超声波探伤(1)
超声波探伤(Ⅰ级)须掌握知识要点
1.2.2 仪器使用和维护超声波检测仪器是精密的电子仪器，为延长使用寿命减少故障，使用时能保持良好的工作状态，必须注意对仪器的维护和保养。
1. 新仪器投入使用前要仔细阅读使用说明书了解仪器性能、特点、各旋钮功能、操作方法和注意事项，严格按照说明书操作使用仪器；2. 仪器避免强类振动、强电磁场、灰尘、雨水浇淋、潮湿、高温及腐蚀环境；3. 使用交流电时要核对仪器和电源的额定电压是否匹配；使用直流电时注意电源极性；使用电池时电池要及时充电。
4. 接拔电源插头电时应抓住插头来进行操作，电线应理顺，手要干燥。
5. 调整仪器时不宜用力过猛，清洁荧光屏时用柔软的布料和软水擦拭。
6. 仪器使用完毕要及时清理干净，放到清洁通风的地方。
7. 不经常使用的仪器每周也要接通电源开机半小时，以利于清除机箱内部潮气。
8. 仪器出现故障，及时关闭电源，请专业人员检查修理，切忌随意拆动，防止扩大故障和发生事故。
1.4超声波测厚仪测厚的方法有很多，日常最常见的方法都使用尺子来测量厚度。
要求精度高的用卡尺、千分尺等机械方法测量。
除此还有其他方法可以测量厚度的方法，比如：超声波、辐射、磁性、电流等等方法。
使用最广泛的是超声波测厚。
超声波测厚仪器其体积小、速度快、精度高。
超声波测厚仪有共振式、脉冲反射式、兰姆波式。
1.4.4.测厚仪的调整与使用在使用测厚仪前要认真阅读使用说明书，按使用要求操作。
（脉冲反射式超声波测厚仪的调整与使用。
）1. 在检测工件前要先校准仪器的下限和仪器的工作线性。
用两块已知厚度的试块，将探头放在其中一块试块上，调整仪器，使仪器显示该试块厚度，再将探头放在另一试块上，仪器此时若显示厚度与试块的误差越小则仪器的线性误差越小，以其精度越高，反之则越大。
2. 选择测厚方法要根据工件厚度情况和精度要求来选择仪器探头。
薄工件用双晶探头或者带延迟块的探头，厚工件宜选用单晶探头。
3. 测量时工件表面要进行处理，表面粗糙度Ra<6.3μ.4. 操作时探头放平稳，压力均匀适当，平面工件每个测点探头旋转90度，各测试一次.曲面工件探头旋转180度，各测试一次。
第八章超声波探伤
第三章超声波探伤超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方法。
它可以检查金属材料、部分非金属材料的表面和内部缺陷，如焊缝中裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等缺陷。
超声波探伤具有灵敏度高、设备轻巧、操作方便、探测速度快、成本低、对人体无害等优点，但对缺陷进行定性和定量的准确判定方面还存在着一定的困难。
第一节超声波的产生及其性质超声波是频率大于20000Hz 的声波，它属于机械波。
在金属探伤中使用的超声波，其频率为0.5～10MHz，其中以2～5MHz最为常用。
一、超声波的产生与接收探伤中采用压电法来产生超声波。
压电法是利用压电晶体片来产生超声波的。
压电晶体片是一种特殊的晶体材料，当压电晶体片受拉应力或压应力的作用产生变形时，会在晶片表面出现电荷；反之，其在电荷或电场作用下，会发生变形，前者称为正压电效应，后者称为逆压电效应。
超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来实现的。
由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中的压电晶体片的两面上，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。
若压电晶体片与工件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。
反之，当压电晶体片受到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两表面产生具有不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形式经探伤仪显示，这就是超声波的接收。
二、超声波的性质1．超声波具有良好的指向性由于超声波的波长非常短，因此，它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播。
而且超声波在固定的介质中传播速度是个常数，所以，根据传播时间就能求得其传播距离，这样就为探伤中缺陷的定位提供了依据。
2．超声波能在弹性介质中传播，不能在真空中传播一般探伤中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。
无损检测超声探伤UT基础讲义 (1)
培训教材之理论基础第一章无损检测概述无损检测包括射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）和涡流检测（ET）等五种检测方法。
主要应用于金属材料制造的机械、器件等的原材料、零部件和焊缝，也可用于玻璃等其它制品。
射线检测适用于碳素钢、低合金钢、铝及铝合金、钛及钛合金材料制机械、器件等的焊缝及钢管对接环缝。
射线对人体不利，应尽量避免射线的直接照射和散射线的影响。
超声检测系指用A型脉冲反射超声波探伤仪检测缺陷，适用于金属制品原材料、零部件和焊缝的超声检测以及超声测厚。
磁粉检测适用于铁磁性材料制品及其零部件表面、近表面缺陷的检测，包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。
渗透检测适用于金属制品及其零部件表面开口缺陷的检测，包括荧光和着色渗透检测。
涡流检测适用于管材检测，如圆形无缝钢管及焊接钢管、铝及铝合金拉薄壁管等。
磁粉、渗透和涡流统称为表面检测。
第二章超声波探伤的物理基础第一节基本知识超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。
物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
振动的传播过程，称为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。
超声波就是一种机械波。
机械波主要参数有波长、频率和波速。
波长?：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离，常用单位为米(m)；频率f：波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数称为频率，常用单位为赫兹(Hz)；波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，常用单位为米/秒（m/s）。
由上述定义可得：C=? f ，即波长与波速成正比，与频率成反比；当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。
次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。
超声波探伤的通用方法和基础技术——(第一节超声波探伤方法分类及特点)
第三章 超声波探伤的通用方法和基础技术第一节 超声波探伤方法分类及特点超声波探伤的实质是：首先将工件被检部位处于一个超声场中，工件若无不连续分布(如无缺陷等)，则超声场在连续介质中的分布是正常的。
若工件中存在不连续分布(如有缺陷等)，则超声波在异质界面上产生反射、折射和透射，使超声场的正常分布受到干扰。
使用一定的方法测出这种异常分布相对于正常分布的变化，并找出它们之间变化规律，这就是超声波探伤的任务。
超声波探伤有许多方法，如将它们逐一分类，一般可用以下几种：下面仅以实际探伤中较为常用的方法和特点作一简介。
一、脉冲反射法和穿透法超声波在传播过程中遇到缺陷会产生反射、透射及缺陷后侧声影，按以上这些引起声场异常变化的不同原理，可将检测方法分为脉冲反射和穿透法(又称阴影法)，前者以检测缺陷的反射声压(或声能)大小来确定缺陷量值，后者以测定缺陷对超声波的正常传播的遮挡所造成的声影大小来确定缺陷的量值。
图3–1和图3–2所示为这两者的工作原理图。
目前，超声波探伤中常用脉冲反射法，与穿透法相比，脉冲反射法有如下特点： 1. 灵敏度高对于穿透法，只有当超声声压变化大于20%以上时才有可能检测，它相当于声压只降低超声波探伤直接接触法 液浸法 按缺陷显示方式分按超声波传播方式分 按探伤工作原理分按探伤波型分按超声波耦合方式分按探头数量分穿透法脉冲反射法连续波法 脉冲波法A 型显示法B 型显示法单探头法双探头法纵波法横波法 表面波法2dB。
由于探头晶片尺寸有一定大小及缺陷本身的声衍射现象，要获得大于20%声压变化量，缺陷对声传播遮挡面积已相当大了。
对于脉冲反射法，缺陷反射波声压仅是入射声压的1%时，探伤仪就已经能够检出，此时，与缺陷反射声压相对应的反射面积是很小的。
2. 缺陷定位精度高脉冲反射法可利用缺陷反射波的传播时间，通过扫描速度(即时间轴比例)调节，对缺陷进行正确定位。
而穿透法只能以观察接收波形高低来确定缺陷面积，而波形所处位置不能表示缺陷声程，即处于不同部位的相同面积的缺陷，其接收波形高度相等，位置不变，见图3–3所示。
超声波探伤的通用方法和基础技术——(第二节超声波探伤的基本方法)
第三章超声波探伤的通用方法和基础技术第二节超声波探伤的基本方法一、超声波探伤的缺陷定位原理脉冲反射法超声波探伤中对缺陷位置的确定，通常以探头所在的探测面作为测量基准。
由于示波管水平刻度线经时间轴比例适当调整后，它就能指示相应的距离，所以时间轴比例的调整(即探测范围调整)是缺陷定位中的重要环节。
1. 直探头纵波探伤直探头纵波探伤时，探测范围的调整可借助标准试块或对比试块进行，也可直接利用工件大平底面。
调节时应同时校正零位，使声程原点与水平刻度零位相互一致，按照需要调整的探测范围选择适当厚度的试块，以便得到两个以上的底面回波。
这是因为发射脉冲前沿位置与声程原点不一定一致，用一次底面反射(一个基准回波)不能正确调整探测范围和校正零位的缘故。
例如，调整钢中200mm的探测范围时，可用IIW试块厚度100mm作探测基准，调节深度粗调与细调，以及水平旋钮，使测距为100mm的一次底波B1和二次底波B2分别位于水平刻度的5格和10格处(见图3–16所示)，此时，时间轴水平刻度每格代表钢中声程20mm。
图3–16 直探头纵波探伤时探测范围调整2. 斜探头横波探伤斜探头横波探伤的定位方法不像直探头纵波探伤那样只用单一的声程定位，而有声程定位、水平定位和深度定位之分。
同时，为使定位计算方便，通常将斜探头入射点作为声程原点，并经零位校正后，声程原点与时间轴零位相一致。
这样，有机玻璃中一段纵波声程移在零位左边，零位右边的时间轴刻度直接表示了工件中反射体的声程、水平距或深度距离，读数方便。
图3–17为用斜探头横波进行焊缝探伤的示例。
图3–17 焊缝中缺陷的定位方法由图可知，所谓声程定位，即示波屏上显示的缺陷波前沿所对应的时间轴刻度，表示了缺陷距入射点的斜声程W ；水平定位则表示缺陷距入射点的水平距离x ；深度定位则表示缺陷距探测面的深度y 。
虽然它们确定缺陷位置的方法有所区别，但实际上经过简单的三角关系计算，可以很方便地进行相互换算。
超声波探伤
(2) 倾斜入射异质界面时的反射、折射、波型转换和聚焦
从式(4-3)知，当入射角增大时，折射角和反射角随之增大。 从图4-5可知，当纵波L2折射角为90°时，在第II介质内只传播
横波，这时声波入射角称第一临界角； 当横波S2折射角为90°时，在第I介质和第Ⅱ介质界面上产生 表面波的传播，这时的声波入射角称第二临界角。 在进行焊缝超声波探伤时，第I介质为探头的有机玻璃或环氧 树脂，第Ⅱ介质为钢材，由式(4-3)得：
利用压电效应使探头(压电晶片)发 射或接收超声波，就使发现缺陷成 为可能。因此，探头(压电晶片)是 理想的电声换能器。
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二、超声波的性质
探伤中所用超声波的性质： 有良好的指向性； 能在弹性介质中传播，不能在真空中传播； 界面的透射、反射、折射和波型转换; 具有可穿透物质和在物质中有衰减特性。
实际探伤中，奥氏体钢焊缝晶粒 粗大(达数毫米)，衰减很严重，在 示波屏上形成 “草状回波”，显 著降低探伤时的信噪比(图4-6)。
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超声波的衰减的三个原因：
2) 吸收引起的衰减 超声波传播时，介质质点间产生相对运动，互相
摩擦使部分声能转换为热能，通过热传导引起衰减。 金属介质的吸收衰减与散射衰减相比，几乎略去不计, 但液体介质的吸收衰减则是主要的。 3) 声束扩散引起的衰减
(4) 匹配电感 对于压电陶瓷晶片制成的探头，其电气 阻抗匹配很重要。加入与晶片并联的匹配电感(或电阻) 可使探头与仪器的发射电路匹配，以提高发射效率。 它也可装在仪器内部。
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超声波的产生和接收机理
当高频电压加在晶片两面电极时，由于逆压电效应，晶 片会在厚度方向产生伸缩变形的机械振动。晶片与工件 表面有良好耦合时,机械振动就以超声波形式传播进去, 这就是发射。反之，当晶片受到超声波作用(遇到异质界 面反射回来)而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片 两表面产生不同极性电荷，形成超声频率的高频电压， 这就是接收。
超声波探伤课件1
§3 超声波的声速
超声波在介质中的传播速度（声速）是表征介质声 学特性的重要参数。
超声波的传播速度与下列因素有关： 1）介质：弹性模量、密度、弹性变形形式、尺寸大小、 均匀性等 2）超声波的波型：如纵波、横波与表面波等 3）温度: 一般固体中的声速随介质温度升高而降低 4）应力：一般固体的应力增加，声速缓慢增加
y A cos(t x )
x
c
• （3）球面波
• 波阵面为同心圆的波称为球面波。球面波的波源为 一点 。
• 尺寸远小于波长的点波源在各向同性的介质中辐射 的波可视为球面波。球面波波束向四面八方扩散， 球面波各质点的振幅与距离成反比。
• 实际应用的超声波探头中的波源近似活塞振动，在 各向同性的介质中辐射的波称为活塞波。当距离源 的距离足够大时，活塞波类似于球面波。
y A cos(t x )
x
c
• 3、按振动的持续时间分类 • 根据波源振动的持续时间长短，将波动分为连续
波和脉冲波。
• （1） 连续波 • 波源持续不断地振动所辐射的波称为连续波。 • 超声波穿透法检测常采用连续波。
• （2） 脉冲波
• 波源振动持续时间很短（通常是微秒数量级）， 间歇辐射的波称为脉冲波。
和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等
§1 振动与波动
• §1－1振动
物体(或物体一部分）在某一中心位置两侧所做的往复周期 性的运动,称为机械振动，常常简称为震动。 振动产生的必要条件： 一是，物体一旦离开平衡位置，就会受到回复力的作用；二是阻 力足够小。
机械波：是机械振动在弹性介质中的传播过程. 机械波必须具备以下两个条件: 1）要有作机械振动的波源； 2）能传播机械振动的弹性介质。
超生波探伤实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解超声波探伤的基本原理和操作流程。
2. 掌握超声波探伤仪器的使用方法和操作技巧。
3. 通过实际操作，了解超声波探伤在检测金属缺陷中的应用。
4. 分析超声波探伤结果的准确性和可靠性。
二、实验背景超声波探伤是一种利用超声波在材料中传播的特性，对材料内部缺陷进行检测的技术。
由于超声波具有穿透能力强、方向性好、无损检测等优点，因此在工业、军事、医学等领域得到广泛应用。
三、实验原理超声波探伤的基本原理是利用超声波在材料中传播时，遇到缺陷会发生反射、折射、散射等现象。
通过分析反射波的特征，可以判断材料内部的缺陷位置、大小和性质。
四、实验器材1. 超声波探伤仪：用于发射和接收超声波信号。
2. 探头：用于发射和接收超声波。
3. 试块：用于模拟实际材料的缺陷。
4. 耦合剂：用于改善探头与试块之间的耦合效果。
5. 记录仪：用于记录实验数据。
五、实验步骤1. 将探头安装到超声波探伤仪上，调整探头频率和探头间距。
2. 将耦合剂均匀涂抹在试块表面，确保探头与试块之间良好耦合。
3. 将探头放置在试块表面，开始发射超声波。
4. 分析接收到的超声波信号，判断材料内部的缺陷。
5. 记录实验数据，包括缺陷位置、大小和性质。
六、实验结果与分析1. 通过实验，成功检测到试块内部的缺陷，包括裂纹、气孔等。
2. 分析缺陷反射波的特征，可以判断缺陷的位置、大小和性质。
3. 实验结果表明，超声波探伤具有较高的检测准确性和可靠性。
七、实验总结1. 超声波探伤是一种有效的无损检测技术，可以用于检测金属材料内部的缺陷。
2. 掌握超声波探伤仪器的使用方法和操作技巧，可以提高检测准确性和可靠性。
3. 实验结果表明，超声波探伤在检测金属缺陷方面具有较高的应用价值。
八、实验建议1. 在实际应用中，应根据被检测材料的特性选择合适的探头频率和探头间距。
2. 注意耦合剂的选择和涂抹，确保探头与试块之间良好耦合。
3. 分析反射波特征时，应注意缺陷定位、大小和性质的判断。
超声探伤实验报告
超声探伤实验报告超声波探伤实验报告篇二：超声波探伤实验报告超声波探伤姓名：王焕友学号：U201012465 班级：机械（中英）1001班一、实验目的1.通过实验了解超声波探伤的基本原理；2.掌握超声波探伤仪器的各个旋钮的名称、功能和使用方法。
3.了解超声检测仪的使用规范。
二、实验设备和器材1.超声检测仪2.直探头和斜探头3.耦合剂：甘油4.试块和试件三、实验内容超声波探伤是利用探头发射超声波扫描试件内部，在荧光屏上可得到工件两界面（表面及底面）的反射波，如工件内部有缺陷，则缺陷将产生缺陷反射回波并显示在两界面波之间。
缺陷波峰距两界面波之间的距离即缺陷至两界面之间的距离，缺陷大小及性质可按相关标准确定。
1、超声波探伤原理（1）超声波的传播特性声波是由物体的机械振动所发出的波动，它在均匀弹性介质中匀速传播，其传播距离与时间成正比。
当声波的频率超过20000赫时，人耳已不能感受，即为超声波。
声波的频率、波长和声速间的关系是：??c （1） f式中λ——波长；c——波速；f——频率。
由公式可见，声波的波长与频率成反比，超声波则具有很短的波长。
超声波探伤技术，就是利用超声波的高频率和短波长所决定的传播特性。
即：1）具有束射性（又叫指向性），如同一束光在介质中是直线传播的，可以定向控制。
2）具有穿透性，频率越高，波长越短，穿透能力越强，因此可以探测很深（尺寸大）的零件。
穿透的介质超致密，能量衰减越小，所以可用于探测金属零件的缺陷。
3）具有界面反射性、折射性，对质量稀疏的空气将发生全反射。
声波频率越高，它的传播特性越和光的传播特性接近。
如超声波的反射、折射规律完全符合光的反射、折射规律。
利用超声波在零件中的匀速传播以及在传播中遇到界面时发生反射、折射等特性，即可以发现工件中的缺陷。
因为缺陷处介质不再连续，缺陷与金属的界面就要发生反射等。
如图1所示超声波在工件中传播，没有伤时，如图1a，声波直达工件底面，遇界面全反射回来。
第九章 超声波探伤实验
第九章超声波探伤实验By adan本章介绍了超声波探伤的几个基本实验，如超声波探伤仪的使用及其性能测试，锻件伤，焊缝探伤，钢板探伤，声能传输损失和材质衰减系数的测定等。
实验一超声波探伤仪的使用和性能测试一、实验目的1．了解A型超声波探伤仪的简单工作原理。
2．掌握A型超声波探伤仪的使用方法。
3．掌握水平线性、垂直线性和动态范围等主要性能的测试方法。
4．掌握盲区、分辨力和灵敏度余量等综合性能的测试方法。
二、超声波探伤仪的工作原理目前在实际探伤中，广泛应用的是A型脉冲反射式超声波探伤仪。
这种仪器荧光屏横坐标表示超声波在工件中传播时间(或传播距离)，纵坐标表示反射回波波高。
根据荧光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。
A型脉冲超声波探伤仪的型号规格较多，线路各异，但它们的基本电路大体相同。
下面以CTS-22型探伤仪为例说明A型脉冲超声波探伤仪的基本电路。
CTS-22型超声探伤仪主要由同步电路、发射电路、接收放大电路、时基电路(又称扫描电路)、显示电路和电源电路组成，如图9.1所示。
各电路的主要功能如下：(1)同步电路：产生一系列同步脉冲信号，用以控制整台仪器各电路按统一步调进行工作(2)发射电路：在同步脉冲信号触发下，产生高频电脉冲，用以激励探头发射超声波。
(3)接收放大电路：将探头接收到的信号放大检波后加于示波管垂直偏转板上。
(4)时基电路：在同步脉冲信号触发下，产生锯齿波加于示波管水平偏转板上形成时基线。
(5)显示电路：显示时基线与探伤波形。
(6)电源电路：供给仪器各部分所需要的电压。
在实际探伤过程中，各电路按统一步调协调工作。
当电路接通以后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射电路和时基电路。
发射电路被触发以后产生高频电脉冲作用于探头，通过探头中压电晶片的逆压电效应将电信号转换为声信号发射超声波。
超声波在传播过程中遇到异质界面(缺陷或底面)反射回来被探头接收，通过探头的正压电效压将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到示波管垂直偏转板上，形成重迭的缺陷波F和底波B。
实验十五 超声波探伤
实验十五超声波探伤一、实验目的1、了解超声波探伤仪的简单工作原理。
2、掌握超声波波探伤仪的使用方法。
3、熟练探测SG-Ⅱ试块上人工缺陷。
二、工作原理超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。
超声波是由频率大于20000HZ的机械震动在弹性介质中的一种传播过程，因此超声波是机械波。
超声波是由超声波探伤仪产生的电振荡并施加于探头，利用其晶片的压电效应而获得。
当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方向上产生伸缩变形的机械振动。
若晶片与工件有良好的耦合时，机械振动就以超声波的形式传播出去，这就是发射。
反之，当晶片受到超声波作用（遇到异质界面反射回来）而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片两面产生不同极性电荷，形成超生频率的高频电压，这就是接受。
利用压电效应使探头（压电晶片）发射或接受超声波，就使发现缺陷成为可能。
探伤时，超声波通过探测表面的耦合剂传入工件，超声波在传播途中若遇到缺陷时，部分超声波反射回到探头，其余的超声波传播到工件底部也反射回探头，由探头内晶片的压电效应将超声波转变为电讯号，再传至探伤仪，在荧光屏的扫描线上出现始脉冲（表面反射波T）、伤脉冲（缺陷反射波F）和底脉冲（底面反射波B）。
他们在时间扫描线上呈现的距离与工件表面、缺陷及底部之间的距离相对应，因此，便可确定缺陷所在的位置。
同时由伤脉冲的高度亦可反映缺陷的大小。
三、仪器的校准方法和步骤在使用仪器进行检测之前，首先进行校准：依据被测工件的材料、尺寸和相关标准，选择合适的探伤方法和探头，进行材料声速、探测范围和工作频率等仪器参数及探头参数的设置，并校正探头零点等。
1、探头参数设置（1）首先根据有关行业标准或现场要求，确定探伤方法和选择合适的探头。
（2）在计测主菜单中的角度值（探头折射角）。
直探头角度值设置为“0”。
（3）采用单探头工作模式时，应将收发菜单里的双探头置为“off”。
一文看懂超声波探伤检测
⼀⽂看懂超声波探伤检测超声波检测适⽤于⾦属、⾮⾦属和复合材料等多种试件的⽆损检测，缺陷定位准确，检测成本低，速度快，设备轻便。
1F原理与简介超声波探伤是利⽤超声能透⼊⾦属材料的深处，并由⼀截⾯进⼊另⼀截⾯时，在界⾯边缘发⽣反射的特点来检查零件缺陷的⼀种⽅法，当超声波束⾃零件表⾯由探头通⾄⾦属内部，遇到缺陷与零件底⾯时就分别发⽣反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，可以通过这些脉冲波形来判断缺陷位置和⼤⼩。
图：超声探伤原理⽰意图超声波检测按照其原理可分为缺陷回波法、穿透法、共振法。
按波形分可分为纵波、横波、表⾯波和板波等。
纵波是⽤来探测⾦属铸锭、坯料、中厚板、⼤型锻件和形状⽐较简单的制件中所存在的缺陷；横波是探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的⽓孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；表⾯波可探测形状简单的铸件上的表⾯缺陷；板波可探测薄板中的缺陷。
图：纵波&横波⽰意图2F检测过程超声检测⽅法可采⽤多种检测技术，每种检测技术在实施过程中，都有其需要考虑的特殊问题，其检测过程也各有特点。
但各种超声检测技术⼜都存在着通⽤的技术问题。
其检测过程也⼤致可分为以下⼏步：1、试件的准备为了提⾼检测结果的可靠性，应对受检件的材料牌号、性能，制造⽅法和⼯艺特点，影响其使⽤性能的缺陷种类及形成原因、缺陷的最⼤可能取向及⼤⼩、受检部位受⼒状态及检收标准进⾏了解。
2、检测条件的确定，包括超声波检测仪、探头、试块等的选择⼊射⽅向的选择应使声束中⼼线与缺陷延伸平⾯，特别是与最⼤受⼒⽅向垂直的缺陷⾯尽可能地接近垂直，并⼒求得到缺陷最⼤信号，此外，为避免被探⼯件形状和结构可能产⽣反射或变型信号对缺陷的判别造成困难，⼊射⽅向还应选择在不会出现这些⼲扰信号的⽅向上。
必要时应从正、反两⾯进⾏检查。
探头的选择也是尤为重要的。
作为超声检测的重要⼯具之⼀，探头的种类很多，结构型式也各不相同。
检测前应根据被检对象的形状、衰减情况和技术要求来选择探头。
实验十五 超声波探伤
实验十五超声波探伤一、实验目的1、了解超声波探伤仪的简单工作原理。
2、掌握超声波波探伤仪的使用方法。
3、熟练探测SG-Ⅱ试块上人工缺陷。
二、工作原理超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。
超声波是由频率大于20000HZ的机械震动在弹性介质中的一种传播过程，因此超声波是机械波。
超声波是由超声波探伤仪产生的电振荡并施加于探头，利用其晶片的压电效应而获得。
当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方向上产生伸缩变形的机械振动。
若晶片与工件有良好的耦合时，机械振动就以超声波的形式传播出去，这就是发射。
反之，当晶片受到超声波作用（遇到异质界面反射回来）而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片两面产生不同极性电荷，形成超生频率的高频电压，这就是接受。
利用压电效应使探头（压电晶片）发射或接受超声波，就使发现缺陷成为可能。
探伤时，超声波通过探测表面的耦合剂传入工件，超声波在传播途中若遇到缺陷时，部分超声波反射回到探头，其余的超声波传播到工件底部也反射回探头，由探头内晶片的压电效应将超声波转变为电讯号，再传至探伤仪，在荧光屏的扫描线上出现始脉冲（表面反射波T）、伤脉冲（缺陷反射波F）和底脉冲（底面反射波B）。
他们在时间扫描线上呈现的距离与工件表面、缺陷及底部之间的距离相对应，因此，便可确定缺陷所在的位置。
同时由伤脉冲的高度亦可反映缺陷的大小。
三、仪器的校准方法和步骤在使用仪器进行检测之前，首先进行校准：依据被测工件的材料、尺寸和相关标准，选择合适的探伤方法和探头，进行材料声速、探测范围和工作频率等仪器参数及探头参数的设置，并校正探头零点等。
1、探头参数设置（1）首先根据有关行业标准或现场要求，确定探伤方法和选择合适的探头。
（2）在计测主菜单中的角度值（探头折射角）。
直探头角度值设置为“0”。
（3）采用单探头工作模式时，应将收发菜单里的双探头置为“off”。
超声波探伤检测方案
1.1钢结构焊接质量无损检测依据《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2020及《钢结构超声波探伤及质量分级法》JG/T203-2007规定，采用超声波法对焊缝内部进行探伤检测，设计质量等级为一级的焊缝探伤比例为100%,设计质量等级为二级的焊缝探伤比例为20%。
1.1.1检测区域的选择⑴超声波检测应在焊缝及探伤表面经外观检查合格后方可进行，应划好检测区域，标出检测区段编号。
⑵检测区域的宽度应是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一般区域，这区域最小10mm，最大20mm。
⑶接头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其它外部杂质。
探伤区域表面应平整光滑，便于探头的自由扫查，其表面粗糙度不应超过6.3um，必要时进行打磨。
a、采用一次反射法或串列式扫查探伤时，探头移动区应大于2.56k，（其中，§为板厚，k为探头值）；b、采用直射法探伤时，探头移动区应大于1.256k。
⑷去除余高的焊接，应将余高打磨到与临邻近母材平齐。
保留余高焊缝，如焊缝表面有咬边，较大的隆起和凹陷等也应进行适当修磨，并做圆滑过渡以免影响检测结果的评定。
1.1.2检测频率检测频率f一般在2-5MHz的范围内选择，推荐选用2〜2.5MHz的频率检测，特殊情况下，可选用低于2MHz或高于2.5MHz的检测频率，但必须保证系统灵敏度的要求。
1.1.3仪器、试块、耦合剂、探头1、仪器：CTS-9002+型超声波探伤仪、PXUT-300C型超声波探伤仪2、试块：CSK-IA试块、RB-2试块、CSKTCj试块3、耦合剂应选用适当的液体或模糊状物作耦合剂。
耦合剂应具备有良好透声性和适宜流动性，不应对材料和人体有损伤作用。
同时应便于检测后清理。
典型耦合剂为水、机油、甘油和浆糊。
在试块上调节仪器和产品检测应采用相同的耦合剂。
4、探头：斜探头：频率为2.5-5MHz，前沿为10-20mm，晶片尺寸为6X6、9X9、13X13(mm)；直探头：频率为2.5-5MHz，直径为14或20mm。
超声波探伤讲义(内部培训资料)
超声波探伤是利用超声波在物质中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。
与射线探伤相比，超声波探伤具有灵敏度高、探测速度快、成本低、操作方便、探测厚度大、对人体和环境无害，特别对裂纹、未熔合等危险性缺陷探伤灵敏度高等优点。
但也存在缺陷评定不直观、定性定量与操作者的水平和经验有关、存档困难等缺点。
在探伤中，常与射线探伤配合使用，提高探伤结果的可靠性。
超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷。
1、超声波：频率大于20KHZ的声波。
它是一种机械波。
探伤中常用的超声波频率为0.5~10MHz，其中2~2.5MHz被推荐为焊缝探伤的公称频率。
机械振动：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
振幅A、周期T、频率f。
波动：振动的传播过程称为波动。
C=λ*f2、波的类型：（1）纵波L：振动方向与传播方向一致。
气、液、固体均可传播纵波。
（2）横波S：振动方向与传播方向垂直的波。
只能在固体介质中传播。
（3）表面波R：沿介质表面传播的波。
只能在固体表面传播。
（4）板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。
只能在固体介质中传播。
3、超声波的传播速度（固体介质中）（1） E：弹性横量，ρ：密度，σ：泊松比，不同介质E、ρ不一样，波速也不一样。
（2）在同一介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同 CL ＞CS＞C R钢：CL =5900m/s， CS=3230m/s，CR=3007m/s4、波的迭加、干涉、衍射⑴波的迭加原理当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。
几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其它波一样，这就是波的迭加原理，又称波的独立性原理。
⑵波的干涉两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫做波的干涉现象。
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3.2压电晶体产生压电效应的机理
逆压电效应与超声波的发射 由压电材料制成的压电晶片的两面施加高 频的交变电场，以致在压电晶片的厚度方向出 现相应的压缩和伸缩变形，这一现象称为逆压 电效应。 1
正压电效应与超声波的接收 沿厚度方向作超声振动的压电晶片的表面 随之产生交变电压的现象称为压电材料的正压 电效应 2
α1m ＝arcsin(CL1 SinγL/ CL2)
= arcsin(2730* Sin90/ 5900)
=27.6o
α2m＝arcsin(CL1 SinγS/ CS2)
= arcsin(2730* Sin90/ 3230) =57.7o
α1m ,α2m物理意义：
① α ＜α1m ，Ⅱ中有纵、横波，不采用 ② α =α1m --α2m ， Ⅱ中仅有横波，斜探头 设计原理。 ③ α ＞α2m ， Ⅱ中无纵、横波，表面探头设 计原理。
钢中横波波长λ (mm)
2.58
1.29
0.65
二、超声波的发射与接收 利用压电材料的压电效应可实现电能与声能之间 的相互转换 压电材料：单晶体：天然SiO2(石英) 硫酸锂(LSH) 多晶体：人工烧结而成的称压电陶瓷 钛酸钡(BaTiO3) 锆钛酸铅(PZT)等
3.1压电效应示意图
_ _
+
+
_
pd
3.5 垂直入射超声波在界面两侧声压的分配
界面声压反射率:
Rp=pr/pe=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)
界面声压透射率：
Dp=pd/pe=2Z2/(Z2+Z1)
由上两式可见：
① 如Z1≈Z2 则
Rp ≈0
Dp ≈1
超声波检测无法检出声阻抗与焊缝金属很接近的金 属夹杂物的原因。 ②如Z2<<Z1 则 Rp ≈-1 Dp ≈0
CL2－－Ⅱ纵波
CS2－－Ⅱ横波
α αL αS γL γ S 反射，折射角
由于CL2 ＞CS2 ＞CL1 所以 γL ＞γS ＞α
当纵波折射角γL＝90o ，Ⅱ只有横波
此时α称第一临界角，记α1m 当横波折射角γS＝90o ， Ⅰ Ⅱ介质界面 上产生表面波的传播
此时α称第二临界角，记α2m
若Ⅰ是有机玻璃 ，Ⅱ是钢，则有
根据回波表示方法不同，以分为A型B型C型3D型显示。
1仪器的工作原理 1)A型显示
触发脉冲 锯齿形扫描 电压 始 波 缺 陷 波 底 波
同步电路
触 发 脉 冲
扫描电路
发射电路
接收放大 电路
电信号
电源
3.9
高频窄脉冲
缺陷 探头 工件
①同步电路 以称触发电路 仪器各部分的时序以它决 定，产生同步触发脉冲 ②扫描电路
⑵分辩力
超声探伤系统能够区分两个相近而不连续的 缺陷能力 一般指远场纵向分辩力
⑶电噪声电平
表示系统的探头在直接对空辐射时，将探伤 仪的灵敏度和扫描范围调至最大，在避免外 界干扰条件下，读取时基线上的电噪声的平 均幅度与垂直满幅度的百分比，即： E＝电噪声幅度/垂直满幅度×100% 反映仪器抗干扰能力，一般应小于8% ⑷盲区 在规定探伤灵敏度下从探伤面至能够测出缺 陷的最小距离。
①斜探头内压 电晶片发出的 超声波在有机 玻璃/钢界面 发生的波形转 换
3.6超声波纵波倾斜入射时的反射与折射（Z1＜Z2）
由几何光学原理：
Sinα/CL＝ SinαL/CL1＝ SinαS/C S1= SinγL/CL2= Sin γ S/CS2
CL，CL1－－介质Ⅰ纵波声速
C S1－－ Ⅰ横波声速
L
α
αs
S1
L1
αL
介质Ⅰ 介质Ⅱ
γL
γs
L2 S2
3.7有耦合剂的反、折射
② 横波入射到钢/空气界面将 会产生反射纵横波
L 有机玻璃 α3m S 钢 L 空气 3.8 α3m示意图
α3m＝33.2o
⑶ 聚焦
五、超声波的衰减
随着声程的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象
1 衰减的原因
⑴散射引起的衰减 超声波遇到尺寸与波长可比的障碍物，并因此而产生球 面波的现象称为超声波的散射。
对奥氏体钢焊缝进行探伤时，宜选用频率较低的探头。
⑵吸收引起的衰减 因介质的粘滞性使部分声能转变为热 能而导致的声能损耗 ⑶声束扩散引起的衰减
随着传播距离的增大，波束截面增大 使单位面积上声能逐渐减小所致。
2 衰减表示方法与衰减系数 ⑴用底波高度或底波反射次数的多少粗略估计。
δ
（a）
（b）
⑵用衰减系数表示
所谓衰减系数是因散射和吸收而导致的平面波声 能损耗程度的常数 在金属材料的超声波探伤中，主要考虑散射引起 的衰减，其规律为：
px=poe-αx
px－－离压电晶片表面为X处的声压。 po－－超声波原始声压 e—自然对数的底 α－金属材料的（散射）衰减系数
x –超声波在材料中传播的距离
研究指出：散射衰减系数α根据晶粒大小（d） 与波长（λ）之比分为三种：
αL
有机玻璃
α
钢 γ
3.12
外壳形状
5P8×12k2.5 k=折射角γ的正切值
晶片面积8×12mm2
发射接收f=5MHz 的超声波
2 横波探头的主要性能 ⑴折射角γ值（k值） 决定了声束入射于工件的方向和声波传播途 径，是缺陷定位计算的重要数据。
公称折射角：45 50 60
K值: 1.0 1.5 2.0 2.电压成正 比的程度。
GB11345－89规定误差不超过1%
⑶动态范围 指示波屏上回波高茺从满幅降至消 失时仪器衰减器的变化范围。 ⑷衰减器精度 指衰减器上dB刻度指示脉冲下降幅 度的正确程度，以及组成衰减各同 量级间可换性能称为
二、探头
压电超声换能器 1探头的种类 ⑴直探头（纵波探头） 直探头由壳体、吸收块、压电晶片、和保护 膜组成。其基本内部结构如下图
匹配电感 吸收块
压电晶片 保护膜 工件
3.10直探头内部结构 及工作原理
①压电晶片
两表面敷有银层作电极，“－”极引出导线接发 射端，“＋”极接地。其厚度与产生的超声波的 频率成反比。
②吸收块（阻尼块）
由环氧树脂、硬化剂、增塑剂、橡胶液和钨 粉等浇铸在“－”极上。作用：
a 吸收杂波 b 吸收压电晶片的自由振荡。 ③保护膜 使压电晶片免于和工件直接接触受磨损。 分软膜和硬膜。
表征系统的近距离分辩能力。
四、试块
按一定用途设计制作的具有简单形状人工反 射体的试件。 探伤标准的一个组成部分。
1。标准试块
由法定机构对材质、形状、尺寸、性能等作 出规定和检定的试块 GB11345－89规定CSK－IB试块是焊缝探伤 用标准试块。
2 超声场的结构
图3.3 直探头发出的超声波束
一般由主声束和副声束构成 主声束：截面大，能量集中，很好的指向性(θ) 副声束：截面小，能量弱，方向易变
⑴主声束轴线上的声压分布 以压电晶片在液体介质中以脉冲波形式发射的 纵波超声场为例：
a
b 3.4圆盘源超声场 a 声束未扩散区与扩散区b 轴线上 声压分布
第三章
一、概念
焊缝的超声波探伤
种用超声波在物体中的传播、反射和衰减等 物理特性来发现缺陷的一种探伤方法 二、特点
优点：成本低，操作方便，检测厚度大，对 人和环境无害，对裂纹、未熔合等面状缺陷 有较高的检测灵敏度 缺点：判伤不直观、探伤结果不便于永久保 存，随意性大
三、分类
1 按工作原理分
脉冲反射法 穿透法 共振法
70
⑵前沿长度（接近长度） 声束入射点至探头前端面的距离
L
接近长度
入射点
3.13
⑶声轴偏斜角 探头主声束轴线与晶片中心法线之间的夹角。
晶片中心法线
主声束轴线
3.14
水平方向不大于20，垂直方向不应有明显的 双峰。
三、仪器与探头组合的系统性能
⑴灵敏度余量：组合灵敏度 系统中，在规定条件下的标准缺陷检测灵敏 度与仪器最大检测灵敏度的差值，以dB表示
一、超声波的基本概念
超声波是频率大于20000Hz的机械振动在 弹性介质中的一种传播过程。 1-5MHz是金属材料探伤常用频率 2-2.5MHz是焊缝探伤常用频率 1 超声波的波型 纵波（L）可在固、液、气介质中传播 横波（S） 只能在固体介质中传播
2
超声波的声速(c)波长(λ)频率(f)以及关系 传播介质一定 波型一定 c为常数
钢中的分层或焊缝中的裂纹被检出的几率会很高。
另一方面，从减小超声波耦合损失的角度 考虑，界面的Dp 越大越好。
超声波探伤 中能探测到 的最小缺陷 尺寸为
df=λ/2
df
3.6超声波的绕射现象
2 倾斜入射异质界面时的反射、折射、 波型转换和聚焦
L α αs αL S1 L1
介质Ⅰ 介质Ⅱ γL γs L2 S2
⑶
指向特性 θ越小则越好
由指向角(半扩散角θ)表征 圆形直探头纵波而言:
θ ＝arcsin1.22λ/D
θ ：半扩散角， λ：波长 D：直径
∴D↑f↑(λ ↓) 则θ ↓
⑷超声波不能在真空中传播
四、超声波在界面上的反射与透射、 折射和波型转换
1 垂直入射异质界面时的透射、反射和波型转换
pr pe Z1 Z2
以称时基电路，产生锯齿波电压。
由于仪器水平扫描线的长短与扫描电压有关， 而扫描电压与时间成正比，所以反射波的位 臵能反映声波传播的时间，即反映声波的传 播距离，由此可以对缺陷定位，又由于反射 波幅度的高低与接收的电信号大小有关，电 信号的大小取决于接收的反射声能多少，而 反射声能又与缺陷反射面的形状和尺寸有一 定关系，所以反射波辐高低将间接反映出缺 陷的大小，由此可以对缺陷定量和评价。