【正文】 大的局限性，檢測(cè)范圍很小，只能進(jìn)行一些外部測(cè)量、距離測(cè)量等。因?yàn)榭諝馀c一般金屬工件的聲特性阻抗有很大不同，從而使大部分聲能在界面處就被反射了，只有很少一部分進(jìn)入到工件內(nèi)部?？諝怦詈铣暀z測(cè)常采用的頻率范圍是（25250）kHz。 影響耦合的因素 耦合劑聲阻抗耦合劑的聲阻抗對(duì)耦合效果有較大的影響，對(duì)于同一探測(cè)面，耦合劑聲阻抗越大，耦合效果越好，反射回波高，易于觀察分析。 耦合層厚度耦合層的厚度對(duì)于耦合也有很大程度的影響，對(duì)于接觸法而言，當(dāng)耦合層的厚度時(shí)，耦合層越薄耦合效果越好；當(dāng)耦合層度厚度等于的整數(shù)倍時(shí)，透聲效果高，反射的回波也高，如圖34所示。圖34 耦合層厚度對(duì)耦合的影響 工件表面粗糙度對(duì)于同一耦合劑，表面粗糙度越高，耦合效果差，反射回波低。對(duì)于聲阻抗小的耦合劑，粗糙度越差，耦合效果也越來(lái)越差，如圖35所示。一般要求工件表面的粗糙度不高于。圖35 表面粗糙度對(duì)耦合的影響 干壓耦合干壓耦合就是在探頭下面塞塑料墊或者軟橡膠，用力地壓向工件，實(shí)質(zhì)就是用軟性材料取代了液體耦合劑。干壓耦合有很多的局限性，例如，靈敏度有一定的損失，掃查速度低；干接觸輪探頭不夠耐用，需要定期修理；某些軟性材料應(yīng)力極限低，承受不了輪探頭施加的壓力等等。在選擇耦合劑時(shí)，不要讓耦合劑對(duì)工件、探頭造成腐蝕破壞等影響，對(duì)人體也要沒(méi)有過(guò)度的危害作用。常用的耦合劑有甘油、水、機(jī)油、變壓器油、漿糊、水玻璃等等。液浸檢測(cè)中常用水作為耦合劑，但要加入潤(rùn)濕劑和防腐劑，因?yàn)樗菀琢魇?，不易?rùn)濕工件，還容易使工件生銹；甘油的聲阻抗大，耦合效果較好，但是使用前要用水稀釋?zhuān)菀仔纬筛g坑；機(jī)油和變壓油的附著力、黏度、潤(rùn)濕性都較適當(dāng)，也無(wú)腐蝕性，因此是最常用的耦合劑。下面介紹一下幾種常用液體耦合劑的特性，如表33。表33 幾種常用液體耦合劑的特性名稱(chēng)縱波速度縱波聲特性阻抗密度甘油（100%）機(jī)油水玻璃（33%體積）水 試塊 試塊的定義和標(biāo)準(zhǔn)在超聲波檢測(cè)之前，按照不同用途設(shè)計(jì)并制造出的各種形狀簡(jiǎn)單的人工反射體，統(tǒng)稱(chēng)為試塊。試塊與被檢工件有相同或近似聲學(xué)性能的材料制成，它的外形尺寸代表被檢工件的特征，厚度也與被檢工件厚度相對(duì)應(yīng)。試塊的制造要求符合ZBY232和JB4126的規(guī)定。在超聲波檢測(cè)之前，為使超聲檢測(cè)儀，探頭性能等達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這些衡量工作常與已知量進(jìn)行比較，即與試塊作比較。試塊在超聲檢測(cè)中占有重要的地位。通常情況下，試塊的材質(zhì)、形狀、尺寸以及表面狀態(tài)都做了具體的統(tǒng)一規(guī)定，成為了在國(guó)際范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，符合這一標(biāo)準(zhǔn)的試塊統(tǒng)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)試塊，即IIW試塊。IIW是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)的縮寫(xiě)，它是1985年國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦使用的標(biāo)準(zhǔn)試塊。 試塊的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)試塊根據(jù)用途又可分為校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)試塊。 校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊它是中國(guó)壓力容器焊縫超聲檢測(cè)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試塊CSKⅠＡ，在IIW（國(guó)際焊接學(xué)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)試塊）基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和創(chuàng)新的校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊。校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊主要用于校驗(yàn)探傷儀、探頭的性能，確定探傷靈敏度等。 對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)試塊它主要用來(lái)調(diào)整檢測(cè)范圍，確定探傷的靈敏度，通過(guò)與對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)試塊比較，進(jìn)而來(lái)判斷缺陷的大小、形狀等，以便對(duì)缺陷進(jìn)行分級(jí)。 我國(guó)壓力容器焊縫檢測(cè)常用試塊 CSKⅠＡ試塊它是中國(guó)JB473094標(biāo)準(zhǔn)中用于焊縫超聲波探傷試塊，主要以校驗(yàn)為主。如圖36所示：圖36 CSKⅠＡ試塊CSKⅠＡ試塊的用途有很多，例舉如下：l 適用于厚度范圍8—300mm的焊縫探傷；l 使用厚度尺寸25測(cè)定超聲波探傷儀的水平線性、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍；l 使用尺寸85,91,100來(lái)測(cè)定直探頭的分辨力；l 使用厚度尺寸25和100調(diào)整縱波檢測(cè)范圍和掃描速度；l 使用有機(jī)玻璃塊測(cè)定探傷儀和直探頭的穿透能力；l 使用和圓孔測(cè)定斜探頭的折射角；l 使用R100測(cè)定探傷儀的和斜探頭的組合靈敏度； CSKⅡA試塊它是中國(guó)JB473094標(biāo)準(zhǔn)推薦，用于壓力容器焊縫橫波探傷的試塊，主要以對(duì)比為主。如圖37所示。圖37 CSKⅡA試塊CSKⅡA試塊的用途如下：l 測(cè)試和校驗(yàn)探傷儀和探頭的靈敏度余量、始波寬度、盲區(qū)、分辨力等；l 調(diào)節(jié)探傷靈敏度；l 用于厚度范圍8—120mm的焊縫探傷；l 繪制直探頭距離波幅曲線和面積波幅曲線。 CSKⅢA試塊CSKⅢA試塊為中國(guó)JB4730—94標(biāo)準(zhǔn)推薦，用于焊縫的橫波探傷試塊，如圖38所示。CSKⅢA試塊有7個(gè)距探測(cè)面不同深度的的平底孔，為避免試塊斷面和側(cè)面反射的影響，在試塊側(cè)面短橫孔處加工了兩個(gè)R10的圓弧槽；圖38 CSKⅢA試塊 CSKⅣA試塊CSKⅣA試塊也為中國(guó)JB4730—94標(biāo)準(zhǔn)推薦，如圖39所示。它適用于厚度范圍大于120—300mm的焊縫探傷。圖39 CSKⅣA試塊第四章 超聲波檢測(cè)方法在實(shí)際檢測(cè)工作中，利用超聲波檢測(cè)的方法多種多樣，各種方法的操作也不盡相同，但它們?cè)谔綔y(cè)條件、耦合與補(bǔ)償、儀器的調(diào)節(jié)、缺陷的定位、定量、定性等方面卻存在一些通用的技術(shù)問(wèn)題，因此，在實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中要熟練掌握這些通用技術(shù)。下面介紹一下一些常見(jiàn)的超聲檢測(cè)方法按照檢測(cè)原理，可將超聲波檢測(cè)分為脈沖反射法、穿透法和共振法三種。 脈沖反射法超聲波探頭反射脈沖波到被檢測(cè)工件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來(lái)檢測(cè)工件缺陷的方法，稱(chēng)為脈沖反射法。它使用一個(gè)單發(fā)收探頭，發(fā)出脈沖超聲波，利用折射橫波聲軸（波束的中心波線）掃查焊縫橫截面，遇到缺陷，產(chǎn)生基本按原路返回的反射脈沖橫波，通過(guò)示波屏的A型顯示發(fā)現(xiàn)缺陷。它是目前使用最廣泛的一種超聲檢測(cè)方法。脈沖反射法又包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。缺陷回波法：根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進(jìn)行判斷的檢測(cè)方法，它是反射法的基本方法。圖41是缺陷回波檢測(cè)法的基本原理。若工件沒(méi)有缺陷，超聲波可順利傳播到達(dá)底面，顯示圖像只有發(fā)射脈沖信號(hào)T和底面回波信號(hào)B兩個(gè)信號(hào)，如圖41（a）所示。若工件中存在缺陷，在檢測(cè)圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F，如圖41（b）所示。 圖41 缺陷回波法示意圖底波高度法：當(dāng)工件的材質(zhì)和厚度沒(méi)有改變時(shí)，底面回波高度應(yīng)該是沒(méi)有什么改變的；如果工件內(nèi)部存在缺陷，則底面回波高度會(huì)下降甚至消失，如圖42所示，根據(jù)底面回波高度的變化就可判斷工件內(nèi)的缺陷情況，這種檢測(cè)方法稱(chēng)為底面波高度法。圖42 底波高度法示意圖多次底波法：當(dāng)透入工件的超聲波能量很大的時(shí)候，但是工件厚度又比較小時(shí)，超聲波可在探測(cè)面與底面之間往復(fù)傳播多次，示波屏上則出現(xiàn)多次底波、…，如圖43（a）所示。如果工件存在缺陷，則由于在缺陷處超聲波的反射以及散射而增加了聲能損耗，底面回波次數(shù)相應(yīng)減少，打亂了各次底面回波高度依次衰減的規(guī)律，并顯示出缺陷回波，如圖43（b）、（c）所示。依據(jù)底面回波的次數(shù)，就可以判斷工件內(nèi)部有無(wú)缺陷，這種檢測(cè)方法稱(chēng)為多次底波法。它主要用于厚度不大、形狀簡(jiǎn)單、探測(cè)面與底面平行的工件的檢測(cè)，缺陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。圖43 多次底波法示意圖 穿透法穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來(lái)判斷缺陷情況的一種方法，如圖44所示。它常常采用雙探頭，一個(gè)用于發(fā)射，一個(gè)用于接收，分置在工件兩側(cè)，圖44（a）為無(wú)缺陷時(shí)的波形，圖44（b）為有缺陷時(shí)的波形。圖44 穿透法示意圖 共振法超聲波發(fā)射到物體內(nèi)，當(dāng)超聲波的頻率等于物體的固有頻率時(shí)，或者當(dāng)工件的厚度為超聲波的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，入射波與反射波相互疊加，從而引起共振。依據(jù)工件的共振特性來(lái)判斷缺陷情況和工件厚度的變化情況稱(chēng)為共振法。共振法設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，常用于工件測(cè)厚。根據(jù)下面的公式可計(jì)算出工件的厚度。 （41）式中，為工件的固有頻率；為相鄰兩共振頻率；為被檢工件的聲速；為波長(zhǎng)；為工件厚度。 按波型分類(lèi)在檢測(cè)過(guò)程中，根據(jù)檢測(cè)所采用的波型，可將超聲波檢測(cè)分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。下面依次介紹一下這些方法。 縱波法利用直探頭發(fā)射縱波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為縱波法。縱波法檢測(cè)時(shí)，縱波波束垂直入射到工件檢測(cè)面，以不變的波型和方向透入工件，因此又稱(chēng)為垂直入射法，簡(jiǎn)稱(chēng)垂直法。垂直法又可分為單晶探頭反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。常用的是單晶探頭反射法。垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測(cè)，該法對(duì)與探測(cè)面平行的缺陷的檢出效果最佳。在同一介質(zhì)中，縱波速度比其他波型的速度都要大，穿透能力強(qiáng)也比其他波型強(qiáng)，晶界反射或散射的敏感性差，故可探測(cè)工件的厚度是所有波型中最大的，還可用于粗晶材料的檢測(cè)。另外，由于垂直法檢測(cè)時(shí)波型和傳播方向保持不變，所以對(duì)缺陷進(jìn)行定位比較方便。 橫波法將縱波通過(guò)楔塊、水等介質(zhì)傾斜入射到工件探測(cè)表面，根據(jù)波型轉(zhuǎn)換而得到橫波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為橫波法。由于入射波束與探測(cè)面有一定的夾角，所以又稱(chēng)斜射法。橫波法主要用于管材和焊縫檢測(cè)，是目前特種設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用得較為普遍的一種檢測(cè)方法。檢測(cè)其他工件時(shí)，則經(jīng)常作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)垂直檢測(cè)法不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。 表面波法使用表面波進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為表面波法。表面波波長(zhǎng)比橫波還短，衰減也很大。它只能在物體表面下幾個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播，對(duì)表面上的覆層、油污、不光潔等反應(yīng)敏感，并被大量地衰減。表面波法主要用于表面光滑的工件的近表面缺陷的檢測(cè)，對(duì)近表面的裂紋缺陷比較敏感。 板波法利用板波進(jìn)行檢測(cè)的方法稱(chēng)為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的工件的檢測(cè)。在板波檢測(cè)的時(shí)侯，板波充塞于整個(gè)工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷和表面缺陷。但是檢出靈敏度受到的限制較大，例如儀器工作條件、波的形式等等。 按探頭數(shù)目分類(lèi) 單探頭法使用一個(gè)探頭，既可以用作發(fā)射又可以接收超聲波的檢測(cè)方法稱(chēng)為單探頭法。單探頭法操作簡(jiǎn)便，能夠檢測(cè)出大多數(shù)缺陷，是目前最常用的一種檢測(cè)方法。單探頭法對(duì)于波束軸線垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢測(cè)效果最好，而與波束軸線平行的片狀缺陷卻有一定的困難。 雙探頭法使用兩個(gè)探頭（一個(gè)用于發(fā)射、一個(gè)用于接收）進(jìn)行檢測(cè)的方法稱(chēng)為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢出的缺陷。雙探頭法又可以根據(jù)兩個(gè)探頭排列的方式和工作的方式進(jìn)一步分為并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。并列式適用于薄工件、近表面缺陷檢測(cè)；交叉式用來(lái)發(fā)現(xiàn)焊縫中的橫向缺陷；V型串列式用來(lái)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面平行的面狀缺陷；K型串列式用來(lái)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)面垂直的面狀缺陷；串列式用來(lái)檢測(cè)與檢測(cè)面垂直的片狀缺陷，如窄間隙焊縫的坡口面未熔合、厚焊縫的中間未熔透等等。 多探頭法使用兩個(gè)以上的探頭成對(duì)地組合在一起進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為多探頭法。它主要是通過(guò)增加聲束進(jìn)而來(lái)提高檢測(cè)速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷，它常常與多通道儀器和自動(dòng)掃描裝置配合使用。如圖45所示。圖45 多探頭法 按探頭接觸方式分類(lèi)根據(jù)探頭與工件的接觸方式，可將超聲波檢測(cè)分為接觸法與液浸法。 接觸法在探頭與工件探測(cè)面之間的有很薄的耦合劑層，可以看作是兩者直接接觸，這種檢測(cè)方法稱(chēng)為直接接觸法。這種方法操作簡(jiǎn)單，容易判斷缺陷，檢出缺陷靈敏度也較高，是應(yīng)用得比較普遍的一種檢測(cè)方法。但是，接觸法檢測(cè)時(shí)，要求探測(cè)面的表面粗造度要小。 液浸法將探頭和工件浸入液體中，把液體當(dāng)作耦合劑進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。利用液浸法檢測(cè)，探頭不直接接觸工件，適用于表面粗糙的工件的檢測(cè)。探頭也不易磨損，耦合穩(wěn)定，探測(cè)結(jié)果重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。按檢測(cè)方式的不同，液浸法又可分為全浸沒(méi)法和局部浸沒(méi)式。全浸沒(méi)式適用于體積不大，形狀復(fù)雜的工件檢測(cè)；局部浸沒(méi)式適用于大體積工件的檢測(cè)。 按操作方式分類(lèi)按照操作方式可將超聲波檢測(cè)方法分為手工檢測(cè)法和自動(dòng)檢測(cè)法。通過(guò)檢測(cè)人員直接手持探頭對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱(chēng)為手工檢測(cè)法。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，方便易行，比較常用，但是檢測(cè)速度慢，精確度不高，只能進(jìn)行粗略的檢測(cè)。 自動(dòng)檢測(cè)通過(guò)設(shè)備裝置來(lái)控制探頭進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)的方法，稱(chēng)為自動(dòng)檢測(cè)法。此方法靈敏度高，檢測(cè)速度快，重復(fù)性好，是一種比較理想的檢測(cè)方法。但是也有一些缺點(diǎn)，例如檢測(cè)方法復(fù)雜，成本高，設(shè)備重，不易隨便移動(dòng)等等。 檢測(cè)儀器與探頭的選擇正確選擇儀器和探頭至關(guān)重要，它能夠有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，并能準(zhǔn)確地對(duì)缺陷定位、定量和定性。在實(shí)際檢測(cè)工作中，應(yīng)根據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)情況要求等來(lái)選檢測(cè)擇儀器和探頭。 檢測(cè)儀器的選擇超聲波檢測(cè)儀是超聲波檢測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外檢測(cè)儀種類(lèi)繁多，性能也是多種多樣，檢測(cè)前應(yīng)優(yōu)先選用性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和可靠性好的儀器。同時(shí)還應(yīng)根據(jù)探測(cè)要求和具體工況來(lái)選擇檢測(cè)儀，選擇依據(jù)如下：l 對(duì)定位要求很高的工件，選擇水平線性誤差小的儀器。l 對(duì)定量要求很高的工件，選擇垂直性好，衰減器精度高的儀器。l 對(duì)一些大型零件的檢測(cè)，盡量選擇靈敏度高余量高、信噪比高、功率大的儀器。l 為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷，應(yīng)選用盲區(qū)小、分辨力好的儀器。l 對(duì)于室外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，應(yīng)選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干擾能力強(qiáng)的便攜式檢測(cè)儀。 探頭的選擇超聲波檢測(cè)中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過(guò)探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的。探頭的種類(lèi)很多，結(jié)構(gòu)型式也不一樣。檢測(cè)前應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的形狀、衰減和技術(shù)要求來(lái)選擇探頭。探頭的選擇包括探頭型式、頻率和晶片尺寸的選擇等。 探頭類(lèi)型的選擇探頭的種類(lèi)很多，常用有縱波直探頭、橫波斜探頭、表面波探頭、雙晶探頭、聚集探頭等。一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等情況來(lái)選擇探頭的型式，同時(shí)盡量使聲束軸線與缺陷垂直，這樣才能更加精確地探測(cè)缺陷?？v波直探頭只能發(fā)射和接收縱波，波束軸線垂直于探測(cè)面，主要用于鍛件、鋼板的檢測(cè)；橫波斜探頭通過(guò)波形轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)橫波檢測(cè)，主要用于焊縫缺陷（如焊縫中的未焊透、夾渣、未熔合等缺陷）的檢測(cè)；表面波探頭一般用于探測(cè)工件表面的缺陷；雙晶探頭用于探測(cè)工件