超声检测第六章2014年陆志春

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1、脉冲反射法超声检测 通 用 技 术,江苏特检院常州分院 陆志春,目录,概述 检测面的选择和准备 仪器与探头的选择 耦合剂的选用 纵波直探头检测技术 横波斜探头检测技术 影响缺陷定位、定量的主要因素 检测记录和报告,6.0 概述,脉冲反射法超声检测技术主要在以下方面： 检测条件 耦合与补偿 仪器的调节 缺陷的定位、定量、定性经过长期的实践应用与经验积累，已经形成了成熟通用的技术手段。 掌握这些通用技术的熟练对于发现缺陷并正确评价很重要。,脉冲反射法超声检测技术基本步骤,A检测前的准备(检测面选择与处理) B仪器、探头、试块的选择; C仪器调节与检测灵敏度确定; D耦合补偿; E扫查方式; F缺陷

2、测定、记录和等级评定; G仪器和探头系统复核。 H后处理 I出具报告 J仪器、探头系统的复核,6.1 检测面的选择和准备,检测面选择：A 根据被检测缺陷的位置、取向，使入射声束尽可能垂直于缺陷反射面；缺陷的最大可能取向应根据 被检工件材质、坡口形式、焊接工艺等判断；B 使声束方向垂直于最危险的缺陷；C 应能使探头与工件间有足够的接触面积D产生较少的非缺陷回波,如锻件,轴类,钢管,层状撕裂,未焊透,翼板未熔合,腹板未熔合,焊缝裂纹,焊缝缺陷,腹板焊趾裂纹,翼板焊趾裂纹,检测面的选择应该与检测技术的选择相结合:锻件：纵波垂直入射检测，检测面选与锻件流线相 平行的表面；棒材：入射面为圆周面，纵波检测

3、位于棒材中心区的、延伸方向与棒材轴向平行的缺陷；横波检测位于表面附近垂直于表面的裂纹，或沿圆周延伸的缺陷。 多个检测面入射检测： 变形过程使缺陷有多种取向； 单面检测存在盲区；单面检测灵敏度不能在整个工件厚度范围内实现时,表面准备：,满足探头移动及声耦合的要求；不同加工工艺后工件检测的处理要求不同。 去除松动的氧化皮、毛刺、油污、切削或磨削产生的铁屑，焊接飞溅、焊渣等。 不可能清除的部位，应作标记并留下记录，供质量评定时参考。 粗糙度应6.3m，表面应清除杂物、松动氧化 皮、毛刺、油污等；,6.2 仪器与探头的选择,仪器的选择 仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求。主要考虑：灵敏度、分辨

4、力、定量要求，定位要求 和便携、稳定等方面。 具体： 1、对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器 2、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， 3、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。,仪器的选择,4、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。 5、室外现场检测，重量轻、荧光屏亮度高、抗干扰能力好的仪器。 6、数字超探仪的采样频率不低于最高工作频率的5倍,6.2 仪器与探头的选择,探头的选择 选择的依据：被检对象的形状、声学特点和技术要求 选择的内容：探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头的K值,6.

5、2 仪器与探头的选择,型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定 焊缝横波斜探头、纵波斜探头 钢板、铸件纵波直探头 钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚焦）近表面缺陷双晶探头 表面缺陷表面波探头 螺栓端面检测及检测面较小小角度纵波斜探头,6.2 仪器与探头的选择,探头频率选择 标准： 0.510MHz，常用2.55MHz。 1、超声波检测灵敏度/2，对钢用2.55MHz，为：纵波2.361.18，横波1.290.65，则纵波检测缺陷最小值为：0.61.2mm，横波检测缺陷最小值为：0.30.6mm。 2、频率高，脉冲宽度小，分辨率高。,3、频率高，半扩散角小，指向性好，发现小缺陷能力强，横向定位准

6、。,6.2 仪器与探头的选择,4、频率高，近场区大，对检测不利。5、频率高，衰减大，厚工件、粗晶材料选用低频。,6.2 仪器与探头的选择,带宽的选择： 带宽：超声脉冲频率具有无数个频率，在主频率附近可利用的频率有一个范围，这个范围大小称带宽。 宽带探头：脉冲短，即脉冲宽度小，深度分辨率好，盲区小，灵敏度较低，信噪比好，适合粗晶材料探伤。 窄带探头：脉冲长，即脉冲宽度大，深度分辨率差，盲区大，灵敏度高，穿透力强。,谐振式发射电路,非谐振式发射电路,发射脉冲波的频谱，按傅里叶级数分析，除谐振频率外，还包含许多其他频率,6.2 仪器与探头的选择,晶片尺寸选择 晶片尺寸要满足标准要求，如满足JB/T4

7、730-2005要求，即晶片面积500mm2，任一边长25mm。 1、晶片大，半扩散角小，指向性好，声束轴线附近缺陷检出能力强。 2、晶片大，近场区大，对检测不利；辐射的超声波能量大，发现远距离缺陷能力强。检测效率高。,3、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。,6.2 仪器与探头的选择,6.2 仪器与探头的选择,探头K值的选择 1、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。 2、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，声程大，避免近场检测；厚工件K可小些。 3、根据检测对象

8、选K： 如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.43，检测灵敏度最高.（端角反射）,a,b,6.3 耦合剂的选用,耦合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。 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。常用：水，机油、甘油、水玻璃、化学浆糊，纤维素、洗洁精等,6.3 耦合剂的选用,对耦合剂的要求对工件表面和探头表面有足够浸润性，并有流动性，附着力强，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,6.3.3影响声耦合的主要因素,耦合层厚度d 工件表面粗糙度 耦

9、合剂声阻抗 工件表面形状,6.3.3影响声耦合的主要因素,耦合层厚度d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。即四分之一 波长奇数倍时，声压透射 率最低，反射率最高。 d0，最好。,6.3.3影响声耦合的主要因素,工件表面粗糙度 1、同一耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果差，反射回波低。 2、声阻抗低的耦合剂，随粗糙度增大，耦合效果降低的更快。 3、表面太光滑，耦合效果不 会显著增加，但探头移动困难。 耦合剂声阻抗的影响，同一 检测面，耦合剂声阻抗 越大耦合效果越好。 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。,6.3

10、.3影响声耦合的主要因素,工件表面形状 平面工件耦合最好。 凸曲面次之，点或线接触、 凹曲面均耦合不好，中心不接触。 曲率半径越大，耦合效果越好。,6.4 纵波直探头检测技术,6.4.1 仪器调整 时基线的调整又叫扫描线比例调节，俗称定标、扫描速度调节 调整目的：保证在确定的检测范围内发现规定尺寸的缺陷，并确定缺陷的位置和大小。 步骤：实际是扫描速度和零点调整两步，仪器自动校准，是两步并作一步走，手动校准可分步校准。1调零位2调扫描线比例,0,6.4.1 仪器调整,扫描速度调整的实质是时基线与超声波传播的距离的比例的校准。扫描线比例1n （屏显示：实际值）。如n=2：板厚为50mm，一、二次底

11、波在荧光屏2.5格和5格；如n=5：板厚为100mm，一、二次底波在荧光屏2格和4格。,6.4.1 仪器调整,T=50 二次底波,T=100 二次底波,6.4.1 仪器调整,如检测厚度为400的锻件,？,0,100,1：10,6.4.1 仪器调整,双晶直探头时基线调整,200,B1,B2,6.4.1 仪器调整,检测灵敏度调整 概念：在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力 目的：发现工件中规定大小的缺陷并对缺陷定量。 依据：产品技术要求或有关标准规定。 调节：仪器上增益、衰减器、发射强度等灵敏度旋钮 要求：检测灵敏度要适当，太高，杂波多缺陷判断困难；太低，容易漏检。,P1强,P2弱,读数大,读

12、数小,6.4.1 仪器调整,检测灵敏度调整方法 1）试块法 应用场合：声程小于3N，或不能获得工件底波，两表面不平行 方法：将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某基准波高，再根据工件厚度、要求、调节衰减器达到要求的灵敏度。,考虑事项： 试块和工件材质不同，衰减不同的补偿。 试块和工件表面粗糙度不同的耦合补偿。 试块反射体声程和工件声程不同引起扩散补偿。 试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体种类不同引起补偿。,试块,锻件：CS-2 平底孔CS-2、 3 、4、 6平底孔 钢板：CB-平底面CB-5平底孔,6.4.1 仪器调整,2）工件底波法调整灵敏度当反射体在声程3N以外，反射体的声压变

13、化可以用理论计算得出。如计算出底波高与要求的检测灵敏度反射体之间回波高度差。 方便、不用试块 不考虑表面补偿 不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同）,大平底与平底孔的分贝差：2.5P20Z探头，400mm钢制大平底与同声程 2平底孔的分贝差：44dB。 这条件下可以dB=20logX-8.5 注意：凡是能引起底波降低的情况，用底波调灵敏度时会增加灵敏度,将衰减器读数减少44dB,将底波调至基准波高,调整,6.4.1 仪器调整,传输修正值的测定 1、试块与工件厚度相同时A 试块上第一次回波B1调到基准波高时衰减器读数dB值V1；B 工件上第一次回波B1调到基准波高时衰减器读数dB值V2 ，则传

14、输修正值dBV1V2(dB) dB为正，提高增益；dB为负，降低增益；传输修正值是表面耦合损失和材质衰减的总和。,传输修正值的测定,2、 试块与工件厚度不相同时按上述试块与工件同厚度测得的dB值，再按下式修正：,式中： -相同厚度时测得的dB值 X工工件声程（mm） X试试块声程（mm）,6.4.1 仪器调整,工件材质衰减系数测定： 目的：在检测大厚度工件检测，用计算法调整灵敏度和评定缺陷时，计算材质衰减引起的信号幅度差。 注意：由于材质衰减系数与频率有关，测定时应采用实际检测工件的探头进行。 方法原理 利用工件两个相互平行的底面的多次反射波。 测定要求： 无缺陷处 有代表性的三处的平均值。,

15、6.4.1 仪器调整,工件材质衰减系数测定方法： 1、工件T3N时，衰减系数测定条件：T3N，且满足n3N/T，m=2n 式中：衰减系数，dB/m（单程）；（Bn-Bm）-两次衰减器的读数之差，dB；T工件检测厚度，mm；N单直探头近场区长度，mm；m、n底波反射次数。,2.5PZ20 N=42,T=60?,T=70,B1,B2,B3,B4,B5,2、工件厚度T3N时，衰减系数测定 材质衰减系数超过4dB/m，应考虑修正 。,目的：移动探头使声束覆盖到工件需检测的所有体积 内容：扫查方式、扫查速度、扫查距离 1、扫查方式：描述探头的移动方向、移动轨迹 要考虑声束覆盖范围 根据工件形状、缺陷可能

16、取向和延伸方向，尽量使缺陷能够重复显现，并使动态波形容易判别。 全面扫查： 大面积 局部扫查（平行线扫查）： 分区扫查：体积大或形状复杂 自动扫查：管类、轴类工件,6.4.2 扫查,6.4.2 扫查,扫查方式：描述探头的移动方向、移动轨迹 双晶探头应注意隔声层与扫查方向的关系,6.4.2 扫查,2、扫查速度：探头在检测面上相对于工件的移动速度。 扫查速度适当，目视观察时保证缺陷回波能清楚地看到，在自动记录时保证记录装置有明确的记录。 扫查速度的上限与探头的有效声束宽度和重复频率有关，实际计算时的有效声束宽度以探头的直径或宽度为准。 由公式可知：D大，f高，则扫查速度可大一此，反之则扫查速度应慢一些。,