【正文】 大的局限性，檢測范圍很小，只能進行一些外部測量、距離測量等。因為空氣與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，只有很少一部分進入到工件內(nèi)部?？諝怦詈铣暀z測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耦合效果有較大的影響，對于同一探測面，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于耦合也有很大程度的影響，對于接觸法而言，當(dāng)耦合層的厚度時，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，透聲效果高，反射的回波也高，如圖34所示。圖34 耦合層厚度對耦合的影響 工件表面粗糙度對于同一耦合劑，表面粗糙度越高，耦合效果差，反射回波低。對于聲阻抗小的耦合劑，粗糙度越差，耦合效果也越來越差，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，不要讓耦合劑對工件、探頭造成腐蝕破壞等影響，對人體也要沒有過度的危害作用。常用的耦合劑有甘油、水、機油、變壓器油、漿糊、水玻璃等等。液浸檢測中常用水作為耦合劑，但要加入潤濕劑和防腐劑，因為水容易流失，不易潤濕工件，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，容易形成腐蝕坑；機油和變壓油的附著力、黏度、潤濕性都較適當(dāng)，也無腐蝕性，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縱波速度縱波聲特性阻抗密度甘油（100%）機油水玻璃（33%體積）水 試塊 試塊的定義和標(biāo)準(zhǔn)在超聲波檢測之前，按照不同用途設(shè)計并制造出的各種形狀簡單的人工反射體，統(tǒng)稱為試塊。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應(yīng)。試塊的制造要求符合ZBY232和JB4126的規(guī)定。在超聲波檢測之前，為使超聲檢測儀，探頭性能等達到一個統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這些衡量工作常與已知量進行比較，即與試塊作比較。試塊在超聲檢測中占有重要的地位。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，成為了在國際范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，符合這一標(biāo)準(zhǔn)的試塊統(tǒng)稱為標(biāo)準(zhǔn)試塊，即IIW試塊。IIW是國際焊接學(xué)會的縮寫，它是1985年國際焊接學(xué)會推薦使用的標(biāo)準(zhǔn)試塊。 試塊的分類標(biāo)準(zhǔn)試塊根據(jù)用途又可分為校驗標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比標(biāo)準(zhǔn)試塊。 校驗標(biāo)準(zhǔn)試塊它是中國壓力容器焊縫超聲檢測所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試塊CSKⅠＡ，在IIW（國際焊接學(xué)會制定的標(biāo)準(zhǔn)試塊）基礎(chǔ)上進行修改和創(chuàng)新的校驗標(biāo)準(zhǔn)試塊。校驗標(biāo)準(zhǔn)試塊主要用于校驗探傷儀、探頭的性能，確定探傷靈敏度等。 對比標(biāo)準(zhǔn)試塊它主要用來調(diào)整檢測范圍，確定探傷的靈敏度，通過與對比標(biāo)準(zhǔn)試塊比較，進而來判斷缺陷的大小、形狀等，以便對缺陷進行分級。 我國壓力容器焊縫檢測常用試塊 CSKⅠＡ試塊它是中國JB473094標(biāo)準(zhǔn)中用于焊縫超聲波探傷試塊，主要以校驗為主。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測定超聲波探傷儀的水平線性、垂直線性和動態(tài)范圍；l 使用尺寸85,91,100來測定直探頭的分辨力；l 使用厚度尺寸25和100調(diào)整縱波檢測范圍和掃描速度；l 使用有機玻璃塊測定探傷儀和直探頭的穿透能力；l 使用和圓孔測定斜探頭的折射角；l 使用R100測定探傷儀的和斜探頭的組合靈敏度； CSKⅡA試塊它是中國JB473094標(biāo)準(zhǔn)推薦，用于壓力容器焊縫橫波探傷的試塊，主要以對比為主。如圖37所示。圖37 CSKⅡA試塊CSKⅡA試塊的用途如下：l 測試和校驗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個距探測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R10的圓弧槽；圖38 CSKⅢA試塊 CSKⅣA試塊CSKⅣA試塊也為中國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 超聲波檢測方法在實際檢測工作中，利用超聲波檢測的方法多種多樣，各種方法的操作也不盡相同，但它們在探測條件、耦合與補償、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)問題，因此，在實踐過程當(dāng)中要熟練掌握這些通用技術(shù)。下面介紹一下一些常見的超聲檢測方法按照檢測原理，可將超聲波檢測分為脈沖反射法、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工件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來檢測工件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。它使用一個單發(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行判斷的檢測方法，它是反射法的基本方法。圖41是缺陷回波檢測法的基本原理。若工件沒有缺陷，超聲波可順利傳播到達底面，顯示圖像只有發(fā)射脈沖信號T和底面回波信號B兩個信號，如圖41（a）所示。若工件中存在缺陷，在檢測圖形中，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)和厚度沒有改變時，底面回波高度應(yīng)該是沒有什么改變的；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，這種檢測方法稱為底面波高度法。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候，但是工件厚度又比較小時，超聲波可在探測面與底面之間往復(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)部有無缺陷，這種檢測方法稱為多次底波法。它主要用于厚度不大、形狀簡單、探測面與底面平行的工件的檢測，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，一個用于發(fā)射，一個用于接收，分置在工件兩側(cè)，圖44（a）為無缺陷時的波形，圖44（b）為有缺陷時的波形。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，或者當(dāng)工件的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時，入射波與反射波相互疊加，從而引起共振。依據(jù)工件的共振特性來判斷缺陷情況和工件厚度的變化情況稱為共振法。共振法設(shè)備簡單，測量準(zhǔn)確，常用于工件測厚。根據(jù)下面的公式可計算出工件的厚度。 （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；為工件厚度。 按波型分類在檢測過程中，根據(jù)檢測所采用的波型，可將超聲波檢測分為縱波法、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)射縱波進行檢測的方法，稱為縱波法?？v波法檢測時，縱波波束垂直入射到工件檢測面，以不變的波型和方向透入工件，因此又稱為垂直入射法，簡稱垂直法。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，該法對與探測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，穿透能力強也比其他波型強，晶界反射或散射的敏感性差，故可探測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。另外，由于垂直法檢測時波型和傳播方向保持不變，所以對缺陷進行定位比較方便。 橫波法將縱波通過楔塊、水等介質(zhì)傾斜入射到工件探測表面，根據(jù)波型轉(zhuǎn)換而得到橫波進行檢測的方法，稱為橫波法。由于入射波束與探測面有一定的夾角，所以又稱斜射法。橫波法主要用于管材和焊縫檢測，是目前特種設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用得較為普遍的一種檢測方法。檢測其他工件時，則經(jīng)常作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)垂直檢測法不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。 表面波法使用表面波進行檢測的方法，稱為表面波法。表面波波長比橫波還短，衰減也很大。它只能在物體表面下幾個波長范圍內(nèi)傳播，對表面上的覆層、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，對近表面的裂紋缺陷比較敏感。 板波法利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的檢測。在板波檢測的時侯，板波充塞于整個工件，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 單探頭法使用一個探頭，既可以用作發(fā)射又可以接收超聲波的檢測方法稱為單探頭法。單探頭法操作簡便，能夠檢測出大多數(shù)缺陷，是目前最常用的一種檢測方法。單探頭法對于波束軸線垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢測效果最好，而與波束軸線平行的片狀缺陷卻有一定的困難。 雙探頭法使用兩個探頭（一個用于發(fā)射、一個用于接收）進行檢測的方法稱為雙探頭法。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)兩個探頭排列的方式和工作的方式進一步分為并列式、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；交叉式用來發(fā)現(xiàn)焊縫中的橫向缺陷；V型串列式用來發(fā)現(xiàn)與檢測面平行的面狀缺陷；K型串列式用來發(fā)現(xiàn)與檢測面垂直的面狀缺陷；串列式用來檢測與檢測面垂直的片狀缺陷，如窄間隙焊縫的坡口面未熔合、厚焊縫的中間未熔透等等。 多探頭法使用兩個以上的探頭成對地組合在一起進行檢測的方法，稱為多探頭法。它主要是通過增加聲束進而來提高檢測速度或發(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根據(jù)探頭與工件的接觸方式，可將超聲波檢測分為接觸法與液浸法。 接觸法在探頭與工件探測面之間的有很薄的耦合劑層，可以看作是兩者直接接觸，這種檢測方法稱為直接接觸法。這種方法操作簡單，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方法。但是，接觸法檢測時，要求探測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)作耦合劑進行檢測的方法，稱為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。利用液浸法檢測，探頭不直接接觸工件，適用于表面粗糙的工件的檢測。探頭也不易磨損，耦合穩(wěn)定，探測結(jié)果重復(fù)性好，便于實現(xiàn)自動化檢測。按檢測方式的不同，液浸法又可分為全浸沒法和局部浸沒式。全浸沒式適用于體積不大，形狀復(fù)雜的工件檢測；局部浸沒式適用于大體積工件的檢測。 按操作方式分類按照操作方式可將超聲波檢測方法分為手工檢測法和自動檢測法。通過檢測人員直接手持探頭對工件進行檢測的方法，稱為手工檢測法。此方法設(shè)備簡單，方便易行，比較常用，但是檢測速度慢，精確度不高，只能進行粗略的檢測。 自動檢測通過設(shè)備裝置來控制探頭進行自動檢測的方法，稱為自動檢測法。此方法靈敏度高，檢測速度快，重復(fù)性好，是一種比較理想的檢測方法。但是也有一些缺點，例如檢測方法復(fù)雜，成本高，設(shè)備重，不易隨便移動等等。 檢測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)確地對缺陷定位、定量和定性。在實際檢測工作中，應(yīng)根據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)情況要求等來選檢測擇儀器和探頭。 檢測儀器的選擇超聲波檢測儀是超聲波檢測的關(guān)鍵設(shè)備。目前國內(nèi)外檢測儀種類繁多，性能也是多種多樣，檢測前應(yīng)優(yōu)先選用性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和可靠性好的儀器。同時還應(yīng)根據(jù)探測要求和具體工況來選擇檢測儀，選擇依據(jù)如下：l 對定位要求很高的工件，選擇水平線性誤差小的儀器。l 對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 對一些大型零件的檢測，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 對于室外現(xiàn)場檢測，應(yīng)選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干擾能力強的便攜式檢測儀。 探頭的選擇超聲波檢測中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實現(xiàn)的。探頭的種類很多，結(jié)構(gòu)型式也不一樣。檢測前應(yīng)根據(jù)被檢對象的形狀、衰減和技術(shù)要求來選擇探頭。探頭的選擇包括探頭型式、頻率和晶片尺寸的選擇等。 探頭類型的選擇探頭的種類很多，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、方向等情況來選擇探頭的型式，同時盡量使聲束軸線與缺陷垂直，這樣才能更加精確地探測缺陷?？v波直探頭只能發(fā)射和接收縱波，波束軸線垂直于探測面，主要用于鍛件、鋼板的檢測；橫波斜探頭通過波形轉(zhuǎn)換實現(xiàn)橫波檢測，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；表面波探頭一般用于探測工件表面的缺陷；雙晶探頭用于探測工件