超聲波探傷課件20110926

第四章超聲波探傷4-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷一、垂直入射法與斜角探傷法探頭通過很薄的耦合劑層與工件接觸的超聲波探傷方法稱為直接探傷法。1、垂直入射法（垂直法）§4-3直接接觸法超聲波探傷2、斜角探傷法（又稱斜射法、橫波法）§4-3直接接觸法超聲波探傷（1）跨距點：聲束中心線經(jīng)底面反射后到達探傷面的一點（圖中A）。跨距P：探頭入射點（O）至跨距點（A）的距離?！?-3直接接觸法超聲波探傷（2）直射法和一次反射法直射法：又稱正射波法（超聲波不經(jīng)底面反射而直接對準缺陷的探傷方法）一次反射法：又稱一次反射波法（超聲波只在底面反射一次而對準缺陷的探傷方法）§4-3直接接觸法超聲波探傷直射法聲程S0.5:S0.5=δ/cosγ=P0.5/sinγ

§4-3直接接觸法超聲波探傷一次反射法聲程S1:S1=2δ/cosγ=P1/sinγ§4-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷二、探傷條件的選擇1、選擇原則（1）檢驗等級GB11345規(guī)定超聲檢驗等級分為：

A、B、C三級（C級的完善程度最高）檢測的“面”和“側(cè)”§4-3直接接觸法超聲波探傷（2）探傷靈敏度的選擇探傷靈敏度：是指在確定的探測范圍內(nèi)的最大聲程處發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力（也稱搜索靈敏度），是探傷時采用的高于評定靈敏度的靈敏度。評定靈敏度：（也稱規(guī)定靈敏度、判傷靈敏度）指用超聲波探傷來驗收產(chǎn)品時規(guī)定的靈敏度?！?-3直接接觸法超聲波探傷（3）距離波幅曲線

(distanceamplitudecurve簡稱DAC曲線)1）DAC曲線的繪制①將不同距離處的波高連成一條光滑的曲線，即DAC基準線。②然后按檢驗級別根據(jù)DAC基準線下降一定分貝，得到評定線、定量線、判廢線，統(tǒng)稱DAC曲線。描述某一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。§4-3直接接觸法超聲波探傷距離——波幅曲線(即DAC曲線）§4-3直接接觸法超聲波探傷2、探頭的選擇（1）探頭形式：（通常探測焊縫用斜探頭）。（2）晶片尺寸D：大厚度工件或粗晶材料探傷

——用大晶片探頭較薄工件或表面曲率較大的工件

——宜選用小晶片探頭。§4-3直接接觸法超聲波探傷（3）頻率：粗晶材料、厚大工件——用較低頻率細晶材料、薄壁工件——宜用較高頻率焊縫探傷時常選頻率：2~5MHz，推薦采用頻率2-2.5MHz。（4）探頭角度或k值薄件：大k值探頭；大厚度件：小k值的探頭；要求嚴格的工件：多K值、多探頭掃查?！?-3直接接觸法超聲波探傷3、耦合劑的選用種類：機油、變壓器油、甘油、化學(xué)漿糊、水及水玻璃作用：排除空氣、填充間隙，將超聲波導(dǎo)入工件。同時減少探頭磨損、便于探頭移動。從聲傳遞的角度，耦合劑應(yīng)具備下列性質(zhì)：從實質(zhì)角度還要求：（1）對人體無害，對工件無腐蝕作用；（2）容易清洗；（3）來源方便，價格低廉。（1）容易附著在工件表面上，有足夠浸潤性，借以排除探頭與探傷面之間由工件表面粗糙造成的空氣薄層。（2）聲阻抗大，盡量與被檢材料的聲阻抗相差小些，以利聲能盡可能多地進入工件?！?-3直接接觸法超聲波探傷在實際探傷中，當調(diào)節(jié)探傷靈敏度用的試塊與工件表面粗糙度、曲率半徑不同時，往往由于工件耦合損耗大而使探傷靈敏度降低，為了彌補耦合損耗，必須增大儀器的輸出來進行補償。4、探傷面的選擇與準備（1）根據(jù)檢驗等級和板厚選擇探傷面。（2）對探頭需要接觸的表面進行清理。5、探傷方法的選擇（直射法、一次反射法）6、補償§4-3直接接觸法超聲波探傷三、焊接接頭的探傷1、平板對接接頭的探傷（1）根據(jù)表4-7選探頭折射角或K值§4-3直接接觸法超聲波探傷（2）檢驗區(qū)寬度（3）探頭移動區(qū)l的確定：一次反射法：l>1.25P直射法：l>0.75PP——跨距焊縫本身+兩側(cè)各30%母材厚度（最小10mm~最大20mm）§4-3直接接觸法超聲波探傷（4）單探頭掃查方式1）鋸齒型掃查2）基本掃查§4-3直接接觸法超聲波探傷3）平行掃查4）斜平行掃查§4-3直接接觸法超聲波探傷（5）雙探頭掃查方式1）串列掃查

串列式掃查是采用一收一發(fā)兩個斜探頭并由專用夾具固定成組對焊縫進行掃查?！?-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷2）交叉掃查3）V型掃查§4-3直接接觸法超聲波探傷（1）探傷曲率半徑R>2、曲面工件對接接頭的探傷

（W：探頭接觸面寬度）（2）探傷曲率半徑R＜——同平板對接接頭探傷

——采用R相同的對比試塊、探頭磨修、探頭角度選擇和定位修正?！?-3直接接觸法超聲波探傷3、其它結(jié)構(gòu)焊接接頭的探傷（1）T型接頭的探傷1）腹板厚度不同時，應(yīng)選不同的探頭角度：§4-3直接接觸法超聲波探傷直探頭、斜探頭的頻率通常選用2.5MHz?！?-3直接接觸法超聲波探傷

（2）角接頭的探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷

（3）管座角焊縫的探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷四、缺陷位置和大小的測定(一)缺陷位置的確定1、垂直入射法時缺陷定位——確定缺陷深度ZfZf=n·τfτf=S屏傷——缺陷波前沿所對水平刻度n——調(diào)節(jié)比例系數(shù)§4-3直接接觸法超聲波探傷2、斜角探傷時缺陷定位探傷儀橫波掃描速度可有聲程、水平、深度三種調(diào)節(jié)方法?！?-3直接接觸法超聲波探傷h=Scosγ

(1)聲程定位法缺陷深度h和缺陷聲程S的確定:直射法：§4-3直接接觸法超聲波探傷h=2δ-Scosγ

一次反射法§4-3直接接觸法超聲波探傷（2）深度1：1調(diào)節(jié)定位法a、用CSK-IB試塊，算出對應(yīng)于R50和R100的垂直距離Z1和Z2：§4-3直接接觸法超聲波探傷已知探頭角度或K值時有§4-3直接接觸法超聲波探傷b、把探頭入射點標記與R100圓心重合。這時R50、R100所對的反射波水平距離分別為B1、B2。c、調(diào)節(jié)探傷儀使B1＝Z1、B2=Z2注意2Z1=Z2，這樣深度1：1調(diào)節(jié)范圍即調(diào)好?！?-3直接接觸法超聲波探傷例1、以K2探頭為例：（γ=63.4o）c、精細反復(fù)調(diào)節(jié)延遲(水平)和細調(diào)(聲速)旋鈕,使R50曲面反射波B1前沿調(diào)至?xí)r間軸2.25格，R100曲面反射波B2前沿調(diào)至?xí)r間軸4.5格，則時間軸每格代表垂直距離10mm。垂直1：1探測范圍即調(diào)節(jié)好。Z2=100COSγ=100·COS63.4°=44.7mm

Z1=50·COSγ=50·COS63.4°=22.3mmb、探頭入射點對準圓心d、用深度1：1調(diào)節(jié)定位法調(diào)好后，示波屏上顯示的缺陷反射波的位置（毫米數(shù)）就是缺陷實際深度?！?-3直接接觸法超聲波探傷a、對應(yīng)于R50、R100的垂直距離分別為：這時對直射法有：

lf=Kn·τf

Zf=n·τf式中：

lf——直射法探傷時缺陷在工件中的水平距離Zf——直射法探傷時缺陷在工件中的深度（mm）。

n——調(diào)節(jié)比例系數(shù)，用1：1調(diào)節(jié)法定位時n=1。τf——缺陷波前沿所對水平刻度§4-3直接接觸法超聲波探傷對一次反射法有：

l’f=Knτf

Z’f=2δ-nτf

式中：

l’f——一次反射法探傷時缺陷在工件中的水平距離（——相對于入射點）

Z’f——一次反射法探傷時缺陷在工件中的深度（mm）。δ——板厚（mm）

n——調(diào)節(jié)比例系數(shù)，用1：1調(diào)節(jié)法定位時n=1?！?-3直接接觸法超聲波探傷（3）水平1：1調(diào)節(jié)法定位以K2探頭為例

a、利用CSK-IB標準試塊，先計算出R50、R100圓弧反射波B1、B2對應(yīng)的水平距離l1、l2?！?-3直接接觸法超聲波探傷或l1=50·Sinγ=50·Sin63.4°=44.7mml2=2l1=89.4mm§4-3直接接觸法超聲波探傷b、探頭入射點對準圓心c、調(diào)節(jié)探傷儀B1、B2前沿對準示波平上水平刻度4.5格和9格處，則水平刻度每格代表水平距離10mm.水平1：1探測范圍即調(diào)節(jié)好。示波屏上缺陷反射波的位置（mm）就表示缺陷至探頭入射點的水平距離?！?-3直接接觸法超聲波探傷其中，n=1

此時有：直射波法：lf=nτf一次反射波法：l’f=nτf§4-3直接接觸法超聲波探傷例3:K2探頭,δ=15mm,儀器按水平1:1調(diào)節(jié),在水平刻τf=45mm處出現(xiàn)一缺陷波求缺陷位置。解:由于半跨距P0.5=Kδ=2×15=30mm,跨P1=2Kδ=60mm，故缺陷是一次反射波發(fā)現(xiàn)的,因此:l’f=nτf=1×45mm=45mm§4-3直接接觸法超聲波探傷（二）缺陷大小的測定缺陷大小是指缺陷對聲束的反射面積.1、當量法當缺陷大小小于聲束截面時，采用當量法確定缺陷大小。當量φ—用當量法確定的缺陷尺寸稱為當量?！?-3直接接觸法超聲波探傷

當量曲線法：即DGS法（英），

D——Distance（距離），

G——Gain（增益），

S——Size（大小）AVG曲線（德）=DVC曲線

A——Abstand（距離），

V——Verstarkung（增益），

G——GroBe（大?。┗颉?-3直接接觸法超聲波探傷DAC曲線的繪制①將不同距離處的波高連成一條光滑的曲線，即DAC基準線。②然后按檢驗級別根據(jù)DAC基準線下降一定分貝，得到評定線、定量線、判廢線，統(tǒng)稱DAC曲線?！?-3直接接觸法超聲波探傷距離——波幅曲線的靈敏度

不同驗收級別的各線靈敏度見下表。表中的DAC是以φ3標準反射體繪制的距離——波幅曲線即DAC基準線?！?-3直接接觸法超聲波探傷

評定線以上至定量線以下為I區(qū)（弱信號評定區(qū)），定量線至判廢線以下為II區(qū)（長度評定區(qū)），判廢線及以上區(qū)為III區(qū)（判廢區(qū)）。距離波幅曲線（即DAC曲線）由判廢線RL、定量線SL和評定線EL組成?！?-3直接接觸法超聲波探傷

當缺陷反射波幅度超過評定線時應(yīng)評定其性質(zhì)，超過定量線時應(yīng)測其長度，超過判廢線時判為不合格。§4-3直接接觸法超聲波探傷2、探頭移動法（測長法）當缺陷尺寸大于聲束截面時一般采用探頭移動法測缺陷指示長度。缺陷指示長度——用測長法測得的缺陷長度。GB11345－89規(guī)定缺陷指示長度Δl的測定推薦采用以下二種方法：§4-3直接接觸法超聲波探傷1）相對靈敏度測長法特點：以被測缺陷本身的最大反射波為基準。缺陷反射波高位于II區(qū)，當缺陷反射波只有一個高點時，用降低6dB相對靈敏度法（又稱半波高度法）測長?！?-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷§4-3直接接觸法超聲波探傷缺陷反射波高位于II區(qū)，當缺陷反射波峰起伏變化，有多個高點時，則以缺陷兩端反射波極大值之間探頭的移動長度確定為缺陷指示長度。§4-3直接接觸法超聲波探傷2)端點峰值測長法§4-3直接接觸法超聲波探傷五、缺陷質(zhì)量評定1)、最大反射波幅不超過評定線的缺陷，均評為I級。2)、反射波位于I區(qū)的非裂紋性缺陷均評為I級。3)、最大反射波幅超過評定線的缺陷，檢驗者判定為裂紋等危害性缺

陷時，無論其波幅和尺寸如何，均評為IV級。4)、最大反射波幅位于II區(qū)（定量線以上）的缺陷，根據(jù)其指示長度

按下表規(guī)定予以評級。缺陷的等級分類注：表中數(shù)據(jù)為缺陷指示長度。

§4-3直接接觸法超聲波探傷6)、反射波幅位于III區(qū)的缺陷，無論其指示長度如何均評為IV級?！?-3直接接觸法超聲波探傷5)、最大反射波幅超過定量線的缺陷應(yīng)測定其指示長度，其值少于10mm時，按5mm計。第四章超聲波探傷4-4液浸法超聲波探通常液浸法是用水作耦合介質(zhì)。使探頭發(fā)射的聲波經(jīng)過一段水后再進入工件的探傷方法稱作水浸探傷法，簡稱水浸法?！?-4液浸法超聲波探傷一、水浸法特點1、優(yōu)點（1）超聲波的發(fā)射與接受比較穩(wěn)定，受表面粗糙度影響較小。（2）探頭角度可任意變更，可獲幾乎是任意折射角的橫波（3）盲區(qū)小，可探波長數(shù)量級的薄壁工件。（4）晶片損壞小，可采用高頻薄晶片，靈敏度和分辯率高。2、缺點需要一些輔助設(shè)備、聲能損失較大§4-4液浸法超聲波探傷

根據(jù)工件和探頭浸沒方式可分為：

全沒液浸法、局部液浸法、噴流式局部液浸法§4-4液浸法超聲波探傷二、液浸法探傷分類三、水浸法中聲波的傳播1、縱波的折射折射角約為入射角的四倍；入射角范圍14.5°～27.3°；探傷時需仔細調(diào)節(jié)入射角?！?-4液浸法超聲波探傷水中指向性好，鋼中指向性差。2、指向性§4-4液浸法超聲波探傷3、聲束聚焦§4-4液浸法超聲波探傷式中：

f——凹球面聲透鏡水中焦距（又稱探頭焦距），mm；

CL1——水中縱波速度（m/s）

CL2——聲透鏡中縱波聲速（m/s）

R——聲透鏡的曲率半徑（1）水中無工件時的聲束聚焦1）探頭焦距f

當聚焦直探頭發(fā)射的聚焦聲束透過傳聲介質(zhì)水時有：§4-4液浸法超聲波探傷聚焦探頭（focalizing）在水中焦點附近的聲場為一圓柱形區(qū)域，稱之為焦柱。當用環(huán)氧樹脂作透鏡材料時，上式可簡化為：f=2.2R2)焦柱§4-4液浸法超聲波探傷L=4λ(f/D)2水中焦柱直徑φ——比聲束軸線上反射聲壓降低一半即6分貝時的擴散角的圓周（mm）φ≈λf/D水中焦柱長度——從焦點算起，聲束軸線上反射聲壓下降6分貝時偏離焦點距離l-6dB的二倍?！?-4液浸法超聲波探傷（2）水中有工件時的聲束聚焦

工件中形成的新聚焦聲場與水中聚焦聲場間滿足以下關(guān)系：式中：h—工件中焦點至工件表面距離（mm）H—水層厚度，又稱水距（mm）

CL3—工件中縱波聲速（m/s）§4-4液浸法超聲波探傷工件中聚焦聲場焦柱直徑φ’φ’=φ工件中聚焦聲場焦柱長度L’焦柱區(qū)內(nèi)聲壓沒有突變現(xiàn)象?！?-4液浸法超聲波探傷四、水浸聚焦超聲波縱波探傷原理為使第二次界面反射波S2落在工件底波B之后，應(yīng)使水層距離H在工件厚度的1/3以上。§4-4液浸法超聲波探傷五、水浸聚焦超聲波橫波法探傷1、適當調(diào)整偏軸距x

即選擇入射角，使折射波中只有橫波。2、選擇最佳水層厚度H