【正文】 區(qū)域為聲源的 近場區(qū) ，最后一個聲壓最大值至聲源的距離 N稱為 近場長度 。在遠場區(qū)，聲壓隨距離增加而減小，聲源軸線上距離為 x處聲壓 p的最大值為 xFPxDPP D?? 020m a x 4π ?? 第一章 超聲波檢測 近場區(qū) 遠場區(qū) 第 6章 常用無損檢測方法 指向性與擴散角研究的是聲束在空間擴散的規(guī)律 。 圓盤聲源聲場指向性示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 超聲場中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi) ， 這一范圍稱為 主聲束 。 聲壓 p最大值的表達式為 ???????)s i n()s i n(2 10m a x ??? KaKaJxFPP D 第一章 超聲波檢測 圓盤聲源聲場指向性示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 主聲束所包含的角度范圍可由距聲源充分遠處的聲壓分布得到。 ) rc s i n( a?? ? 第一章 超聲波檢測 當 λ D時，可簡化為 )ra d( D?? ?第 6章 常用無損檢測方法 由于超聲能量主要集中于主聲束 ， 對于圓形晶片 ， 可以認為在距聲源一定距離內(nèi) ， 超聲能量未逸出以晶片直徑所約束的范圍 ， 聲束直徑小于晶片直徑 。 對實際聲場的研究結(jié)果表明 ， 實際聲場與簡化計算結(jié)果的差別主要在于近場區(qū)的聲壓分布 。 因此 ， 可以應(yīng)用簡化推導(dǎo)得出的結(jié)果 ， 進行實際檢測中的近似計算 。 隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高 ， 對檢測的可靠性 、 速度提出了更高的要求 ， 以往的手工檢測越來越多地被自動檢測系統(tǒng)取代 。 它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器 ——探頭 ， 激勵探頭發(fā)射超聲波 ， 同時將探頭送回的電信號進行放大處理后以一定方式顯示出來 ， 從而得到被探測工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷的位置和大小等信息 。 圖為 A型顯示原理圖 ，T表示發(fā)射脈沖 ， F表示來自缺陷的回波 ， B表示底面回波 。 B型顯示原理圖 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 C型顯示顯示的是試件 橫斷面 的一個平面投影圖 ， 探頭在試件表面做二維掃查 ， 屏幕的二維坐標對應(yīng)探頭的掃查位置 。 （ 4） 按是否數(shù)字化分類：可分為數(shù)字式超聲波檢測儀和模擬式超聲波檢測儀所謂數(shù)字式主要指發(fā)射 、 接收電路的參數(shù)控制和接收信號的處理 、 顯示均采用數(shù)字方式的儀器 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 (a)、 (b)、 (c) 數(shù)字式超聲檢測儀； (d) 探傷小車 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 超聲波探頭的作用 。 （ 2） 常用超聲波探頭的類型 。 一般橫波斜探頭的晶片為方形 ， 縱波直探頭的晶片為圓形 ， 而聚焦聲源的圓形晶片為聲透鏡 。 下 圖為一組探頭的圖片 。 超聲檢測用試塊通常分為兩種類型 ， 即 標準試塊 (校準試塊 )和對比試塊 (參考試塊 )。規(guī)則形狀反射體主要包括大平面、圓形或方形平面、球形反射體和圓柱形反射體。 參考試塊：針對特定條件（如特殊厚度與形狀）而設(shè)計的非標準試塊，一般要求該試塊的材質(zhì)和熱處理工藝與被檢對象基本相同。 耦合劑可以填充探頭與試件間的空氣間隙 ，使超聲波能夠傳入試件 ， 這是使用耦合劑的主要目的 。 常用的耦合劑有水 、 甘油 、 變壓器油 、 化學漿糊等 。當試件的厚度為聲波半波長的整數(shù)倍時，發(fā)生共振。特別適用于單一產(chǎn)品大批量加工過程中的自動化檢測； ③ 檢測時幾乎不存在盲區(qū)。實際檢測中 ， 常采用直接接觸式脈沖反射法 。 （ 4）直接接觸式脈沖反射法 探頭與試件直接接觸，中間可涂少量的耦合劑。 另外 ， 自動化檢測還需要相應(yīng)的輔助設(shè)備 ， 有時是復(fù)雜的機械設(shè)備和電子設(shè)備 ， 它們對單一產(chǎn)品 (或幾種產(chǎn)品 )往往具有很高的檢測能力 ， 但缺乏靈活性 。 例如 ， 檢測 ① 試件的準備 。 ⑤ 缺陷的評定 。 （ 2） 對薄試件檢測和近表面缺陷檢測時 ， 應(yīng)注意發(fā)射脈沖是否可調(diào)為窄脈沖 。 （ 6） 自動快速掃查時應(yīng)選擇最高重復(fù)頻率高的超聲波檢測儀。 在靈敏度滿足要求的情況下 ， 選擇寬帶探頭可提高分辨力和信噪比 。 多數(shù)情況下 ， 檢測大厚度的試件時 ， 采用大直徑探頭較為有利；檢測厚度較小的試件時 ， 則采用小直徑探頭較為合理 。 （ 2） 有足夠的潤濕性 、 適當?shù)母街驼扯?。 鍛件中的缺陷多呈現(xiàn)面積形或長條形的特征 。 軸類件徑向和軸向檢測示意圖 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 鍛件中的常見缺陷 可由超聲波檢測發(fā)現(xiàn)的鍛件中的缺陷主要來源于兩個方面：材料鍛造過程中形成的縮孔、疏松、夾雜及偏析等； 熱處理中產(chǎn)生的白點（內(nèi)缺陷的白點，即熱加工后鋼的縱斷面上有表面光滑的銀白色斑點，形狀是圓或橢圓。在鋼材的縱向斷面上，呈現(xiàn)出圓形或橢圓形的銀白色斑點稱之為“ 白點 ”，實為交錯的細小裂紋。 以圓形平底孔試塊為基準，先假設(shè)試塊和鍛件的測試條件基本相當，將缺陷的回聲波壓和與之同聲程的某種標準反射體的回波聲壓來進行當量對比，若二者的反射回聲波壓相等，則認為該人工缺陷與實際缺陷是同當量的。 鍛件的組織很細 ，由此引起的聲波衰減和散射影響相對較小 。 鑄件的上述特點，形成了鑄件超聲檢測的特殊性和局限性。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （三） 小型壓力容器殼體超聲檢測 小型壓力容器殼體由低碳不銹鋼鍛造而成，機械加工成半球殼狀。其 粘合質(zhì)量的檢測主要有接觸式脈沖反射法、 脈沖穿透法和共振法。此法特別適用于檢測聲阻抗不同的多層復(fù)合材料。 焊縫超聲檢測的常見缺陷有氣孔 、 夾渣 、 未熔合 、 未焊透和焊接裂紋等 。 儀器靈敏度的調(diào)整和探頭性能 測試應(yīng)在相應(yīng)的標準試塊或自制試塊上進行 。 焊接接頭的超聲檢測結(jié)果分為 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 四級 ， 缺陷尺寸和危害程度越小 ， 缺陷等級越低 ， 焊接接頭質(zhì)量越高 。 為了獲得較窄的聲束 ， 需采用晶片尺寸較大的探頭 。 使用超聲波測厚儀時： ? 要特別注。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 聲速測量 ? 根據(jù)超聲波脈沖在被測介質(zhì)中的傳播時間來計算聲速 ? 用超聲波測厚儀來測量聲速 超聲波測厚 超聲波測厚儀測量速度快、精度高、體積小、輕便精巧，容器內(nèi)積水或結(jié)垢也不會影響測量精度，因此在工業(yè)中大多采用超聲波測厚儀。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 六 ） 非金屬材料的檢測 超聲波在非金屬材料 （ 木材 、 混凝土 、 有機玻璃 、 陶瓷 、橡膠 、 塑料 、 砂輪 、 炸藥藥餅等 ） 中的衰減一般比在金屬中的大 ， 多采用低頻率檢測 。 就檢驗的完善程度而言 ， A級最低 （ 難度系數(shù) 1） ， B級一般 （ 難度系數(shù) 56） ， C級最高 （ 難度系數(shù) 1012） 。 探頭頻率通常為 ～ MHz。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 五 ） 許多金屬結(jié)構(gòu)件都采用焊接的方法制造 ， 超聲檢測是對焊接接頭質(zhì)量進行評價的重要檢測手段之一 。用縱波檢測時， 粘合質(zhì)量好的，產(chǎn)生的界面波會很低，而底波幅度會較高； 當粘合不良時，則相反。對壁厚在 3mm以下的薄壁殼體，可只用表面法檢測。 缺陷類型往往以體積型缺陷為主，常有多種形狀和性質(zhì)的缺陷混在一起，且以鑄件中心、冒口和澆口附近較多，常見的缺陷有：縮孔、疏松、夾渣、夾砂、氣孔和鑄造裂紋等。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （二） 鑄件缺陷的檢測 鑄件內(nèi)部組織粗大、不均勻、致密性差、表面粗糙、形狀復(fù)雜。 對鍛件中 缺陷長度的定量 常采用連續(xù)移動探頭檢測法，移動探頭，聲束軸線逐漸偏離缺陷，反射波幅逐漸降低，當波幅下降為最高波幅的一半時，聲束軸線所指的位置即為缺陷的邊緣，兩個邊緣之間的距離即為被測缺陷的長度。一般白點產(chǎn)生的溫度低于 2022℃ 。 在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過程中，氫會和 CO、 N2等氣體一起析出，形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點和發(fā)紋。 第六節(jié) 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 通常 ， 大型鍛件的超聲檢測一般采用 25MHz， 檢測方法廣泛采用直探頭縱波脈沖反射法 ， 有時用斜探頭補充檢測 。 （ 4） 容易清除，不易變質(zhì)， 價格便宜，來源方便。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 3） （ 1） 透聲性能好 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 2） 晶片尺寸 。 超聲波的頻率在很大程度上決定了其對缺陷的探測能力 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 4） 對衰減小或厚度大的試件 ， 選用重復(fù)頻率可調(diào)為較低數(shù)值的超聲波檢測儀 ， 可避免幻象波的干擾 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 1） 一般市場上出售的 A型脈沖反射式超聲波檢測儀已具備一些基本功能 ， 其基本性能參數(shù) (垂直線性 、 水平線性等 )也能滿足通常超聲檢測的要求 。 ③ 檢測儀器的調(diào)整 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 超聲檢測方法可采用多種檢測技術(shù) ， 每種檢測技術(shù)在實施過程中 ， 都有其需要考慮的特殊問題 ， 其檢測過程也各有特點 。 液浸法中 ， 探頭角度可任意調(diào)整 ， 聲波的發(fā)射 、 接收也比較穩(wěn)定 ， 便于實現(xiàn)檢測自動化 ， 大大提高了檢測速度 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 (a) 無缺陷； (b) 有缺陷 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 2） 脈沖反射法的優(yōu)點： ① 檢測靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)較小的缺陷； ② 檢測精度較高； ③ 適用范圍廣； ④ 操作簡單方便。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 脈沖反射法的工作原理 脈沖反射法是利用超聲波探頭脈沖試件內(nèi)傳播的過程中 ，遇有聲阻抗相差較大的兩種介質(zhì)的界面時 ， 將發(fā)生反射的原理進行檢測的方法 。 fn22 ???? 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 透射法 （ 穿透法 ） 透射法通常采用兩個探頭 ， 分別放置在試件兩側(cè) ， 一個將脈沖波發(fā)射到試件中 ， 另一個接收穿透試件后的脈沖信號 ， 依據(jù)脈沖波穿透試件后幅值的變化來判斷內(nèi)部缺陷的情況 。 按原理分類 ， 有脈沖反射法 、 穿透法和共振法； 按顯示方式分類 ， 有 A型顯示 、 B型顯示和 C型顯示；按波型分類 ， 有縱波法 、 橫波法 、 表面波法和板波法；按探頭數(shù)目分類 ， 有單探頭法 、 雙探頭法和多探頭法；按耦合方式分類 ， 有接觸法和液浸法；按入射角度分類 ， 有直射聲束法和斜射聲束法 。 根據(jù)不同的耦合條件和耦合介質(zhì) ， 探頭與試塊之間的耦合方式有直接接觸法和液浸法 。 因此 ， 排除探頭和試件之間的空氣非常重要 。當對實際缺陷大小進行計算時，往往得到的是該缺陷相當于多大的規(guī)則反射體， 把這個大小稱為缺陷的 當量尺寸 。 當量法 ：由于實際缺陷形狀是各種各樣的，甚至可能是不規(guī)則的， 在進行理論分析時，采用幾種簡化的規(guī)則形狀模型來進行計算。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 與一般的測量過程一樣 ， 為了保證檢測結(jié)果的準確性與重復(fù)性 、 可比性 ， 必須用一個具有已知固定特性的試樣 (試塊 )對檢測系統(tǒng)進行校準 。 大多數(shù)探頭的直徑為 540mm， 直徑大于 40mm時 ， 很難獲得與之對應(yīng)的平整接觸面 ， 一般不采用 ?；拘问绞侵碧筋^和斜探頭 ， 直探頭主要用于發(fā)射和接收縱波 ， 斜探頭常用的有橫波探頭 、 表面波探頭 、 板波探頭等 。 它是利用壓電晶體的正 、 逆壓電效應(yīng)進行換能的 。 它具有傳統(tǒng)模擬式檢測儀的基本功能 ， 同時又增加了數(shù)字化帶來的先進功能 ， 即實現(xiàn)了儀器功能的精確 、 自動控制 ， 信號獲取和處理的數(shù)字化和自動化 ，檢測結(jié)果的可記錄性和可再現(xiàn)性 。 該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺陷的平面投影圖像 ， 但不能顯示