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1、 姚志忠 单位：三浦工业设备（苏州）有 限公司 地址：苏州工业园区胜港街南前 巷8号 电话：0512-8816833313306261810 传真：0512-88168261 邮编：215024超声波探伤方法与探伤工艺超声波探伤补充教材(修改版)编写：姚志忠中国锅炉压力容器检验协会教育工作委员会二00六年四月超声波探伤方法与探伤工艺(修改版)编写说明根据锅炉压力容器压力管道特种设备无损 检测人员级资格考核培训班组织委员会 的安排，于2004年4月将将本人负责超声 波探伤方法和工艺讲课部分的讲稿编印成 册，作为级人员超声波探伤专业培训的 补充教材。阅读本补充教材时，应同时阅 读超声波探伤教材。本
2、补充教材内容为：第四章超声波探伤方 法和通用探伤技术，第五章板材和管材超 声波探伤，第六章锻件与铸件超声波探伤 ，第七章焊缝超声波探伤，第八章超声波 探伤工艺。每章中的内容和顺序均与超 声波探伤教材全部对应。自JB/T4730- 2005承压设备无损检测颁布后发现原 补充教材涉及超声检测标准部分的相关内 容与JB/T4730-2005承压设备无损检测第3 部分超声检测中相应规定不完全符合，为 了更好地贯彻执行JB/T4730-2005承压 设备无损检测标准，对原补充教材涉及 JB/T4730-2005承压设备无损检测标 准的相关内容均按JB/T4730-2005承压 设备无损检测标准第3部分超
3、声检测规定 内容要求进行了修改，现印刷的为修改版 。由于本人的局限性、缺点和错误难免，请 阅读本补充教材的人员提出宝贵意见和建 议，使本补充教材更加完善。本补充教材编写过程中得到中国锅炉压力 容器检验协会教育工作委员会杜京社同志 的支持与帮助，在此表示感谢！编写者：姚志忠2006.4第四章 超声波探伤方法和通用探伤 技术第一节 超声波探伤方法概述 超声波探伤方法按波的类型可分为脉冲波 法和连续波法，按探伤方法原理可分为反 射法、穿透法和共振法，按波形可分为纵 波法、横波法、表面波法、板波法和爬波 法，按耦合方式可分为直接接触法和液浸 法，按探头个数可分为单探头法、双探头 法和多探头法，现将各种
4、探伤方法分类列 于下图4.1：超声波探伤方法图例 4-1.doc第二节 仪器与探头的选择一、探伤仪选择 1.仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要 求。 2.其次可考虑检测目的，如对定位要求高时，应 选择水平线性误差小的仪器，选择数字式探伤仪更好。对定量要求高时 ，应选择垂直线性误差小，衰减器精度高 的仪器，对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功 率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性 能好的仪器。对近表面缺陷检测要求高时 ，可选择盲区小，近区分辨好的仪器。主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求， 定位要求和便携、稳定等方面。二、探头选择 1. 型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决 定： 如：
5、焊缝斜探头钢板、铸件直探头钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚集）近表面缺陷双晶直探头表面缺陷表面波探头 2. 探头频率选择超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷 的能力，从统计规律发现当缺陷大小为时，可稳定地发现缺陷波，对钢工件用 2.55MHZ，为：纵波2.361.18，横波 1.290.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值 为：0.61.2mm之间，横波可稳定检测缺 陷最小值为：0.30.6之间。这对压力容器检测要求已能满足。故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等 常采用2.55MHZ。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等因会出 现许多林状反射，（由材料中声阻抗有差 异的微小界面作为反射面产生的反射），
6、也和材料噪声干扰缺陷检测，故采用较低 的0.52.5MHZ的频率比较合适，主要是提 高信噪比，减少晶粒反射。此外应考虑检测目的和检测效果，如从发 现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对 大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。 对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸 时，则声束指向性变坏，不利于检测远场 缺陷，所以应综合考虑。 3. 晶片尺寸选择：原则：晶片尺寸要满足标准要求，如满 足JB/T4730-2005要求，即晶片面积 500mm2，任一边长25mm。其次考虑检测目的，有利于发现缺陷， 如工件较薄，则晶片尺寸可小些，此时N 小。铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N 大、0小。发现远距离缺陷能力强。
7、考虑检测面的结构情况如对小型工件，曲率大的工件复杂形状工 件为便于耦合要用小晶片，对平面工件， 晶片可大一些。4. 斜探头K值选择：原则：保证声束扫到整个检测断面，对 不同工件形状要具体分析选择。尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件 许可时，尽量用K大些的探头。薄工件K大 些，厚工件K可小些。根据检测对象选K：如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在 K=0.84-1时检测灵敏度最高。第三节 耦合与补偿耦合就是实现声能从探头向工件的传递， 它可用探测面上声强透过率来表示耦合的 好坏，声强透过率高，表示声耦合好。一、耦合剂在工件与探头之间表面，涂敷液 体、排除空气，实现声能传递该液体即耦合剂
8、。实际耦合剂声阻抗在1.52.5106公斤/米2，而 钢声阻抗为45106公斤/米2。所以靠耦合剂是很 难补偿曲面和粗糙表面对探测灵敏度的影响。水银耦合效果最好，声阻抗为：19.8106kg/m2 与钢接近，但有毒、很贵，故不推荐。对耦合剂的要求：对工件表面和探头表面有足够浸润性， 并既有流动性，又有附着力强，且易清洗 。声阻抗大，应尽量和被检工件接近。对人体无害，对工件无腐蚀作用。来源广，价格低廉。性能稳定。二、影响声耦合的主要因素 3.耦合层厚度d： 在均匀介质中：最好：d=n 即半波长整数倍时声压透射率为1，几乎无反射 ，声能全部透射。好象耦合层不存在。最不好：d=（2n+1）即四分之一
9、波长奇数倍时，声压透射率最低，反 射率最高。此时相当于钢保护膜直探头探测钢件。根 据均匀介质中异质薄层对声波的反射特性 ，其声压反射r为：在非均匀介质中，根据教材1.37式，当 d=n时和d=（2n+1） ,且Z2= 时，声强透射率最大，超声 检测大多情况满足次种条件。 由式可看出：当耦合层d=时，r=0、t=1， 灵敏度可以保证，但发射反射脉冲后面干扰振荡增加，也影响缺陷检测 ，故实际上常使用d0的光滑工件使耦合 层d0，效果好。如果再增加耦合层厚度，可以使界面波和 工件多次反射波分得很开，探伤图形变得很清晰，如控制在底面回波在第二 次界面回波前出现，对缺陷判断有利（这 是水浸探伤中的水层耦
10、合原理）。为使耦合层耦合效果好，由教材1.36式和 1.37式可知，则必须使r0，此时t1，或 T= 达最大，即声能从探头全部透 到工件，则由声压反射率表示式知，r0得 Sin 0，即d0或d0，但d0，即工 件表面越平整，耦合剂层厚d越接近零，耦 合越好。4.工件表面粗糙度影响由上面均匀介质中异质薄层对声波的声压反射率 表示式可知d0时，可得r0。耦合效果越好。 表示工件表面光洁度越光越好，表面粗糙度越差 。则d越大耦合越差。但是当表面太光后探头和 工件之间耦合层由于表面张力吸附作用，变成真 空使探头移动困难。同时因真空不能传播声波， 使耦合变差。一般工件要求粗糙度Ra=6.3m5.耦合剂声
11、阻抗影响一般液体耦合剂声阻抗均比工件声阻抗小 ，故对同一探测面（光洁度相工件材质相同）声阻抗越大的耦合剂耦合效果 越好。6. 工件表面形状影响平面工件耦合最好。凸曲面和凹曲面均耦合不好。在实际工作中，T最大处声压透射率为平 面接触时，透射率一半时的曲率半径为声耦合临界曲率半径R0。则：R0=0.45fD2Zt/C0Z0（1+Zt/Zm）f频率，D晶片直径，Zt保护 膜或斜透声楔声阻抗，Z0耦合剂声阻抗，Zm工件声阻抗 ，C0耦合剂声速。当工件曲率半径R与临界曲率半径R0比较 R/R0=1时，修正值2.5dB以下，R/R01时，可不修正，此时修正值为 2.5dB以下，当R/R0d 1.1时 修正
12、条件，可求得： K=1.0 r/R3N时做试块不易，故仅在X3N 时应用。13.当量计算方法当量：不同类型和不同大小的工件中的任何缺 陷反射回波高与同声程的某标准（规则）反射体的反射回波高相同时，则该 标准（规则）反射体的类型和尺寸即为该缺陷的 当量。由于实际缺陷的几何形状，表面状况、方向， 缺陷性质各不相同，其声吸收、声散射比标准规则几何反射体复杂的多。一般实际缺陷总比所定的当量值大35倍 ，或更多。当量计算方法：利用规则形状反射体回波声压（第二章中 介绍的几种）与缺陷回波声压（缺陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。基本公式：（各标准反射体回波声压）大平底：平底孔： 长横孔：短横孔： Lf短
13、横孔长，Df 短横孔直径。球孔： 园柱曲面：PC= 凸面 r内半径 PC= 凹面 R外半径。 考虑材质衰减应均乘上：e- 式中：P=2P0Sin 在X3N时P= 具体计算：用公式计算：应根据缺陷波高与所定探伤 灵敏度比较或和底波高比较，再与探伤灵 敏度比较。 计算时应考虑： 材质衰减。 如题中不考虑，就不管。如题中告诉衰减，要弄清是双程还是单程 的。 是否要不同孔型之间相互换算。如灵敏度为平底孔，题中要求求出长横孔 当量，这要互换。X3N近似准确。 用AVG图计算，可直接查得缺陷相对大 小G，再乘探头晶片尺寸DS则可得缺陷尺 Df。 用实用当量曲线可在曲线上直接查得缺 陷当量直径。二、测长法：
14、适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷。指示长度：根据缺陷波高，用探头移动距 离的方法。按规定方法测得的缺陷长称指 示长度。特点：由于工件中实际缺陷取向、性质、 表面状态均影响缺陷回波高度。故指示长 度一般小于或等于实际长度（此时所用dB 值即缺陷波最高波下降dB值6dB时），当 dB6dB时，一般将缺陷测大，即指示长 度大于实际长度。1. 相对灵敏度测方法相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准， 使探头沿缺陷长度方向两端移动，使缺陷 波下降一定的dB值。常用6dB（半波）、 12dB（波高）、20dB（全波消失）。 6dB法（半波） 适用于： 缺陷只有一个高点 缺陷基本垂直声束 缺陷沿探头移动方向基本均匀 缺陷长度大于声束截面 指所用波束截 面 这里指6dB波 束截面 端点6dB法：一般将缺陷测大缺陷有多个高点时，用端部6dB法即使端 部波高下降6dB。关键：确定端部缺陷回波峰值（最高值） ，找到了缺陷端部峰值后，和6dB法同样 操作。2. 绝对灵敏度法探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺陷方向移 动（不管缺陷最高在何值）。使缺陷波下 降至规定的位置如评定线，如JB/T4730中区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏 度法。特点： 测长是与缺陷最高波多少无关。 缺陷长度（指示长度）与缺陷波高和所 规定的测长值位置有关，如缺陷波高只比 规定测长灵敏度高3dB，
