超声检测方法分类与特点

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探头移动范围较小、检测范围较深的一些部件; 粗晶材料 ; TOFD
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5.3.2 横波法
将纵波倾斜入射至试件探测面,利用波型转换得到横波进行 检测的方法,称为横波法。由于入射声束与探测面成一定夹 角,所以又称斜射法。
产生的两种方式
横波法主要用于焊接接头和管材的检测,是目前特种设备行 业中应用最多的一种方法。检测其它试件时,则作为一种有 效的辅助手段,用以发现与检测面有一定倾角的缺陷。
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1.B、C、D扫描成像
B、C、D扫描成像设备较简单、操作容易,已成为最普及的三种超声成
像方法。其中的B扫描广泛用于医疗诊断,俗称B超。现在用于无损检测
也取得了良好的效果。
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2. P扫描成像
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3. ALOK超声成像
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4 相控阵和S扫描成像 相控阵技术(2009年3级复试).ppt
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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
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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
当缺陷与波Байду номын сангаас轴线倾斜时,则根据倾斜角度的大小, 能够收到部分回波或者因反射波束全部反射在探头 之外而无法检出。
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5.4.2 双探头法
使用两个探头(一个发射,一个接收)进行检测的方法称为 双探头法。主要用于发现单探头法难以检出的缺陷。
双探头法又可根据两个探头排列方式和工作方式进一步分为 并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。
此时,示波管的电子束是振幅调制的。换言之,A型显示的内容是探头 驻留在工件上某一点时,沿声束传播方向的回波振幅分布。
结合脉冲放射法的A型显示超声检测是目前用的最多的一种方法,目前 特种设备行业常用的JB/T 4730.3-2005标准规定的就是A型脉冲反射法 超声检测,采用该方法时,检测结果受检测人员的素质、经验等人为因 素影响较大。
直通波
底面发射波 底面发射波
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反射波
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TOFD检测图像——灰度图
幅度 +

时间
-

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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
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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
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5.6 手工检测和自动检测
按人工干预的程度分类,超声检测可分为手工检测和自动检测。 5.6.1 手工检测
手工检测一般指由操作者手持探头进行的A型脉冲反射式超 声检测。 手工检测方便易操作,大量应用,JB/T 4730.3-2005主要的 适用范围即为手工检测。 检测结果受操作者的人为因素影响是较大的 检测过程中的超声信号无法连续记录 检测结果的可靠性、复现性难以保证。
共振法测厚的原理见4.1.6,目前已很少使用 共振法测厚。
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5.2 A型显示和超声成像
按超声信号的显示方式,可将超声检测方法分为A 型显示和超声成像方法,其中超声成像显示按成像 方式的不同又可再分为B、C、D、S、P型显示等。
5.1.1 A型显示
如4.1.1中所述,A型显示是一种波形显示,是将超声信号的幅度与传播 时间的关系以直角坐标的形式显示出来,横坐标代表声波的传播时间, 纵坐标代表信号幅度。A型显示是最基本的一种信号显示方式。
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5.1.2 超声成像方法
超声成像就是用超声波获得物体可见图像的方法。由于声波 可以穿透很多不透光的物体,故利用声波可以获得这些物体 内部结构声学特性的信息,超声成像技术将这些信息变成人 眼可见的图像,即可以获得不透光物体内部声学特性分布的 图像。物体的超声图像可提供直观和大量的信息,直接显示 物体内部情况,且可靠性、复现性高,可以对缺陷进行定量 动态监控。一般而言,超声成像方法是基于A型显示形成的 工件不同截面的图像显示,大都具有自动数据采集、自动数 据处理和自动作出评价的功能。 超声成像的研究历史 超声成像方法发展到现代,主要采用扫描接收信号、再进行 图像重构的方式,因此又称为超声扫描成像技术,起初主要 为B、C扫描成像,随后为检测焊缝而开发出D、P扫描(投 影扫描成像);因为相控阵技术的出现,又出现S扫描(扇 形扫描成像)等。而对应的,A型显示又可称为A扫描显示。
4.影响表面波传播的其他因素

表面光洁度和材料组织
圆柱曲面
5.表面波检测的应用
(1)强度法检测表面裂纹
扫描速度调整
灵敏度调整和定量
直角棱边反射波
(2)时延法测量表面裂纹的纵向尺寸
特点:利用裂纹开口处的反射信号和裂纹尖端处的反射信号在传播时间 上的差值作为测定裂纹纵向尺寸的信息,而不是裂纹反射信号的强度。
第5章 超声检测方法分类与特点
5.1.2 衍射时差法
定义:Time Of Flight Diffraction
衍射时差法超声检测
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
宽角度纵波斜探头(通常)
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2、TOFD检测设备举例
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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
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1、表面开口裂纹
1 2
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1
2
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2、X形坡口根部未焊透
1 2
3 4
1
2 13
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3、V形坡口根部未焊透
1
2 3
1
2 3
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根部未焊透
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4、密集气孔
1
2
1
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上端点 下端点
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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
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底面反射波 底面反射波
缺陷下尖端
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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
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底面反射波中断
缺陷上尖端
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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
板波充塞于整个试件,可以发现内部的和表面的缺陷。但是检出灵敏度
除取决于仪器工作条件外,还取决于波的形式。
根据质点振动情况分类
根据边界条件分类 根据板的变形分类 2.板波的产生
sinl
A Cl B Cp
选择不同的板波型式 ——探头入射角
入射角可根据被探测工件的板厚乘所用频率
和选用的波型,由特定的曲线图上查出
9、根部凹陷
Root Concavity defect
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TOFD technique
10、根部过厚
Over penetration defect
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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。
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5.3.3 表面波检测
使用表面波进行检测的方法,称为表面波法。
1.表面波的性质
传播
运动状态
速度
能量分布
2、表面波的产生
(1)Y切石英法
(2)纵波折射法
3.人工反射体的反射特点
(1)柱孔
(2)横孔
(3)沟槽
(2042)0/5棱/5 边的反射
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表面、近表面缺陷
5.3.3 表面波检测
双探头法
单探头法
只适用于测量表面开口缺陷
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5.3.4 板波检测
使用板波进行检测的方法,称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状 简单的试件检测。板波充塞于整个试件,可以发现内部的和表面的缺陷。 但是检出灵敏度除取决于仪器工作条件外,还取决于波的形式。
1.板波的种类
使用板波进行检测的方法,称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状 简单的试件检测。
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5.4.3 多探头法
使用两个以上的探头组合在一起进行检测的方法,称为多探 头法。 多探头法的应用,主要是通过增加声束来提高检测速度或发 现各种取向的缺陷。 通常与多通道仪器和自动扫查装置配合
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5.5 按探头接触方式分类的检测方法
接触法、液浸法和电磁耦合法。
5.5.1 接触法和液浸法 探头与试件探测面之间,涂有很薄的耦合剂层,因此可以看作为 两者直接接触,这种检测方法称为直接接触法,或简称接触法。 将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行检测的方法,称为 液浸法。耦合剂可以是水,也可以是油。当以水为耦合剂时,称 为水浸法。 液浸法检测,探头不直接接触试件,所以此方法适用于表面粗糙 的试件,探头也不易磨损,耦合稳定,探测结果重复性好,便于 实现自动化检测。
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5.3.5.爬波法 产生:第一临界角附近入射
概念
优点
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5.4 按探头数目分类的检测方法
5.4.1 单探头法 使用一个探头兼作发射和接收超声波的检测方法称 为单探头法。
对于与波束轴线垂直的片状缺陷和立体型缺陷的检 出效果最好。
与波束轴线平行的片状缺陷难以检出。
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5.5.1 接触法和液浸法
接触法和液浸法特点比较: (1)接触法优点: (2)接触法缺点: (3)液浸法优点: (4)液浸法缺点: 在实际检测时,应根据应用的对象、目的和 场合,结合两种方法的优缺点综合选择。
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5.5.2 电磁耦合法
采用电磁超声探头激发和接收超声波的检测 方法,通常称为电磁超声检测(EMAT)。探头 与工件之间无耦合剂,也不相互接触。电磁超 声探头结构及工作原理见4.2.3。 1、电磁超声产生的机理 2、电磁超声激发和接收 3、电磁超声的特点和现状
2
3
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5、横向裂纹
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1
3
2
3
4
3
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6、根部未焊满
1
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1 2
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7、层间未熔合
1 2
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TOFD technique
8、根部未熔合
Lack of root fusion defect
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TOFD technique
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3、TOFD检测显示示例
A扫描显示 TOFD图像
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4、物理基础-衍射
入射波
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缺陷上的每一点形成 新的子波源称为衍射
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入射波
衍射(续)
衍射波
反射波
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缺陷
衍射波
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特点:
1、全方位 2、低能量
发射探头
埋藏缺陷的检测原理
直通波
接收探头
直通波
底面反射波 底面反射波
缺陷,比如气孔、夹层等;
(4)TOFD数据分析对检测人员要求高。
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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。
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5.1.4 共振法
依据试件的共振特性来判断缺陷情况和工件 厚度变化情况的方法称为共振法。常用于试 件测厚。
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5.3 按波型分类的超声检测方法
纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等 5.3.1 纵波法
使用纵波进行检测的方法,称为纵波法。 1.纵波直探头法
单晶直探头脉冲反射法、双晶直探头脉冲反射法和穿透法 垂直法主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的检测
2. 纵波斜探头法 将纵波倾斜入射至试件探测面,利用折射纵波进行检测的方法
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5.6.2 自动检测
自动检测指使用自动化超声检测设备,在最少的人工干预下进行并完成 检测的全部过程。一般指采用自动扫查装置,或在检测过程中可自动记 录声束位置信息、自动采集和记录数据的检测方式。在自动检测中,检 测结果受人为因素影响较小。 若满足如下任何一个条件,可称为自动检测: 1)采用自动扫查装置。探头固定于机械扫查装置上,扫查装置或工件按照 设定的方式运动,从而完成超声检测全过程。 2)自动记录声束位置信息、自动采集和记录数据。为跟踪和记录探头位置, 自动超声设备必须配备位置传感器,一般采用编码器或声定位技术,但 相控阵方法是个例外,因为相控阵可以采用电子扫描以替代机械扫描。 在扫查过程中,自动超声设备应能够自动采集超声信号以及相对应的位 置信息,并以不可更改的方式记录下来。一般也使用扫查装置,按照驱 动扫查装置的动力而言,可分为马达驱动和人驱动。若采用马达驱动, 称为全自动;若采用人驱动,则称为半自动。全自动和半自动均简称为 自动检测。 超声成像技术涉及二维或三维成像,成像算法中需要超声信号以及相对 应的位置信息,因此都属于自动超声检测。
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5.3.4 板波检测
3.兰姆波的传播特点 (1)衰减的非单调变化 (2)反射时兰姆波波型的变化 (3)板波回波信号的宽度
4.板波检测的一般程序 a、尽可能选用宽的发射脉冲 b、制作一个与被测板材料相同的对比试块 c、选择合适的波型 根据波型、频率乘板厚的数值,从 相应的图中查得入射角 d、根据入射角选择合适的探头,在试块上调整扫描速度 e、根据人工缺陷的反射,选择合适的探测灵敏度 f、检测时注意点
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