超声波4

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第二章
2.1 概述
超声波检测技术
2.2 超声波的分类
2.3 声场及介质的声参量
2.4 超声波在介质中的传播特性
2.5 超声波检测仪、探头及试块 2.6 超声波检测方法和通用检测技术 2.7 超声波测厚 2.8 超声波检测应用实例
第六节 超声波检测方法和通用检测技术
6.1
超声波检测方法分类
6.2
6.3 6.4
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1、试块法：



方法：将探头置于试块上，移动探头，找到人 工反射体最大回波，用衰减器把回波调至基准 高（一般为荧光屏高度80%）。 优点： 操作简单，直观。 缺点： 需要大量试块 （不同声程）； 需考虑耦合补 偿和衰减补偿。
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2、底波计算法：（x≥3N）

理论依据：规则反射体回波声压理论（根据工 件底面回波与同深度的人工缺陷回波分贝差为 定值。
K值一定时，前沿越短搜
最后要验证所设计的探头，再应用于实际检验。
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第六节 超声波检测方法和通用检测技术 6.3 耦合与补偿
一、耦合与耦合剂 1、耦合—超声波在探测面上的声强透射率。 2、耦合剂—在探头和工件表面之间施加的一层 透声介质。 3、耦合剂的要求： 能润湿探头和工件表面，流动性和粘度附着力 适当，易于清洗； 声阻抗高，透声性好； 来源广，价格便宜； 对工件无腐蚀，无污染，对人体无害； 31 性能稳定，不易变质，能长期保存。
1
（4）频率高，近场区长（
D2 N 4
）
（5）频率高，衰减大（ s C 2 Fd 3 f 4 ) 晶粒较细（锻件、轧制件、焊缝） 2.5～5MHz 晶粒较粗（铸件、奥氏体钢） 0.5～ 2.5MHz
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3、探头晶片尺寸D（φ10～ φ30） 依据：工件厚度、形状
晶片尺寸影响： （1）尺寸大，指向性好（ sin 12.22 D ） D N （2）尺寸大，近场长（ ） 4 （3）尺寸大，能量大，发现远距离缺 陷能力强。 大尺寸探头—厚大工件 小尺探头—薄工件、表面不平整、曲率大 的工件。
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⑶、多次底波法：超声波在探测面和底面之间往复 传播多次，根据底面回波的次数判断试件中缺陷 情况的方法。
缺陷存在时，底波数量会减少、高度下降会较快，高度变 7 化的规律性差
2、穿透法：依据脉冲波或连续波透过试件之后 的波形（透射波）变化来判断试件内缺陷情况 的方法。
T:发射器
R：接收器
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3、共振法：频率可调的连续波在试件中传播， 当试件厚度为声波半波长的整数倍时，将引起 共振。当试件中存在缺陷或厚度发生变化时， 共振频率将发生变化，依据共振频率的变化情 况来判断试件中缺陷或厚度变化的方法称为共 振法。
4、常用耦合剂 机油、变压器油、水、水玻璃、甘油 化学浆糊、纤维素
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二、影响声耦合的因素
1、耦合剂 ⑴、耦合层厚度：厚度为λ/2的整数倍或 很薄时，透声效果好。
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⑵、耦合剂声阻抗 声阻抗大，透声效果好，声阻抗小，耦合 效果差。 2、工件表面状态的影响 ⑴、表面粗糙度； 表面粗糙度大，耦合效果差。一般要求 6.3μm。
平底孔回波声压：
大平底面回波声压：
P
F0 FS F f
2 x f 2
F0 FS PB 2 x B
大平底面回波与平底孔回波声压分贝差：
PB 20 lg 20 lg 2 P xB 2 x f
2
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方法： ⑴、计算底波与同声程平底孔波幅分贝差：
20 lg
2x f
共振法主要用于测厚，依据：
C C 2 2 f 0 2( f m f m1 )
δ 工件厚度、f0工件的固有频率、λ波长、C声速 fm－fm－1相邻的共振频率
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二、按波型分类：
纵波法
（垂直法）
横波法（斜角法） 表面波法（瑞利波法） 板波法（兰姆波法） 爬波法
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1、纵波法（垂直法）：用直探头发射纵法进行 探伤的方法，称为纵波法，又称为垂直法。
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3、多探头法：使用两个以上探头成对组合进
行探伤的方法，用于多通道探伤仪自动探伤。
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四、按接触方式分类：
直接接触法 液浸法
1、直接接触法：探头通过一薄层耦合剂与试件 表面直接接触进行探伤的方法。
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2、液浸法：探头与试件表面之间充有一定厚度 的液层的探伤方法。
⑴、全浸式：探头和试件均浸入液体中。
2
式中：xf—工件厚度， Φ—平底孔直径 ⑵、把底波调至荧光基准线，用 衰减器把灵敏度提高ΔdB。
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优点：
可省去大量试块 可不考虑耦合补偿和衰减补偿


使用条件：
工件厚度x≥3N 底面与探测面平行 底面平滑光洁，不与吸声物质接触


适用对象：
具有平行底面的工件 具有圆柱曲底面的工件
用于板材、锻件等
的与表面倾斜的缺陷检测。
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3、表面波法（瑞利波法）：利用表面波探测表
面缺陷的方法。适用于检测固体试件的表面缺
陷。
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4、板波法（兰姆波法）：利用板波探测薄板中 的缺陷的方法，适用于检测薄板（δ≤4mm） 中的缺陷。 5、爬波法：利用入射角位于第一临界角附近时 在第二介质中产生的表面下纵波进行探伤的方 法，适用于检测表面比较粗糙的试件表面及表 面下的缺陷。
b、声特性阻抗尽量与试件的声阻抗相近 c、声阻抗高，透声性好 d、对人体无害，对试件无腐蚀等
耦合剂 声阻抗 106kg/m2 · s
机油 1.28
水 1.5
水玻璃 2.17
甘油 2.43
2、干压耦合 在探头下方附以软橡胶或塑料垫压向工件 （以软材料取代液体耦合剂）。会产生一定的 灵敏度损失。 局限性： a、扫查速度低 b、待检工件是薄材料时，不能承受探头的压力
设计过程： 1、对待检测的对象进行金相组织观察，发现特性
2、选择探头类型 探头？
纵波探头、横波探头还是脉冲
3、K值设计 要考虑到K值对声程的影响
4、选择合适的频率 频率越高，指向性越好，但 更容易散射、受晶粒影响大。
5、晶片尺寸的设计 源面积等因素 6、探头前沿l的设计 查范围越大
考虑超声近场的长度、波
全浸式
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⑵、局部液浸式：探头或试件部分浸入水中或 均不浸入水中，以一定方式在探头和试件表面 之间保持一定水层进行探伤的方法。 a、喷液式：
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b、通水式：
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c、满溢式：
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第六节
超声波检测方法和通用检测技术 6.2 仪器和探头的选择
一、探伤仪的选择
二、探头选择 三、探头设计
23
第六节
依据：工件材质、形状、缺陷和技术要求 1、探头型式： 直探头——探测与探测面平行的缺陷 斜探头——控测与探测面倾斜的缺陷 表面波探头——探测表面缺陷 双晶探头——探测薄件或近表面缺陷 聚焦探头——薄壁管水浸探伤或薄件 水浸探头——水浸探伤工件
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2、探头频率（0.5-10MHz)
依据：工件材质、厚度、检测要求 频率影响： （1）频率高，可发现缺陷小（波的绕射） （2）频率高，脉冲宽度小，分辨力好 （3）频率高，指向性好（ sin 1.22 D )
纵波法主要用于探测与检测面平行
的缺陷，常用 于板、管、棒 材等变形材料 和锻件、焊缝
检测，有时也
用于铸件。
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2、横波法（斜角法）：利用波型转换在试件中 产生横波进行探伤的方法称为横波法，又称 斜角法探伤。 横波探伤主要 用于检测与探测面 倾斜的缺陷，常用 于薄壁管材和焊缝 检测，作为一种辅
助检测手段，也常
1、纵波和表面波探伤扫描速度调节
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二、探伤灵敏度调节

探伤灵敏度：指在确定的声程范围内发现规定 大小缺陷的能力。
基准灵敏度：一般指记录灵敏度， 用于缺陷定量和等级评定。 扫查灵敏度：指实际检测灵敏度， 不低于基准灵敏度。




目的：发现工件中规定大小的缺陷并对缺陷定 量。 内容：用仪器“发射强度”、“增益”和“衰 减器”等旋钮把最大探测声程上规定反射体的 反射波调到荧光屏基准高度。 常用方法：试块法、底波计算法、AVG法
c、探头不耐用
d、轮探头的灵敏度沿轮的圆周方向不均匀
3、空气耦合： 适用于声特性阻抗较低的材料。主要用于 距离测量。 4、高温耦合剂： 由于用油做耦合剂时，随温度的升高声波速 度会下降，衰减和增大。所以采用低熔点的合
金材料作为耦合剂。
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第六节 超声波检测方法和通用检测技术
6.4 探伤仪的调节
1
27
4、斜探头K值(钢中横波折射角的正 切值）
依据：工件厚度、检测对象、缺陷类型 厚工件—大K值 薄工件—小K值 缺陷方向—主声束垂直于缺陷主平面 焊缝—主声束能扫查到整个焊缝截面 单面焊未焊透—考虑端角反射，取 28 （K=0.7-1.5)
三、探头设计
目的：对特殊的待检材料应设计出适合的探头。
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1、脉冲反射法：把脉冲超声波发射到试件中，根据反射 波的情况来检测试件中缺陷的方法。 ⑴、缺陷回波法：根据仪器示波屏上缺陷反射波形进行 缺陷判断的方法。
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⑵、底波高度法：根据底面回波高度判断试件内 缺陷情况的方法。适应于无断裂性缺陷。
优点：不易出现盲区，同样大的缺陷得到同样的显示 缺点：定位、定量不便、灵敏度低
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⑵、工件表面形状 平面最好，凸面次之，凹面最差。 曲面工件，曲率越大，耦合效果越差。 三、表面耦合损耗的测定与补偿 1、耦合损耗的测定 （1）纵波探伤
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（2）斜探头直射法探伤
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（3）斜探头一次反射法探伤 a、工件厚度小于试块厚度时：