超声检测方法分类与特点

荷兰焊接协会的对比试验
POD 缺陷检出率 FCR 误报率 R可靠性
TOFD局限性
（1）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；
（2）TOFD信号较弱，易受噪声影响； （3）倾向于“过分夸大”中壁缺陷和部分良性
缺陷，比如气孔、夹层等；
超声检测方法按原理分类，可分为脉冲反射法、衍射时差法、 穿透法和共振法。 脉冲反射法 超声波探头发射脉冲波到被检工件内，通过观察来自内部缺 陷或工件底面反射波的情况来对试件进行检测的方法，称为 脉冲反射法。 脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
⑴缺陷回波法：根据仪器示波屏上显示的缺 陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。
（4）TOFD数据分析对检测人员要求高。
5.1.3 穿透法
穿透法是采用一发一收双探头分别放置在试 件相对的两端面，依据脉冲波或连续波穿透 试件之后的能量变化来检测试件缺陷的方法
图5-5
穿透法常采用两个探头，一个作发射用，一 个作接收用，分别放置在试件的两侧进行探 测，图5－5a)为无缺陷时的波形，图5－5b) 为有缺陷时的波形。
上端点 下端点
发射探头
扫查面开口缺陷的检测原理
直通波中断
接收探头
无直通波
底面反射波 底面反射波
缺陷下尖端
发射探头
底面开口缺陷的检测原理
直通波
接收探头
直通波
底面反射波中断
缺陷上尖端
无底面反 射波
发射探头
层间缺陷的检测原理
直通波
接收探头
反射信号
直通波 反射波
底面发射波 底面发射波
TOFD检测图像——灰度图
幅度 +
白
时间
-
黑
将每一个A扫描信号转化为灰度线， 沿探头的运动方向拼接成二维灰度图
时间
TOFD扫查方式
焊缝
焊缝
焊缝
发射探头
接收探头 探头架
移动方向 Y－
X Y+
非平行扫查
发射探头 移动方向
接收探头 探头架 X
Y－
Y+
平行扫查
发射探头
接收探头 探头架
移动方向
X
Y－
Y+
偏置非平行扫查
1、表面开口裂纹
概述
超声检测方法分类的方式有多种，较常用的有如下几种： 1、按原理分类：脉冲反射法、衍射时差法（TOFD）、穿透法、 共振法。 2．按显示方式分类：A型显示和超声成像显示（可细分为B、C、 D、S、P型显示等）。 3．按波型分类：纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波 法等。 4、按探头数目分类：单探头法、双探头法、多探头法。 5、按探头与试件的接触方式分类：接触法、液浸法、电磁耦 合法。 6、按人工干预的程度分类：手工检测、自动检测。 每一个具体的超声检测方法都是上述不同分类方式的一种组 合，如最常用的：单探头横波脉冲反射接触法（A型显示）。 每一种检测方法都有其特点和局限性，针对每一检测对象所采 用的不同的检测方法，是根据检测目的及被检工件的形状、尺 寸、材质等特征来进行选择的。
管材检测
薄板检测
钢板、锻件、铸件 等材料内部检测
缺陷回波法 底波高度法
多次底波法
检测焊缝、管材、筒体锻件、板材等
检测表面及近表面缺陷 表面下横波
检测薄板、薄壁管、复合材料
检测粗糙表面下缺陷
表面下纵波
检测与探测面垂直的缺陷 多探头及双探头法
并列式 交叉式 V 形式 K 型式 串列式
图 5-1
5.1 按原理分类的超声检测方法
TOFD technique
9、根部凹陷
Root Concavity defect
TOFD technique
10、根部过厚
Over penetration defect
TOFD优点
与脉冲反射法超声检测和射线检测相比， TOFD的主要优点在于： （1）能探测不利取向的缺陷，缺陷检出率高； （2）超声波束覆盖区域大； （3）缺陷高度测量精确； （4）实时成像，快速分析； （5）非基于波幅，波幅影响小； （6）快速、安全、方便。
超声波探伤方法图例
脉 冲 波 法
超 声 波 探 伤 方 法
连 续 波 法
单 探 头
反液 射浸
纵波法 斜入射
法
法法
纵波法
直
垂直入射
接
接Leabharlann 触斜角探伤法法
双穿
探 头
透
检测分层性缺陷 及衰减较大的材料
法法
共
振
测厚及测腐蚀性
法
纵波斜射法 横波法 板波法
纵波垂直法
横波法 表面波法 板波法 爬波法 串列式法
不锈钢焊缝与螺检检测
图5-3
底波高度法的特点在于同样投影大小的缺陷 可以得到同样的指示，而且不出现盲区，但 是要求被探试件的探测面与底面平行，耦合 条件一致。由于该方法检出缺陷定位、定量 不便，灵敏度较低，因此，实际中很少作为 一种独立的探伤方法，而经常作为一种辅助 手段，配合缺陷回波法发现某些倾斜的和小 而密集的缺陷。
宽角度纵波斜探头（通常）
2、TOFD检测设备举例
3、TOFD检测显示示例
A扫描显示 TOFD图像
4、物理基础－衍射
入射波
缺陷上的每一点形成 新的子波源称为衍射
衍射（续）
入射波
衍射波
反射波
缺陷 衍射波
特点：
1、全方位 2、低能量
埋藏缺陷的检测原理
发射探头
直通波
接收探头
直通波
底面反射波 底面反射波
⑶多次底波法：依据底面回波次数，而判断 试件有无缺陷的方法，即为多次底波法。
图5-4
多次底波法主要用于厚度不大、形状简单、 探测面与底面平行的试件探伤，缺陷检出的 灵敏度低于缺陷回波法。
5.1.2 衍射时差法
定义： 衍射时差法超声检测
Time Of Flight Diffraction
TOFD 方法利用缺陷端点的衍射波信号探测和测量 缺陷的尺寸 TOFD基本结构：一发一收双探头
1 2
1
2
2、X形坡口根部未焊透
1 2
3 4
1
2
3
4
3、V形坡口根部未焊透
1
2 3
1
2 3
根部未焊透
4、密集气孔
1
2
1
2
3
5、横向裂纹
1 1
22
1
3
2
3
4
3
6、根部未焊满
1
2 3
1 2
3
7、层间未熔合
1 2
3
8、根部未熔合
TOFD technique
Lack of root fusion defect
图5-2
图5－2是缺陷回波探伤法的基本原理，当试 件完好时，超声波可顺利传播到达底面，探 伤图形中只有表示发射脉冲T及底面回波B两 个信号，如图5—2a)所示。若试件中存在缺 陷，在探伤图形中，底面回波前有表示缺陷 的回波F如图5一2b)所示。
⑵底波高度法：依据底面回波的高度变化判 断试件缺陷情况的探伤方法，称为底波高度 法。