焊接技術(shù)及自動化超聲波探傷畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1超聲波探傷簡介</p><p>　　超聲波探傷也叫超聲檢測、超聲波檢測，是無損檢測的一種。無損檢測是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對被檢驗(yàn)不見的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種檢測手段，Nondestructive Testing（縮寫NDT）。 </p><p>

2、;　　機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播過程叫做波，人耳能夠感受到頻率高于16赫茲，低于20000赫茲的彈性波，所以在這個頻率范圍內(nèi)的彈性波又叫聲波。頻率小于10赫茲的彈性波又叫次聲波，頻率高于20000赫茲的彈性波叫做超聲波。次聲波和超聲波人耳都不能感受。 </p><p>　　超聲波的特點(diǎn)：1、超聲波聲束能集中在特定的方向上，在介質(zhì)中沿直線傳播，具有良好的指向性。2、超聲波在介質(zhì)中傳播過程中，會發(fā)生衰減和散射。3、超聲波

3、在異種介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。利用這些特性，可以獲得從缺陷界面反射回來的反射波，從而達(dá)到探測缺陷的目的。4、超聲波的能量比聲波大得多。5、超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測深度大，由于超聲波在異質(zhì)界面上會發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時，就會全部或部分反射。反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器

4、的熒光屏上就會顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件重的深度、位置和形狀。 </p><p>　　超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進(jìn)行定位和定量。超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結(jié)果不便于保存，超聲波檢測對工作表面要求平滑，要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)，使超聲

5、波探傷也具有其局限性。 </p><p>　　1.2超聲波探傷的基本原理</p><p>　　超聲波是一種機(jī)械波，機(jī)械振動與波動是超聲波探傷的物理基礎(chǔ)。</p><p>　　物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動，稱為機(jī)械振動。振動的傳播過程，稱為波動。波動分為機(jī)械波和電磁波兩大類。機(jī)械波是機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程。超聲波就是一種機(jī)械波。<

6、;/p><p>　　機(jī)械波主要參數(shù)有波長、頻率和波速。波長?：同一波線上相鄰兩振動相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離稱為波長，波源或介質(zhì)中任意一質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動，波正好前進(jìn)一個波長的距離，常用單位為米(m)；頻率f：波動過程中，任一給定點(diǎn)在1秒鐘內(nèi)所通過的完整波的個數(shù)稱為頻率 ，常用單位為赫茲(Hz)；波速C：波動中，波在單位時間內(nèi)所傳播的距離稱為波速，常用單位為米/秒（m/s）。</p><p>　　

7、由上述定義可得：C=? f ，即波長與波速成正比，與頻率成反比；當(dāng)頻率一定時，波速愈大，波長就愈長；當(dāng)波速一定時，頻率愈低，波長就愈長。</p><p>　　次聲波、聲波和超聲波都是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，在同一介質(zhì)中的傳播速度相同。它們的區(qū)別在主要在于頻率不同。頻率在20~20000Hz之間的能引起人們聽覺的機(jī)械波稱為聲波，頻率低于20Hz的機(jī)械波稱為次聲波，頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱為超聲波。次聲波、

8、超聲波不可聞。</p><p>　　超聲探傷所用的頻率一般在0.5~10MHz之間，對鋼等金屬材料的檢驗(yàn)，常用的頻率為1~5MHz。超聲波波長很短，由此決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛用于無損探傷。</p><p>　　1. 方向性好：超聲波是頻率很高、波長很短的機(jī)械波，在無損探傷中使用的波長為毫米級；超聲波象光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，易于在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。<

9、;/p><p>　　2. 能量高：由于能量（聲強(qiáng)）與頻率平方成正比，因此超聲波的能量遠(yuǎn)大于一般聲波的能量。</p><p>　　3. 能在界面上產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換：超聲波具有幾何聲學(xué)的上一些特點(diǎn)，如在介質(zhì)中直線傳播，遇界面產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等。</p><p>　　4. 穿透能力強(qiáng)：超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時，傳播能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)，在一些金

10、屬材料中其穿透能力可達(dá)數(shù)米。</p><p>　　1.3超聲波探傷設(shè)備的介紹</p><p>　　超聲波探傷儀是一種便攜式工業(yè)無損探傷儀器，它能夠快速、便捷、無損傷、精確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷（裂紋、疏松、氣孔、夾雜等）的檢測、定位、評估和診斷。既可以用于實(shí)驗(yàn)室，也可以用于工程現(xiàn)場。廣泛應(yīng)用在鍋爐、壓力容器、航天、航空、電力、石油、化工、海洋石油、管道、軍工、船舶制造、汽車、機(jī)械制造、冶金

11、、金屬加工業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)、鐵路交通、核能電力、高校等行業(yè)。</p><p>　　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(jìn)行有效探傷的保證。</p><p>　　一． 超聲波探傷儀1.作用　　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(jìn)行放大，通過一定方式顯示

12、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?！　?.分類按缺陷顯示方式分類，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(biāo)代表聲波的傳播距離，縱坐標(biāo)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(biāo)代表探頭的掃查軌跡，縱坐標(biāo)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?！?/p>

13、　C型：C型顯示也是一種圖象顯示，屏幕的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都代表探頭在工件表面的位置，探頭接收信號幅度以光點(diǎn)輝度表示，因而當(dāng)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。　　目前，探傷中廣泛使用的超聲波探傷儀都是A型顯示脈沖反射式探傷儀。</p><p>　　二． 探頭　　超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實(shí)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

14、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(dāng)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)。　　超聲波探頭中的壓電晶片具有壓電效應(yīng)，當(dāng)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(jī)械能)，探頭發(fā)射超聲波。當(dāng)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(shí)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

15、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。　　斜探頭可分為縱波斜探頭、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(jī)葉輪等?！　‘?dāng)斜探頭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。　　雙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&

16、lt;/p><p>　　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、

17、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(diǎn)、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(shí)際聲程之間的比例關(guān)系，即掃描速度，以便對缺陷進(jìn)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(dāng)量曲線（即實(shí)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。

18、2.試塊的分類（1） 按試塊來歷分為：標(biāo)準(zhǔn)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</p><p>　　1.4國內(nèi)外超聲波探傷的現(xiàn)狀、發(fā)展</p><p>　　無損檢測技術(shù)已經(jīng)歷一個世紀(jì)，盡管無損檢測技術(shù)本身并非一種生產(chǎn)技術(shù)，但其技術(shù)水平卻能反映該部門、該行業(yè)、該地區(qū)甚至該國的工業(yè)技術(shù)水平。無損檢測技術(shù)所能帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。統(tǒng)計資料顯示，經(jīng)過無

19、損檢測后的產(chǎn)品增值情況大致是，機(jī)械產(chǎn)品為 5%，國防、宇航、原子能產(chǎn)品為 12%一 18%，火箭為 20%。例如，德國奔馳公司汽車幾千個零件經(jīng)過無損檢測后，整車運(yùn)行公里數(shù)提高了一倍，大大提高了產(chǎn)品在國際市場的競爭能力?？梢姮F(xiàn)代工業(yè)是建立在無損檢測基礎(chǔ)上的說法并不為過。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使超聲波無損探傷技術(shù)和儀器也得到了相應(yīng)發(fā)展與應(yīng)用。早在 1929年蘇聯(lián)薩哈諾夫提出利用穿透法檢查固體內(nèi)

20、部結(jié)構(gòu)，以后利用連續(xù)超聲波在實(shí)驗(yàn)室研究成功。隨著聲納技術(shù)的發(fā)展，美、英兩國分別于 1944 年和 1964 年研制成功脈沖反射式超聲波探傷儀，并逐步用于鍛鋼和厚鋼板的探傷。80 年代，隨著大規(guī)模集成電路和微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，1983 年德國Krautkramer 公司推出第一臺便攜式數(shù)字化超聲波探傷儀 USD1 型，采用的是 z80CPU，盡管有許多不足，但已顯示出</p><p>　　數(shù)字化超聲波探傷儀強(qiáng)大的生

21、命力。我國 50 年代初引進(jìn)蘇聯(lián)超聲波探傷儀，60年代初期先后形成了一些批量生產(chǎn)的廠家，80 年代初，國內(nèi)各生產(chǎn)廠研制生產(chǎn)的超聲波探傷儀的主要技術(shù)指標(biāo)均有大幅度地提高，較好地滿足了超聲波探傷技術(shù)的需要。如汕頭超聲電子(集團(tuán))公司在1980 年推出了 CTS - 22 型超聲波探傷儀，其主要性能指標(biāo)與當(dāng)時國際同類儀器水平相當(dāng)。</p><p>　　近年來我國超聲無損檢測事業(yè)取得了巨大進(jìn)步和發(fā)展。超聲無損檢測已經(jīng)應(yīng)用

22、到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途正日趨擴(kuò)大。超聲無損檢測的相關(guān)理論和方法及應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究正在逐步深入，已經(jīng)取得了許多突破性進(jìn)展。比如，用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件；各種掃描成象技術(shù)；多坐標(biāo)、多通道的自動超聲檢查系統(tǒng)；超聲機(jī)器人檢測系統(tǒng)等。無損檢測的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，檢測儀器的數(shù)字化、智能化、圖象化、小型化和系列化工作也都取得了較大發(fā)展。我國已經(jīng)制訂了一系列國標(biāo)、部標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且引進(jìn)了 ISO，ATSM 等一百多個國外標(biāo)準(zhǔn)。無損檢測人員的培訓(xùn)

23、也逐漸與國際接軌。</p><p>　　但是，我國超聲無損檢測事業(yè)從整體水平而言，與發(fā)達(dá)國家之間仍存在很大差距。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1. 檢測專業(yè)隊(duì)伍中高級技術(shù)人員和高級操作人員所占比例較小，極大阻礙了超聲無損檢測技術(shù)向自動化、智能化、圖象化的進(jìn)展。由于經(jīng)驗(yàn)豐富的老一輩檢測工作者缺乏把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理論總結(jié)，而年輕的檢測人員缺乏切實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這有可能導(dǎo)致現(xiàn)有的超

24、聲檢測軟件系統(tǒng)不同程度的缺陷，降低了檢測的可靠性。</p><p>　　2. 專業(yè)無損檢測人員相對較少，現(xiàn)有無損檢測設(shè)備有待改進(jìn)。從而導(dǎo)致目前我國產(chǎn)品的質(zhì)量普遍存在較大問題，據(jù)測算，我國不良品的年損失約 2000 億元。更嚴(yán)重的后果是產(chǎn)品的競爭能力差，影響產(chǎn)品進(jìn)入國際市場。</p><p>　　3. 對無損檢測技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)應(yīng)用重視不夠。我國對無損檢測信息技術(shù)的建設(shè)工作還處在相當(dāng)薄弱的

25、階段。</p><p>　　4. 無損檢測的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范多而雜。</p><p>　　第二章超聲波探傷方法</p><p>　　超聲檢測方法分類的方式有多種，較常用的有如下幾種：</p><p>　　1、按原理分類：脈沖反射法、衍射時差法（TOFD）、穿透法、共振法。</p><p>　　2．按顯示方式分類：A型顯示和超

26、聲成像顯示（可細(xì)分為B、C、D、S、P型顯示等）。</p><p>　　3．按波型分類：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。</p><p>　　4、按探頭數(shù)目分類：單探頭法、雙探頭法、多探頭法。</p><p>　　5、按探頭與試件的接觸方式分類：接觸法、液浸法、電磁耦合法。</p><p>　　6、按人工干預(yù)的程度分類：手工檢測、

27、自動檢測。</p><p>　　每一個具體的超聲檢測方法都是上述不同分類方式的一種組合，如最常用的：單探頭橫波脈沖反射接觸法（A型顯示）。每一種檢測方法都有其特點(diǎn)和局限性，針對每一檢測對象所采用的不同的檢測方法，是根據(jù)檢測目的及被檢工件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征來進(jìn)行選擇的。</p><p>　　2.1按原理分類的超聲檢測方法</p><p>　　超聲檢測方法按原理分

28、類，可分為脈沖反射法、衍射時差法、穿透法和共振法。</p><p>　　2.1.1脈沖反射法</p><p>　　超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢工件內(nèi)，通過觀察來自內(nèi)部缺陷或工件底面反射波的情況來對試件進(jìn)行檢測的方法，稱為脈沖反射法。</p><p>　　脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。</p><p><b>　　1

29、.缺陷回波法</b></p><p>　　根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進(jìn)行判斷的方法，稱為缺陷回波法。該方法以回波傳播時間對缺陷定位，以回波幅度對缺陷定量，是脈沖反射法的基本方法。</p><p>　　如圖所示為缺陷回波檢測的基本原理，當(dāng)工件完好時，超聲波可順利傳播到達(dá)底面，檢測圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個信號，如圖a所示。</p><p>

30、;　　若工件中存在缺陷，則在檢測圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F，如圖b所示。</p><p><b>　　2.底波高度法</b></p><p>　　當(dāng)工件的材質(zhì)和厚度不變時，底面回波高度應(yīng)是基本不變的。如果工件內(nèi)存在缺陷，底面回波會下降甚至消失，如圖所示。</p><p>　　這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷工件缺陷情況的檢測方法，稱為底

31、波高度法。</p><p>　　底波高度法的特點(diǎn)在于同樣投影大小的缺陷可以得到同樣的指示，而且不出現(xiàn)盲區(qū)，但是要求被檢工件的檢測面與底面平行，耦合條件一致。該方法檢出缺陷定位定量不便，靈敏度較低，因此，實(shí)用中很少作為一種獨(dú)立的檢測方法，而是經(jīng)常作為一種輔助手段，配合缺陷回波法發(fā)現(xiàn)某些傾斜的、小而密集的缺陷，對于鍛件采用直探頭縱波檢測法時常使用，如由缺陷引起的底波降低量。</p><p>&

32、lt;b>　　3.多次底波法</b></p><p>　　當(dāng)透入工件的超聲波能量較大，而工件厚度較小時，超聲波可在檢測面與底面之間往復(fù)傳播多次，示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3、……。如果工件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底波回波次數(shù)減少，同時也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，如圖所示。這種依據(jù)多次底面回波的變化，判斷工件有無缺陷的方法，稱為多

33、次底波法。</p><p>　　多次底波法主要用于厚度不大、形狀簡單、檢測面與底面平行的工件檢測，缺陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。</p><p>　　2.1.2衍射時差法</p><p>　　衍射時差法（Time of Flight Diffraction,簡稱TOFD）,是利用缺陷部位的衍射波信號來檢測和測定缺陷尺寸的一種超聲檢測方法，通常使用縱波斜探頭，采用一

34、發(fā)一收模式，該方法最早于20世紀(jì)70年代由英國原子能管理局國家無損檢測研究中心的哈威爾實(shí)驗(yàn)室的M.G.Silk根據(jù)超聲波衍射現(xiàn)象首先提出來的。缺陷處的衍射現(xiàn)象如圖所示。</p><p>　　TOFD技術(shù)的物理原理</p><p>　　衍射現(xiàn)象是TOFD技術(shù)采用的基本物理原理。</p><p>　　衍射現(xiàn)象的解釋：波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，根據(jù)惠更斯

35、原理，媒質(zhì)上波陣面上的各點(diǎn)，都可以看成是發(fā)射子波的波源，其后任意時刻這些子波的包跡，就是該時刻新的波陣面。</p><p><b>　　TOFD工作原理</b></p><p>　　TOFD技術(shù)采用一發(fā)一收兩個寬帶窄脈沖探頭進(jìn)行檢測，探頭相對于焊縫中心線對稱布置。發(fā)射探頭產(chǎn)生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面?zhèn)鞑ケ唤邮仗筋^接收，部分波束經(jīng)底

36、面反射后被探頭接收。接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號及其時差來確定缺陷的位置和自身高度。</p><p>　　TOFD方法一般將探頭對稱分布于焊縫兩側(cè)。在工件無缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達(dá)接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時，在直通波和底面反射波之間，接收探頭還會接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的橫波，因?yàn)槁曀傩∮诳v波，因而一般會遲與底面反射波到達(dá)接收探

37、頭。</p><p><b>　　TOFD技術(shù)優(yōu)越性</b></p><p>　　a）一次掃查幾乎能夠覆蓋整個焊縫區(qū)域（除上下表面盲區(qū)），可以實(shí)現(xiàn)非常高的檢測速度；</p><p>　　b）可靠性要好，對于焊縫中部缺陷檢出率很高；</p><p>　　c）能夠發(fā)現(xiàn)各種類型的缺陷，對缺陷的走向不敏感；</p>

38、<p>　　d）可以識別向表面延伸的缺陷；</p><p>　　e）采用D-掃描成像，缺陷判讀更加直觀；</p><p>　　f）對缺陷垂直方向的定量和定位非常準(zhǔn)確，精度誤差小于1mm；</p><p>　　g）和脈沖反射法相結(jié)合時檢測效果更好，覆蓋率100%；</p><p>　　TOFD技術(shù)局限性：</p>&l

39、t;p>　　a）近表面存在盲區(qū)，對該區(qū)域檢測可靠性不夠</p><p>　　b）對缺陷定性比較困難</p><p>　　c）對圖像判讀需要豐富經(jīng)驗(yàn)</p><p>　　d）橫向缺陷檢出比較困難</p><p>　　e）對粗晶材料，檢出比較困難</p><p>　　f）對復(fù)雜幾何形狀的工件比較難測量</p&g

40、t;<p><b>　　2.1.3穿透法</b></p><p>　　穿透法是采用一發(fā)一收雙探頭分別放置在工件相對的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來檢測工件缺陷的方法。</p><p>　　穿透法如圖所示，其中（a）為無缺陷時的波形，（b）為有缺陷時的波形。</p><p><b>　　2.1.4共振法

41、</b></p><p>　　依據(jù)工件的共振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。常用于工件測厚。目前很少使用共振法測厚。</p><p>　　測厚原理，從超聲波理論可知，超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，當(dāng)工件厚度為 的整數(shù)倍時，反射波與入射波互相疊加，形成駐波，產(chǎn)生共振。這時工件厚度與波速、頻率的關(guān)系為：</p><p><

42、;b>　　即：</b></p><p>　　式中 δ工件厚度；</p><p><b>　　λ工件中波長；</b></p><p><b>　　ｃ工件中波速；</b></p><p>　　工件中第n次共振頻率</p><p>　　當(dāng)n=1時，所得 為工件

43、的基頻率。測得兩個相鄰的共振頻率后，可由下式得到工件的厚度：</p><p>　　2.2 A型顯示和超聲成像</p><p>　　按超聲信號的顯示方式，可將超聲檢測方法分為A型顯示和超聲成像方法，其中超聲成像顯示按成像方式的不同又可再分為B、C、D、S、P型顯示等。</p><p>　　2.2.1 A型顯示</p><p>　　A型顯示

44、是一種波形顯示，是將超聲信號的幅度與傳播時間的關(guān)系以直角坐標(biāo)的形式顯示出來，橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時間，縱坐標(biāo)代表信號幅度。A型顯示是最基本的一種信號顯示方式。</p><p>　　此時，示波管的電子束是振幅調(diào)制的。換言之，A型顯示的內(nèi)容是探頭駐留在工件上某一點(diǎn)時，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。</p><p>　　結(jié)合脈沖反射法的A型顯示超聲檢測是目前用的最多的一種方法，目前特種設(shè)備行業(yè)常

45、用的JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的就是A型脈沖反射式超聲波檢測，采用該方法時，檢測結(jié)果受檢測人員的素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)等人為因素影響較大。</p><p>　　2.2.2 超聲成像方法</p><p>　　超聲成像就是用超聲波獲得物體可見圖像的方法。由于聲波可以穿透很多不透光的物</p><p>　　故利用聲波可以獲得這些物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性的信息，超聲成像技術(shù)

46、將這些信息變成人眼可見的圖像，即可以獲得不透光物體內(nèi)部聲學(xué)特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物體內(nèi)部情況，且可靠性、復(fù)現(xiàn)性高，可以對缺陷進(jìn)行定量動態(tài)監(jiān)控。一般而言，超聲成像方法是基于A型顯示形成的工件不同截面的圖像顯示，大都具有自動數(shù)據(jù)采集、自動數(shù)據(jù)處理和自動作出評價的功能。</p><p>　　超聲成像方法發(fā)展到現(xiàn)代，主要采用掃描接收信號、再進(jìn)行圖像重構(gòu)的方式，因此又稱為超聲掃描成像

47、技術(shù)，起初主要為B、C掃描成像，隨后為檢測焊縫而開發(fā)出D、P掃描（投影掃描成像）；因?yàn)橄嗫仃嚰夹g(shù)的出現(xiàn)，又出現(xiàn)S掃描（扇形掃描成像）等。而對應(yīng)的，A型顯示又可稱為A掃描顯示。</p><p><b>　　B、C、D掃描成像</b></p><p>　　B掃描顯示的是與聲束傳播方向平行且與工件的測量表面垂直的剖面；D掃描所顯示的是與聲束平面及測量表面都垂直的剖面；C掃描

48、所顯示的則是工件的橫斷面。</p><p>　　B、C、D掃描成像設(shè)備較簡單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法。其中的B掃描廣泛用于醫(yī)療診斷，俗稱B超?，F(xiàn)在用于無損檢測也取得了良好的效果。</p><p><b>　　2. P掃描成像</b></p><p>　　P掃描是“投影成像掃描”的簡稱，是專為檢測焊縫而開發(fā)的其工作原理如圖所示

49、。兩個斜探頭位于焊縫兩側(cè)并按事先規(guī)劃好的方式掃描，掃查可手動或自動。測到的聲波以1dB甚至更小的精度記錄與硬盤上，然后，將測得的結(jié)果送入P掃描處理器，它以聲線理論為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果以兩個投影圖的方式顯示：一個是俯視圖，投影面平行于表面；另一個是側(cè)視圖，投影面平行于焊縫，且垂直于表面。因此，P掃描實(shí)際上是一種同時顯示C掃描圖像（側(cè)視）和D掃描圖像（側(cè)視）的商品化成像系統(tǒng)。在圖中W是焊縫加上其熱影響區(qū)的寬度，H是焊縫厚度。為幫助正

50、確判別缺陷，P掃描顯示時，在兩個視圖的下方有一個附加的顯示圖。該圖顯示出以分貝標(biāo)度的回波振幅大小，該振幅是沿焊縫寬度方向測得的所有回波振幅的最大值，顯示圖中的虛線表示兩個視圖中的顯示閥值，該顯示圖有些類似A掃描顯示。</p><p><b>　　P掃描原理</b></p><p>　　2.3 按波型分類的超聲檢測方法</p><p>　　

51、根據(jù)檢測采用的波型，超聲檢測方法可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。</p><p>　　2.3.1 縱波法</p><p>　　使用縱波進(jìn)行檢測的方法，稱為縱波法。在同一介質(zhì)中傳播時，縱波速度大于其他波型的速度，穿透能力強(qiáng)，對晶界反射或散射的敏感性不高，所有可檢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檢測。</p><p><b&

52、gt;　　縱波直探頭法</b></p><p>　　使用縱波直探頭進(jìn)行檢測的方法，稱為縱波直探頭法。波束垂直入射至工件檢測面，以不變的波型和方向透入工件，所以又稱垂直入射法，簡稱垂直法，如圖所示。</p><p>　　垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測，該法對于與檢測面平行的缺陷檢測效果最佳。由于垂直法檢測時，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。</p&g

53、t;<p><b>　　2.縱波斜探頭法</b></p><p>　　將縱波傾斜入射至工件檢測面，利用折射縱波進(jìn)行檢測的方法，稱為縱波斜探頭法。此時，入射角小于第一臨界角α1，工件中即有縱波也有橫波，由于縱波傳播速度快，幾乎是橫波的兩倍，因此可利用縱波來識別缺陷和定量，但注意不要與橫波信號混淆。</p><p>　　一般來說，小角度縱波斜探頭常用來檢測探

54、頭移動范圍較小、檢測范圍較深的一些部件，如從螺栓端部檢測螺栓，多層包扎設(shè)備的環(huán)焊縫等。</p><p>　　對于粗晶材料，如奧氏體不銹鋼焊接接頭的檢測，也常采用縱波斜探頭法檢測。在TOFD檢測技術(shù)中，使用的探頭一般也為縱波斜探頭。</p><p>　　2.3.2 橫波法</p><p>　　將縱波傾斜入射至工件檢測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測的方法，稱為橫波

55、法。由于入射聲束與檢測面成一定夾角，所以又稱斜射法。</p><p>　　斜射聲束的產(chǎn)生通常有兩種方式，一種是接觸法時采用斜探頭，有晶片發(fā)出的縱波通過一定傾角的斜楔到達(dá)接觸面，在界面處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，在工件中產(chǎn)生折射后的斜射橫波聲束；另一種是利用水浸直探頭，在水中改變聲束入射到檢測面時的入射角，從而在工件中產(chǎn)生所需波型和角度的折射波。</p><p>　　橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測，

56、是目前特種設(shè)備行業(yè)中應(yīng)用最多的一種方法。檢測其他工件時，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)與檢測面有一定傾角的缺陷。</p><p>　　2.3.3 表面波檢測</p><p>　　使用表面波進(jìn)行檢測的方法，稱為表面波法。對于近表面缺陷的檢測，表面波是有效的檢測方法。</p><p><b>　　1.表面波的性質(zhì)</b></p>

57、<p>　　表面波只在物體表面下幾個波長范圍內(nèi)傳播，當(dāng)其沿表面?zhèn)鞑サ倪^程中遇到表面裂紋時，表面波的傳播如圖所示：</p><p>　　表面波傳播到表面裂紋的情況圖</p><p>　　一部分聲波在裂紋開口處仍以表面波的型式被反射，并沿物體表面返回。</p><p>　　一部分聲波仍以表面波的型式沿裂紋表面繼續(xù)向前傳播，傳播到裂紋頂端時，部分聲波繼續(xù)以表

58、面波的型式沿裂紋表面向前傳播。</p><p>　　一部分聲波在表面轉(zhuǎn)折處或裂紋頂端轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰v波和變形橫波，在物體內(nèi)部傳播。</p><p>　　在表面波檢測中，主要利用表面波的上述特性來檢測表面和近表面裂紋。</p><p>　　表面波傳播時，表面層質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡是限于XOZ平面內(nèi)的橢圓，如圖</p><

59、p><b>　　表面波傳播示意圖</b></p><p>　　2.3.4 板波檢測</p><p>　　使用板波進(jìn)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檢測。板波充塞于整個工件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的和表面的缺陷。但是檢出靈敏度除取決于儀器工作條件外，還取決于波的形式。</p><p><b>　　板波的種

60、類</b></p><p>　　板中傳播的超聲波受板面的影響，當(dāng)頻率、板厚、入射超聲波的速度之間滿足一定的關(guān)系時，聲波就能順利通過。狹義的講，板波僅指板中傳播的蘭姆波，廣義的講也包括圓棒、方鋼和管中傳播的波。根據(jù)考慮方面的不同，板波可按如下幾個方面分類：</p><p>　?。?）根據(jù)質(zhì)點(diǎn)震動情況分類 質(zhì)點(diǎn)振動方向與表面平行的橫波（簡稱SH波）射向邊界面時，反射波仍然是S

61、H波。SH波如果射向薄板，就在薄板中產(chǎn)生SH波。如在板中傳播的波中既有振動方向與板面垂直的橫波，又含有振動方向與板面平行的縱波時，這種板波叫蘭姆波。蘭姆波中質(zhì)點(diǎn)實(shí)際上是做橢圓運(yùn)動。</p><p>　?。?）給根據(jù)邊界條件分類 板面與空氣接觸時，理論上可按與真空相接觸處理；板的一面或兩面與固體或液體接觸時情況比較復(fù)雜。</p><p>　　2.蘭姆波檢測的一般程序</p>

62、<p>　?。?）盡可能選用寬的發(fā)射脈沖。如有可能，用頻譜分析方法或其他方法測定探頭發(fā)射的超聲頻譜，以便選擇窄頻帶脈沖。</p><p>　?。?）制作一個與被測板材料相同的對比試塊。試塊長度可選為20mm、30mm等，厚度應(yīng)與被測板相同，板上制作人工缺陷。</p><p>　?。?）選擇合適的波形。例如，若需傳播距離大，應(yīng)選取以縱波成分為主的板波波形；若需測定板與其他介質(zhì)粘結(jié)

63、的良好程度，可選取以橫波成分為主的板波波形。先根據(jù)頻率乘板厚的數(shù)值在群速度圖上選擇群速度隨頻率變化緩慢的板波波形，再根據(jù)波形、頻率乘板厚的數(shù)值，從相應(yīng)的圖中查的入射角。</p><p>　?。?）根據(jù)入射角選擇合適的探頭，在試塊上調(diào)整掃描速度。用試塊端面反射脈沖信號，觀察所選蘭姆波的衰減特性，注意是否有非單調(diào)特性。</p><p>　?。?）根據(jù)人工反射體的反射，選擇合適的檢測靈敏度。&l

64、t;/p><p>　　（6）檢測時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)端面信號前面有信號出現(xiàn)時，用手指拍打確定缺陷確切的位置。所選耦合劑黏度要稍大些，避免到處流淌。</p><p>　　2.4 按探頭數(shù)目分類的超聲檢測方法</p><p><b>　　2.4.1單探頭法</b></p><p>　　使用一個探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的檢測方法稱為單探

65、頭法。單探頭法操作簡便，可檢出大多數(shù)缺陷，是目前最常用的一種方法。</p><p>　　單探頭法檢測，對于與波束軸線垂直的面狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。與波束軸線平行的面狀缺陷難以檢出。當(dāng)缺陷與波束軸線傾斜時，則根據(jù)傾斜角度的大小，能夠收到部分回波或者因反射波束全部反射在探頭之外而無法檢出。</p><p>　　2.4.2 雙探頭法</p><p>　　使用兩

66、個探頭（一個發(fā)射，一個接收）進(jìn)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。</p><p>　　雙探頭法又可根據(jù)兩個探頭排列方式和工作方式，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，</p><p><b>　　雙探頭的排列方式</b></p><p><b>　　并列式</b><

67、/p><p>　　兩個探頭并列放置，檢測時兩者作同步同向移動。但直探頭作并列放置時，通常是一個探頭固定，另一個探頭移動，以便發(fā)現(xiàn)與檢測面傾斜的缺陷，雙晶探頭的原理，就是將兩個并列的探頭組合在一起，具有較高的分辨力和信噪比，適用于薄工件、近表面缺陷的檢測。</p><p><b>　　交叉式</b></p><p>　　兩個探頭軸線交叉，交叉點(diǎn)為要檢

68、測的部位，此種檢測方法可用來發(fā)現(xiàn)與檢測面垂直的面狀缺陷，在焊縫檢測中，常用來發(fā)現(xiàn)橫向缺陷。</p><p><b>　　V型串列式</b></p><p>　　兩探頭相對放置在同一平面上，一個探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波剛好落在另一個探頭的入射點(diǎn)上，此中檢測方法主要用來發(fā)現(xiàn)與檢測平面平行的面狀缺陷。</p><p><b>　

69、　K型串列式</b></p><p>　　兩探頭以相同的方向分別放置于工件的上下表面上。一個探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波進(jìn)入另一個探頭，此種檢測方法主要用來發(fā)現(xiàn)與檢測面垂直的面狀缺陷。</p><p><b>　　串列式</b></p><p>　　兩探頭一前一后，以相同方式放置在同一表面上，一個探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反

70、射的回波經(jīng)底面反射進(jìn)入另一探頭，此種檢測方法用來發(fā)現(xiàn)與檢測面垂直的片狀缺陷（如厚焊縫的中間未焊透、窄間隙焊縫的坡口面未熔合等）。</p><p>　　這種檢測方法的特點(diǎn)是，不論缺陷時處在焊縫的上部、中部或根部，其缺陷聲程始終相等，從而缺陷信號在熒光屏上的水平位置固定不變；上、下表面存在盲區(qū)；兩個探頭在一個表面上沿相反的方向移動，用手工操作較困難，需要設(shè)計專用的掃查裝置。</p><p>　

71、　2.4.3 多探頭法</p><p>　　使用兩個以上的探頭組合在一起進(jìn)行檢測的方法，稱為多探頭法。多探頭法的應(yīng)用，主要是通過增加聲束來提高檢測速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。通常與多通道儀器和自動掃查裝置配合，如圖所示。</p><p><b>　　多探頭法</b></p><p>　　2.5 按探頭接觸方式分類的超聲檢測方法</p

72、><p>　　依據(jù)檢測時探頭與工件的接觸方式，可分為接觸法、液浸法和電磁超聲。</p><p>　　2.5.1 接觸法和液浸法</p><p>　　探頭與工件檢測面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看做為兩者直接接觸，這種檢測方法稱為直接接觸法，或簡稱接觸法。</p><p>　　將探頭和工件浸與液體中以液體作耦合劑進(jìn)行檢測的方法，稱為液浸法

73、。耦合劑可以是水，也可以是油。當(dāng)以水為耦合劑時，稱為水浸法。</p><p>　　液浸法檢測，探頭不直接接觸工件，所以此方法適用于表面粗糙的工件，探頭也不易磨損，耦合穩(wěn)定，檢測結(jié)果重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動化檢測。</p><p>　　液浸法按檢測方式不同，又分為全浸沒式和局部浸沒式。</p><p>　?。?）全浸沒式 被檢工件全部浸沒于液體之中，適用于體積不大，

74、形狀簡單的工件檢測。</p><p>　?。?）局部浸沒式 把被檢工件的一部分浸沒在水中或被檢工件與探頭之間保持一定的水層而進(jìn)行檢測的方法，適用于大體積的檢測。局部浸沒法又分為噴液式、通水式和滿溢式。</p><p>　　1）噴液式 超聲波通過以一定壓力噴射至檢測表面的水柱耦合方式。</p><p>　　2）通水式 借助于一個專用的有進(jìn)水、出水口的液罩，使液罩

75、內(nèi)經(jīng)常保持一定容量的液體，這種方法稱為通水式。</p><p>　　3）滿溢式 滿溢式液罩結(jié)構(gòu)與通水式相似，但只有進(jìn)水口，多余液體從罩的上部溢出，這種方法稱為滿溢式。</p><p>　　根據(jù)探頭與工件檢測面之間液層的厚度，液浸法又可分為高液層法和低液層法。</p><p>　　接觸法和液浸法特點(diǎn)比較</p><p>　?。?） 接觸法優(yōu)點(diǎn)

76、 多為手工檢測，操作方便；設(shè)備簡單，適用于現(xiàn)場檢測，且成本較低；直接耦合，入射聲能損失小，可以提供較大的厚度穿透能力；在相同的檢測參數(shù)下，可比液浸法提供更高的檢測靈敏度。</p><p>　?。?）接觸法缺點(diǎn) 手工操作受人為因素影響較大，耦合不易穩(wěn)定；要求被檢表面的粗糙度較小。</p><p>　　（3）液浸法優(yōu)點(diǎn) 探頭與被檢工件不接觸，超聲波的發(fā)射和接收均較穩(wěn)定，表面粗糙度的

77、影響較??；通過調(diào)節(jié)探頭角度，可方便的改變探頭發(fā)射的聲束方向；可縮小檢測盲區(qū)，從而可檢測較薄的工件；探頭不直接接觸工件，探頭損壞的可能性較小，探頭壽命長；便于實(shí)現(xiàn)聚焦聲束檢測，滿足高靈敏度、高分辨率檢測的需要；便于實(shí)現(xiàn)自動檢測，減少影響檢測可靠性的人為因素。</p><p>　?。?）液浸法缺點(diǎn) 超聲波在液體和金屬表面的反射，損失了大量能量，需采用較高的增益。當(dāng)檢測高衰減材料或大厚度材料時，可能沒有足夠的能量。

78、在較高增益下，還可能出現(xiàn)噪聲干擾。</p><p>　　在實(shí)際檢測時，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的對象、目的和場合，結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)綜合選擇。</p><p>　　2.6 手工檢測和自動檢測</p><p>　　按人工干預(yù)的程度分類，超聲檢測可分為手工檢測和自動檢測。</p><p>　　2.6.1 手工檢測</p><p&g

79、t;　　手工檢測一般指由操作者手持探頭進(jìn)行的A型脈沖反射式超聲檢測。</p><p>　　手工檢測方便易操作，大量應(yīng)用于特種設(shè)備的相關(guān)行業(yè)，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量起了重要作用，我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.3-2005主要的適用范圍即為手工檢測。</p><p>　　但是，也要看到，手工檢測結(jié)果受操作者的人為因素影響比較大，假定在儀器探頭等其他一切硬件條件均滿足工藝的情況下，這時操作者的責(zé)任

80、心、情緒狀態(tài)、掃查探頭的方式和手法、技術(shù)水平等均會直接關(guān)系到缺陷的檢出率和缺陷判斷的準(zhǔn)確率，同時檢測過程中的超聲信號無法連續(xù)記錄，檢測結(jié)果的可靠性、復(fù)現(xiàn)性難以保證。</p><p>　　2.6.2 自動檢測</p><p>　　自動檢測指使用自動化超聲檢測設(shè)備，在最少的人工干預(yù)下進(jìn)行并完成檢測的全部過程。一般指采用自動掃查裝置，或在檢測過程中可自動記錄聲束位置信息、自動采集和記錄數(shù)據(jù)的

81、檢測方式。在自動檢測中，檢測結(jié)果受人因素影響較小。</p><p>　　若滿足以下任何一個條件，可稱為自動檢測：</p><p>　?。?）采用自動掃查裝置。探頭固定于機(jī)械掃查裝置上，掃查裝置或工件按照設(shè)定的方式運(yùn)動，從而完成超聲檢測全過程。如鋼管制造企業(yè)采用的無縫鋼管自動超聲檢測，煉鋼廠采用的板材自動超聲檢測等。</p><p>　?。?）自動記錄聲束位置信息、自

82、動采集和記錄數(shù)據(jù)。為跟蹤和記錄探頭位置，自動超聲設(shè)備必須配備位置傳感器，一般采用編碼器或聲定位技術(shù)，但相控陣方法是個例外，因?yàn)橄嗫仃嚳梢圆捎秒娮訏呙枰蕴娲鷻C(jī)械掃描。在掃查過程中，自動超聲設(shè)備應(yīng)能夠自動采集超聲信號以及相對應(yīng)的位置信息，并以不可更改的方式記錄下來。一般也使用掃查裝置，按照驅(qū)動掃查裝置的動力而言，可分為馬達(dá)驅(qū)動和人驅(qū)動。若采用馬達(dá)驅(qū)動，稱為全自動；若采用人驅(qū)動，則稱為半自動。全自動和半自動均簡稱為自動檢測。</p>

83、;<p>　　超聲成像技術(shù)涉及二維或三維成像，成像算法中需要超聲信號以及相對應(yīng)的位置信息，因此都屬于自動超聲檢測。</p><p>　　自動檢測技術(shù)是超聲檢測技術(shù)的重要應(yīng)用和發(fā)展方向，在歐美國家的鍋爐壓力容器制造中，出現(xiàn)逐漸替代射線檢測的現(xiàn)象和趨勢。</p><p>　　第三章 脈沖反射法超聲檢測技術(shù)</p><p>　　脈沖反射法超聲檢測在檢測條件

84、、耦合與補(bǔ)償、儀器的調(diào)節(jié)、缺陷的定位、定量、定性等方面都有一些通用的技術(shù)，掌握這些通用技術(shù)對于發(fā)現(xiàn)缺陷并正確評價是很重要的。</p><p>　　脈沖反射法超聲檢測的基本步驟是：檢測前的準(zhǔn)備，儀器、探頭、試塊的選擇，儀器調(diào)節(jié)與檢測靈敏度確定，耦合補(bǔ)償，掃查方式，缺陷的測定、記錄和等級評定，儀器和探頭系統(tǒng)復(fù)核等。</p><p><b>　　檢測面的選擇和準(zhǔn)備</b>&

85、lt;/p><p>　　1.檢測面的選擇原則 ：</p><p>　　當(dāng)一個確定的工件存在多個可能的聲入射面時，首先要考慮缺陷的最大可能取向。根據(jù)缺陷的可能取向，選擇入射超聲波的方向，使聲束軸線與缺陷的主反射面接近垂直。</p><p>　　檢測面的選擇應(yīng)該與檢測技術(shù)的選擇相結(jié)合:</p><p>　?。?） 鍛件：縱波垂直入射檢測，檢測面選與鍛

86、件流線相 平行的表面； </p><p>　?。?）棒材：入射面為圓周面，縱波檢測位于棒材中心區(qū)的、延伸方向與棒材軸向平行的缺陷；橫波檢測位于表面附近垂直于表面的裂紋，或沿圓周延伸的缺陷。 </p><p>　　需要從多個檢測面入射檢測：</p><p>　?。?） 變形過程使缺陷有多種取向時；</p><p>　　（2）單面檢測存在盲區(qū)，而

87、另一面檢測可以彌補(bǔ)時；</p><p>　?。?）單面檢測靈敏度不能在整個工件厚度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時。</p><p>　　2. 檢測面的準(zhǔn)備 </p><p>　　保證檢測面能提供良好的聲耦合。去除松動的氧化皮、毛刺、油污、切削或磨削顆粒等。如果個別部位不可能清除，應(yīng)作出標(biāo)記并留下記錄，供質(zhì)量評定時參考。 </p><p><b>　　

88、儀器與探頭的選擇</b></p><p>　　正確選擇儀器和探頭對于有效的發(fā)現(xiàn)缺陷，并對缺陷定位、定量和定性是至關(guān)重要的。實(shí)際檢測中要根據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)要求來選擇儀器與探頭。</p><p><b>　　檢測儀器的選擇</b></p><p>　　目前國內(nèi)外檢測儀器種類繁多，性能各異，檢測前應(yīng)根據(jù)檢測要求和現(xiàn)場條件來選

89、擇檢測儀器。一般根據(jù)以下情況來選擇儀器：</p><p>　　對于定位要求高的情況，應(yīng)選擇水平線性誤差小的儀器。</p><p>　　對于定量要求高的情況，應(yīng)選擇垂直線性好，衰減器精度高的儀器。</p><p>　　對于大型零件的檢測，應(yīng)選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的儀器。</p><p>　　為了有效的發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷，應(yīng)

90、選擇盲區(qū)小、分辨力好的儀器。</p><p>　　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(qiáng)的攜帶式儀器。</p><p>　　此外要求選擇性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和可靠性好的儀器。</p><p><b>　　探頭的選擇</b></p><p>　　超聲檢測中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實(shí)現(xiàn)的。探頭的種

91、類很多，結(jié)構(gòu)形式也不一樣。檢測前應(yīng)根據(jù)被檢對象的形狀、聲學(xué)特點(diǎn)和技術(shù)要求來選擇探頭。探頭的選擇包括探頭的型式、頻率、帶寬、晶片尺寸和橫波斜探頭K值的選擇等。</p><p><b>　　探頭型式的選擇</b></p><p>　　一般根據(jù)工件形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來選擇，使聲束軸線盡量與缺陷垂直。</p><p>　　縱波直探頭：

92、波束軸線垂直于探測面。主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷。</p><p>　　橫波斜探頭：通過波型轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)橫波檢測。主要用于檢測與檢測面垂直或成一定角度的缺陷。</p><p>　　縱波斜探頭：利用小角度的縱波進(jìn)行檢測，或在橫波衰減過大的情況下，利用縱波穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行斜入射縱波檢測。</p><p>　　雙晶探頭：探測薄壁工件或近表面缺陷。</

93、p><p>　　聚焦探頭：用于水浸探測管材或板材。</p><p><b>　　2. 探頭頻率</b></p><p>　　超聲波檢測頻率范圍為0.5～10MHz，選擇頻率時應(yīng)考慮的因素：</p><p>　　檢測靈敏度：檢測靈敏度約為1/2λ，頻率高可提高檢測靈敏度。</p><p>　　分辨力：頻

94、率高，脈沖寬度小，分辨力高。</p><p>　?。?）聲束指向性： ，頻率高，半擴(kuò)散角小，聲束指向性好，能量</p><p>　　集中，檢測靈敏度高，相對的檢測區(qū)域小。</p><p>　?。?）近場區(qū)長度： ，頻率高，近場區(qū)長度增加。</p><p>　?。?）衰減：αs=C2

95、Fd 3f 4，頻率高，衰減增加，信噪比下降。</p><p>　　缺陷反射指向性：面積狀缺陷，頻率太高會形成顯著的反射指向性。</p><p>　　頻率的高低對檢測有較大影響，實(shí)際檢測中要全面分析考慮各方面的因素，合理選擇頻率以取得最佳平衡。</p><p>　　對于小缺陷、厚度不大的工件，晶粒較細(xì)的鍛件、軋制件和焊接件，一般選擇較高頻率（2.5~10MHz）；對

96、于大厚度工件、高衰減材料選擇較低頻率（0.5~2.5MHz）。</p><p><b>　　3. 探頭帶寬</b></p><p>　　寬帶探頭：脈沖寬度較小，深度分辨率好，盲區(qū)小，靈敏度較低；</p><p>　　窄帶探頭：脈沖較寬，深度分辨率變差，盲區(qū)大，靈敏度較高，穿透能力強(qiáng)。</p><p>　　4. 探頭晶

97、片尺寸</p><p>　　晶片面積≤500mm2，圓晶片≤φ25mm。</p><p>　　晶片大小影響：聲束指向性、近場區(qū)長度、近距離掃查范圍、遠(yuǎn)距離缺陷檢出能力。</p><p>　　選擇晶片尺寸時應(yīng)考慮的因素：</p><p>　　（1）聲束指向性； ；晶片尺寸越大，半擴(kuò)散角將越小，波束指向性將<

98、;/p><p>　　越好，超聲波能量就會越集中，這對聲束軸線附近的缺陷檢出十分有利。</p><p>　?。?）近場區(qū)長度； ；隨著晶片尺寸的增大，近場區(qū)長度也將迅速增大，這對檢測不利。</p><p>　?。?）掃查范圍；晶片尺寸越大，輻射的超聲波能量就越大，探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍也將變大，而遠(yuǎn)距離掃查范圍相對就會變小，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷的能力就會增強(qiáng)。&

99、lt;/p><p>　　大晶片探頭:提高檢測效率，檢測厚工件時有效發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷；</p><p>　　小晶片探頭:檢測小工件時提高缺陷定位、定量精度，檢測表面不太平整或曲率較大工件時減少耦合損失。</p><p>　　5. 橫波斜探頭K值：</p><p>　　橫波檢測中，斜探頭K值影響缺陷檢出率、檢測靈敏度、聲束軸線方向，一次波的聲程。&

100、lt;/p><p>　　實(shí)際檢測中，工件厚度較小時，應(yīng)選用較大K值，工件厚度較大時，應(yīng)選用較小K值。</p><p>　　焊縫檢測中，K值的選擇應(yīng)考慮可能產(chǎn)生的與檢測面的角度，并保證主聲束能掃查整個焊縫截面。檢測根部未焊透應(yīng)考慮端角反射率問題.</p><p>　　有機(jī)玻璃/鋼界面上的聲壓往復(fù)透射率</p><p>　　3.3 耦合劑的選用&

101、lt;/p><p>　　3.3.1 耦合劑</p><p>　　超聲耦合：超聲波在檢測面上的聲強(qiáng)透射率。</p><p>　　耦合劑作用：排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波有效的傳入工件，達(dá)到檢測的目的。</p><p>　　3.3.2 影響聲耦合的主要因素</p><p>　　1. 耦合層厚度：厚度為λ/4的

102、奇數(shù)倍時，透聲效果差；為λ/2的整數(shù)倍或很薄時，透聲效果好。</p><p>　　2. 工件表面粗糙度：對聲耦合有明顯的影響，要求工件檢測面Ra≤6.3μm。</p><p>　　3. 耦合劑聲阻抗：對耦合效果有較大的影響。</p><p>　　4. 工件表面形狀：平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。曲率半徑大，耦合效果好。</p><p&

103、gt;　　耦合層厚度d對耦合的影響</p><p>　　表面粗糙度對耦合的影響</p><p>　　3.4 縱波直探頭檢測技術(shù)</p><p>　　3.4.1 檢測設(shè)備的調(diào)整</p><p>　　調(diào)整內(nèi)容：a.儀器的掃描速度調(diào)整；b.檢測靈敏度調(diào)整。</p><p>　　調(diào)整目的：保證在確定的檢測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定

104、尺寸的缺陷，并確定缺陷的位置和大小。</p><p>　　1. 時基線的調(diào)整</p><p><b>　　調(diào)整目的：</b></p><p>　?。?）使時基線顯示的范圍足以包含需檢測的深度范圍</p><p>　?。?） 使時基線刻度與在材料中聲傳播的距離成一定比例，以便準(zhǔn)確測定缺陷的深度位置。</p>

105、<p><b>　　調(diào)整內(nèi)容：</b></p><p>　　（1）根據(jù)所需掃描聲程范圍確定時基掃描線比例；</p><p>　?。?）零位調(diào)節(jié)，將聲程零位設(shè)置在選定的水平刻度線上。</p><p><b>　　調(diào)整方法：</b></p><p>　　根據(jù)檢測范圍，利用已知尺寸的試塊或工件

106、上的兩次不同反射波， 通過調(diào)節(jié)儀器的掃描范圍和延遲旋鈕，使兩個信號的前沿分別位相應(yīng)的水平刻度處。</p><p>　　注意：調(diào)節(jié)掃描速度用的試塊應(yīng)與被檢工件具有相同的聲速。</p><p>　　2. 檢測靈敏度的調(diào)整</p><p>　　檢測靈敏度：在確定的聲程范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力。一般根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。</p><p&

107、gt;　　調(diào)整目的：發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對缺陷定量。</p><p>　　調(diào)節(jié)方法：試塊調(diào)整法和工件底波調(diào)整法。</p><p>　?。?）試塊調(diào)整法：根據(jù)工件的厚度和對靈敏度的要求選擇相應(yīng)的試塊。將探頭對準(zhǔn)試塊上的人工反射體，調(diào)整儀器，使示波屏上人工反射體的最高反射回波達(dá)到基準(zhǔn)高度。</p><p><b>　　注意問題：</b>&l

108、t;/p><p>　　a.工件厚度x<3N或不能獲得底波情況時，較為適宜。</p><p>　　b.試塊表面狀態(tài)和材質(zhì)衰減是否與被檢工件相近，應(yīng)考慮兩者的差異引起的反射波高差異值，并對靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　?。?）試塊計算法：對于厚度x≥3N的工件，可選用一塊材質(zhì)與工件相同（衰減系數(shù)相同）的平底孔試塊（孔埋深xj≥3N）來調(diào)節(jié)不同工件的檢測靈敏度。調(diào)

109、節(jié)時要計算試塊基準(zhǔn)平底孔與檢測靈敏度所要求埋深與孔徑的平底孔的回波聲壓分貝差。</p><p>　　不同直徑不同埋深的平底孔翻身回波的聲壓分貝差為：</p><p>　　Pf —— 檢測靈敏度所要求的平底孔的回波聲壓；</p><p>　　Pj —— 試塊基準(zhǔn)平底孔的回波聲壓；</p><p>　　df —— 檢測靈敏度所要求的平

110、底孔的孔徑；</p><p>　　dj —— 試塊基準(zhǔn)平底孔的孔徑。</p><p>　　ΔdB為檢測靈敏度的調(diào)節(jié)量，計算值為負(fù)值時需要提高儀器增益，計算值為正值時需要降低儀器增益。</p><p>　　考慮試塊與受檢工件表面狀態(tài)的差異，應(yīng)需要預(yù)先測定傳輸修正值，并在調(diào)節(jié)增益時進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　如果基準(zhǔn)平底孔與檢測靈敏度要求

111、的平底孔埋深相差較大，在計算調(diào)節(jié)量時還應(yīng)考慮材質(zhì)衰減的影響，試塊計算法要求試塊衰減系數(shù)與工件相同，因此采用下式計算總的增益調(diào)節(jié)量：</p><p>　　α—— 被檢材料和試塊的衰減系數(shù)。</p><p>　　(3) 工件底波調(diào)整法：根據(jù)工件底面回波與同深度的人工缺陷（如平底孔）回波分貝差ΔdB為定值的原理進(jìn)行的。 </p><p>　　ΔdB理論計算公式：（x

112、≥3N）</p><p>　　式中：x ── 工件厚度，mm ；</p><p>　　Df ── 要求探出的最小平底孔尺寸，mm。</p><p>　　注意問題：只能用于厚度x≥3N的工件，要求工件具有平行底面或圓柱底面，且底面光潔干凈。</p><p>　　3. 傳輸修正值的測定</p><p>　　在利用試塊調(diào)節(jié)