脉冲反射法超声波探伤通用技术

第6章脉冲反射法超声检测通用技术

（共6大部分）

6.1 检测面的选择和准备

检测面的选择应考虑以下几个方面：

1 检测面应是平面或规则面的工件表面；

2 检测面的粗糙度应≤6.3µm，表面应清除杂物，松动氧化皮，毛刺，油污等。

3 被检测缺陷的位置、取向；

4 入射声束应尽可能垂直于缺陷反射面；

5 被检工件的材质、坡口形式、焊接工艺等；

6 根据探头的晶片尺寸、K值等确定检测面宽度；

7 工件侧面反射波的影响；

8 变型波的影响等。

6.2 仪器与探头的选择

一、探伤仪选择

1.仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求（比如一些规程

要求可记录的探伤仪）。

2.其次可考虑检测目的，如对定位要求高时，应选择水平线性误差

小的仪器，

选择数字式探伤仪更好。对定量要求高时，应选择垂直线性误差小，衰减器精度高的仪器，对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率

大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区分辨好的仪器。

主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求和便携、稳定等方面。

JB/T4730.3-2005对探伤仪的规定：（看标准3.2.2.1） 二、探头选择

1. 型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定： 如：焊缝——斜探头

钢板、铸件——直探头

钢管、水浸板材——聚焦探头（线、点聚集） 近表面缺陷——双晶直探头 表面缺陷——表面波探头

2. 探头频率选择

超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷的能力，从统计规律发现当缺陷大小为

2

时，可稳定地发现缺陷波，对钢工件用2.5~5MH Z ，

λ为：纵波2.36~1.18，横波1.29~0.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值为：0.6~1.2mm 之间，横波可稳定检测缺陷最小值为：0.3~0.6之间。

这对压力容器检测要求已能满足。

故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等常采用2.5~5MH Z 。 对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等因会出现许多林状反射，（由材料中声阻抗有差异的微小界面作为反射面产生的反射），也和材料噪声干扰缺陷检测，故采用较低的0.5~2.5MH

Z的频率比较合适，主要是提高信噪比，减少晶粒反射。

此外应考虑检测目的和检测效果，如从发现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸时，则声束指向性变坏，不利于检测远场缺陷，所以应综合考虑。

3. 晶片尺寸选择：

原则：①晶片尺寸要满足标准要求，如满足JB/T4730-2005要求，即晶片面积≤500mm2，任一边长≤25mm。

②其次考虑检测目的，有利于发现缺陷，如工件较薄，则晶片尺寸可小些，此时N小。铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N大、θ0小。发现远距离缺陷能力强。

③考虑检测面的结构情况

如对小型工件，曲率大的工件复杂形状工件为便于耦合要用小晶片，对平面工件，晶片可大一些。

4. 斜探头K值选择：

原则：①保证声束扫到整个检测断面，对不同工件形状要具体分析选择。

②尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用K大

些的探头。薄工件K大些，厚工件K可小些。

③根据检测对象选K：

如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在K=0.84-1时检测灵敏度最高

5.探头带宽的选择

JB/T4730.3-2005对探头的规定：（看标准3.2.2.2）

6.3 耦合剂的选用

6.3.1耦合就是实现声能从探头向工件的传递，它可用探测面上声强透

过率来表示耦合的好坏，声强透过率高，表示声耦合好。

耦合剂——在工件与探头之间表面，涂敷液体、排除空气，实现声能传递该液体即耦合剂。

实际耦合剂声阻抗在1.5~2.5×106公斤/米2，而钢声阻抗为45×106公斤/米2。所以靠耦合剂是很难补偿曲面和粗糙表面对探测灵敏度的影响。

水银耦合效果最好，声阻抗为：19.8×106kg/m2与钢接近，但有毒、很贵，故不推荐。

对耦合剂的要求：

①对工件表面和探头表面有足够浸润性，并既有流动性，又有附着

力强，且易清洗。

②声阻抗大，应尽量和被检工件接近。

③对人体无害，对工件无腐蚀作用。

④来源广，价格低廉。

⑤性能稳定。

6.3.2影响声耦合的主要因素

1. 耦合层厚度d ：

在均匀介质中：（看教材36页式2-37和2-38）

根据均匀介质中异质薄层对声波的反射特性，其声压反射率r 为：

22

2212222

22

122241124111λπλπd Sin Z Z Z Z d Sin Z Z Z Z r ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

2

222

12224111

1λπd Sin Z Z Z Z t ⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-+=

当

d=n ·

2

λ

即半波长整数倍时声压透射率为1，几乎无反射，声能全部透射。好象不存在异质薄层一样。

当d=（2n+1）4

λ

即四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，反射率最高。 这样的结论对于工件里面的缝隙缺陷检出率具有实际意义。

在非均匀介质中，根据教材37页2.39式，当d=n 2λ

时，声强透射

率达到2313

1)(4Z Z Z Z +，好像不存在薄层一样。当d=（2n+1）4λ,且

Z 2=

31Z Z 时，声强透射率达到最大值1。这对探头保护膜厚度的

设计具有重要的指导意义。