超聲波及超聲檢測(cè)

超聲波及超聲檢測(cè)第一部分超聲波檢測(cè)簡(jiǎn)介超聲波檢測(cè)是利用高頻振動(dòng)的聲波導(dǎo)入材料內(nèi)部，藉以檢測(cè)材料表面或內(nèi)部缺陷之非破壞檢測(cè)方法。此檢測(cè)法除用于檢測(cè)缺陷外，尚可用于量測(cè)試件厚度，進(jìn)一步若利用聲波在材料內(nèi)部的穿透性差異或聲速改變情形，可輔助用于分析材料物理性質(zhì)、晶粒尺寸或顯微組織等，對(duì)材料學(xué)研究貢獻(xiàn)甚大。此外，由于超聲波檢測(cè)系利用聲波高頻振動(dòng)的原理，因此只要聲波能量能完全穿透檢測(cè)物厚度，不論是金屬或非金屬試件皆可檢測(cè)，此特點(diǎn)使其在非破壞檢測(cè)方法中應(yīng)用更為廣泛。第二部分器材及設(shè)備工業(yè)上用于非破壞檢測(cè)者多以探傷用之脈波反射式超聲波檢測(cè)儀居多(A掃描訊號(hào)顯示)。脈波反射式超聲波檢測(cè)儀是以高頻脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生電壓脈動(dòng)，經(jīng)由同軸電纜線傳輸至換能器中，換能器將電的脈波震蕩變成機(jī)械震蕩之超聲波而傳送入檢測(cè)物內(nèi)，并接收來(lái)自表面、缺陷及底面等機(jī)械震蕩的回波，再轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的電壓訊號(hào)，經(jīng)放大電路增幅并藉由掃描電路時(shí)序控制而將此回波訊號(hào)先后顯示于示波器屏幕上。一、校準(zhǔn)規(guī)塊超聲波檢測(cè)為建立缺陷大小評(píng)估的比對(duì)根據(jù)，并了解儀器特性是否達(dá)到使用條件標(biāo)準(zhǔn)，必須視檢測(cè)需要制作各種不同形狀、大小及人工缺陷的校準(zhǔn)規(guī)塊。校準(zhǔn)規(guī)塊依其檢測(cè)目的區(qū)分為儀器校準(zhǔn)用之標(biāo)準(zhǔn)規(guī)塊(StandardTestBlock'及檢測(cè)材料用之比較規(guī)塊(ReferenceBlock)兩種。二、探頭(Probe)探頭亦稱換能器(Transducer)，主要由壓晶體管(PiezoelectricCrystal)構(gòu)成，當(dāng)通以交流電時(shí)，壓晶體管會(huì)發(fā)生高頻振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波，藉以發(fā)射進(jìn)人檢測(cè)物內(nèi)，當(dāng)反射回波撞擊探頭時(shí)，壓晶體管會(huì)使其轉(zhuǎn)換成交流脈波訊號(hào)，因此探頭兼?zhèn)渎暡òl(fā)射與接收之雙重作用。超聲波探頭依其使用場(chǎng)合不同，區(qū)分為接觸式探頭(ContactProbe)及浸液式探頭(ImmersionPrObe)兩種;若依使用目的不同，則區(qū)分為直束探頭(StraightBeamProbe)、斜束探頭(AngleBeamProbe)、可變角度探頭(ChangeableAngleProbe)、雙晶探頭(TwinProbe)、遲延探頭(DeIayProbe)、漆刷型探頭(PaintBrushProbe)及聚焦探頭(FocusingProbe)。三、耦合劑在檢測(cè)時(shí)于探頭與檢測(cè)物表面間添加水、油或漿糊等物質(zhì)，藉以趕走空氣，避免聲波能量損失而以較佳的傳送效率進(jìn)入檢測(cè)物內(nèi)部，此等接觸媒質(zhì)，稱為耦合劑(CoupIant)。網(wǎng)合劑于檢測(cè)時(shí)應(yīng)穩(wěn)定滯留于檢測(cè)面上，于完成檢測(cè)后，必須容易清除，且不能對(duì)檢測(cè)物或探頭造成損害。實(shí)用上耦合劑以罐裝或瓶裝居多，選用時(shí)應(yīng)注意其化學(xué)特性，并注意適用溫度。第三部分超聲波檢測(cè)原理一、超聲波產(chǎn)生之原理人耳可以聽(tīng)見(jiàn)的聲波，頻率約在6Hz至20KHz之間，若波動(dòng)的頻率高于此范圍，則聲波無(wú)法為人類所聽(tīng)見(jiàn)，稱其為超聲波(Ultrasonic在非破壞檢測(cè)應(yīng)用上，超聲波頻率約在0．5MHz至25MHz之間，而其中尤以IMHz至5MHz最為常用。此等壓電材料制成之晶體薄片，當(dāng)外加一正負(fù)交變的電壓訊號(hào)時(shí)，則晶體薄片會(huì)形成厚薄變化而產(chǎn)生壓縮震蕩的現(xiàn)象，于是便形成超聲波。當(dāng)超聲波傳送進(jìn)入檢測(cè)物內(nèi)部時(shí)，若碰觸到界面而被反射回來(lái)，此時(shí)超聲波脈波正負(fù)交變的波形會(huì)使得壓晶體管薄片承受正負(fù)交變的壓縮力。壓縮力愈大則晶體薄片兩面所產(chǎn)生的電壓愈大，此電壓訊號(hào)經(jīng)檢測(cè)儀電路增幅放大后而呈現(xiàn)于顯示器上。1、聲波的種類當(dāng)物質(zhì)中的粒子受外力作用而產(chǎn)生機(jī)械性震蕩時(shí)，即發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象。波動(dòng)產(chǎn)生的聲波若是連續(xù)不斷的，即稱為連續(xù)波(ContinuousWave);否則當(dāng)聲波呈現(xiàn)衰減的脈動(dòng)波形時(shí)，則稱為脈波(PulseWave)，如圖4-19所示。超聲波因聲波波動(dòng)特性不同，產(chǎn)生下列四種不同的波式：1）縱波物質(zhì)粒子之振動(dòng)方向與波傳送方向平行者，稱為縱波(LongitudinalWave)，如圖4-20所示。此波以疏密相間方式傳遞，因此亦稱疏密波;且由于波是藉由壓縮力及彈性力造成，所以又稱壓縮波或彈性波。由于固體、液體及氣體可傳送壓縮力，因此縱波可存在于此三相內(nèi)。2）橫波物質(zhì)粒子之振動(dòng)方向與波傳送方向垂直者，稱為橫波(Transvcrsi

Wave，亦稱剪力波(ShearWave)，如圖4-21所示。由于氣體及液體中物質(zhì)粒子間距離較大，相互間作用力較弱，難以傳送切向力，因此不能傳遞橫波，使得橫波僅能存在于固體中。3）表面波波以某一角度入射于物體表面時(shí)，因橫波與縱波相互干涉的結(jié)果，使得波動(dòng)僅沿物體表面?zhèn)魉?，稱為表面波(SurfaceWave)，如圖4-22所示。表面波是沿著固體及氣體接口傳遞，特別適合復(fù)雜輪廓物體表面缺陷之檢測(cè)。對(duì)于固體表面使用之偶合劑，必須是其薄的膜層，否則表面波將難以傳送而無(wú)法檢測(cè)表面缺陷。4）藍(lán)姆波波以某些角度入射于極薄的復(fù)合材料或金屬板表面時(shí)，在適當(dāng)?shù)牟牧厦芏?、彈性系?shù)、厚度及波動(dòng)頻率下，會(huì)產(chǎn)生藍(lán)姆波(Lambwave)。藍(lán)姆波又稱平板波(PlateWave;，可傳送于物體的內(nèi)部及上、下表面。藍(lán)姆波依物質(zhì)粒子運(yùn)動(dòng)方向與受檢物中心軸是否對(duì)稱，可區(qū)分為下列兩種:擴(kuò)張波(DilatationalWave):為對(duì)稱的藍(lán)姆波，沿著受檢物中心軸會(huì)產(chǎn)生壓縮(縱向)的粒子位移;同時(shí)在受檢物土、下表面產(chǎn)生沿著橢圓方向的位移，如圖4-23(a)所示。彎曲波(BendingWave):為非對(duì)稱的藍(lán)姆波，沿著受檢物中心軸會(huì)產(chǎn)生剪力方向(橫向)的粒子位移;同時(shí)在受檢物土、下表面亦產(chǎn)生沿著橢圓方向的位移，如圖4-23(b)所示。二、聲波傳送速率超聲波在物質(zhì)中傳送的快慢程度，稱為聲速(AcousticVelocity)。同一物質(zhì)中相同波式的聲速接近定值，但不同波式時(shí)其聲速會(huì)發(fā)生改變。一般而言，在相同的均質(zhì)物質(zhì)中，縱波的聲速約為橫波的兩倍鋼中約1．8倍表面波聲速路小于橫波(在鋼中約為橫波之0．92倍)。常見(jiàn)物質(zhì)中不同波式的聲速。三、聲壓、能呈及聲阻抗聲壓是表示同相位粒子構(gòu)成之平面上，單位面積所承受的壓縮力。聲壓愈大則波動(dòng)粒子振動(dòng)愈大，其聲波強(qiáng)度愈大。聲波在物質(zhì)中傳送時(shí)所受的阻礙程度以聲阻抗Z(AcousticImpedance)來(lái)表示;其大小等于材料密度(P)與聲速(@))的乘積。在不同物質(zhì)中，聲阻抗與其密度成正比，而在同一物質(zhì)中，由于不同波式其聲速不同，因此聲阻抗并不相同。聲壓用以表示訊號(hào)的大小，與聲波能量(聲功率強(qiáng)度)有關(guān)。聲波傳送過(guò)程中，會(huì)發(fā)生反射、折射或衰減等現(xiàn)象，減少。在密度較大物質(zhì)中，因聲阻抗增大，故聲壓變大，以致能量逐漸反之在密度較小材料中，聲壓變小。當(dāng)聲波由介質(zhì)1入射至另一種特性不同的介質(zhì)2時(shí)，在聲波到達(dá)二介質(zhì)界面時(shí)，聲波會(huì)發(fā)生反射(Reflection)、折射(Refraction)或波式轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，如圖4-24所示。為進(jìn)一步了解入射聲波及折射聲波特性，可利用折射定律(司乃耳定律)。在圖4-24(a)及(b)中，入射縱波進(jìn)入介質(zhì)Z時(shí)部介聲波發(fā)生波式轉(zhuǎn)換為橫波，使得縱波及橫波同時(shí)存在于介質(zhì)2中，此結(jié)果若應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)訊號(hào)的判別，將發(fā)生混淆而無(wú)法正確判定缺陷是由縱波或橫波所偵測(cè)到。因此超聲波檢測(cè)實(shí)用上，斜束探頭多利用塑料吃形塊以決定入射縱波角度，藉以控制所要的折射波波式及折射角，且一般多以能在檢測(cè)物內(nèi)僅產(chǎn)生折射橫波為目的。由圖4-24(c)可知，當(dāng)聲波入射角增大至α角度以上時(shí)，由介質(zhì)1入射的縱波，在介質(zhì)2中發(fā)生全反射(縱波折射角為91?；蚋?而完全消失，僅留存折射橫波，此角度稱為縱波臨界角(第一臨界角)。同理，在圖4-24(d)中，當(dāng)聲波入射角加大至α角度以上時(shí)，由介質(zhì)1入射的縱波，在介質(zhì)2中發(fā)生全反射而回至介質(zhì)1，此時(shí)折射;橫波亦消失(橫波折射角為90。或更大)，稱此角度為橫波臨界角(第二臨界角)。綜合圖4-24(c)及圖4-24(d)得知，當(dāng)聲波入射角介于縱波及橫波臨界角之間時(shí)，則折射波僅為橫波，此狀況即適合超聲波之檢測(cè)。超聲波聲束作用的的范圍稱為聲場(chǎng)(AcousticField)，由于超聲波聲束隨著距壓晶體管薄片距離改變，其聲壓并非一致性變化;因此以距離壓晶體管薄片最遠(yuǎn)(最右)的一個(gè)最強(qiáng)聲壓點(diǎn)為分界點(diǎn)，由此點(diǎn)向左與壓電薄片問(wèn)的區(qū)域，稱為近場(chǎng)(NearField)，而由此點(diǎn)向有約區(qū)域，稱為遠(yuǎn)場(chǎng)(FarField)。四、近場(chǎng)及其強(qiáng)度在近場(chǎng)中，超聲波干涉現(xiàn)象最為明顯，以平面波方式傳送，由于聲壓變化復(fù)雜，因此不適于檢測(cè)小缺陷。當(dāng)近場(chǎng)距離等于近場(chǎng)長(zhǎng)度時(shí)，中心聲壓最大。探頭直徑愈大，聲波波長(zhǎng)愈小，則聲束較為集中，因此聲壓隨距壓電薄片增加而減少的現(xiàn)象較不明顯。超聲波強(qiáng)度的減弱，主要來(lái)自發(fā)散及衰減兩項(xiàng)因素。發(fā)散(Divergence):主要因超聲波聲束在遠(yuǎn)場(chǎng)中以發(fā)散角向外發(fā)散，致始聲波強(qiáng)度隨距離增加而逐漸減弱。衰減(Attenuation):均質(zhì)物質(zhì)對(duì)超聲波強(qiáng)度(聲壓)不曾造成減弱，然一般材料或多或少都會(huì)使超聲波強(qiáng)度造成衰減，其原因來(lái)自于吸收與散射兩種現(xiàn)象。吸收:材料將聲束能量轉(zhuǎn)換為熱能而散失，使得聲束強(qiáng)度降低。散射:由于材料的非均質(zhì)性，包括雜質(zhì)、氣孔、晶界…等阻礙聲束傳送而形成許多聲束分量，致使超聲波強(qiáng)度減弱。五、超聲波訊號(hào)顯示與記錄1、訊號(hào)顯示之表示方法超聲波訊號(hào)顯示之表示方法常見(jiàn)有A掃描、B掃描及C掃描三種，示意如圖4-26所示。A掃描表示法此種訊號(hào)顯示之表示方法是超聲波檢測(cè)最普遍的方法，通常應(yīng)用于脈波反射式超聲波檢測(cè)。探頭在檢測(cè)物上一點(diǎn)，所記錄的是此點(diǎn)下方一條線的訊息，如圖4-26(a)所示。顯示屏幕上之水平軸表示訊號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間或聲波回波之路徑長(zhǎng)度，利用此長(zhǎng)度及聲束方向即可推算出回波反射體之位置。垂直軸表示訊號(hào)高度(振幅)，在沒(méi)有人工缺陷規(guī)塊的校準(zhǔn)比對(duì)下，不能斷然地以訊號(hào)高度判定缺陷大小。B掃描表示法如圖4-26(b)所示，探頭在檢測(cè)物上沿直線移動(dòng)，所記錄的是此線下方一截面的訊息。水平顯示表示掃描移動(dòng)方向的位置，而垂直顯示表示檢測(cè)物內(nèi)之通過(guò)時(shí)間，即缺陷深度，因此B掃描可顯示受測(cè)物某一截面上缺陷分布的大致情形。C掃描表示法如圖4-26(c)所示，探頭在檢測(cè)物表面上來(lái)回掃描整個(gè)表面，所記錄的是此面下方一個(gè)整體的訊，此方法之顯示與射線照相結(jié)果相似，可看出缺陷的分布情形及形狀，但無(wú)法得知其深度。2、訊號(hào)記錄之符號(hào)為分辨檢測(cè)物幾何形狀及缺陷造成之回波訊號(hào)顯示，超聲波訊號(hào)以符號(hào)加以記錄，如表4-8所示;配合檢測(cè)實(shí)例圖形說(shuō)明，如圖4-27所示。第四部分超聲波檢測(cè)方法一、按探頭偶合方法區(qū)分1、接觸檢測(cè)法(ContactTesting)檢測(cè)時(shí)探頭與檢測(cè)物直接接觸的檢測(cè)法，一般在二者間須加入耦合劑以趕走空氣而利于聲波傳送進(jìn)入檢測(cè)物內(nèi)。當(dāng)檢測(cè)面粗糙或?yàn)榍鏁r(shí)，宜采用較黏稠之織合劑，如漿糊、黃油等。對(duì)于一般性檢測(cè)，可用較稀的液體，如水、甘油及機(jī)油等。接觸檢測(cè)法由于探頭與檢測(cè)面直接接觸，其間之摩擦力阻礙探頭的滑動(dòng)，因此適合慢速或手動(dòng)的檢測(cè)。2、浸液檢測(cè)法(ImmersionTesting)對(duì)于檢測(cè)物因形狀限制、表面過(guò)于粗糙或厚度薄等因素，以致不適合利用探頭直接接觸檢測(cè)時(shí)，可采用浸液法檢測(cè)。此法檢測(cè)時(shí)將檢測(cè)物全部成局部浸沒(méi)于液體中，或使用噴水或水性等方法。浸液常用之液體為水，但其它能傳送超聲波之液體亦可。浸液檢測(cè)法由于探頭與檢測(cè)物不直接接觸，因此適合應(yīng)用于高速之自動(dòng)檢測(cè)上。二、依訊號(hào)檢出方式區(qū)分超聲波檢測(cè)方法依訊號(hào)檢出方式不同，可分為脈波反射法(Renectionmethod)、穿透?jìng)魉头?ThroughTransmissionMethod)及共振法(ResonanceMethod)等三種，茲分述如下。脈波反射法脈波反射法是超聲波檢測(cè)最常用的方法，檢測(cè)訊號(hào)是以A掃描方式顯示。屏幕水平則表示訊號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間或回波在檢測(cè)物中所走的路徑長(zhǎng)度，而垂直軸表示訊號(hào)高度。超聲波進(jìn)入檢測(cè)物而碰觸一界面或缺陷時(shí)，部份聲波即被反射而循原路徑回來(lái)，并為探頭接收成回波訊號(hào)而顯示于儀器的屏幕上。由于檢測(cè)時(shí)須事先設(shè)定屏幕之水平距離(時(shí)間)范圍，因此即可根據(jù)起始脈波(InitialPulse)、缺陷回波(DefectEcho)及底面回波(BottomEcho)…‥等位在儀器屏幕上之水平位置，并配合檢測(cè)物厚度、探頭位置及其聲束路徑的幾何關(guān)是換算求得缺陷的位置。同時(shí)，屏幕上顯示的訊號(hào)高度，并不一定表示缺陷大小，因?yàn)橛绊懛瓷溆嵦?hào)強(qiáng)度的因素很多，諸如缺陷的大小、形狀、表面狀況，以及缺陷與聲束間的方向等均是。以脈波反射檢出回波訊號(hào)的檢測(cè)方法，常見(jiàn)有下列幾種，其選用時(shí)機(jī)，端視是否能得到最大缺陷回波及便利檢測(cè)為原則。當(dāng)超聲波聲束方向與缺陷垂直時(shí)，可得最大的缺陷回波訊號(hào)，此時(shí)缺陷檢出效果最佳。直束檢測(cè)法(StraightBeamTesting)利用直束探頭發(fā)射超聲波縱波以垂直入射面方向進(jìn)入檢測(cè)物的檢測(cè)方法，稱為直束檢測(cè)，如4-28所示。當(dāng)檢測(cè)物尺寸較厚而對(duì)稱、表面平坦或平滑者常采用直束探頭檢測(cè)。圖4-28(a)所示為接觸式直束檢測(cè)，檢測(cè)物內(nèi)部有缺陷，其缺陷回波訊號(hào)在起始脈波及底面回波問(wèn)出現(xiàn)而被檢測(cè)到。圖4-28b)所示為浸液式面束檢測(cè)，探頭與檢測(cè)物(鋼材)完全浸末于水中，為使第二個(gè)表面回波在第一個(gè)底面回波仍后產(chǎn)生，以免干擾缺陷回波的判定，因此探頭與檢測(cè)物表面問(wèn)的距離應(yīng)適當(dāng)安排。因超聲波縱波在水中傳送速度約為鋼或鋁的1/4倍，故此檢測(cè)例取t/4+1/4"距離即可。當(dāng)聲束與缺陷之反射面垂直時(shí)可得最大回波訊號(hào)，因此直束檢測(cè)較適宜檢測(cè)與入射面平行或方向性較不強(qiáng)烈的缺陷，如含渣或氣孔等。對(duì)于焊道缺陷檢測(cè)，如裂縫或熔合不良等，因其缺陷方向常不平行于聲波入射面，且方向性較強(qiáng)烈，故即使是將焊冠磨平亦難檢測(cè)出重要缺陷。此外，直束檢測(cè)法中，若檢測(cè)物背面與入射面平行，大多有底面回波。檢測(cè)時(shí)可利用有無(wú)底面回波以判斷超聲波是否完全穿透整個(gè)檢測(cè)物，同時(shí)可藉由維持一定的底面回波高度，以穩(wěn)定檢測(cè)靈敏度。直束檢測(cè)時(shí)在屏幕土直接讀出缺陷之射束距離，即為其在探頭正前方(下方)之深度，因此不必經(jīng)由計(jì)算就可得知缺陷的位置。斜束檢測(cè)法(AngleBeamTesting)利用斜束探頭發(fā)射超聲波以偏斜方向進(jìn)入入射面之檢測(cè)方法，稱為斜束檢測(cè)，如圖4-29所示。對(duì)于檢測(cè)物因形狀限制、制造方法、缺陷位置等關(guān)系，如鑄件、焊件、管件或中空件等常采用斜束檢測(cè)。圖4-29(a)為接觸式斜束檢測(cè)焊道缺陷的例圖，而圖4-29(b)為浸液式斜束檢測(cè)板件內(nèi)缺陷的例圖。超聲波聲束偏斜的目的，主要使入射縱波在檢測(cè)物內(nèi)產(chǎn)生不同角度的折射橫波、折射縱波或表面波以檢測(cè)缺陷，在使用上以產(chǎn)生折射橫波為最普遍。此外，偏斜的超聲波聲束，可使得超聲波與欲檢測(cè)的缺陷垂直，以期獲得較大的缺陷回波及檢測(cè)靈敏度，因此甚適合焊道缺陷的檢測(cè)。由于斜束檢測(cè)法無(wú)背面回波，故不具直束檢測(cè)之優(yōu)點(diǎn)與便利。斜束檢測(cè)時(shí)應(yīng)使探頭掃描區(qū)域涵蓋整個(gè)檢測(cè)范圍，依此原則，斜束檢測(cè)可分為直射法(探頭1)及一次反射法(探頭2)兩種方法，如圖4-30所示。直射法:在半個(gè)跨距之射束路程內(nèi)直接檢測(cè)出缺陷的方法。一次反射法:經(jīng)背面反射一次跨距射束路程內(nèi)檢測(cè)出缺陷的方法。斜束檢測(cè)時(shí)因射束偏斜進(jìn)入檢測(cè)物內(nèi)，須經(jīng)由幾何關(guān)系計(jì)算求得。雙晶探頭檢測(cè)法(TwinCrystalMethod):同一探頭包含兩個(gè)柑鄰的壓晶體管，一晶體發(fā)射超聲波，另一晶體接收超聲波，超聲波聲波皆為縱波型式。由于此一設(shè)計(jì)，電壓脈動(dòng)訊號(hào)不須傳輸至放大器內(nèi)，因此起始脈波甚小，甚適合用于薄件檢測(cè)近表面缺陷。此種探頭之檢測(cè)靈敏范圍在兩聲波射束相交區(qū)間，因此過(guò)于接近表面或太深的缺陷較難偵測(cè)到(檢測(cè)死區(qū)，DeadZone)。投捕檢測(cè)法(Pitch-CatchMethod)如圖4-32所示，兩個(gè)分離的探頭在檢測(cè)物上之不同位置，分別擔(dān)任發(fā)射及接收超聲波的功能。發(fā)射探頭所發(fā)射的超聲波，經(jīng)缺陷反射后部分聲波恰為另一探頭所接收，藉由調(diào)整兩探頭間距離，便可檢測(cè)到物體表面下不同深度的缺陷。表面波檢測(cè)法(SurfaceWaveMethod))表面波檢測(cè)法系利用特殊的斜束探頭，恰好使折射橫波到達(dá)橫波臨界角(第二臨界角)而全反射為表面波，如圖4-33所示。此法適合偵測(cè)檢測(cè)物的表面缺陷，當(dāng)表面波能量集中時(shí)，對(duì)于任合種類的表面缺陷，諸如空孔、油漬、裂縫等均能產(chǎn)生缺陷回波而被檢測(cè)到。穿透?jìng)魉蜋z測(cè)法．此法是偵測(cè)傳送波訊號(hào)強(qiáng)弱藉以判斷是否有缺陷的方法，因此文稱強(qiáng)度法(StrengthMethod)。其方法一個(gè)探頭發(fā)射超聲波，而在檢測(cè)面的的對(duì)邊以另一個(gè)探頭負(fù)責(zé)接收超聲波訊號(hào)(采用直束探頭或斜束探頭均可)。當(dāng)檢測(cè)物中無(wú)缺陷時(shí)，聲波將毫無(wú)阻礙地傳送，可接收到較高的訊號(hào)高度(強(qiáng)度大);若檢測(cè)物中有缺陷，則聲波傳送時(shí)部分聲波為缺陷所反射，因此接收到較低的訊號(hào)高度，如圖4-34所示。此種檢測(cè)方法有下列三種缺點(diǎn):1.不能顯示缺陷位置。2.微量的訊號(hào)降低，未必由缺陷造成，因此可能造成誤判而降低可靠度。3.不適合檢測(cè)較厚材料，因?yàn)槿毕蓦x接收探頭較遠(yuǎn)，則訊號(hào)減弱現(xiàn)象并不顯著。共振法此法甚少用于檢測(cè)缺陷，主要是應(yīng)用在測(cè)定檢測(cè)物厚度。其原理是利用一頻率可連續(xù)調(diào)整的振蕩器來(lái)激發(fā)晶體而發(fā)射聲波，當(dāng)檢測(cè)物厚度恰為發(fā)射聲波波長(zhǎng)之整倍數(shù)時(shí)，即產(chǎn)生共振現(xiàn)象，由此即可根據(jù)共振頻率測(cè)得板厚。三、超聲波檢測(cè)變量的選擇1、探頭的變數(shù)超聲波檢測(cè)時(shí)，探頭選擇是否適當(dāng)關(guān)系檢測(cè)成敗，因此以下針對(duì)探頭選擇應(yīng)考慮的因素分別說(shuō)明如下:1.頻率檢測(cè)探頭最適宜的頻率，應(yīng)使波長(zhǎng)不大于須檢出的最小缺陷尺寸為原則。當(dāng)檢測(cè)物尺寸愈大、晶粒組織愈粗、檢測(cè)面愈粗糙及反射面不明顯時(shí)，宜選用較低頻率探頭，但檢測(cè)靈敏度(檢測(cè)出微小缺陷的能力)及鑒別力(能分辨相鄰兩缺陷的能力)相對(duì)地降低?；谝陨显?，在檢測(cè)過(guò)程中，于可行之頻率范圍內(nèi)，應(yīng)盡量采用最高的頻率。通常接觸式高頻探頭，頻率在5~10MH，而浸液式高頻探頭，頻率在10~25MHz。2.型式:視檢測(cè)物材質(zhì)、制造方法、外形、尺寸、表面狀況及檢測(cè)場(chǎng)所環(huán)境等選擇適當(dāng)?shù)闹笔⑿笔?、雙晶…．等探頭。3.大小:探頭與檢測(cè)面間之接觸面積大小，會(huì)改變檢測(cè)靈敏度，因此應(yīng)選擇適當(dāng)大小之探頭以捉商檢測(cè)靈敏度。尤其對(duì)于焊冠未磨平之檢測(cè)，當(dāng)母材愈薄，則探頭應(yīng)愈小，以利焊道能完全檢測(cè)到。另外，當(dāng)探頭大小等于或小于缺陷尺寸時(shí)，檢測(cè)靈敏度最高。4.角度:焊道斜束檢測(cè)常須考慮探頭折射角之大小，一般檢測(cè)物厚度較薄時(shí)，可采用較大折射角之探頭，以使探頭不必太靠近焊道，而利于檢測(cè)作業(yè)。反之，當(dāng)檢測(cè)較厚材料時(shí)，則可采用較小之探頭折射角，以減少探頭在檢測(cè)面上之掃描范圍?，F(xiàn)今較新之檢測(cè)觀念，探頭折射角之選擇，完全以缺陷方向?yàn)橐罁?jù)。對(duì)于不同方向的缺陷，應(yīng)采用多種折射角度之探頭，檢測(cè)結(jié)果才準(zhǔn)確。2、靈敏度(Sensitivity)靈敏度為能檢測(cè)出微小缺陷的能力，在檢測(cè)前須使用同一探頭、繃合劑及檢測(cè)物相似超聲波特性的規(guī)塊加以校準(zhǔn)，常見(jiàn)的方法有下列三種。1.底面回波法:調(diào)整第一個(gè)完全底面回波為檢測(cè)規(guī)范規(guī)定之訊號(hào)高度以評(píng)估靈敏度。2.標(biāo)準(zhǔn)或比較規(guī)塊法:以同一標(biāo)準(zhǔn)或比較規(guī)塊調(diào)整人工缺陷回波達(dá)到檢測(cè)規(guī)范之規(guī)定，藉以評(píng)估靈敏度，其表示如STB-GV15-2:50%。3.距離振幅曲線法:距離振幅曲線(DistanceAmplitudeCurve，簡(jiǎn)稱DAC曲線)可描述同大小缺陷之回波高度隨其射束路徑距離增

大而降低的情形，主要作為評(píng)估靈敏度的根據(jù)。此曲線系利用規(guī)塊組(每一規(guī)塊有柑同大小缺陷，但距離不同)或單一規(guī)塊(含有許多相同大小缺陷，但不同距離)以增益控制調(diào)整制作而成。3、鑒別力(Resolution)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)分辨兩柑鄰近瑕疵或瑕疵與界面間繁鄰程度的能力，可利用STBA-l規(guī)塊來(lái)加以測(cè)定，如圖4-36所示。4、偶合劑檢測(cè)表面愈粗糙，或檢測(cè)面為曲率較小的曲面(探頭與檢測(cè)面接觸面積較小)，或采直立或上仰方式檢測(cè)等上述狀況峙，為得到較佳的糊合效果，應(yīng)使用較黏稠的稠合劑。常見(jiàn)用于檢測(cè)作業(yè)之稠合劑，以其黏稠度高低依序?yàn)橛椭?、漿糊(CMC)、60%水玻璃、甘油、50%水玻璃、機(jī)油、輕機(jī)油及水。此外，應(yīng)慎選適用溫度范圍的偶合劑，并留意偶合劑是否內(nèi)含有害人體或使檢測(cè)物產(chǎn)生氧化、腐蝕…等物質(zhì)。5、探頭掃描方式、范圍及速率超聲波探頭掃描必須以掃過(guò)全部應(yīng)檢測(cè)的部分灰能檢出各種缺陷為原則，接觸式探頭由于須與檢測(cè)面直接接觸，因此掃描速率不可過(guò)快，以免探頭磨損，一般速率應(yīng)在150mm/sec以下;浸液式探頭不與檢測(cè)面接觸，速度可較快，約在1m/seC以內(nèi)。超聲波探頭可采手動(dòng)或自動(dòng)掃描，前者是以手操作探頭以適當(dāng)壓力作障定的連續(xù)移動(dòng)掃描，而后者則以?shī)A具固定探頭，令自動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)探頭掃描，掃描速率較快。不論手動(dòng)或自動(dòng)掃描，均需依一定的掃描方式操作，常見(jiàn)之掃描方式如下:直束檢測(cè):一般采連續(xù)性掃描(全檢測(cè)區(qū)掃描，每道掃描至少10%重迭)、間隔線狀連續(xù)掃描或點(diǎn)狀掃描。斜束檢測(cè):一般常見(jiàn)有旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、左右及前后掃描等。

6、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)檢測(cè)規(guī)范，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)塊、人工缺陷比較規(guī)塊作為儀器調(diào)整或校正檢測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)。目前工業(yè)界對(duì)于超聲波檢測(cè)規(guī)范規(guī)塊均有詳細(xì)規(guī)定，一般校準(zhǔn)用規(guī)塊與實(shí)際檢測(cè)物應(yīng)力求化學(xué)成分及物理特性相近為原則。五、影響檢測(cè)結(jié)果的因素1、儀器特性變化的影響超聲波檢測(cè)儀其儀器系統(tǒng)特性一但發(fā)生改變，必定影響檢測(cè)結(jié)果之正確性，因此超聲波檢測(cè)儀儀器系統(tǒng)特性應(yīng)加以評(píng)鑒。脈波反射式超聲波檢測(cè)儀依據(jù)CNS總號(hào)11224規(guī)定其評(píng)鑒項(xiàng)目包含屏幕水平線性、屏幕垂直線性、增益控制線性、噪聲比及鑒別力等。屏幕水平線性(HorizontalLinearity)在屏幕水平全尺度上任一點(diǎn)均應(yīng)維持線性，以使回波顯示的距離與實(shí)際反射源距離按比例顯示，如此才能依檢測(cè)結(jié)果顯示找出正確之缺陷位置。屏幕垂直線性(VerticalLinearity)回波顯示于屏幕水平全尺度上任何位置之訊號(hào)高度，均須依分貝(dB)數(shù)之定義增減(意即與反射源大小成比例顯示)，如此對(duì)缺陷大A1-判定才不致誤判。增益控制線性(GainControlLinearity)每增減6dB，在屏幕上之同一回波高度應(yīng)升降一倍，此儀器特性應(yīng)加以維持，否則將影響屏幕垂直線性。噪聲比(NoiseRatio)超聲波檢測(cè)時(shí)任何非期望的千擾訊號(hào)謂之噪聲，它會(huì)遮蔽缺陷回波顯示，因此噪聲

高度(或噪聲比)應(yīng)加以限制。鑒別力(Resolution)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)分辨相鄰兩缺陷，或缺陷與接口間緊鄰程度的能力，謂之鑒別力。鑒別力應(yīng)維持一定水平，否則會(huì)將兩相鄰缺陷誤判為同一缺陷。接觸式探頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，施加于探頭上之壓力不同會(huì)顯示相異的回波高度，如此將影響檢測(cè)結(jié)果的判定，因此檢測(cè)時(shí)施加于探頭上之壓力應(yīng)保持穩(wěn)定為原則，一般以1KG為宜。探頭與檢測(cè)物表面接觸面積之比率，稱為面積率(有效接觸面積/探頭原面積)。當(dāng)面積率愈大，其檢測(cè)靈敏度愈大。一般檢測(cè)平坦表面檢測(cè)物時(shí)，其面積率幾近100%，然對(duì)于曲面檢測(cè)物，將有下列兩種狀況影響其接觸面積率:同一曲率檢測(cè)物，以不同大小探頭檢測(cè)時(shí)，采小探頭檢測(cè)其接觸面積率較大。不同曲率檢測(cè)坤，以相同大小探頭檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)曲率小檢測(cè)物時(shí)其接觸面積較大。檢測(cè)時(shí)為增加接觸面積率，一般可藉更換探頭保護(hù)膜或采較黏稠的偶合劑來(lái)達(dá)成此項(xiàng)目的;但對(duì)于曲面檢測(cè)物，應(yīng)選擇以能得到最大接觸面積率的探頭為原則，藉以獲得最大檢測(cè)靈敏度。2、檢測(cè)物表面狀況及形狀的影響1）檢測(cè)物表面狀況的影響檢測(cè)物表面粗糙程度增加，將使得探頭偶合效果不良而影響聲波傳送效率，因此一般可選用低頻探頭并配合商黏稠度的彌合劑，藉以改善表面粗糙對(duì)檢測(cè)所造成的不利影響。通常檢測(cè)物表面粗度超過(guò)探頭發(fā)射聲波之1/3波長(zhǎng)時(shí)，聲波在檢測(cè)物內(nèi)傳送的效率將大為降低，并可能造成缺陷及底面回波消失，而無(wú)檢測(cè)結(jié)果顯示。當(dāng)檢測(cè)物表面粗糙、曲率大或使用折射角超過(guò)70。之斜束探頭時(shí)，常導(dǎo)致表面干擾回波的產(chǎn)生，檢視屏幕顯示，曾發(fā)現(xiàn)此干擾回波隨探頭移動(dòng)而左右移動(dòng)，此時(shí)若以手沾機(jī)油于探頭正前方拍打，將發(fā)現(xiàn)回波高度消失或巨降。2）檢測(cè)物形狀的影響3）底面形狀的影響采用超聲波脈波直束檢測(cè)法檢測(cè)，底面回波常是判定檢測(cè)結(jié)果(缺陷位置)的評(píng)估數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)物底面形狀不同時(shí)，其底面回波顯示會(huì)有明顯差異。常見(jiàn)幾種檢測(cè)物底面形狀不同而形成不同顯示的結(jié)果，如圖4-37所示。4）側(cè)面的影響以超聲波直束探頭檢測(cè)，當(dāng)探頭移近檢測(cè)物側(cè)緣時(shí)，超聲波因邊緣效應(yīng)而使聲束方向偏離側(cè)面，使得檢出檢測(cè)物側(cè)面缺陷的靈敏度變得很差，如圖4-38