【文章內容簡介】 七臺河職業(yè)學院 TOFD 技術局限性： 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驗 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，當工件厚度為 錯誤 !未找到引用源。 的整數倍時，反射波與入射波互相疊加，形成駐波，產生共振。這時工件厚度與波速、頻率的關系為 ： 即： 畢業(yè)論文：超聲波探傷在設備焊接缺陷中的檢測和分析 12 七臺河職業(yè)學院 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 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 度與傳播時間的關系以直角坐標的形式顯示出來，橫坐標代表聲波的傳播時間，縱坐標代表信號幅度。 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制的。換言之， A 型顯示的內容是探頭駐留在工件上某一點時，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。 結合脈沖反射法的 A 型顯示超聲檢測是目前用的最多的一種方法，目前特種設備行業(yè)常用的 JB/ 標準規(guī)定的就是 A 型脈沖反射式超聲波檢測，采用該方法時，檢測結果受檢測人員的素質、經驗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部結構聲學特性的信息，超聲成像技術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部聲學特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物體內部情況，且可靠性、復現性高，可以對缺陷進行定量動態(tài)監(jiān)畢業(yè)論文：超聲波探傷在設備焊接缺陷中的檢測和分析 13 七臺河職業(yè)學院 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，大都具有自動數據采集、自動數據處理和自動作出評價的功能。 超聲成像方法發(fā)展到現代，主要采用掃描接收信號、再進行圖像重構的方式，因此又稱為超聲掃描成像 技術，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）；因為相控陣技術的出現，又出現 S 掃描（扇形掃描成像）等。而對應的， 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：超聲波探傷在設備焊接缺陷中的檢測和分析 14 七臺河職業(yè)學院 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，將測得的結果送入 P 掃描處理器，它以聲線理論為基礎進行計算，并將計算結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；另一個是側視圖，投影面平行于焊縫，且垂直于表面。因此， P 掃描實際上是一種同時顯示C 掃描圖像（側視）和 D 掃描圖像（側視）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 使用縱波進行檢測的方法，稱為縱波法。在同一介質中傳播時，縱波速度大于其他 波型的速度，穿透能力強，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：超聲波探傷在設備焊接缺陷中的檢測和分析 15 七臺河職業(yè)學院 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，利用波型轉換得到橫波進行檢測的方法， 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接觸面，在界面處發(fā)生波型轉換，在工件中產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，是目前特種設備行業(yè)中應用最多的一種方法。檢測其他工件時，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現與檢測面有一定傾角的缺陷。 表面波檢測 使用表 面波進行檢測的方法，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傳播，當其沿表面?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：超聲波探傷在設備焊接缺陷中的檢測和分析 16 七臺河職業(yè)學院 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折處或裂紋頂端轉變?yōu)樽冃慰v波和變形橫波，在物體內部傳播。 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，表面層質點的運動狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性，質點運動軌跡是限于 XOZ 平面內的橢圓，如圖 表面波傳播示意圖 板波檢測 使用板波進行檢測的方法，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)現內部的和表面的缺陷。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：超聲波探傷在設備焊接缺陷中的檢測和分析 17 七臺河職業(yè)學院 板中傳播的超聲波受板面的影響，當頻率、板厚、入射超聲波的速度之間滿足一定的關系時，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。根據考慮方面的不同，板波可按如下幾個方面分類： （ 1）根據質點震動情況分類 質點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，就在薄板中產生 SH 波。如在板中傳播的波中既有振動方向與板面垂直的