無損檢測超聲波

無損檢測超聲波課件第1頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月按聲耦和方式不同分為：直接接觸法、液浸法超聲檢測；本章將重點介紹：脈沖反射法原理、直接接觸法、

A型顯示方式、縱波法、橫波法超聲檢測技術(shù)。第2頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)2.1.1超聲波的物理本質(zhì)它是頻率大于2萬赫茲的機械振動在彈性介質(zhì)中的轉(zhuǎn)播行為。即超聲頻率的機械波。一般地說，超聲波頻率越高，其能量越大，探傷靈敏度也越高。超聲檢測常用頻率在0.5～10MHZ。第3頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2超聲波的產(chǎn)生（發(fā)射）與接收

(1)超聲波的產(chǎn)生機理——利用了壓電材料的壓電效應(yīng)。試驗發(fā)現(xiàn)，某些晶體材料（如石英晶體）做成的晶體薄片，當(dāng)其受到拉伸或壓縮時，表面就會產(chǎn)生電荷；此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；反之，當(dāng)對此晶片施加交變電場時，晶體內(nèi)部的質(zhì)點就會產(chǎn)生機械振動，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體材料就稱為壓電材料。

第4頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)圖解

＋/－b.施加交流電場時內(nèi)部質(zhì)點產(chǎn)生振動拉伸或壓縮時表面產(chǎn)生電荷－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋正壓電效應(yīng)～－/＋逆壓電效應(yīng)

第5頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)超聲波的發(fā)射與接收

①發(fā)射——在壓電晶片制成的探頭中，對壓電晶片施以超聲頻率的交變電壓，由于逆壓電效應(yīng)，晶片中就會產(chǎn)生超聲頻率的機械振動——產(chǎn)生超聲波；若此機械振動與被檢測的工件較好地耦合，超聲波就會傳入工件——這就是超聲波的發(fā)射。

第6頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月②接收——若發(fā)射出去的超聲波遇到界面被反射回來，又會對探頭的壓電晶片產(chǎn)生機械振動，由于正壓電效應(yīng)，在晶片的上下電極之間就會產(chǎn)生交變的電信號。將此電信號采集、檢波、放大并顯示出來，就完成了對超聲波信號的接收。可見，探頭是一種聲電換能元件，是一種特殊的傳感器，在探傷過程中發(fā)揮重要的作用。

2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第7頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3超聲波波型的分類按質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向之間的關(guān)系分為：（1）縱波L——介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致；第8頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）橫波S——介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直；

2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第9頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）表面波R——介質(zhì)質(zhì)點沿介質(zhì)表面做橢圓運動；又稱瑞利波；

2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第10頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）板波——板厚與波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ某暡?，板的兩表面介質(zhì)質(zhì)點沿介質(zhì)表面做橢圓運動，板中間也有超聲波傳播。又稱蘭姆波；a)對稱型b)非對稱型

2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第11頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月注意！

①液體和氣體介質(zhì)（不能傳遞切向力）中，所以只能傳播縱波?、谕唤橘|(zhì)中，聲速的關(guān)系有：

CL>CS>CR

③同一介質(zhì)中，聲速、波長、頻率之間的關(guān)系為：

C=λ·f=常數(shù)。第12頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月按超聲波振動持續(xù)時間分為：

(1)連續(xù)波——在有效作用時間內(nèi)聲波不間斷地發(fā)射；

(2)脈沖波——在有效作用時間內(nèi)聲波以脈沖方式間歇地發(fā)射。

注意:超聲波檢測過程常采用脈沖波。第13頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.4超聲波的基本性質(zhì)(1)具有良好的指向性：

直線傳播，符合幾何光學(xué)定律；象光波一樣，方向性好；

束射性，象手電筒的光束一樣，能集中在超聲場內(nèi)定向輻射。聲束的擴散角滿足如下關(guān)系：θ=arcsin1.22(λ/D)(2-1)可見：波長越短，擴散角θ越小，

聲能越集中。第14頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第15頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)具有較強的穿透性，但有衰減；

穿透性——來自于它的高能量，因為聲強正比于頻率的平方；所以，超聲波的能量比普通聲波大100萬倍！可穿透金屬達(dá)數(shù)米！衰減性——源于三個方面：

擴散、散射、吸收；

第16頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)擴散衰減聲波在介質(zhì)中傳播時，因其波前在逐漸擴展，從而導(dǎo)致聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波的擴散衰減。它主要取決于波陣面的幾何形狀，而與傳播介質(zhì)無關(guān)。2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第17頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)散射衰減

散射是物質(zhì)不均勻性產(chǎn)生的。不均勻材料含有聲阻抗急劇變化的界面，在這兩種物質(zhì)的界面上，會產(chǎn)生聲波的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，必然導(dǎo)致聲能的降低。2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第18頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)吸收衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)質(zhì)點間的內(nèi)摩擦和熱傳導(dǎo)，引起的聲波能量減弱的現(xiàn)象，叫做超聲波的吸收衰減。2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第19頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）只能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空（空氣近似看成真空）中傳播；

強調(diào)：橫波不能在氣體、液體中傳播！表面波看作是縱波與橫波的合成，所以，也不能在氣體、液體中傳播！2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第20頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）遇到界面將產(chǎn)生：

反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象；（5）對人體無害——優(yōu)于射線的性質(zhì)。

主聲軸

N近場區(qū)長度N=D2/4λ超聲場及近場區(qū)

壓電晶片第21頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1超聲波檢測技術(shù)基礎(chǔ)第22頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月3.24?第23頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2超聲波在介質(zhì)中的傳播

2.2.1超聲波在金屬中的衰減定律超聲波在金屬中主要的衰減原因是散射和擴散；在液體中主要是吸收。研究表明，超聲波在金屬中的衰減規(guī)律可用下面的關(guān)系式表達(dá)：

PX=P0·e-α·x(2-2)α——衰減系數(shù)；dB/mx——聲束傳播的距離，即聲程m。第24頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2-2)式表明，超聲波的聲壓在其傳播的路徑上，呈負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減。這里強調(diào)指出：衰減系數(shù)α為頻率f4和晶粒尺寸d3的函數(shù)。所以，對粗晶檢測時，應(yīng)適當(dāng)降低超聲波頻率，彌補能量的不足。研究表明，聲壓p與超聲波探傷儀示波屏上的波高h(yuǎn)成正比關(guān)系：

p1/p2=h1/h2(2-3)實際探測時，超聲波探傷儀示波屏上的波高h(yuǎn)能夠反映聲波的衰減狀況。第25頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波探傷儀示波屏上

波高h(yuǎn)的衰減狀況這里，B1～B6代表超聲波在工件底面的

6次反射波。波高h(yuǎn)依次遞減。TB1B2B6第26頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月描述：超聲場的物理量充滿超聲波的空間，或在介質(zhì)中超聲振動波所及的“質(zhì)點占據(jù)的范圍”叫超聲場。對超聲場我們常用：1.聲壓、2.聲強、3.聲阻抗、4.質(zhì)點振動位移和質(zhì)點振動速度等物理量,來描述超聲波聲場。2.3超聲波在介質(zhì)中的傳播

第27頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)聲壓超聲場中某一點在某一瞬間所具有的壓強,與沒有超聲場存在時，同一點的靜態(tài)壓強之差為該點的聲壓，用表示。單位為帕,記作1Pa=1N/m2。若用平面余弦波表達(dá)式：

(2-1)2.3超聲波在介質(zhì)中的傳播

第28頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3超聲波在介質(zhì)中的傳播

式中：-介質(zhì)的密度，C-介質(zhì)中的波速，A-介質(zhì)質(zhì)點的振幅，-介質(zhì)中質(zhì)點振動的圓頻率()，A-質(zhì)點振動的速度振幅()，T-時間，x-至波源的距離。

且有關(guān)系式：式中：-聲壓的極大值。第29頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月可見：聲壓的絕對值，與波速、質(zhì)點振動的速度振幅(或角頻率)成正比。因為超聲波的頻率高，所以超聲波比聲波的聲壓大。2.3超聲波在介質(zhì)中的傳播

第30頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1.2聲強在超聲波傳播的方向上，單位時間內(nèi)

介質(zhì)中單位截面上的聲能叫聲強。用I表示；單位是對縱波在均勻的各向同性的固體介質(zhì)中的傳播為例，可以證明平面波傳播的聲強計算式；

(1-2)注意：上式中有三個部分的概念。2.3超聲波在介質(zhì)中的傳播

第31頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波的聲強：①、正比于質(zhì)點振動位移振幅的平方；②、正比于質(zhì)點振動角頻率的平方；③、正比于質(zhì)點振動速度振幅的平方。注意：由于超聲波的頻率高，其強度(能量)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可聞聲波的強度。例如：1MHz聲波的能量等于100kHz聲波能量的100倍，等于lkHz聲波能量的100萬倍。2.3超聲波在介質(zhì)中的傳播

第32頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2超聲波在介質(zhì)中的傳播2.2.2超聲波在異質(zhì)界面處產(chǎn)生的各種現(xiàn)象(1)垂直入射異質(zhì)界面時的透射、反射及繞射①透射與反射

②

反射系數(shù)K=W反/W入×100%

W透W反w入第34頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月③常見材料之間的界面反射系數(shù)

界面材料反射系數(shù)K%鋼—鋼

0鋼—變壓器油

81鋼—有機玻璃

77鋼——水

88有機玻璃—變壓器油

17鋼——空氣

100有機玻璃——空氣

100第35頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月④反射現(xiàn)象的辯證分析

反射現(xiàn)象：

對發(fā)射超聲波不利；對脈沖反射法接收有利。⑤影響反射系數(shù)K的因素

反射系數(shù)K值的大小，決定于相鄰介質(zhì)的聲阻抗之差：ΔZ=|Z2－Z1|

ΔZ

越大，K

值越大。而與何者為第一介質(zhì)無關(guān)。第36頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)、在單一界面上當(dāng)超聲波垂直入射到足夠大的光滑平界面時：①.在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個與入射波方向相反的反射波。②.在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個與入射波方向相同的透射波。③.反射波與透射波的聲壓(聲強)是按一定比例分配。④.分比例由聲壓反射率(或聲強反射率)，和聲壓透射率(或聲強透射率)來表示。第37頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月1、在單一界面上反射波聲壓與入射波聲壓之比，稱為界面的聲壓反射率：用表示。式中：Z1-介質(zhì)1的聲阻抗，Z2-介質(zhì)2的聲阻抗。第38頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2、在單一界面上透射波聲壓與入射波聲壓之比，稱為界面的聲壓透射率：用t表示：

3、在界面上反射波聲強與入射波聲強之比，稱為聲強反射率：用R表示：第39頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4、在界面上透射聲強與入射聲強之比，稱為聲強透射率：用T表示：說明：在聲波垂直入射到平界面上時，聲壓和聲強的分配比例，僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān).第40頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：在垂直入射時，介質(zhì)兩側(cè)的聲波必須滿足兩個邊界條件：

(1)、一側(cè)總聲壓等于另一側(cè)總聲壓。否則界面兩側(cè)受力不等，將會發(fā)生界面運動。(2)、兩側(cè)質(zhì)點速度振幅相等，以保持波的連續(xù)性。第41頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月上述的是超聲波縱波：垂直入射到單一平界面上的，聲壓、聲強與其反射率、透射率的計算公式，同樣適用于橫波入射的情況。第42頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)、薄層界面

在進行超聲檢測時，經(jīng)常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層，可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。

超聲波是由聲阻抗為Z1的第一介質(zhì)，入射到Z1和Z2的交界面。然后通過聲阻抗為Z2的第二介質(zhì)薄層射到Z2和Z3界面，最后進入聲阻抗為Z3的第三介質(zhì)等。在有三層介質(zhì)時，很多情況是：第一介質(zhì)和第三介質(zhì)為同一種介質(zhì)。第43頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月a)鋼-水入射b)水-鋼入射第44頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：1、超聲波通過一定厚度的異質(zhì)薄層時，反射和透射情況與單一的平界面不同，2、當(dāng)異質(zhì)薄層很薄，進入薄層內(nèi)的超聲波會在薄層兩側(cè)界面，引起多次反射和透射，形成一系列的反射和透射波。3、當(dāng)超聲波脈沖寬度相對于薄層較窄時，薄層兩側(cè)的各次反射波、透射波就會互相干涉。4、由于上述原因，聲壓反射率和透射率的計算比較復(fù)雜。第45頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月一般說來：超聲波通過異質(zhì)薄層時：聲壓反射率和透射率，不僅與介質(zhì)聲阻抗和薄層聲阻抗有關(guān)，而且與薄層厚度同其波長之比()有關(guān)。第46頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)、當(dāng)一、三介質(zhì)為同一介質(zhì)時，對均勻介質(zhì)中的異質(zhì)薄層有如下規(guī)律性：

（反射）

2-21

（透射）

2-22第47頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：d2-異質(zhì)薄層的厚度，-異質(zhì)薄層的波長，-兩種介質(zhì)的聲阻抗之比，由公式(2-21)(2-22)可知：①當(dāng)時(n為正整數(shù))，。②當(dāng)時(n為正整數(shù))，r最高，。③當(dāng)時，即時，則薄層厚度愈小，透射率愈大，反射率愈小。第48頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)、，即非均勻介質(zhì)中的薄層有如下規(guī)律性：例如：晶片—保護薄膜—工件，或晶片—耦合劑—工件等情況。此時聲壓往復(fù)透射率為：

（2-23）第49頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可知：①當(dāng)時(n為正整數(shù))，則有：即：超聲波垂直入射到兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗不同的薄層，若薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲壓往復(fù)透射率與薄層的性質(zhì)無關(guān)。第50頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月②當(dāng)(n為正整數(shù))，且時，則有：上式表明：超聲波垂直入射到兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗不同的薄層：1、當(dāng)?shù)钠鏀?shù)倍，Z2為時，或時，第51頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月其聲壓往復(fù)透射率等于1，此即為全透射的情況。

2、當(dāng)時，薄層愈薄，聲壓往復(fù)透射率愈大。第52頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于聲阻抗

聲阻抗Z——表示聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。指超聲波在介質(zhì)中傳播時，任一點的聲壓p與該點速度振幅V之比。定義式:聲阻抗Z=p/V(2-4)

數(shù)值表征:Z=ρ·CL(2-5)

氣體、液體、金屬之間聲阻抗之比約為：

1：3000：8000。第53頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥繞射現(xiàn)象當(dāng)界面尺寸df<λ/2時，聲波能繞過缺陷界面而繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，叫作繞射。因此，要想提高探傷靈敏度，必須提高頻率f,以便發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。超聲波的繞射現(xiàn)象第54頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)傾斜入射異質(zhì)界面的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換

①參考圖

S1L1S2L2

α

αｓ

αLβｓ

βLLoL——入射縱波；α——縱波入射角；L1——反射縱波；αL——縱波L1反射角；S1——反射橫波；αｓ——橫波S1反射角；L2——折射縱波；βL——縱波L2折射角；S2——折射橫波；βｓ——橫波S2折射角。第55頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月1超聲波在無限大介質(zhì)中傳播時，將一直向前傳播，不改變方向。2遇到異質(zhì)界面(聲阻抗差異較大的異質(zhì)界面)時，會產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。3一部分超聲波在界面上被反射回第一介質(zhì)，另一部分透過介質(zhì)交界面進入第二介質(zhì)。2.2超聲波在介質(zhì)中的傳播第56頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

(一)、在單一界面上當(dāng)超聲波垂直入射到足夠大的光滑平界面時：①在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個與入射波方向相反的反射波。②在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個與入射波方向相同的透射波。③反射波與透射波的聲壓(聲強)是按一定比例分配。④分比例由聲壓反射率(或聲強反射率)，和聲壓透射率(或聲強透射率)來表示。2.2超聲波在介質(zhì)中的傳播第57頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)薄層界面√在進行超聲檢測時，經(jīng)常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層，可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問題。2.2超聲波在介質(zhì)中的傳播第58頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月②斯涅耳定律：（2－6)

S1L1S2L2

α

αｓ

αLβｓ

βLL第59頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)臨界角的討論及其應(yīng)用意義因CL=CL1;α=αL;由（2-6）式可推知:（2-7）（2-8）

臨界角的討論：當(dāng)取有機玻璃為第一介質(zhì)，鋼為第二介質(zhì)時，即有：CL1<CL2,CL1<CS2<CL2,必有α<βS<βL；且α，βS，βL；第60頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月故當(dāng)βL=90°時，第二介質(zhì)中只有橫波。此時對應(yīng)的縱波入射角α；叫作第一臨界角，記為α1m。這時，α1m=27.6°。

當(dāng)α，使βs=90°時，第二介質(zhì)中只有表面波。此時對應(yīng)的縱波入射角α；叫作第二臨界角，記為α2m=57.6。臨界角的應(yīng)用：

斜探頭設(shè)計時，應(yīng)保證聲波的入射角介于第一臨界角、第二臨界角之間。第61頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月第三臨界角：（入射角，折射角）當(dāng)超聲波橫波傾斜入射到界面時，在第一介質(zhì)中產(chǎn)生反射縱波和反射橫波。由于在同一介質(zhì)中，恒大于，所以恒大于。隨著增加，當(dāng)時，介質(zhì)中只存在反射橫波。當(dāng)，則有；注意：只有第一介質(zhì)為固體時，才會有第三臨界角。第62頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2.3傾斜入射到平界面上時聲壓反射率與透射率

注意：斯涅爾反射、折射定律只討論了：超聲波傾斜入射到界面上時，各種類型反射波和折射波的傳播方向，沒有涉及它們的聲壓反射率和透射率。實際上：在斜入射情況下，各種類型的反射波和折射波的聲壓反射率和透射率，是與：①與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，②與入射波的類型以及入射角的大小有關(guān)。第63頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月其理論計算公式復(fù)雜，借助于由公式或?qū)嶒灒旱玫降膸追N，常見界面的聲壓反射率和透射率圖來確定檢測方案。第64頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2.4聲壓往復(fù)透射率

超聲波傾斜入射時，聲壓往復(fù)透射率等于兩次相反方向，通過同一界面的聲壓透射率的乘積。表達(dá)式：2-25-入射波聲壓，-透射波聲壓，-回波聲壓第67頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3超聲波檢測原理

本節(jié)重點講解:

A型脈沖反射法超聲波檢測原理。在實際應(yīng)用中以該法為主。2.3.1A型脈沖反射法超聲波檢測原理

(1)原理：

A型脈沖反射法超聲波檢測就是利用超聲波在傳播過程中，遇到聲阻抗較大的異質(zhì)界面時，將產(chǎn)生反射的原理來實現(xiàn)對內(nèi)部缺陷檢測的。第68頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)實現(xiàn)方法：

該法采用單一探頭——既作發(fā)射器件，又作接收元件，以脈沖方式間歇地向工件發(fā)射超聲波；接受到的回波信號經(jīng)功能電路放大、檢波后，在探傷儀的示波屏上，以脈沖信號顯示出來。

(3)信號的解讀：根據(jù)探傷儀示波屏上，始波T、傷波F、底波B的有無、大小及其在時基軸上的位置可判斷工件內(nèi)部缺陷的有無、大小和位置。見下圖：第69頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月示例直探頭缺陷顯示

a.無缺陷b.小缺陷c.大缺陷TBTTBFF第70頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月示波屏特征小結(jié)

（a）無缺陷

——示波屏上只有始波T和底波B，而且底波較高；（b）有小缺陷——示波屏上不僅有始波T

和底波B；而其間還有傷波F;

相對（a）無缺陷的情況，

底波變矮；（c）有大缺陷——示波屏上只有始波T和傷波F,

沒有底波B。相對（b）而言，傷波變高。第71頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)要點

內(nèi)容提要：從根本上說，超聲波檢測技術(shù)的基本任務(wù)就是：

①通過調(diào)節(jié)探傷系統(tǒng)的靈敏度和調(diào)整操作手法，

有效的發(fā)現(xiàn)缺陷；②發(fā)現(xiàn)缺陷后，能夠準(zhǔn)確的給缺陷定性、定量、定位；③根據(jù)工藝要求,提出返修建議及相關(guān)的探傷工藝；④按規(guī)定格式，出據(jù)檢測報告。重點介紹兩種探傷方法。第72頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.1垂直入射法（直探頭，縱波法探傷技術(shù)）

①定義：采用直探頭將聲束垂直入射工件的探傷方法；該法利用的聲波類型為縱波，故有縱波法之稱。簡記：垂直入射法=直探頭法=縱波法②缺陷顯示方式：以回波在時基線上的位置、脈沖大小反映缺陷的情況。

③應(yīng)用特點：能夠發(fā)現(xiàn)與探測面平行或接近平行的面積型缺陷和體積型缺陷。對體積型缺陷的檢出率較高。第73頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月④缺陷的定位：缺陷就在探頭的正下方！從三維定位的角度，需給出三個坐標(biāo)：x,y,z；其中，在探測面上的水平坐標(biāo)x,y可直接用鋼板尺量取；而缺陷的埋藏深度坐標(biāo)z（習(xí)慣上用h表示）可根據(jù)傷波可根據(jù)傷波F在時基線上的位置，按比例關(guān)系確定:

h=(tf/tb)·δ=n·tf

第74頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月式中:

tf—傷波脈沖前沿在示波屏?xí)r基線上的刻度值；

tb—底波在示波屏?xí)r基線上的刻度值；

δ—被檢測試件的厚度值；

n—比例系數(shù);n=δ/tb。第75頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤缺陷的定量

a.當(dāng)缺陷尺寸大于聲束直徑時，采用移動測長法；即半波高法。圖示如下：缺陷長度探頭移動距離6db波高波高包絡(luò)線

探頭第76頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月b.缺陷尺寸小于聲束直徑時，采用當(dāng)量法；

當(dāng)量法的基本思想：在一定的探傷靈敏度條件下，將已知形狀、尺寸的人工反射體的回波與實際檢測到的缺陷回波相對比，若二者的聲程、回波高度相等，則這個已知人工反射體的相關(guān)尺寸可視為該實際缺陷的“缺陷當(dāng)量”。

可見當(dāng)量法應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)膶Ρ仍噳K。設(shè)計適當(dāng)?shù)木嚯x尺寸和人工反射體的尺寸；

得到“探測距離與波幅曲線”；第77頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)量法的距離——波幅曲線示意圖對比試塊25050孔徑可改變?yōu)椋害?，Φ3，Φ4，Φ6；探頭平底孔距探測面的距離為：5，10，15，20，25，30，35，40，45第78頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)量法的距離——波幅曲線示意圖圖例波幅距離mm評定線

定量線報廢線ⅠⅡⅢdB第79頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥缺陷的定性

對于A型顯示的超聲波檢測來說，給缺陷定性是較復(fù)雜和困難的。需要了解檢測對象的材質(zhì)、工藝、缺陷位置、空間位向、信號大小、特征等多方面的信息。缺陷性質(zhì)不同，其波形特征各異；在探頭移動時，也會表現(xiàn)出不同的特點。要做動態(tài)分析！第80頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例點狀缺陷的波幅較低，當(dāng)探頭作環(huán)繞掃查時，信號反映遲鈍；夾渣群則呈連串的波峰，而且波形雜亂；裂紋和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，對探頭轉(zhuǎn)角掃查反映敏感；特別是回波信號往往隨探頭的掃查方式改變而發(fā)生不同的變化。其變化規(guī)律需操作者積累豐富的經(jīng)驗。各種現(xiàn)代超聲檢測技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了缺陷定性的準(zhǔn)確性。第81頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月基本掃查方式圖示垂直水平環(huán)繞轉(zhuǎn)角第82頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2斜角探傷法（斜探頭，橫波法）(1)定義：采用斜探頭將聲束傾斜入射工件探傷面進行檢測的方法，簡稱斜射法。在具體檢測中，采用橫波探傷，

因此，又稱橫波法。(2)斜探頭的主要參數(shù):①橫波折射角βｓ；簡稱折射角β；

②探頭K值:K=tgβ.(反射系數(shù)K)

③超聲波頻率:f.第84頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)示波屏上的缺陷顯示情況：

TTTFB’

a.無缺陷

b.有缺陷c.端角波第85頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)幾何關(guān)系術(shù)語入射點o；前沿長度b—聲波入射點至探頭前端距離；折射角β；探頭K值，K=tgβ;跨距

P1=2δ·tgβ=2Kδ;半跨距

P0.5=K·δ;直射法—聲波未經(jīng)發(fā)射直接對準(zhǔn)缺陷；一次反射法—聲波只經(jīng)過一次反射就對準(zhǔn)了缺陷。第86頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何關(guān)系術(shù)語的圖解圖例:

直射法＝一次波法；一次反射法＝二次波法oβBP1P0.5δbF缺陷水平距離L聲程Sh第87頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月直射法圖解K=tgβ=L/h缺陷水平距離L=S·sinβ;缺陷深度h=S·cosβ；工件缺陷Lhβ第88頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月一次反射法圖解L=S·sinβ=S·K/√1＋K2h=2δ－S·cosβ=2δ－L/K；工件缺陷Lhβh第89頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題：

一次反射法探傷時，怎樣用聲程S和折射角β表示缺陷水平距離L與缺陷深度h？解：已知δ，S,β或K時，

若先求出h=2δ－S·cosβ=2δ－L/K；則L=(2δ－h(huán))K=S·sinβ。第90頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）常用的掃查方式

粗探——鋸齒型（W）掃查；又稱垂直—水平掃查；

精探——轉(zhuǎn)角、環(huán)繞、垂直、水平。

鉛直水平環(huán)繞轉(zhuǎn)角第91頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）缺陷定位

斜探頭定位的復(fù)雜性分析：

缺陷定位的目的，就是在發(fā)現(xiàn)缺陷后，如何給出它的三維坐標(biāo)，并在圖紙上表示清楚。習(xí)慣上，采用直角坐標(biāo)來表示。即給出X,Y,h.參見下圖:工件XyLY=y＋LAAFLyhFA－A第92頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）缺陷定位

一種水平1:1定位法即斜探頭進行焊縫缺陷定位的方法。①首先完成水平1:1定位（借助標(biāo)準(zhǔn)試塊）由于已知探頭K值，故可直接計算

L50和L100：其中，L50＝50K/√1＋K2;L100=2L50

第93頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月CSK-1A標(biāo)準(zhǔn)試塊圖例R50R10030091L50L100β100200第94頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月CTS-22型超聲波探傷儀面板圖衰減器增益脈沖移位深度微調(diào)深度粗調(diào)電源指示電源開關(guān)第95頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月然后,利用CSK-1A標(biāo)準(zhǔn)試塊上的同心圓弧R50，R100為人工反射體，將斜探頭的入射點對準(zhǔn)同心圓弧R50，R100的圓心（此時回波最高），并利用水平移位旋紐和深度調(diào)節(jié)旋紐使同心圓弧R50，R100的回波分別對準(zhǔn)時基線上的L50和L100。這樣，就完成了水平1:1定位調(diào)節(jié)。此后的探傷過程千萬不要再動水平移位旋紐和深度調(diào)節(jié)旋紐。否則，就會破壞剛剛調(diào)好的定位關(guān)系。第96頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5超聲波探傷系統(tǒng)2.5.1超聲波檢測系統(tǒng)組成

(1)超聲波探頭；

(2)超聲波探傷儀；

（3）測試線；

（4）試塊/工件；

（5）耦合劑。第97頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5超聲波探傷系統(tǒng)

(1)探頭:

①直探頭

外殼壓電晶片引線阻尼塊

第98頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

②斜探頭o有機玻璃楔塊阻尼材料壓電晶片引線握柄外殼入射點第99頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波探頭當(dāng)入射角AL一定時,探頭的折射角BS是一個隨透聲斜楔材料、檢測對象材質(zhì)變化的,即K值并非一定值第100頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月斜探頭的參數(shù)選擇為了保證斜探頭檢測時，盡可能使用直射法或一次反射法探傷。應(yīng)注意：

a.板厚較大時,選擇K值較小的探頭；按深度1:1定位法進行初始定位。

b.板厚較薄時,選擇K值較大的探頭；按水平1:1定位法進行初始定位。第101頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）探傷儀衰減器增益脈沖移位深度微調(diào)深度粗調(diào)電源指示電源開關(guān)第102頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月強調(diào)一點超聲波探傷儀在工作時，其始波T是不依賴探頭而存在的！這時因為：始波作為一種標(biāo)志信號，直接通過內(nèi)部電路饋送而來的，它不是反射信號！直探頭探傷時，要求始波前沿對準(zhǔn)0刻度！斜探頭探傷時，由于探頭內(nèi)部楔塊已經(jīng)有一段聲程S0，因此不再要求始波對準(zhǔn)0刻度！第103頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）試塊

超聲波檢測，離不開試塊。其作用比象質(zhì)計還要大！

試塊分為：標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊兩類。它們都是超聲波檢測的輔助工具。用來模擬各種工藝缺陷，對超聲檢測系統(tǒng)的靈敏度進行調(diào)整！試塊中精心設(shè)計了各種人工反射體，并進行了科學(xué)布置。第104頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)試塊與對比試塊的定義標(biāo)準(zhǔn)試塊(standardtestblock)

指材質(zhì)、形狀和尺寸均經(jīng)主管機關(guān)或權(quán)威機構(gòu)鑒定的試塊。也叫校準(zhǔn)試塊。用于對超聲檢測裝置或系統(tǒng)的性能測試及靈敏度調(diào)整。對比試塊（referenceblock）用于調(diào)整超聲檢測系統(tǒng)靈敏度或比較缺陷大小的試塊。也叫參考試塊。一般采用與被檢材料特性相似的材料制成。第105頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)試塊示例

(1)CS—1試塊尺寸參數(shù)：高H=225mm；直徑Φ70mm；底部平底孔Φ2mm；孔深h=25mm.作用：標(biāo)定儀器靈敏度！第106頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月試塊示例（2)CSK-1A試塊

R50R10030091L50L100β100200第107頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月CSK-1A

試塊的作用

①標(biāo)定探頭K值；②測試分辨力；③測試探傷儀的水平線性；④進行斜探頭的垂直或水平1：1定位；⑤測試斜探頭的入射點等等。

—這些內(nèi)容，將通過實驗課來親自體驗。第108頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.2超聲波探傷儀基本性能簡介（1）垂直線性—回波波高與放大系統(tǒng)的回波電壓信號成正比關(guān)系的程度。因此，又稱為

放大線性或波幅線性。它涉及對缺陷的定量。合格儀器一般要求≤8%。（2）水平線性—探傷儀示波屏?xí)r基線上的傷波前沿讀數(shù)與實際聲程成正比關(guān)系的程度。又稱時基線性、掃描線性或距離線性。它涉及對缺陷的定位。合格儀器一般要求≤2%。（3）動態(tài)范圍—回波波高從100％至完全消失，衰減器db值的改變量。一般大于26db。第109頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.3

超聲波檢測系統(tǒng)的組合性能

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T12604.1-90規(guī)定:

超聲檢測系統(tǒng)——由超聲檢測儀器、探頭和電纜組成的系統(tǒng)。

(1)組合靈敏度——用靈敏度余量來表示。指超聲檢測系統(tǒng)中，以一定電平（或波高）表示的標(biāo)準(zhǔn)缺陷探測靈敏度與最大探測靈敏度之間的差值。用db數(shù)表征。該值越大，表明該系統(tǒng)的組合靈