【正文】 使用兩個(gè)探頭（一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收）進(jìn)行檢測(cè)的方法稱為雙探頭法。單探頭法操作方便，大多數(shù)缺陷可以檢出， 是目前最常用的一種方法。這時(shí)第二介質(zhì)中除了表面下縱波外，還存在折射橫波。 使用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為板波法。 表面波波長(zhǎng)比橫波波長(zhǎng)還短，因此衰減也大于橫波。 此方法主要用于 焊縫、管材 的檢測(cè)。但是，縱波傳播速度快，幾乎是橫波的兩倍，最先到達(dá)接收探頭，容易識(shí)別缺陷，以縱波波速計(jì)算缺陷深度，不會(huì)與橫波信號(hào)混淆。 在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，縱波速度大于其它波型的速度，穿透能力強(qiáng)，晶界反射或散射的敏感性較差，所以可探測(cè)工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的檢測(cè)。 圖 垂直法 圖 橫波法 垂直法分為單晶探頭反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。 圖 TOFD 法 按波形分類 根據(jù)檢測(cè)采用的波形，可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。 3 法 TOFD 是 Time of Flight Diffraction 的第一個(gè)英文字母的縮寫(xiě)，中文簡(jiǎn)稱衍射時(shí)差法 。 當(dāng)試件內(nèi)存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時(shí)，將改變?cè)嚰墓舱耦l率。 穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之 后的能量變化來(lái)判斷缺陷時(shí)情況的一種方法，如 圖 所示 。 （ 3）多次底波法：當(dāng)透入試件的超聲波能量較大，而試件厚度較小時(shí)，超聲波可在探測(cè)面與底面之間往復(fù)傳播多次，示波屏上出現(xiàn)多次底波 B B B3??。如果試件內(nèi)存在缺陷，底面回波高度會(huì)下降甚至消失 ，如圖 所示。該方法是反射法的基本方法。 超聲波 檢測(cè) 方法概述 按原理分類 超聲波檢測(cè)方法按原理分類，可分為脈沖反射法、穿透法、共振法和 TOFD 法。6 超聲檢測(cè)方法和通用檢測(cè)技術(shù)????????????????????? 01 超聲檢測(cè)方法概述??? ??????????????????????? 01 儀器與探頭的選擇?????????????????????????? 06 耦合與補(bǔ)償????????????????????????????? 08 儀器的調(diào)節(jié)????????????????????????????? 11 缺陷位置的測(cè)定??????????????????????????? 16 缺陷大小的測(cè)定??????????????????? ???????? 21 缺陷自身高度的測(cè) 定????????????????????????? 27 影響缺陷定位、定量的主要因素???????????????????? 31 缺陷性質(zhì)分析???????????????????????????? 36 非缺陷回波的判別?????????????????????????? 43 側(cè)壁干涉?????????????????????????????? 48 各向異向材料的超聲檢測(cè)技術(shù)????????????????????? 50 表面波檢測(cè)????????????????????????????? 55 板波檢測(cè)?????????????????????????????? 62 復(fù)習(xí)思考題 ?????????????????????????????? 66 1 第 六 章 超聲波 檢測(cè) 方法和通用 檢測(cè) 技 術(shù) 脈沖反射法 超聲波檢測(cè)方法雖然很多，各種方法的操作也不盡相同，但它們?cè)谔綔y(cè)條件、耦合與補(bǔ)償、儀器的調(diào)節(jié)、缺陷的定位、定量、定性等方面卻存在一些通用的技術(shù)問(wèn)題。 超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來(lái)檢測(cè)試件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。 圖 是缺陷回波檢測(cè)法的基本原理，當(dāng)試件完好時(shí)，超聲波可順利傳播到達(dá)底面，檢測(cè)圖形中只有表示發(fā)射脈沖 T 及底面回波 B 兩個(gè)信號(hào)，如圖 （ a）所示。 這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷情況的檢測(cè)方法，稱為底波高度法。如果試件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底面回波次數(shù)減少，同時(shí)也打亂了各次底面回波高度依次衰減的規(guī)律，并顯示出缺陷回波，如圖 所示。 穿透法常采用兩個(gè)探頭，一個(gè)作發(fā)射用，一 個(gè)作接收用，分別放置在試件的兩側(cè)進(jìn)行探測(cè)， 圖 (a)為無(wú)缺陷時(shí)的波形，圖 (b)為有缺 陷時(shí)的波形。依據(jù)試件的共振特性，來(lái)判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。是上世紀(jì)七十年代由英國(guó)哈威爾無(wú)損 檢測(cè)中心根據(jù)超聲波衍射現(xiàn)象首先提出來(lái)的，檢測(cè)時(shí)使用一對(duì)或多對(duì)寬聲束縱波斜探頭，每對(duì)探頭相對(duì)焊縫對(duì)稱布置（一發(fā)一收），如圖 所示。 使用縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為縱波法。常用的是單晶探 頭反射法。 由于垂直法檢測(cè)時(shí)，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。 小角度縱波斜探頭常用來(lái)檢測(cè)探頭移動(dòng)范圍較小、檢測(cè)范圍較深的一些部件，如從螺栓端部檢測(cè)螺栓，多層包扎設(shè)備的環(huán)焊縫等。其它試件檢測(cè)時(shí) ，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)垂直檢測(cè)法不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。同時(shí)。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的試件檢測(cè)，板波充塞于整個(gè)試件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。這種表面下縱波不是純粹的縱波，還存在有垂直方向的位移分量。 單探頭法檢測(cè)，對(duì)于與波束軸線垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢出的缺陷。分割式探頭的原理，就是將兩個(gè)并列的探頭組合在一起，具有較高的分辨能力和信噪比，適用于薄試件、近表面缺陷的檢測(cè)。此種檢測(cè)方法主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)與探測(cè)面平行的片狀缺陷。 （ 5）串列式：兩探頭一前一后，以相同方向放置在同一表面上，一個(gè)探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射的回波，經(jīng)底面反射進(jìn)入另一個(gè)探頭，如圖 （ e）所示。 使用兩個(gè)以上的探頭成對(duì)地組合在一起進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為多探頭法。 6 探頭與試件探測(cè)面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看作為兩者直接接觸，這種檢測(cè)方法稱為直接接觸法。耦合劑可以是水，也可以是油。 圖 液浸法 （ 1）全浸沒(méi)式：被檢試件全部浸沒(méi)于液體之中，適用于體積不大，形狀復(fù)雜的試件檢測(cè)，如圖 （ a）所示。 ②通水式：借助于一個(gè)專用的有進(jìn)水、出水口的液罩，以使罩內(nèi)經(jīng)常保持一定容量的液體，這種方法稱為通水式，如圖 (c)。正確選擇儀器和探頭對(duì)于有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，并對(duì)缺陷定位、定量和定性是至關(guān)重要的。一般根據(jù)以下情況來(lái)選擇儀器： （ 1）對(duì)于定位要求高的情況，應(yīng)選擇水平線性誤差小的儀器。 （ 5）對(duì)于室外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，應(yīng)選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干擾能力強(qiáng)的攜帶式儀器。檢測(cè)前應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的形狀、衰減和技術(shù)要求來(lái)選擇探頭。 縱波直探頭只能發(fā)射和接收縱波，波束軸線垂直于探測(cè)面，主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷，如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。 常見(jiàn)的縱波斜探頭有 TOFD 探頭和縱波小角度斜探頭，縱波斜探頭在工件中既有縱波也有橫波，但由于縱波和橫波的速度不同加以識(shí)別。聚焦探頭用于水浸探測(cè)管材或板材。 （ 2）頻率高，脈沖寬度小，分辨力高，有利于區(qū)分相鄰缺陷。 8 由以上分析可知，頻率的高低對(duì)檢測(cè)有較大的影響。一般在保證檢測(cè)靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。 探頭圓晶片尺寸一般為 φ 10～ φ 30 mm，晶片大小對(duì)檢測(cè)也有一定的影響，選擇晶片尺寸時(shí)要考慮以下因素。 以上分析說(shuō)明晶片大小對(duì)聲束指向性，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度、近距離掃查范圍和遠(yuǎn)距離缺陷檢出能力有較大影響。檢測(cè)表面不太平整，曲率較大的工件時(shí)，為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。由 K=tgβ s 可知， K值大， β s 大，一次波的聲程大。對(duì)于單面焊根部未焊透，還要考慮端角反射問(wèn)題，應(yīng)使 K=～ ，因?yàn)?K＜ 或 K＞ ，端角反射率很低，容易引起漏檢。耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣， 使超聲波能有效地傳入工件，達(dá)到檢測(cè)的目的。 (3)來(lái)源廣，價(jià)格便宜。它們的聲阻抗 Z如下： 耦合劑 機(jī)油 水 水玻璃 甘油 Z179。水的來(lái)源廣，價(jià)格低，常用于水浸檢測(cè)，但使工件生銹。 如圖 所示，耦合層厚度對(duì)耦合有較大的影響。對(duì)于同一耦合劑，表面粗糙度高，耦合效果差，反射回波低。 由圖 還可以看出，耦合劑的聲阻抗對(duì)耦合效果也有較大的影響。特別是凹曲面，探頭中心不接觸，因此耦合效果更差。 為了恰當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償耦合損耗，應(yīng)首先測(cè)定工件與試塊表面耦合損耗的分貝差。一、二次波對(duì)應(yīng)的水平距離為一倍跨距，常用 1S 表示。 以上是一次波檢測(cè)時(shí)耦合損耗差的測(cè)定法。圖中 R R2分別為工件上一倍跨距離（ 1S）和兩倍跨距（ 2S）測(cè)試點(diǎn)的底面反射波高， R 為試塊上一倍跨距（ 1S）測(cè)試點(diǎn)底面反射波高，在 R R2兩波峰之間連一直線，則用 [衰減器 ]測(cè)得的 R、 R2連線 高度差Δ dB 即為二者的表面耦合差補(bǔ)償量。具體補(bǔ)償方法如下： 圖 穿透法測(cè)耦合差（工件厚小于試塊） 圖 穿透法測(cè)耦合差（工件厚大于試塊） 先 用“衰減器”衰減Δ dB，將探頭置于試塊上調(diào)好檢測(cè)靈敏度，然后再用“衰減器”增益Δ dB 即減少Δ dB 衰減量），這時(shí)耦合損耗恰好得到補(bǔ)償，試塊和工件上相同反射體回波高度相同。 檢測(cè)前應(yīng)根據(jù)探測(cè)范圍來(lái)調(diào)節(jié)掃描速度，以便在規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺陷并對(duì)缺陷定位。 縱波檢測(cè)一般按縱波聲程來(lái)調(diào)節(jié)掃描速度。 圖 縱波、表面波掃描速度的調(diào)節(jié) 圖 橫波檢測(cè)缺陷位置的確定 表面波檢測(cè)一般也是按聲程調(diào)節(jié)掃描速度，具體調(diào)節(jié)方法基本上與縱波相同。 如圖 所示，橫波檢測(cè)時(shí)，缺陷位置可由折射角 β 和聲程 x 來(lái)確定，也可由缺陷的水平距離 l 和深度 d 來(lái)確定。 按聲程調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在 IIW、 CSKI A、 IIW半圓試塊以及其它試塊或工件上進(jìn)行。 13 下面以橫波 1∶ 1 例為說(shuō)明之。 以上調(diào)節(jié)方法比較麻煩，針對(duì)這一情況，我國(guó)的 CSKIA 試塊在 R100 圓弧處增加了一個(gè)R50 的同心圓弧面，這樣就可以將橫波探頭直接對(duì)準(zhǔn) R50 和 R100 圓弧面，使回波 B（ R50）對(duì) 50， B2，（ R100）對(duì) 100，于是橫波掃描速度 1∶ 1 和“ 0”點(diǎn)同時(shí)調(diào)好校準(zhǔn)。 下面說(shuō)明橫波 1∶ 1 掃描速度的調(diào)整方法。這時(shí)示波屏水平刻度值直接顯示反射體的水平投影距離（簡(jiǎn)稱水平距離），多用于薄板工件焊縫橫波檢測(cè)。 當(dāng) K= 時(shí)，l1=35 mm， l2=70 mm，若使 B135， B270，則水平距離掃描速度為 1： 1。 設(shè)探頭的 K=，并計(jì)算深度為 60 的 φ 1179。 （ 3）深度調(diào)節(jié)法：深度調(diào)節(jié)法是使示波屏上的水平刻度值 τ 與反射體深度 d 成比例，即 τ ： d=1： n，這時(shí)示波屏水平刻度值直接顯示深度距離。 當(dāng) K=， d1=22. 4 mm、 d2= mm，調(diào)節(jié)儀器使 B B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度 、 ，則深度 1∶ 1 就調(diào)好了。 6 回波 H H2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度 80，這時(shí)深度 1： 1 就調(diào)好了。 調(diào)整檢測(cè)靈敏度的目的在于發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對(duì)缺陷定量。 實(shí)際檢測(cè)中，在粗探時(shí)為了提高掃查速度而又不致引起漏檢，常常將檢測(cè)靈敏度適當(dāng)提高，這種在檢測(cè)靈敏度的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高后的靈敏度叫做搜索靈敏度或掃查靈敏度。具體方法是：探頭對(duì)準(zhǔn) Φ 5平底孔， [衰減器 ]保留一定的衰減余量， [抑制 ]至“ 0”，調(diào) [增益 ]使 Φ 5 平底孔最高回波達(dá)示波屏滿幅度 50%，這時(shí)靈敏度就調(diào)好了。同時(shí)還要考慮工件與試塊因耦合和衰減不同進(jìn)行補(bǔ)償。 利用底波調(diào)整檢測(cè)靈敏度時(shí)，將探頭準(zhǔn)工件底面，儀器保留足夠的衰減余量，一般大于Δ +（ 6~10） dB（考慮搜索靈敏度）， [抑制 ]至“ 0”，調(diào) [增益 ]使底波 B1 最高達(dá)基準(zhǔn)高（如80%），然后用 [衰減器 ]增益Δ dB（即衰減余量減少Δ dB），這時(shí)檢測(cè)靈敏度就調(diào)好了。