超声波检测—超声波探伤技术(无损检测课件)

1.4 工件对定位精度的影响
工件温度
• 当检测的工件温度 发生变化时，工件 中的声速发生变化， 探头折射角也随之 发生变化。
温度对折射 角的影响
1.5 缺陷对定位精度的影响
• 工件内缺陷方向也会 影响缺陷定位精度。
• 缺陷倾斜时，扩散波 束入射至缺陷时回波 较高，而定位时就会 误认为缺陷在轴线上， 从而导致定位不准。
• 当工件尺寸较小， 缺陷位于3N以内 时，利用底波调 灵敏度并定量， 将会使定量误差 增加。
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
① 缺陷形状的影响
• 缺陷的形状：圆片形、球形和圆柱形 • 缺陷距离一定，缺陷波高随缺陷直径的变化：圆片形缺陷最快，长圆
柱形缺陷最慢； • 缺陷直径一定，缺陷波高随距离的变化：圆片形和球形缺陷较快，长
2.2 仪器及探头性能对定量精度的影响
④ 探头K值的影响
• 不同K值的探头的灵敏度不同。 • 当K=0.7－1.5（=35°~55°）时，回波较高。 • 当K=1.5~2.0（=55°~63°）时，回波很低，容易引起漏检。
2.3 耦合与衰减对定量精度的影响
耦合的影响
• 耦合层厚度等于半波长的整数倍时，声强 透射率与耦合剂性质无关。
时，声波在有机玻璃内反射回到 晶片，也会引起一些杂波。 • 更换探头的方法来鉴别探头杂波。
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
② 工件轮廓回波
• 当超声波射达工件的
台阶、螺纹等轮廓时
轮
廓
在示波屏上将引起一
回
些轮廓回波。
波
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
③ 幻象波 • 当重复频率过高时，在示波屏上就会产生幻象波，
2.2 穿透法
优 不存在探测盲区，判定缺陷方法简单，适用于连续的自动化 点 探测较薄的工件。
缺 探伤灵敏度低，分辨率差，不能确定缺陷的深度位置，一般 点 需要专用的探头夹持装置。
2.3 脉冲反射法
• 超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，当遇到缺陷 和底面就会产生反射，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方 法称为脉冲反射法。
• 表面凹凸不平、高度差小于 1/3 波长，则认为该表面是 平滑的，否则是粗糙表面。
• 对于表面粗糙的缺陷，缺陷 回波波高随粗糙度的增大而 下降。
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
⑤ 缺陷性质的影响
• 声波在界面的反射率是由界面两边介质的声阻抗决定的。 • 钢中的白点、气孔等，其声阻抗与钢声阻抗相差较大，可以近似
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
③ 缺陷大小的影响
无论声波相对于缺陷是垂直入射还是斜入射，缺陷大小不同其反 射波的指向性可有相当大的差异。
• 当入射声束与缺陷反射面
圆片
不垂直，随着缺陷直径增
形缺
陷反
加，反射声束指向性越好，
射波
的指
回波幅度反而下降。
向性
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
④ 缺陷表面粗糙度的影响
1.6 操作人员对定位精度的影响
仪器调节
探头测试
定位方法
02 超声波探伤对定量精度的影响因素
2.1 超声波探伤对定量精度的影响因素概述
超声波探伤对定量精度的影响因素包括：
仪器
探头
耦合
工件
缺陷
2.2 仪器及探头性能对定量精度的影响
• 仪器和探头性能的优劣，对缺陷定量精 度影响很大。
• 仪器的垂直线性、衰减器精度、频率、 探头形式、晶片尺寸、折射角大小等都 直接影响回波高度。
穿透法
脉冲反 射法
衍射时 差法 TOFD
2.2 穿透法
• 它是最早采用的超声波探伤法，也叫透射法。 • 基本原理：先将两个探头分别置于被测工件的两个相对面，一
个探头发射超声波，超声波即透射过被测工件而被另一面的探 头所接受，若被测件内有缺陷存在， 由于缺陷可引起超声波的衰减，因此 透射过的超声波的能量减少。根据能 量减少的程度可判断缺陷的大小。
工件表面形状
• 一种是平面与曲面接触，这时为 点或线接触，握持不当，探头折 射角容易发生变化。
• 另一种是将探头斜楔磨成曲面， 探头与工件曲面接触，这时折射 角和声束形状将发生变化，影响 缺陷定位。
1.4 工件对定位精度的影响
工件边界
• 由于侧壁反射波与直 接入射波在缺陷处产 生干涉，使声场声压 分布发生变化，声束 轴线发生偏离，使缺 陷定位误差增加。
2.4 工件对定量精度的影响
③ 工件侧壁的影响
• 当检测侧壁附近的缺陷，靠近侧壁检测 回波低，远离侧壁检测反而回波高。
• 为了减少侧壁的影响，宜选用频率高、 晶片直径大的指向性好的探头检测或横 波法检测。必要时还可采用试块比较法 来定量，以便提高定量精度。
2.4 工件对定量精度的影响
④ 工件尺寸的影响
影响缺陷波的判别。 • 降低重复频率，幻象波消失。
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
④ 草状回波（林状回波） • 超声检测中，当选用较高频率的探头检测晶粒较粗大的工件时，
声波在粗大晶粒之间的界面上会产生散乱反射，反射波被仪器 接收后在示波屏上形成草状回波（又叫林状回波）。 • 降低探头频率，会降低草状回波，提高信噪比。
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
⑤ 变型波 • 当αS＜αⅢ时，有反射横波
S'，反射纵波L'。 • 变型反射横波沿原路径返
回探头，被探头接收，显 示在显示屏上，这就是的 变型波。
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
⑥ “山”形波 • 当变型纵波L'被探头接
收；反射横波S'被探头 接收；再加上一次底 波B1；这三个波形状 像“山”字，俗称 “山”形波。
2.4 工件对定量精度的影响
① 工件形状的影响
• 凸曲面会使反射波发散，回 波降低；凹曲面会使反射波 聚焦，回波升高；
• 外圆径向检测实心圆柱体时， 圆柱面耦合不及平面，回波 低于平底面，定量误差增加。
2.4 工件对定量精度的影响
② 工件表面的影响
• 当工件底面与检测面不 平行、底面粗糙或沾有 水迹、油污时，将会使 底波下降，这样利用底 波调节的灵敏度将会偏 高，缺陷定量误差增加。
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
③ 缺陷大小的影响
无论声波相对于缺陷是垂直入射还是斜入射，缺陷大小不同其反 射波的指向性可有相当大的差异。
• 当直径 D f 为波长 λ 的2倍以上时，具有较好的指向性，缺陷反
射波较强；
• 当缺陷直径 D f 低于波长 λ 的2倍时，缺陷反射波的指向性变坏，
直至缺陷反射波能量呈球面形分布，强度将降低；
地认为声波在缺陷表面是全反射。 • 非金属夹杂等缺陷，由于声阻抗与钢的声阻抗相差小，缺陷的反
射波相应减弱，声波在缺陷上的透射和吸收明显高于白点、气孔 等缺陷。
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
⑥ 缺陷位置的影响
• 缺陷波高还与缺陷位置有关。 • 缺陷位于近场区时，同样大
小的缺陷会随位置的不同而 起伏变化，定量误差大。 • 实际检测中总是尽量避免在 近场区检测定量。
01 超声波探伤方法的分类
超声波探伤方法的分类
超声波探伤方法可按多个角度来对其进行分类，包括： • 按原理分类 • 按波型分类 • 按显示方式分类 • 按探头数目分类 • 按探头与工件的接触方式分类 • 按人工干预的程度分类
02 按原理分类
2.1 超声波探伤方法按原理分类
超声波探伤方法按原理可分为
位精度）的因素是多方面的，包括：
仪器
探头
工件
缺陷
操作 人员
Hale Waihona Puke 1.2 仪器对定位精度的影响
1.3 探头对定位精度的影响
声束偏离
探头双峰
斜楔磨损
1.4 工件对定位精度的影响
工件表面粗糙度
粗糙表面引起的声束分叉
1.4 工件对定位精度的影响
工件材质
• 工件材质的声速和内应力
1.4 工件对定位精度的影响
• TOFD信号较弱，易受噪声影响； • 倾向于“过分夸大”中下部缺陷和部分良性缺陷，比如气孔、夹
层等； • TOFD数据分析对检测人员要求高。
03 按波型分类
3.1 超声波探伤方法按波型分类
超声波探伤方法按波型可分为
纵波法 横波法
表面 波法
爬波法 板波法
• 当耦合层厚度等于的奇数倍，声阻抗为两 侧介质声阻抗的几何平均值时，超声波全 透射。
• 当探头与试块和被检工件表面耦合状态不 同时，也会使定量误差增加，精度下降。
2.3 耦合与衰减对定量精度的影响
衰减的影响
• 当衰减系数较大或距离较大 时，衰减也较大，定量精度 受到影响。
• 因此，在检测晶粒较粗大和 大型工件时，应测定材质的 衰减系数，定量计算考虑介 质衰减，减小定量误差。
03 非缺陷回波的判别
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
① 探头杂波 • 探头中的吸收块吸收不良时，会
在始波后出现一些杂波； • 双晶直探头检测厚壁工件时，声
波在延迟块内的多次反射也可能 产生一些非缺陷信号，干扰缺陷 回波的判别。
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
① 探头杂波 • 斜探头有机玻璃斜楔设计不合理
2.3 脉冲反射法
脉冲反射法可分为垂直探伤法和斜角探伤法两种： 2 斜角探伤法：
2.4 衍射时差法（TOFD）
• 衍射时差法（简称TOFD）是利用缺陷部位的衍射波信号来检测 和测定缺陷尺寸的一种超声检测方法，通常使用纵波斜探头， 采用一发一收模式。
2.4 衍射时差法（TOFD）
• TOFD方法一般将探头对称分布 于焊缝两侧。在工件无缺陷部位， 发射超声脉冲后，首先到达接收 探头的是直通波，然后是底面反 射波。有缺陷存在时，在直通波 和底面反射波之间，接收探头还 会接收到缺陷处产生的衍射波。
• 因此，在检测时，除了要选择垂直线性 好、衰减器精度高的仪器外，还要注意 频率、晶片尺寸和折射角等参数。
2.2 仪器及探头性能对定量精度的影响
① 频率的影响
• 频率f偏差不仅影响底波调节灵敏度法，而且影响用当量计算法 对缺陷定量。
② 衰减器精度和垂直线性的影响
③ 晶片尺寸的影响
• 晶片尺寸影响近场区长度和波束指向性，因此对定量也有一定 的影响。
2.4 衍射时差法（TOFD）
主要优点：
• 缺陷的衍射信号与缺陷的方向无关，缺陷检出率高； • 超声波束覆盖区域大； • 缺陷高度测量精确； • 实时成像，快速分析； • 缺陷的定量不依赖于缺陷的回波幅度； • 快速、安全、方便。
2.4 衍射时差法（TOFD）
局限性：
• 由于TOFD的直通波和底面反射波均有一定的宽度，处于此范围的 缺陷波难以被发现，因此在扫查面和底面存在几毫米的表面盲区；
• 它是目前应用最广 泛的一种超声波探 伤法，探伤结果一 般用A型显示。
2.3 脉冲反射法
脉冲反射法可分为垂直探伤法和斜角探伤法两种：
1 垂直探伤法：
使超声波垂直进入工件进行探伤的方法称为垂直探伤法。 当被测件无缺陷时，示波屏上只有始波（T）和底波 （B），当被测件中有小缺陷时，示波屏上除始波和底波 外，还有缺陷波（F），当被测件中的缺陷大于声束直径 时，示波屏幕上只有始波和缺陷波，底波消失。
2.3 脉冲反射法
脉冲反射法可分为垂直探伤法和斜角探伤法两种：
1 垂直探伤法：
脉冲反射式垂直探伤法
2.3 脉冲反射法
脉冲反射法可分为垂直探伤法和斜角探伤法两种：
2 斜角探伤法：
使超声波以一定入射角进入工件，超声波以与探测面成一定角度的传播 方式进行探伤的方法，称为斜角探伤法。 当被工件无缺陷时，示波屏上只有始波 （T），当被测件中有缺陷时，示波屏 上除始波外，还有缺陷波（F）。
超声波探伤技术
——对精度的影响因素
目 录
1
超声波探伤对定位精度的 影响因素
2
超声波探伤对定量精度的 影响因素
3 非缺陷回波的判别
01 超声波探伤对定位精度的影响因素
1.1 超声波探伤对定位精度的影响因素概述
利用A型脉冲反射式超声波探伤仪进行探伤，其结果往往是根据荧 光屏上的缺陷回波的位置分析得到，而影响回波出现的位置（即定
“山”形波
3.2 检测人员注意：
应用超声波反射、折射和波型转换理论， 计算相应回波的声程和时间，分析判别可 能出现的各种非缺陷回波，对各种回波做 出正确判断。
超声波探伤技术
——超声波探伤方法
目 录
1 超声波探伤方法的分类 2 按原理分类 3 按波型分类 4 按显示方式分类 5 按探头数目分类 6 按探头与工件的接触方式分类 7 按人工干预的程度分类
圆柱形缺陷较慢； • 缺陷距离和直径都相等，缺陷波高以长圆柱形为最高，圆平面形次之，
球形最低。
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
② 缺陷取向的影响
• 声束垂直入射到缺陷表面 时，回波幅度最高，但实 际上缺陷表面相对于声束 入射方向往往并不垂直， 因此 ，对缺陷尺寸估计 偏小的可能性很大。
缺陷取向对回波幅度影响示意图