385.3.3 表面波檢測(cè)使用表面波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為表面波法。 表面、近表面缺陷 1表面波的性質(zhì) 傳播運(yùn)動(dòng)狀態(tài)速度能量分布2、表面波的產(chǎn)生（1）Y切石英法（2）縱波折射法3人工反射體的反射特點(diǎn) （1）柱孔（2）橫孔（3）溝槽（4）棱邊的反射2022/10/1395.3.3 表面波檢測(cè)4影響表面波傳播的其他因素油 表面光潔度和材料組織 圓柱曲面 5表面波檢測(cè)的應(yīng)用 （1）強(qiáng)度法檢測(cè)表面裂紋掃描速度調(diào)整靈敏度調(diào)整和定量 直角棱邊反射波 （2）時(shí)延法測(cè)量表面裂紋的縱向尺寸 特點(diǎn)：利用裂紋開(kāi)口處的反射信號(hào)和裂紋尖端處的反射信號(hào)在傳播時(shí)間上的差值作為測(cè)

12、定裂紋縱向尺寸的信息，而不是裂紋反射信號(hào)的強(qiáng)度。雙探頭法 單探頭法 只適用于測(cè)量表面開(kāi)口缺陷 2022/10/1405.3.4 板波檢測(cè)使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的試件檢測(cè)。板波充塞于整個(gè)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。 1板波的種類 使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的試件檢測(cè)。 板波充塞于整個(gè)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。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況分類 根據(jù)邊界條件分類根據(jù)板的變形分類2板波的產(chǎn)生 選擇不同的板波

13、型式 探頭入射角 入射角可根據(jù)被探測(cè)工件的板厚乘所用頻率 和選用的波型，由特定的曲線圖上查出 2022/10/1415.3.4 板波檢測(cè)3蘭姆波的傳播特點(diǎn) （1）衰減的非單調(diào)變化 （2）反射時(shí)蘭姆波波型的變化（3）板波回波信號(hào)的寬度4板波檢測(cè)的一般程序 a、盡可能選用寬的發(fā)射脈沖 b、制作一個(gè)與被測(cè)板材料相同的對(duì)比試塊 c、選擇合適的波型 根據(jù)波型、頻率乘板厚的數(shù)值，從相應(yīng)的圖中查得入射角 d、根據(jù)入射角選擇合適的探頭，在試塊上調(diào)整掃描速度 e、根據(jù)人工缺陷的反射，選擇合適的探測(cè)靈敏度 f、檢測(cè)時(shí)注意點(diǎn)2022/10/1425.3.5.爬波法產(chǎn)生：第一臨界角附近入射概念優(yōu)點(diǎn)2022/10/14

14、35.4 按探頭數(shù)目分類的檢測(cè)方法5.4.1 單探頭法 使用一個(gè)探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的檢測(cè)方法稱為單探頭法。 對(duì)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(dāng)缺陷與波束軸線傾斜時(shí)，則根據(jù)傾斜角度的大小，能夠收到部分回波或者因反射波束全部反射在探頭之外而無(wú)法檢出。 2022/10/1445.4.2 雙探頭法 使用兩個(gè)探頭（一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收）進(jìn)行檢測(cè)的方法稱為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢出的缺陷。雙探頭法又可根據(jù)兩個(gè)探頭排列方式和工作方式進(jìn)一步分為并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。 2022/10/1455.4.3 多探頭法

15、 使用兩個(gè)以上的探頭組合在一起進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為多探頭法。多探頭法的應(yīng)用，主要是通過(guò)增加聲束來(lái)提高檢測(cè)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(dòng)掃查裝置配合 2022/10/1465.5 按探頭接觸方式分類的檢測(cè)方法 接觸法、液浸法和電磁耦合法。5.5.1 接觸法和液浸法探頭與試件探測(cè)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，這種檢測(cè)方法稱為直接接觸法，或簡(jiǎn)稱接觸法。將探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。當(dāng)以水為耦合劑時(shí)，稱為水浸法。 液浸法檢測(cè)，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

16、穩(wěn)定，探測(cè)結(jié)果重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。 2022/10/1475.5.1 接觸法和液浸法接觸法和液浸法特點(diǎn)比較：（1）接觸法優(yōu)點(diǎn)：（2）接觸法缺點(diǎn)：（3）液浸法優(yōu)點(diǎn)：（4）液浸法缺點(diǎn)： 在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的對(duì)象、目的和場(chǎng)合，結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)綜合選擇。 2022/10/1485.5.2 電磁耦合法 采用電磁超聲探頭激發(fā)和接收超聲波的檢測(cè)方法，通常稱為電磁超聲檢測(cè)（EMAT）。探頭與工件之間無(wú)耦合劑，也不相互接觸。電磁超聲探頭結(jié)構(gòu)及工作原理見(jiàn)4.2.3。1、電磁超聲產(chǎn)生的機(jī)理 2、電磁超聲激發(fā)和接收 3、電磁超聲的特點(diǎn)和現(xiàn)狀2022/10/1495.6 手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè) 按人工干

17、預(yù)的程度分類，超聲檢測(cè)可分為手工檢測(cè)和自動(dòng)檢測(cè)。5.6.1 手工檢測(cè) 手工檢測(cè)一般指由操作者手持探頭進(jìn)行的A型脈沖反射式超聲檢測(cè)。 手工檢測(cè)方便易操作，大量應(yīng)用，JB/T 4730.3-2005主要的適用范圍即為手工檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果受操作者的人為因素影響是較大的檢測(cè)過(guò)程中的超聲信號(hào)無(wú)法連續(xù)記錄檢測(cè)結(jié)果的可靠性、復(fù)現(xiàn)性難以保證。 2022/10/1505.6.2 自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)指使用自動(dòng)化超聲檢測(cè)設(shè)備，在最少的人工干預(yù)下進(jìn)行并完成檢測(cè)的全部過(guò)程。一般指采用自動(dòng)掃查裝置，或在檢測(cè)過(guò)程中可自動(dòng)記錄聲束位置信息、自動(dòng)采集和記錄數(shù)據(jù)的檢測(cè)方式。在自動(dòng)檢測(cè)中，檢測(cè)結(jié)果受人為因素影響較小。若滿足如下任何一個(gè)條件，可稱為自動(dòng)檢測(cè)：1）采用自動(dòng)掃查裝置。探頭固定于機(jī)械掃查裝置上，掃查裝置或工件按照設(shè)定的方式運(yùn)動(dòng)，從而完成超聲檢測(cè)全過(guò)程。2）自動(dòng)記錄聲束位置信息、自動(dòng)采集和