【文章內(nèi)容簡介】 缺陷的最常用的技術(shù)是脈沖反射法 ， 是根據(jù)接收到的反射波的位置 、 幅度等信息判斷材料內(nèi)部存在缺陷的情況 。 因此 ， 研究聲場中存在反射界面時反射波的聲壓對于缺陷的檢出和缺陷的評價是十分重要的 。 實際中總是結(jié)合圓盤聲源聲場規(guī)律 ， 討論在圓盤聲場遠場中 ， 介質(zhì)衰減可以忽略且界面聲壓反射率為 1時 ， 不同形狀反射體反射聲壓的變化規(guī)律 。 第 6章 常用無損檢測方法 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 。 有些形狀可在試樣上人工制作 ， 從而可作為人工模擬反射體 ， 用于儀器的調(diào)整和缺陷的評價 。 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 。 具體的規(guī)則反射體回波聲壓公式可查閱有關(guān)資料 。 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 。 第 6章 常用無損檢測方法 2) AVG 所謂 AVG曲線 ， 是描述規(guī)則反射體距聲源的距離 (A)、 回波高度 (V)、 當量尺寸 (G)三者之間關(guān)系的曲線 。 A、 V、 G是德文距離 、 增益和大小三詞的字頭 。 利用 AVG曲線 ， 可以進行缺陷當量的評定 。 AVG曲線有多種類型 ， 有縱波 AVG曲線和橫波 AVG曲線 、 平底孔 AVG曲線和橫孔 AVG曲線 、 通用 AVG曲線和實用 AVG曲線等 。 通用 AVG曲線和實用 AVG曲線都可以用于調(diào)整檢測靈敏度和對缺陷進行定量 。 第 6章 常用無損檢測方法 1. 超聲檢測設(shè)備和器材包括超聲波檢測儀 、 探頭 、 試塊 、 耦合劑和機械掃查裝置等 。 超聲檢測儀和探頭對超聲檢測系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵性的作用 ， 是產(chǎn)生超聲波并對經(jīng)材料中傳播后的超聲波信號進行接收 、 處理 、 顯示的部分 。 由這些設(shè)備組成一個綜合的超聲檢測系統(tǒng) ， 系統(tǒng)的總體性能不僅受到各個分設(shè)備的影響 ， 還在很大程度上取決于它們之間的配合 。 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 。 第 6章 常用無損檢測方法 1) 超聲波檢測儀是超聲檢測的主體設(shè)備 ， 是專門用于超聲檢測的一種電子儀器 。 (1) 超聲波檢測儀的作用 。 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 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 617 A型顯示原理圖 第 6章 常用無損檢測方法 ② 按缺陷顯示方式分類：脈沖式檢測儀按回波信號的顯示方式又可分為 A型顯示 、 B型顯示和 C型顯示三種類型 。 A型顯示是一種波形顯示 ， 屏幕的橫坐標代表聲波的傳播時間 （ 或距離 ） ， 縱坐標代表反射波的聲壓幅度 。 可以認為該方式顯示的是沿探頭發(fā)射聲束方向上一條線上的不同點的回波信息 。 圖 617為 A型顯示原理圖 。 圖中 ， 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型顯示顯示的是試件的一個二維截面圖 ， 屏幕縱坐標代表探頭在探測面上沿一直線移動掃查的位置坐標 ， 橫坐標是聲傳播的時間 （ 或距離 ） 。 該方式可以直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 618 B型顯示原理圖 第 6章 常用無損檢測方法 C型顯示顯示的是試件的一個平面投影圖 ， 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 。 探頭在每一位置接收的信號幅度以光點輝度表示 。 該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺陷的平面投影圖像 ， 但不能顯示缺陷的深度 。 圖 619為 C型顯示原理圖 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 619 C型顯示原理圖 第 6章 常用無損檢測方法 ③ 按超聲波的通道分類：可分為單通道和多通道檢測儀 。 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 。 數(shù)字式超聲檢測儀是計算機技術(shù)和傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。 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 。 以上分類中 ， 模擬式和數(shù)字式 A型脈沖反射式超聲波檢測儀在工程實際中應(yīng)用最為廣泛 ， 其型號有 CTS2 CTS2 JTS CST3等 。 圖 620為一組超聲波檢測儀的圖片 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 620 (a)、 (b)、 (c) 數(shù)字式超聲檢測儀； (d) 探傷小車 第 6章 常用無損檢測方法 2) （ 1） 超聲波探頭的作用 。 超聲波探頭用于實現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換 。 它是利用壓電晶體的正 、 逆壓電效應(yīng)進行換能的 。 探頭是組成檢測系統(tǒng)的最重要的組件 ， 其性能的好壞直接影響超聲檢測的效果 。 （ 2） 常用超聲波探頭的類型 。 超聲波檢測中由于被探測工件的形狀和材質(zhì) 、 探測的目的 、 探測的條件不同 ， 因而要使用各種不同形式的探頭 。 其中最常用的是接觸式縱波直探頭 、接觸式橫波斜探頭 、 雙晶探頭 、 水浸探頭與聚焦探頭等 。 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 。 所以聲場就有圓盤源聲場 、 聚焦聲源聲場和斜探頭發(fā)射的橫波聲場 。 圖 621為一組探頭的圖片 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 621 各種探頭 (a) 縱波直探頭； (b) 橫波斜探頭； (c) 雙晶探頭 第 6章 常用無損檢測方法 3） 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 。 這種按一定的用途設(shè)計制作的具有簡單形狀人工反射體的試件即稱為試塊 。 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 )。 第 6章 常用無損檢測方法 當探頭和試件之間有一層空氣時 ， 超聲波的反射率幾乎為 100％ ， 即使很薄的一層空氣也可以阻止超聲波傳入試件 。 因此 ， 排除探頭和試件之間的空氣非常重要 。 耦合劑就是為了改善探頭和試件間聲能的傳遞而加在探頭和檢測面之間的液體薄層 。 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 。 除此之外 ， 耦合劑有潤滑作用 ， 可以減少探頭和試件之間的摩擦 ， 防止試件表面磨損探頭 ， 并使探頭便于移動 。 在液浸法檢測中 ， 通過液體實現(xiàn)耦合 ， 此時液體也是耦合劑 。 常用的耦合劑有水 、 甘油 、 變壓器油 、 化學(xué)漿糊等 。 第 6章 常用無損檢測方法 2. 超聲檢測的方法很多 ， 可按原理 、 波型和使用探頭的數(shù)目及探頭接觸方式來分類 。 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 。 第 6章 常用無損檢測方法 1） 穿透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 (見圖 622)。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 622 直射聲束穿透法 (a) 無缺陷； (b) 有缺陷 第 6章 常用無損檢測方法 2） 脈沖反射法是由超聲波探頭發(fā)射脈沖波到試件內(nèi)部 ， 通過觀察來自內(nèi)部缺陷或試件底面的反射波的情況來對試件進行檢測的方法 。 圖 623 顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 623 (a) 無缺陷； (b) 有缺陷 第 6章 常用無損檢測方法 3） 液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體介質(zhì)作耦合劑 ， 使聲波首先經(jīng)過液體耦合劑 ， 而后再入射到試件中 ， 探頭與試件并不直接接觸 。 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 。 液浸法的缺點是當耦合層較厚時 ， 聲能損失較大 。 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 。 總之 ， 液浸法與直接接觸法各有利弊 ， 應(yīng)根據(jù)被檢對象的具體情況 (幾何形狀的復(fù)雜程度和產(chǎn)品的產(chǎn)量等 )， 選用不同的方法 。 第 6章 常用無損檢測方法 3. 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 。 但各種超聲檢測技術(shù)又都存在著通用的技術(shù)問題 。 例如 ， 檢測 ① 試件的準備 。 ② 檢測條件的確定 ， 包括超聲波檢測儀 、 探頭 、 試塊等的選擇 。 ③ 檢測儀器的調(diào)整 。 ④ 掃查 。 ⑤ 缺陷的評定 。 ⑥ 結(jié)果記錄與報告的編寫。 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 。 對于給定的任務(wù) ， 在選擇超聲波檢測儀時 ，主要考慮的是該任務(wù)的特殊要求 ， （ 1） 所需采用的超聲頻率特別高或特別低時 ， 應(yīng)注意頻帶寬度 。 （ 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 。 （ 3） 檢測大厚度試件或高衰減材料時 ， 選擇發(fā)射功率大 、 增益范圍大 、 電噪聲低的超聲波檢測儀 ， 有助于提高穿透能力和小缺陷顯示能力 。 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 。 （ 5） 室外現(xiàn)場檢測時 ， 應(yīng)選擇重量輕 ， 熒光屏亮度好 ， 抗干擾能力強的便攜式超聲波檢測儀 。 （ 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。 第 6章 常用無損檢測方法 2） 探頭的選擇 （ 1） 頻率 。 超聲波的頻率在很大程度上決定了其對缺陷的探測能力 。 頻率的選擇可以這樣考慮：對于小缺陷 、 近表面缺陷或薄件的檢測 ， 可以選擇較高頻率；對于大厚度試件 、 高衰減材料 ， 應(yīng)選擇較低頻率 。 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 。 針對具體對象 ， 適用的頻率需在上述考慮當中取得一個最佳的平衡 ， 既要保證所需尺寸缺陷的檢出 ， 并滿足分辨力的要求 ， 也要保證在整個檢測范圍內(nèi)具有足夠的靈敏度與信噪比 。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 2） 晶片尺寸 。 探頭晶片尺寸對檢測的影響主要是通過其對聲場特性的影響體現(xiàn)出來的 。 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 。 應(yīng)根據(jù)具體情況 ， 選擇滿足檢測要求的探頭 。 第 6章 常用無損檢測方法 3） （ 1） 透聲性能好 。 聲阻抗盡量和被探測材料的聲阻抗相近 。 （ 2） 有足夠的潤濕性 、 適當?shù)母街驼扯?。 （ 3） 對試件無腐蝕 ， 對人體無損害 ， 對環(huán)境無污染 。 （ 4） 容易清除，不易變質(zhì)， 價格便宜，來源方便。 第 6章 常用無損檢測方法 1. 1） 鍛件的種類和規(guī)格很多 ， 常見的類型有：餅盤件 、 環(huán)形件 、 軸類件和筒形件等 。 鍛件中的缺陷多呈現(xiàn)面積形或長條形的特征 。 由于超聲檢測技術(shù)對面積型缺陷檢測最為有利 ，因此鍛件是超聲檢測實際應(yīng)用的主要對象 。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 鍛件中的常見缺陷 。 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 、 縮松 、 夾雜及