【正文】 —保護膜—工件)中穿過，則當薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲強透射與薄層的性質(zhì)無關(guān)，即好象不存在薄層一樣；當薄層厚度等于四分之一波長的奇數(shù)倍且薄層聲阻抗為其兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗幾何平均值 （Z2 = （Z2 Z3）1/2 ）時，超聲波全透射三． 波型轉(zhuǎn)換和反射、折射定律　　當超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射波外，還會產(chǎn)生不同類型的反射和折射波，這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。1. 縱波斜入射2. 橫波入射四． 超聲波的衰減　　超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波衰減。引起超聲波衰減的主要原因是波束擴散、晶粒散射和介質(zhì)吸收1. 擴散衰減　　超聲波在傳播過程中，由于波束的擴散，使超聲波的能量隨距離增加面逐漸減弱的現(xiàn)象叫做擴散衰減。超聲波的擴散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。2. 散射衰減　　超聲波在介質(zhì)中傳播時，遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象，稱為散射衰減。散射衰減與材質(zhì)的晶粒密切相關(guān)，當材質(zhì)晶粒粗大時，散射衰減嚴重，被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播到探頭，在屏上引起林狀回波（又叫草波），使信噪比下降，嚴重時噪聲會湮沒缺陷波。3. 吸收衰減　　超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)中質(zhì)點間內(nèi)磨擦（即粘滯性）和熱傳導引起超聲波的衰減，稱為吸收衰減或粘滯衰減　　通常所說的介質(zhì)衰減是指吸收衰減與散射衰減，不包括擴散衰減?！　〉?節(jié) 超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體的回波聲壓　　超聲波探頭（波源）發(fā)射的超聲場，具有特殊的結(jié)構(gòu)，只有當缺陷位于超聲場內(nèi)時，才有可能被發(fā)現(xiàn)一． 圓盤波源輻射的縱波聲場　　在不考慮介質(zhì)衰減的條件下，當離波源較遠處軸線上的聲壓與距離成反比，與波源面積成正比?！　　　〔ㄔ锤郊捎诓ǖ母缮娑霈F(xiàn)一系列聲壓極大極小值的區(qū)域，稱為超聲場的近場區(qū)。近場區(qū)聲壓分布不均，是由于波源各點至軸線上某點的距離不同，存在波程差，互相迭加時存在位相差而互相干涉，使某些地方聲壓互相加強，另一些地方互相減弱，于是就出現(xiàn)聲壓極大極小值的點?！　〔ㄔ摧S線上最后一個聲壓極大值至波源的距離稱為近場區(qū)長度，用N表示?！　?N = （Ds2 ?2）/(4?) ? Ds2/(4?)　　波源軸線上至波源的距離x N的區(qū)域稱為遠場區(qū)。遠場區(qū)軸線上的聲壓隨距離增加單調(diào)減少。當 x 3N時，聲壓與距離成反比，近似球面波的規(guī)律。因為距離x足夠大時，波源各點至軸線上某一點的波程差很小，引起的相位差也很小，這樣干涉現(xiàn)象可以略去不計，所以遠場區(qū)不會出現(xiàn)聲壓極大極小值?！　嶋H探傷時，有時近場區(qū)分布在兩種不同的介質(zhì)中，如水浸探傷，超聲波先進入水，然后再進入鋼中，當水層厚度較小時，近場區(qū)就會分布在水、鋼兩種介質(zhì)中。設(shè)水層厚度為L，則鋼中剩余近場區(qū)長度N為　　 N = Ds2/(4?) – Lc1/c2　　式中 c1介質(zhì)1水中波速；　　 c2介質(zhì)2鋼中波速；　　 ? 介質(zhì)2鋼中波長?！　≡诮鼒鰠^(qū)內(nèi)，實際聲場與理想聲場存在明顯區(qū)別，實際聲場軸線上聲壓雖也存在極大極小值，但波動幅度小，極值點的數(shù)量也明顯減少?！　《?橫波聲場　　目前常用的橫波探頭，是使縱波斜入射到界面上，通過波形轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)橫波探傷的，當入射角在第一、第二臨界角之間時，縱波全反射，第二介質(zhì)中只有折射橫波?！　M波聲場同縱波聲場一樣由于波的干涉存在近場區(qū)和遠場區(qū)，當x≥3N時，波束軸線上的聲壓與波源面積成正比，與至假想波源的距離成反比，類似縱波聲場。當橫波探頭晶片尺寸一定時，K值增大，近場區(qū)長度將減小?！　∪?規(guī)則反射體的回波聲壓　　在實際探傷中一般采用反射法，即根據(jù)缺陷反射回波聲壓的高低來評價缺陷的大小。然而工件中的缺陷形狀性質(zhì)各不相同，目前的探傷技術(shù)還難以確定缺陷的真實大小和形狀，回波聲壓相同的缺陷的實際大小可能相差很大，為此特引用當量法；當量法是指在同樣的探測條件下，當自然缺陷回波與某人工規(guī)則反射體回波等高時，則該人工規(guī)則反射體的尺寸就是此自然缺陷的當量尺寸。自然缺陷的實際尺寸往往大于當量尺寸?！　〕暡ㄌ絺谐Ｓ玫囊?guī)則反射體有平底孔、長橫孔、短橫孔、球孔和大平底面等?！　』夭晧汗剑紤]介質(zhì)衰減因素）：四． AVG曲線　　AVG曲線是描述規(guī)則反射體的距離、回波高及當量大小之間關(guān)系的曲線；A、V、G是德文距離、增益和大小的字頭縮寫，英文縮寫為DGS。AVG曲線可用于對缺陷定量和靈敏度調(diào)整?！　∫詸M坐標表示實際聲程，縱坐標表示規(guī)則反射體相對波高，用來描述距離、波幅、當量大小之間的關(guān)系曲線，稱為實用AVG曲線。實用AVG曲線可由以下公式得到：　　不同距離的大平底回波dB差　　 Δ=20lgPB1/PB2=20lgX2/X1　　不同距離的不同大小平底孔回波dB差　　 Δ=20lgPf1/Pf2=40lgDf1X2/Df2X1　　同距離的大平底與平底孔回波dB差　　 Δ=20lgPB/Pf=20lg2λX/πDfDf　　用以上公式計算繪制實用AVG曲線時，要統(tǒng)一靈敏度基準?！　? 儀器、探頭和試塊　　超聲波探傷儀、探頭和試塊是超聲波探傷的重要設(shè)備，了解這些設(shè)備的原理、構(gòu)造和作用及其主要性能的測試方法是正確選用探傷設(shè)備進行有效探傷的保證。一． 超聲波探傷儀　　超聲波探傷儀的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器（探頭）上，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，通過一定方式顯示出來，從而得到被探工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置和大小等信息?！　　　“慈毕蒿@示方式分類，超聲波探傷儀分為三種。　　A型：A型顯示是一種波形顯示，探傷儀的屏幕的橫坐標代表聲波的傳播距離，縱坐標代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小?！　型：B型顯示是一種圖象顯示，屏幕的橫坐標代表探頭的掃查軌跡，縱坐標代表聲波的傳播距離，因而可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。　　C型：C型顯示也是一種圖象顯示，屏幕的橫坐標和縱坐標都代表探頭在工件表面的位置，探頭接收信號幅度以光點輝度表示，因而當探頭在工件表面移動時，屏上顯示出被探工件內(nèi)部缺陷的平面圖象，但不能顯示缺陷的深度?！　∧壳埃絺袕V泛使用的超聲波探傷儀都是A型顯示脈沖反射式探傷儀。　　二． 探頭　　超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實現(xiàn)的。下面介紹探頭的工作原理、主要性能及其及結(jié)構(gòu)。1. 壓電效應(yīng)　　某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)作用下，產(chǎn)生交變電場的效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之當晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。正、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)?！　〕暡ㄌ筋^中的壓電晶片具有壓電效應(yīng)，當高頻電脈沖激勵壓電晶片時，發(fā)生逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為聲能(機械能)，探頭發(fā)射超聲波。當探頭接收超聲波時，發(fā)生正壓電效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)換為電能。不難看出超聲波探頭在工作時實現(xiàn)了電能和聲能的相互轉(zhuǎn)換，因此常把探頭叫做換能器。2. 探頭的種類和結(jié)構(gòu)　　直探頭用于發(fā)射和接收縱波，主要用于探測與探測面平行的缺陷，如板材、鍛件探傷等?！　⌒碧筋^可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭和表面波斜探頭，常用的是橫波斜探頭。橫波斜探頭主要用于探測與探測面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫、汽輪機葉輪等?！　‘斝碧筋^的入射角大于或等于第二臨界角時，在工件中產(chǎn)生表面波，表面波探頭用于探測表面或近表面缺陷?！　‰p晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波，另一塊用于接收超聲波。根據(jù)入射角不同，分為雙晶縱波探頭和雙晶橫波探頭。　　雙晶探頭具有以下優(yōu)點：（1） 靈敏度高（2） 雜波少盲區(qū)小（3） 工件中近場區(qū)長度?。?） 探測范圍可調(diào)雙晶探頭主要用于探傷近表面缺陷。聚焦探頭種類較多。3. 探頭型號探頭型號的組成項目及排列順序如下：基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征三． 試塊　　按一定用途設(shè)計制作的具有簡單幾何形狀人工反射體的試樣，通常稱為試塊。試塊和儀器、探頭一樣，是超聲波探傷中的重要工具。1． 試塊的作用（1） 確定探傷靈敏度　　超聲波探傷靈敏度太高或太低都不好，太高雜波多，判傷困難，太低會引起漏檢。因此在超聲波探傷前，常用試塊上某一特定的人工反射體來調(diào)整探傷靈敏度。（2） 測試探頭的性能　　超聲波探傷儀和探頭的一些重要性能，如放大線性、水平線性、動態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力、盲區(qū)、探頭的入射點、K值等都是利用試塊來測試的。（3） 調(diào)整掃描速度　　利用試塊可以調(diào)整儀器屏幕上水平刻度值與實際聲程之間的比例關(guān)系，即掃描速度，以便對缺陷進行定位。（4） 評判缺陷的大小　　利用某些試塊繪出的距離波幅當量曲線（即實用AVG）來對缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特別是3N以內(nèi)的缺陷，采用試塊比較法仍然是最有效的定量方法。此外還可利用試塊來測量材料的聲速、衰減性能等。（1） 按試塊來歷分為：標準試塊和參考試塊。（2） 按試塊上人工反射體分：平底孔試塊、橫孔試塊和槽形試塊4. 常用試塊簡介（儀器使用時重點講解）IIW(CSKIA)CS1CSKIIIA第4節(jié) 儀器和探頭的性能及其測試　　儀器和探頭的性能包括儀器的性能、探頭的性能以及儀器與探頭的綜合性能。儀器的性能僅與儀器有關(guān)，如儀器的垂直線性、水平線性和動態(tài)范圍等。探頭的性能僅與探頭有關(guān)，如探頭入射點、K值、雙峰、主聲束偏離等。儀器與探頭的綜合性能不僅與儀器有關(guān)，而且與探頭有關(guān)，如分辨力、盲區(qū)、靈敏度余量等。一． 儀器的性能及其測試1. 垂直線性　　儀器的垂直線性是指儀器屏幕上的波高與探頭接收的信號之間成正比的程度。垂直線性的好壞影響缺陷定量精度。2. 水平線性　　儀器水平線性是指儀器屏幕上時基線顯示的水平刻度值與實際聲程之間成正比的程度，或者說是屏幕上多次底波等距離的程度。儀器水平線性的好壞直接影響測距精度，進而影響缺陷定位。3. 動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指儀器屏幕容納信號大小的能力。二． 探頭的性能及其測試1. 斜探頭入射點　　斜探頭的入射點是指其主聲束軸線與探測面的交點。入射點至探頭前沿的距離稱為探頭的前沿長度。測定探頭的入射點和前沿長度是為了便于對缺陷定位和測定探頭的K值。　　注意試塊上R應(yīng)大于鋼中近場區(qū)長度N，因為近場區(qū)同軸線上的聲壓不一定最高，測試誤差大。2. 斜探頭K值和折射角斜探頭K值是指被探工件中橫波折射角的正切值。注意測定斜探頭的K值或折射角也應(yīng)在近場區(qū)以外進行。3. 探頭主聲束偏離和雙峰探頭實際主聲束與其理論幾何中心軸線的偏離程度稱為主聲束的偏離。平行移動探頭，同一反射體產(chǎn)生兩個波峰的現(xiàn)象稱為雙峰。探頭主聲束偏離和雙峰，將會影響對缺陷的定位和判別。4. 探頭聲束特性　　探頭聲束特性是指探頭發(fā)射聲束的擴散情況，常用軸線上聲壓下降6dB時探頭移動距離（即某處的聲束寬度）來表示?！　∪?儀器和探頭的綜合性能及其測試1. 靈敏度　　超聲波探傷中靈敏度一般是指整個探傷系統(tǒng)（儀器和探頭）發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。發(fā)現(xiàn)缺陷愈小，靈敏度就愈高。　　儀器的探頭的靈敏度常用靈敏度余量來衡量。靈敏度余量是指儀器最大輸出時（增益、發(fā)射強度最大，衰減和抑制為0），使規(guī)定反射體回波達基準高所需衰減的衰減總量。靈敏度余量大，說明儀器與探頭的靈敏度高。靈敏度余量與儀器和探頭的綜合性能有關(guān)，因此又叫儀器與探頭的綜合靈敏度。2. 盲區(qū)與始脈沖寬度盲區(qū)是指從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。盲區(qū)內(nèi)的缺陷一概不能發(fā)現(xiàn)?！　∈济}沖寬度是指在一定的靈敏度下，屏幕上高度超過垂直幅度20％時的始脈沖延續(xù)長度。始脈沖寬度與靈敏度有關(guān)，靈敏度高，始脈沖寬度大。3. 分辨力　　儀器與探頭的分辨力是指在屏幕上區(qū)分相鄰兩缺陷的能力。能區(qū)分的相鄰兩缺陷的距離愈小，分辨力就愈高。4. 信噪比　　信噪比是指屏幕上有用的最小缺陷信號幅度與無用的噪聲雜波幅度之比。信噪比高，雜波少，對探傷有利。信噪比太低，容易引起漏檢或誤判，嚴重時甚至無法進行探傷。第5節(jié) 常用探傷方法和技術(shù)第一節(jié) 探傷方法概述一． 按原理分類　　超聲波探傷方法按原理分類，可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。1. 脈沖反射法　　超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來檢測試件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。2. 穿透法　　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判斷缺陷情況的一種方法。穿透法常采用兩個探頭，一收一發(fā)，分別放置在試件的兩側(cè)進行探測。3. 共振法　　若聲波（頻率可調(diào)的連續(xù)波）在被檢工件內(nèi)傳播，當試件的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時，將引起共振，儀器顯示出共振頻率。當試件內(nèi)存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時，將改變試件的共振頻率，依據(jù)試件的共振頻率特性，來判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。共振法常用于試件測厚。二． 按波形分類根據(jù)探傷采用的波形，可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。1. 縱波法　　使用直探頭發(fā)射縱波進行探傷的方法，稱為縱波法。此時波束垂直入射至試件探測面，以不變的波型和方向透入試件，所以又稱為垂直入射法，簡稱垂直法?！　〈怪狈ǚ譃閱尉筋^反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。常用單晶探頭反射法。　　垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的探傷，該法對與探測面平行的缺陷檢出效果最佳。由于盲區(qū)和分辨力的限制，其中反射法只能發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部離探測面一定距離以外的缺陷?！　≡谕唤橘|(zhì)中傳播時，縱波速度大于其它波型的速度，穿透能力強，晶界反射或散射的敏感性較差，所以可探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探傷。2. 橫波法　　將縱波通過楔塊、水等介質(zhì)傾斜入射至試件探測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進行探傷的方法，稱為橫波法。由于透入試件的橫波束與探測面成銳角，所以又稱斜射法。