【文章內(nèi)容簡介】 七臺河職業(yè)學(xué)院 TOFD 技術(shù)局限性： a）近表面存在盲區(qū)，對該區(qū)域檢測可靠性不夠 b）對缺陷定性比較困難 c）對圖像判讀需要豐富經(jīng)驗(yàn) d）橫向缺陷檢出比較困難 e）對粗晶材料，檢出比較困難 f）對復(fù)雜幾何形狀的工件比較難測量 穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在工件相對的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來檢測工件缺陷的方法。 穿透法如圖所示，其中（ a）為無缺陷時的波形，（ b）為有缺陷時的波形。 依據(jù)工件的共振特性來判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。常用于工件測厚。目前很少使用共振法測厚。 測厚原理，從超聲波理論可知，超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，當(dāng)工件厚度為 錯誤 !未找到引用源。 的整數(shù)倍時，反射波與入射波互相疊加，形成駐波，產(chǎn)生共振。這時工件厚度與波速、頻率的關(guān)系為 ： 即： 畢業(yè)論文：超聲波探傷在設(shè)備焊接缺陷中的檢測和分析 12 七臺河職業(yè)學(xué)院 式中 δ工件厚度； λ工件中波長； ｃ工件中波速； 錯誤 !未找到引用源。 工件中第 n 次共振頻率 當(dāng) n=1 時，所得 錯誤 !未找到引用源。 為工件的基頻率。測得兩個相鄰的共振頻率后，可由下式得到工件的厚度： A 型顯示和超聲成像 按超聲信號的顯示方式，可將超聲檢測方法分為 A 型顯示和超聲成像方法，其中超聲成像顯示按成像方式的不同又可再分為 B、 C、 D、 S、 P 型顯示等。 A 型顯示 A 型顯示是一種波形顯示，是將超聲信號的幅 度與傳播時間的關(guān)系以直角坐標(biāo)的形式顯示出來，橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時間，縱坐標(biāo)代表信號幅度。 A 型顯示是最基本的一種信號顯示方式。 此時，示波管的電子束是振幅調(diào)制的。換言之， A 型顯示的內(nèi)容是探頭駐留在工件上某一點(diǎn)時，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。 結(jié)合脈沖反射法的 A 型顯示超聲檢測是目前用的最多的一種方法，目前特種設(shè)備行業(yè)常用的 JB/ 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的就是 A 型脈沖反射式超聲波檢測，采用該方法時，檢測結(jié)果受檢測人員的素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)等人為因素影響較大。 超聲成像方法 超聲成像就是用超聲波獲 得物體可見圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物 故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性的信息，超聲成像技術(shù)將這些信息變成人眼可見的圖像，即可以獲得不透光物體內(nèi)部聲學(xué)特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物體內(nèi)部情況，且可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，可以對缺陷進(jìn)行定量動態(tài)監(jiān)畢業(yè)論文：超聲波探傷在設(shè)備焊接缺陷中的檢測和分析 13 七臺河職業(yè)學(xué)院 控。一般而言，超聲成像方法是基于 A 型顯示形成的工件不同截面的圖像顯示，大都具有自動數(shù)據(jù)采集、自動數(shù)據(jù)處理和自動作出評價的功能。 超聲成像方法發(fā)展到現(xiàn)代，主要采用掃描接收信號、再進(jìn)行圖像重構(gòu)的方式，因此又稱為超聲掃描成像 技術(shù)，起初主要為 B、 C 掃描成像，隨后為檢測焊縫而開發(fā)出 D、 P 掃描（投影掃描成像）；因?yàn)橄嗫仃嚰夹g(shù)的出現(xiàn)，又出現(xiàn) S 掃描（扇形掃描成像）等。而對應(yīng)的， A型顯示又可稱為 A 掃描顯示。 1. B、 C、 D 掃描成像 B 掃描顯示的是與聲束傳播方向平行且與工件的測量表面垂直的剖面； D 掃描所顯示的是與聲束平面及測量表面都垂直的剖面； C 掃描所顯示的則是工件的橫斷面。 B、 C、 D 掃描成像設(shè)備較簡單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法。其中的 B 掃描廣泛用于醫(yī)療診斷，俗稱 B 超。現(xiàn)在用 于無損檢測也取得了良好的效果。 畢業(yè)論文：超聲波探傷在設(shè)備焊接缺陷中的檢測和分析 14 七臺河職業(yè)學(xué)院 2. P 掃描成像 P 掃描是“投影成像掃描”的簡稱，是專為檢測焊縫而開發(fā)的其工作原理如圖所示。兩個斜探頭位于焊縫兩側(cè)并按事先規(guī)劃好的方式掃描，掃查可手動或自動。測到的聲波以 1dB甚至更小的精度記錄與硬盤上，然后，將測得的結(jié)果送入 P 掃描處理器，它以聲線理論為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果以兩個投影圖的方式顯示：一個是俯視圖，投影面平行于表面；另一個是側(cè)視圖，投影面平行于焊縫，且垂直于表面。因此， P 掃描實(shí)際上是一種同時顯示C 掃描圖像（側(cè)視）和 D 掃描圖像（側(cè)視）的商品化成像系統(tǒng)。在圖中 W 是焊縫加上其熱影響區(qū)的寬度， H 是焊縫厚度。為幫助正確判別缺陷， P 掃描顯示時，在兩個視圖的下方有一個附加的顯示圖。該圖顯示出以分貝標(biāo)度的回波振幅大小，該振幅是沿焊縫寬度方向測得的所有回波振幅的最大值，顯示圖中的虛線表示兩個視圖中的顯示閥值，該顯示圖有些類似A 掃描顯示。 P 掃描原理 按波型分類的超聲檢測方法 根據(jù)檢測采用的波型，超聲檢測方法可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。 縱波法 使用縱波進(jìn)行檢測的方法，稱為縱波法。在同一介質(zhì)中傳播時，縱波速度大于其他 波型的速度，穿透能力強(qiáng)，對晶界反射或散射的敏感性不高，所有可檢測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。 1. 縱波直探頭法 使用縱波直探頭進(jìn)行檢測的方法，稱為縱波直探頭法。波束垂直入射至工件檢測面，以不變的波型和方向透入工件，所以又稱垂直入射法，簡稱垂直法，如圖所示。 畢業(yè)論文：超聲波探傷在設(shè)備焊接缺陷中的檢測和分析 15 七臺河職業(yè)學(xué)院 垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測，該法對于與檢測面平行的缺陷檢測效果最佳。由于垂直法檢測時，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。 將縱波傾斜入射至工件檢測面，利用折射縱波進(jìn)行檢測的方法 ，稱為縱波斜探頭法。此時，入射角小于第一臨界角α 1，工件中即有縱波也有橫波，由于縱波傳播速度快，幾乎是橫波的兩倍，因此可利用縱波來識別缺陷和定量，但注意不要與橫波信號混淆。 一般來說，小角度縱波斜探頭常用來檢測探頭移動范圍較小、檢測范圍較深的一些部件，如從螺栓端部檢測螺栓，多層包扎設(shè)備的環(huán)焊縫等。 對于粗晶材料，如奧氏體不銹鋼焊接接頭的檢測，也常采用縱波斜探頭法檢測。在 TOFD檢測技術(shù)中，使用的探頭一般也為縱波斜探頭。 橫波法 將縱波傾斜入射至工件檢測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測的方法， 稱為橫波法。由于入射聲束與檢測面成一定夾角，所以又稱斜射法。 斜射聲束的產(chǎn)生通常有兩種方式，一種是接觸法時采用斜探頭，有晶片發(fā)出的縱波通過一定傾角的斜楔到達(dá)接觸面，在界面處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，在工件中產(chǎn)生折射后的斜射橫波聲束；另一種是利用水浸直探頭，在水中改變聲束入射到檢測面時的入射角，從而在工件中產(chǎn)生所需波型和角度的折射波。 橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測，是目前特種設(shè)備行業(yè)中應(yīng)用最多的一種方法。檢測其他工件時，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)與檢測面有一定傾角的缺陷。 表面波檢測 使用表 面波進(jìn)行檢測的方法，稱為表面波法。對于近表面缺陷的檢測，表面波是有效的檢測方法。 表面波只在物體表面下幾個波長范圍內(nèi)傳播，當(dāng)其沿表面?zhèn)鞑サ倪^程中遇到表面裂紋時，表面波的傳播如圖所示： 畢業(yè)論文：超聲波探傷在設(shè)備焊接缺陷中的檢測和分析 16 七臺河職業(yè)學(xué)院 表面波傳播到表面裂紋的情況圖 （ 1） 一部分聲波在裂紋開口處仍以表面波的型式被反射，并沿物體表面返回。 （ 2） 一部分聲波仍以表面波的型式沿裂紋表面繼續(xù)向前傳播，傳播到裂紋頂端時，部分聲波繼續(xù)以表面波的型式沿裂紋表面向前傳播。 （ 3） 一部分聲波在表面轉(zhuǎn)折處或裂紋頂端轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰v波和變形橫波，在物體內(nèi)部傳播。 在表面波檢測中，主 要利用表面波的上述特性來檢測表面和近表面裂紋。 表面波傳播時，表面層質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡是限于 XOZ 平面內(nèi)的橢圓，如圖 表面波傳播示意圖 板波檢測 使用板波進(jìn)行檢測的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡單的工件檢測。板波充塞于整個工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。 1. 板波的種類 畢業(yè)論文：超聲波探傷在設(shè)備焊接缺陷中的檢測和分析 17 七臺河職業(yè)學(xué)院 板中傳播的超聲波受板面的影響，當(dāng)頻率、板厚、入射超聲波的速度之間滿足一定的關(guān)系時，聲波就能順利通過。狹義的講，板波 僅指板中傳播的蘭姆波，廣義的講也包括圓棒、方鋼和管中傳播的波。根據(jù)考慮方面的不同，板波可按如下幾個方面分類： （ 1）根據(jù)質(zhì)點(diǎn)震動情況分類 質(zhì)點(diǎn)振動方向與表面平行的橫波（簡稱 SH 波）射向邊界面時，反射波仍然是 SH 波。 SH 波如果射向薄板，就在薄板中產(chǎn)生 SH 波。如在板中傳播的波中既有振動方向與板面垂直的