1、1模塊二 超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)是利用超聲波能在彈性介質(zhì)中傳播，在界面上產(chǎn)生反射、折射等特性來檢測(cè)材料內(nèi)部或表面缺陷的檢測(cè)方法。超聲波檢測(cè)不但檢測(cè)厚度大，而且靈敏度高，速度快，成本低，能對(duì)缺陷準(zhǔn)確定位和對(duì)缺陷定當(dāng)量。超聲波對(duì)人體無害。然而超聲波檢測(cè)，缺陷顯示不直觀，檢測(cè)技術(shù)難度大，易受主、客觀條件的影響，檢測(cè)結(jié)果不便保存。2項(xiàng)目1 超聲波檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解機(jī)械波的產(chǎn)生原理。2.熟悉超聲波的分類。3.掌握超聲波的傳播特性及衰減原因。3一、機(jī)械波1.機(jī)械波的產(chǎn)生振動(dòng)的傳播過程稱為波動(dòng)，現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)常看到水波、聲波等在介質(zhì)中的傳播現(xiàn)象，那么機(jī)械是如何實(shí)現(xiàn)傳播的？機(jī)械波傳播時(shí)必要的條件是

2、什么呢？產(chǎn)生機(jī)械波的必要條件有兩個(gè)：1）要有作機(jī)械振動(dòng)的波源，即有一個(gè)力使質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2）要有能傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)。4機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波是互相關(guān)聯(lián)的，振動(dòng)是波動(dòng)的根源，而波動(dòng)是振動(dòng)的傳播。在機(jī)械波傳播的過程中，各質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并不隨著機(jī)械波的傳播而向前運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)械波的傳播是振動(dòng)和能量的傳播。液體和氣體也能傳播機(jī)械波，液體與氣體介質(zhì)中的彈性波是由液體和氣體受到壓力時(shí)的體積收縮和膨脹產(chǎn)生的。52.描述機(jī)械波的物理量（1）周期 在波動(dòng)過程中，任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)完成一個(gè)完整波的傳播過程所需的時(shí)間稱為周期。常用T來表示，單位常用秒（s）。（2）頻率 波動(dòng)過程中，任意

3、給定在1秒內(nèi)所通過的完整波的個(gè)數(shù)，稱為波動(dòng)頻率，用表示，單位為赫茲（Hz）。（3）波長(zhǎng) 同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離，稱為波長(zhǎng)，用表示，常用單位為毫米（mm）。（4）波速 波速是指在單位時(shí)間內(nèi)波在介質(zhì)中所傳播的距離，用C表示，常用單位為米/秒（m/s）。 63.波的疊加、干涉和衍射（1）波的疊加原理當(dāng)幾列波同時(shí)在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，如果在某些點(diǎn)相遇，每列波能保持各自的傳播規(guī)律而不互相干擾。在波的重疊區(qū)域里各點(diǎn)的振動(dòng)的物理量等于各列波在該點(diǎn)引起的物理量的矢量和。相遇后各列聲波仍保持各自原有的頻率、波長(zhǎng)、幅度、傳播方向等特性繼續(xù)前進(jìn)，好像各自的傳播過程中沒有遇到其他波一樣。7（2）波的

4、干涉現(xiàn)象當(dāng)兩列由頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的波源發(fā)出的波相遇時(shí)，聲波的疊加會(huì)出現(xiàn)一種特殊的現(xiàn)象，即：合成聲波的頻率與兩列波相同；合成聲壓幅度在空間中不同位置隨兩列波的波程差呈周期性變化，某些位置振動(dòng)始終加強(qiáng)，而另一些位置振動(dòng)始終減弱。合成聲壓的最大幅度等于兩列波聲壓幅度之和，最小幅度等于兩列波聲壓幅度之差。這種現(xiàn)象稱為波的干涉現(xiàn)象。如圖2-2所示。8（3）波的衍射現(xiàn)象波的繞射和障礙物尺寸Df及波長(zhǎng)的相對(duì)大小有關(guān)。當(dāng)Df時(shí)，波的繞射弱，反射強(qiáng)，聲波幾乎全反射。故超聲波波長(zhǎng)越短，能發(fā)現(xiàn)的障礙物尺寸越小。波的繞射對(duì)檢測(cè)既有利又不利。在粗晶材料低頻檢測(cè)時(shí)，利用波的繞射，使超聲波產(chǎn)生對(duì)

5、晶粒繞射順利地在介質(zhì)中傳播，這對(duì)檢測(cè)是有利的，但同時(shí)由于波的繞射，使一些小缺陷反射波顯著下降，以致造成漏檢，這對(duì)檢測(cè)不利。9二、超聲波通常把頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波，而頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。1.超聲波的分類（1）根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波傳播方向的關(guān)系分1）縱波L。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相平行的波。2）橫波S。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直的波。3）表面波R。當(dāng)介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟ǎQ為表面波。4）板波。在板厚與波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ牟ǎQ為板波。1011（2）根據(jù)波陣面的形狀分類超聲波由聲源向周圍傳播擴(kuò)散的過程可用波陣面進(jìn)行描述

6、。如圖所示。在無限大且各向同性的介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳播，人們用波線表示波的傳播方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱為波前。121）平面波波陣面為相互平行的平面的波稱為平面波。平面波的波束不擴(kuò)散，各質(zhì)點(diǎn)振幅是一個(gè)常數(shù)，不隨距離而變化。2）柱面波波陣面為同軸圓柱面的波稱為柱面波。柱面波波束向四周擴(kuò)散，柱面波各質(zhì)點(diǎn)的振幅與距離平方根成反比。3）球面波波陣面為同心球面的波，稱為球面波。球面波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度與距聲源的距離成反比。當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測(cè)量點(diǎn)距離聲源的距離時(shí)，可以把聲波看成球面波。13（3）根據(jù)振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分

7、類1）連續(xù)波波源持續(xù)不斷地振動(dòng)所發(fā)射的波稱為連續(xù)波，如圖2-7a所示。超聲波穿透法檢測(cè)時(shí)常采用連續(xù)波。2）脈沖波波源振動(dòng)持續(xù)時(shí)間很短（通常是微秒數(shù)量級(jí)）、間歇發(fā)射的波稱為脈沖波，如圖2-7b所示。脈沖波是目前超聲檢測(cè)中廣泛采用的波型。142.超聲波的特性（1）指向特性具有良好的指向性，有利用檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并對(duì)缺陷準(zhǔn)確定位。（2）反射、折射和波型轉(zhuǎn)換的特性超聲波在傳播過程中，當(dāng)遇到兩種物質(zhì)的異質(zhì)界面時(shí)，能在界面上產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。（3）穿透特性超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)，在一些金屬材料中其穿透能力可達(dá)數(shù)米。（4）超聲波能量高153.超聲場(chǎng)的特征值（

8、1）聲壓超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一時(shí)刻的壓強(qiáng)P1與沒有超聲場(chǎng)存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差，稱為該點(diǎn)的聲壓，用P表示。即：P=P1-P0cucAp16（2）聲阻抗超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比稱為聲阻抗，常用Z表示。即： Z=P/u=cu/u=c 在同一聲壓P的情況下，聲阻抗越大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度u越小；反映，聲阻抗越小，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度u越大。因此聲阻抗可理解為介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。17（3）聲強(qiáng)單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強(qiáng)，常用I表示。單位是瓦/厘米2（W/cm2）或焦耳/厘米2秒（J/cm2s）。18三、超聲波在異質(zhì)界面的反射、透射、折射與波型轉(zhuǎn)換1.超聲波垂直入射到單一平界

9、面時(shí)的反射和透射當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，如圖2-8所示，一部分能量透過界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波（聲強(qiáng)為It），波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來，沿與反射波相反的方向傳播，成為反射波（聲強(qiáng)Ir）。19界面上反射聲壓Pr與入射聲壓P0之比稱為界面的聲壓反射率，用r表示，即r=Pr/P0。界面上透射聲壓Pt與入射聲壓P0之比稱為界面的聲壓透射率，用t表示，即t=Pt/P0。根據(jù)超聲波傳播的連續(xù)性，在界面處的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)滿足如下條件：（1）根據(jù)力的平衡原理，界面兩側(cè)的總聲壓相等，故有P0+Pr=Pt（2）界面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值相等，故（P0-Pr）/Z1=Pt/Z2由上述兩

10、邊界條件和聲壓反射率、透射率定義得： 1+r=t（1-r）/Z1=t/Z2201212012202zzzzPPrzzzPPtrt212122202120120)(22ZZZZrPPZPZPIIRrrr21212221202120220)(422ZZZZtZZPPZPZPIITttt21超聲波垂直入射到平界面時(shí)，聲壓或聲強(qiáng)的分配比例僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)。當(dāng)界面兩側(cè)的介質(zhì)的聲阻抗相差越大時(shí)，R越大，則射聲能越大，透射聲能越小。當(dāng)界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗相差很小時(shí)，反射率幾乎等于0，聲波近似于全透射，無反射。222. 超聲波傾斜入射到界面時(shí)的反射和折射（1）縱波傾斜入射時(shí)的反射和折射如圖2-9所

11、示，當(dāng)縱波L以一定的入射角度傾斜入射到固/固平界面時(shí)，除會(huì)形成反射的縱波與折射的縱波外，還會(huì)轉(zhuǎn)換出反射的橫波與折射橫波，超聲波的傳播方向用波的傳播方向與界面的法線的夾角來描述，各種反射波和折射波的傳播符合反射、折射定律：22111sinsinsinsinsinSSLLSsLLLLCCCCC23第一臨界角：如果CL2 CL1，當(dāng)L增加到一定程度時(shí)，L=90，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的縱波入射角稱為第一臨界角。1=arcsin(CL1/CL2)第二臨界角：CS2 CL1，當(dāng)L增加到一定程度時(shí)，S=90，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的縱波入射角稱為第二臨界角。=arcsin(CL1/CS2）24（2）橫波傾斜入射時(shí)的反射與折射如圖

12、2-10所示，當(dāng)橫波S以一定的入射角度傾斜入射到固/固平界面時(shí)，除會(huì)形成反射的橫波與折射的橫波外，還會(huì)轉(zhuǎn)換出反射的縱波與折射縱波，超聲波的傳播方向用波的傳播方向與界面的法線的夾角來描述，各種反射波和折射波的傳播符合反射、折射定律：22111sinsinsinsinsinSSLLSsLLSSCCCCC25第三臨界角：當(dāng)S增加到一定程度時(shí)，L=90，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的橫波入射角稱為第三臨界角。26四、超聲波的衰減特性1.擴(kuò)散衰減超聲波在傳播過程中，由于聲束的擴(kuò)散，使超聲波的聲強(qiáng)隨距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散衰減。擴(kuò)散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。2.散射衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到晶

13、粒的界面晶界時(shí)產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象，稱為散射衰減。當(dāng)材質(zhì)晶粒度粗大時(shí)，散射誤減嚴(yán)重。3.吸收衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦（即粘滯性）和熱傳導(dǎo)引起超聲波的衰減，稱為吸收衰減或粘滯衰減。通常所說的介質(zhì)的衰減是指吸收衰減和散射衰減，不包括擴(kuò)散衰減。27項(xiàng)目2 超聲波檢測(cè)設(shè)備器材學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解超聲波檢測(cè)儀的類型及工作原理。 2.了解超聲波檢測(cè)探頭的種類、結(jié)構(gòu)，掌握探頭的主要性能參數(shù)。3.掌握超聲檢測(cè)試塊的種類及主要用途。28一、超聲檢測(cè)儀1.超聲檢測(cè)儀的分類（1）按照原理的差異分，可分為以下三類1）穿透式檢測(cè)儀。2）共振檢測(cè)儀。3）脈沖反射式超聲檢測(cè)儀。29（2）按缺陷的

14、顯示方式分1）A型顯示超聲波檢測(cè)儀。2）B型顯示超聲波檢測(cè)儀。3）C型顯示超聲波檢測(cè)儀。30（3）按儀器的通道數(shù)目分1）單通道檢測(cè)儀 這種檢測(cè)儀是由一個(gè)或一對(duì)探頭單獨(dú)工作，是目前超聲波檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的儀器。2）多通道檢測(cè)儀 這種檢測(cè)儀是由多個(gè)或多對(duì)探頭交替工作，每一個(gè)通道相當(dāng)于一臺(tái)單通道檢測(cè)儀，適用于自動(dòng)化檢測(cè)。312.模擬式超聲檢測(cè)儀（1）A型脈沖反射式模擬式超聲波檢測(cè)儀主要組成A型脈沖反射式模擬式超聲波檢測(cè)儀的主要組成如圖2-15所示。32（2）A型脈沖反射式模擬式超聲波檢測(cè)儀器的工作原理同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開始工作，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，加至示

15、波管水平偏轉(zhuǎn)板，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，在熒光屏上產(chǎn)生一條水平掃描線。同時(shí)，發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻脈沖，施加至探頭，激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波，超聲波在工件中傳播時(shí)，遇到缺陷或底面產(chǎn)生反射，反射回的超聲波返回探頭時(shí)，又被探頭中的壓電晶片將振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)接收電路放大和檢波，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷回波和底波。33（3）模擬式超聲波檢測(cè)儀主要開關(guān)旋鈕的作用及調(diào)整343.數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀（1）數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀的主要組成部分及作用如圖2-17所示，數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀主要由電源、發(fā)射電路、接收電路、微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示器等組成。35

16、（2）儀器的功能數(shù)字式儀器可提供模擬式儀器具有的所有功能。數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀可自動(dòng)按存儲(chǔ)的參數(shù)重新對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整。檢測(cè)波形的數(shù)字化使得儀器可進(jìn)一步提供波形的記錄與存儲(chǔ)、波形參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算與顯示（波高、距離等）、距離波幅曲線的自動(dòng)生成、時(shí)基線比例的自動(dòng)調(diào)整以及頻譜分析等附加工功能。36（3）儀器主要部件名稱3738二、探頭1.探頭的結(jié)構(gòu)（1）壓電晶片壓電晶片的作用是發(fā)射和接收超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲能量轉(zhuǎn)換。晶片的性能決定著探頭的性能，晶片的尺寸和諧振頻率，決定發(fā)射聲場(chǎng)的強(qiáng)度、距離波幅特性與指向性。（2）阻尼塊阻尼塊是由環(huán)氧樹脂和鎢粉等按一定比例配成的阻尼材料，將其粘附在晶片或楔塊后面。阻尼塊可以增大晶

17、片的振動(dòng)阻尼，縮短晶片持續(xù)振動(dòng)時(shí)間，使振動(dòng)著的晶片盡快恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，有利于晶片對(duì)反射波信號(hào)的接收。阻尼塊除了可以起到增大阻尼的作用外，還可以吸收晶片向其背面發(fā)射的超聲波，同時(shí)對(duì)晶片也起到支承作用。39（3）保護(hù)膜保護(hù)膜的作用是保護(hù)壓電晶片不被磨損或損壞。（4）斜楔斜楔是斜探頭中為了使超聲波以一定的角度傾斜入射到檢測(cè)面而裝在晶片前面的楔塊。（5）電纜線探頭與檢測(cè)儀間的連接需采用高頻同軸電纜，這種電纜可消除外來電波對(duì)探頭的激勵(lì)脈沖及回波脈沖的影響，并防止這種高頻脈沖以電波形式向外輻射。（6）外殼外殼的作用在于將各部分組合在一起，并對(duì)進(jìn)行保護(hù)。402.探頭的主要種類（1）直探頭聲束垂直于被探工件表

18、面入射的探頭稱為直探頭，可發(fā)用于發(fā)射和接收縱波。直探頭結(jié)構(gòu)如圖2-19所示。41（2）斜探頭1）橫波斜探頭。橫波斜探頭是入射角在第一臨界角與第二臨界角之間，折射波為純橫波的探頭。橫波斜探頭適宜于檢測(cè)與檢測(cè)面成一定角度的缺陷，主要用于焊接接頭、管材、鍛件的檢測(cè)。2）縱波斜探頭。縱波斜探頭的入射角小于第一臨界角，主要利用小角度的縱波進(jìn)行缺陷檢測(cè)，在工件中由于波型轉(zhuǎn)換，在工件中同時(shí)會(huì)產(chǎn)生橫波，使用時(shí)需注意橫波對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾。3）瑞利波（表面波）探頭。表面波探頭用于發(fā)射和接收表面波，探頭的入射角略大于第二臨界角，以獲得較大強(qiáng)度的表面波。主要用于表面或近表面缺陷的檢測(cè)。4）蘭姆波探頭。蘭姆波探頭的角度

19、需根據(jù)板厚、頻率和所選定的蘭姆波模式來確定，主要用于薄板中缺陷的檢測(cè)。4243（3）聚焦探頭根據(jù)焦點(diǎn)形狀不同分為點(diǎn)聚焦和線聚焦兩種，根據(jù)耦合方式不同分為水浸聚焦與接觸聚焦兩種。當(dāng)聲透鏡為球面時(shí)，所形成的焦點(diǎn)的理想形狀是一點(diǎn)，稱為點(diǎn)聚焦。當(dāng)聲透鏡為柱面時(shí)，所形成的焦點(diǎn)為一條線，稱為線聚焦。當(dāng)以水為耦合介質(zhì)時(shí)，檢測(cè)時(shí)探頭與工件間不直接接觸，形成聚焦探頭，稱為水浸聚焦。44三、試塊超聲波檢測(cè)的試塊通常分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊兩大類。1.常用的標(biāo)準(zhǔn)試塊（1）W試塊 4546（2）CSKA試塊47（3）CSKA試塊 48CSKA試塊的主要用途如下：1）調(diào)節(jié)時(shí)基線比例。2）用16的短橫孔測(cè)定斜探頭K值。3）

20、制作距離波幅曲線。4）調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度。5）進(jìn)行缺陷判定比較。492.常用的對(duì)比試塊（1）半圓試塊50（2）RB-1、RB-2、RB-3試塊RB-1試塊主要用于厚度為825mm的鋼板焊接接頭檢測(cè)。RB-2試塊主要用于厚度為8100mm的鋼板焊接接頭檢測(cè)。RB-3試塊主要用于8150mm的鋼板焊接接頭檢測(cè).試塊的主要用途：1）調(diào)節(jié)時(shí)基線比例和檢測(cè)范圍。2）測(cè)定斜探頭的K值。3）測(cè)定橫波AVG曲線。4）調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度。5）進(jìn)行缺陷定量。51項(xiàng)目3 中厚板對(duì)接焊接接頭超聲波檢測(cè)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握對(duì)接焊接接頭的超聲波檢測(cè)的方法。2.能根據(jù)被檢件確定檢測(cè)條件、掃描速度和靈敏度，編制檢測(cè)工藝。3.能獨(dú)立進(jìn)行檢

21、測(cè)的操作，正確的進(jìn)行缺陷的定位與定量。4.根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量級(jí)別的評(píng)定及出具檢測(cè)報(bào)告。52任務(wù)描述 現(xiàn)有一批材質(zhì)為16MnR的對(duì)接焊接接頭試板，規(guī)格為600mm500mm54 mm，已經(jīng)射線檢測(cè)合格，按要求射線檢測(cè)合格后應(yīng)進(jìn)行100%的超聲波檢測(cè)，根據(jù)資料查得為：X型坡口，采用半自動(dòng)焊+手工電弧焊接，測(cè)得焊縫大約寬度為24mm，檢測(cè)要求按JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)檢驗(yàn)，驗(yàn)收級(jí)別為級(jí)。53相關(guān)知識(shí)1.焊接接頭的形式在焊件需連接的部位，用焊接方法制造而成的接頭稱為焊接接頭，由焊縫金屬、熔合區(qū)、熱影響區(qū)組成。焊接接頭的基本形式有四種：對(duì)接接頭、搭接接頭、T形接頭和角接接頭（如圖2-28

22、所示）。其中對(duì)接接頭是廣泛采用的接頭形式之一，主要用于板材、管道的焊接。542.焊接坡口形式553.焊接接頭中常見的缺陷56二、焊接接頭的超聲波檢測(cè)技術(shù)等級(jí)1.A級(jí)檢測(cè)技術(shù)等級(jí)的技術(shù)要求A級(jí)檢測(cè)僅適用于母材厚度8mm46mm的焊接接頭檢測(cè)，一般用一種K值探頭，可采用直射波法和一次反射波法（或稱為二次波法）在焊接接頭的單面單側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。一般不要求進(jìn)行橫向缺陷的檢測(cè)。主要適用于與承壓設(shè)備有關(guān)的支承件和結(jié)構(gòu)件焊接接頭檢測(cè)。572.B級(jí)檢測(cè)技術(shù)等級(jí)的技術(shù)要求適用于一般承壓設(shè)備對(duì)接焊接接頭檢測(cè)。其技術(shù)要求如下：（1）母材厚度為8mm46mm時(shí)，一般用一種K值探頭，采用直射波法和一次反射波法在對(duì)接焊接接頭

23、的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。如圖2-31所示。（2）母材厚度為46mm120mm時(shí)，一般用一種K值探頭，采用直射波法在焊接接頭的雙面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，如圖2-32所示。如受幾何條件限制，也可在焊接接頭的雙面單側(cè)或單面雙側(cè)采用兩種K值探頭進(jìn)行檢測(cè)。（3）母材厚度為120mm400mm時(shí)，一般用兩種K值探頭，采用直射波法在焊接接頭的雙面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。兩種探頭的折射角相差應(yīng)不小于10 。（4）為檢測(cè)焊接接頭及熱影響區(qū)的橫向缺陷應(yīng)進(jìn)行斜平行掃查。檢測(cè)時(shí)，可在焊接接頭兩側(cè)邊緣使探頭與焊接接頭中心線成10 20作兩個(gè)方向的斜平行掃查，如焊接接頭余高磨平，探頭應(yīng)在焊接接頭及熱影響區(qū)上作兩個(gè)方向的平行掃查。58593.C

24、級(jí)檢測(cè)技術(shù)等級(jí)的技術(shù)要求（1）母材厚度為846mm時(shí)，一般用兩種K值探頭采用直射波法和一次反射波法在焊接接頭的單面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。兩種探頭的折射角相差應(yīng)不小于10 ，其中一個(gè)折射角應(yīng)為45 。（2）母材厚度為46400mm時(shí)，一般用兩種K值探頭采用直射波法在焊接接頭的雙面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。兩種探頭的折射角相差應(yīng)不小于10 。對(duì)于單側(cè)坡口角度小于5 的窄間隙焊縫，如有可能應(yīng)增加對(duì)檢測(cè)與坡口表面平行缺陷的有效檢測(cè)方法。（3）應(yīng)進(jìn)行橫向缺陷的檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，將探頭放在焊縫及熱影響區(qū)上作兩個(gè)方向的平行掃查。60三、焊接接頭超聲波檢測(cè)靈敏度1.檢測(cè)靈敏度的基本概念檢測(cè)靈敏度是指在確定的聲程范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷

25、的能力。檢測(cè)靈敏度太高或太低，都會(huì)對(duì)檢測(cè)不利。靈敏度太高，顯示屏上雜波多，判斷分析困難。靈敏度太低，容易造成漏檢。612.靈敏度的設(shè)定（1）基準(zhǔn)靈敏度 超聲波檢測(cè)靈敏度是一個(gè)相對(duì)靈敏度，它必須采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的反射體作為基準(zhǔn)，調(diào)試儀器系統(tǒng)對(duì)該基準(zhǔn)反射體的反射回波信號(hào)，以便對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，這個(gè)標(biāo)定后的靈敏度稱為基準(zhǔn)靈敏度。（2）掃查靈敏度 實(shí)際檢測(cè)中，在粗探時(shí)為了提高掃查速度而又不致引起漏檢，常常將靈敏度適當(dāng)提高，這種在基準(zhǔn)靈敏度的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高的靈敏度稱為掃查靈敏度。（3）評(píng)定線靈敏度 在焊接接頭檢測(cè)中，通常采用初始檢測(cè)的掃查靈敏度進(jìn)行粗掃查，其目的是對(duì)疑似缺陷顯示信號(hào)進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而對(duì)缺陷

26、進(jìn)行定性。為保證缺陷不漏檢，標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)定一個(gè)較高的靈敏度作為最低限，要求達(dá)到或超過此靈敏度基準(zhǔn)波高的缺陷信號(hào)均進(jìn)行分析評(píng)定，且掃查靈敏度不得低于這個(gè)最低線靈敏度，該靈敏度在標(biāo)準(zhǔn)中常稱為評(píng)定線靈敏度。62（4）定量線靈敏度 在焊接接頭檢測(cè)中，在初始檢測(cè)的掃查靈敏度下進(jìn)行粗掃查，當(dāng)缺陷的定性分析評(píng)定后，則進(jìn)入缺陷的定量判定階段，此階段所采用的靈敏度低于評(píng)定線靈敏度，稱為定量線靈敏度。（5）判廢線靈敏度 在焊接接頭檢測(cè)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定了一個(gè)低于定量線的靈敏度，當(dāng)缺陷反射波高達(dá)到和超過這個(gè)靈敏度時(shí)，該缺陷則判廢，這個(gè)靈敏度稱為判廢線靈敏度。63任務(wù)實(shí)施 一、中厚板對(duì)接焊接接頭超聲檢測(cè)工藝1.檢測(cè)方法的選擇被

27、檢工件檢測(cè)技術(shù)等級(jí)要求為按JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)檢驗(yàn)，母材的厚度為54mm，根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，采用一種K值探頭直射波法在焊接接頭的雙面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。2.檢測(cè)面的準(zhǔn)備在超聲檢測(cè)探頭移動(dòng)的部位，為了保證探頭與工件之間有良好的耦合，一般檢測(cè)要求探頭移動(dòng)區(qū)表面粗糙度Ra不大于6.3m。對(duì)于粗糙的表面或者局部脫落的氧化皮，應(yīng)采用機(jī)械打磨處理，直到露出金屬光澤和平整光滑的表面。643.儀器和探頭的選擇（1）儀器的選擇儀器的性能、儀器與探頭的組合性能等，必須符合JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)以及JB/T10061-1999標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。（2）探頭的選擇1）探頭頻率選擇探頭頻率將影響超聲波

28、的衰減、穿透能力、分辨力、檢測(cè)精確度、檢測(cè)速度等。表2-5為焊接接頭檢測(cè)時(shí)推薦的探頭頻率。652）探頭晶片尺寸的選擇中厚板、厚板焊接接頭檢測(cè)，若被檢測(cè)面很平整，使用大晶片探頭進(jìn)行檢測(cè)也能達(dá)到良好的接觸，在此種情況下，為了提高檢測(cè)速度，可以使用晶片尺寸較大的探頭。如果板較薄且變形較大，或者具有一定弧度的結(jié)構(gòu)件焊接接頭檢測(cè)，為了使探頭與被檢測(cè)面之間很好的接觸，以達(dá)到良好的耦合，應(yīng)選擇晶片尺寸較小的探頭。663）探頭K值選擇探頭K值的選擇應(yīng)遵循以下三方面原則使聲束能掃查到整個(gè)焊縫截面；使聲束中心線盡量與主要缺陷垂直；保證有足夠的檢測(cè)靈敏度。為保證聲束能掃查到整個(gè)焊縫截面，探頭K值的選擇最低必須滿足下

29、述要求，即當(dāng)探頭前沿緊貼焊縫邊緣時(shí)，如圖2-33所示，主聲束應(yīng)掃查到遠(yuǎn)離探頭的焊縫下焊角。為保證直射波與一次反射波能掃查到焊縫整個(gè)截面K值應(yīng)滿足下式：TbaLK067684.檢測(cè)區(qū)域的確定焊接接頭檢測(cè)時(shí)的檢測(cè)區(qū)應(yīng)是焊縫本身與焊接熱影響區(qū)的部位，檢測(cè)區(qū)的寬度為焊縫本身加上焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材厚度30%的一段區(qū)域，這個(gè)區(qū)域最小為5mm，最大為10mm。則該焊接接頭檢測(cè)區(qū)域?yàn)椋篖=焊縫寬度+20mm=24+20=44mm。695.探頭移動(dòng)區(qū)域的確定探頭的移動(dòng)區(qū)與檢測(cè)方法和母材的厚度有關(guān)。當(dāng)采用一次反射法檢測(cè)時(shí)，探頭移動(dòng)區(qū)大于或等于1.25P： P=2TK 或P=2Ttan 706.耦合劑的選擇耦合的

30、好壞決定著超聲能量傳入工件的聲強(qiáng)透射率高低。在焊接接頭檢測(cè)中，常用的耦合劑材料有：水甘油、機(jī)油、變壓器沒、化學(xué)糨糊和潤(rùn)滑脂等。717.標(biāo)準(zhǔn)試塊超聲檢測(cè)焊接接頭用的標(biāo)準(zhǔn)試塊是用來校準(zhǔn)儀器探頭系統(tǒng)性能和檢測(cè)靈敏度。可利用CSK-A試塊校準(zhǔn)儀器系統(tǒng)性能，利用CSK-A或CSK-A調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度。728.靈敏度設(shè)定根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.3-2005規(guī)定，焊接接頭的靈敏度曲線可利用CSK-A或CSK-A試塊進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)被檢工件的板厚54mm，利用CSKA或CSK-A試塊設(shè)定的靈敏度。（1）壁厚為6mm120mm的焊接接頭，其距離一波幅曲線靈敏度選擇見表2-7。73（2)壁厚為120mm400m

31、m的焊接接頭，其距離一波幅曲線靈敏度選擇見表2-8。（3）檢測(cè)橫向缺陷時(shí)，應(yīng)將各線靈敏度均提高6dB。（4）若工件的表面耦合損失和材質(zhì)衰減與試塊不同，應(yīng)進(jìn)行傳輸修正。74二、操作步驟1.被檢測(cè)面的準(zhǔn)備在超聲檢測(cè)探頭移動(dòng)部位，必須要有良好的表面粗糙度。對(duì)于粗糙的表面或者局部脫落的氧化皮，應(yīng)采用機(jī)械打磨處理，直到露出金屬光澤和平整光滑（新軋制的鋼板氧化皮沒有脫離，可以不用打磨）。通過耦合探頭能平滑地移動(dòng)。2.確定檢測(cè)范圍焊接接頭在檢測(cè)之前，可在檢測(cè)面上劃出0.5P和1.0P的聲程檢測(cè)范圍線，根據(jù)線的位置，可將探頭移動(dòng)足夠的距離，避免掃查范圍不夠而造成缺陷漏檢。同時(shí)，根據(jù)探頭和這些線的位置關(guān)系，就能

32、知道聲束通過焊接接頭的那一部份，這對(duì)回波的判定很有幫助。753.橫波探頭及儀器掃描速度的校準(zhǔn)（1）斜探頭入射點(diǎn)及K值的測(cè)定可利用CSK-A試塊測(cè)定斜探頭的入射點(diǎn)及K值。具體的測(cè)定方法見任務(wù)一。K值測(cè)試時(shí)要測(cè)試三次，取平均值。（2）超聲檢測(cè)儀掃描速度的校準(zhǔn)根據(jù)被檢測(cè)工件的規(guī)格及檢測(cè)要求，選擇聲程1：1調(diào)節(jié)掃描速度。764.距離波幅曲線的繪制及檢測(cè)靈敏度選擇利用CSK-A試塊繪制距離波幅曲線，根據(jù)板厚及標(biāo)準(zhǔn)，該產(chǎn)品的檢測(cè)靈敏度設(shè)定為:評(píng)定線166dB，定量線16，判廢線16+10dB。（1）儀器系統(tǒng)靈敏度校準(zhǔn)。探頭對(duì)準(zhǔn)CSKA試塊上深度為10mm的16橫孔，找到最高回波，將回波高度調(diào)到80%波高，

33、記錄此時(shí)的儀器的增益值。固定增益旋鈕和衰減器，分別檢測(cè)深度為20mm、30mm、40mm、50mm、60mm的16橫孔，找到最高回波，并在面板上標(biāo)記相應(yīng)波峰對(duì)應(yīng)的點(diǎn)、，然后連接點(diǎn)、得到一條16的參數(shù)曲線，形成基準(zhǔn)靈敏度曲線。77（2）經(jīng)參數(shù)輸入得到評(píng)定線166dB，定量線16，判廢線16+10dB。（3）掃查靈敏度的設(shè)定掃查靈敏度不低于最大聲程處的評(píng)定線靈敏度。這里靈敏度四參數(shù)分別為：1）最大檢測(cè)聲程處深度為54mm。2）基準(zhǔn)反射體評(píng)定當(dāng)量尺寸166dB。3）基準(zhǔn)波高為20%。4）儀器對(duì)應(yīng)增益值為67.0dB。785.缺陷掃查（1）對(duì)接焊接接頭縱向缺陷粗檢測(cè)掃查方式1）掃查方式：采用全面鋸齒形

34、掃查方式進(jìn)行掃查，如圖2-35所示。探頭在前后移動(dòng)的范圍內(nèi)應(yīng)保證掃查到全部焊接接頭截面，在保證探頭垂直焊縫作前后移動(dòng)的同時(shí)，還應(yīng)作100150的擺動(dòng)。探頭的每次掃查覆蓋率應(yīng)大于探頭晶片直徑的15，左右移動(dòng)之間距為D（D=晶片直徑）。792）掃查速度：探頭移動(dòng)速度一般為不大于150mm/s。3）掃查靈敏度：不得低于評(píng)定線靈敏度。4）缺陷標(biāo)記：在全面掃查過程中，發(fā)現(xiàn)缺陷要隨時(shí)在焊縫上進(jìn)行標(biāo)記，以便于對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量。80（2）對(duì)接接頭精確檢測(cè)采用定量靈敏度針對(duì)全面掃查發(fā)現(xiàn)的缺陷或異常部位，作如下掃查：1）垂直于焊接接頭方向前后移動(dòng)，用以判定真?zhèn)稳毕莼蛉毕莸钠矫婧蜕疃任恢谩?）沿焊接接頭方向左右移動(dòng)

35、掃查，測(cè)量缺陷的指示長(zhǎng)度。3）根據(jù)需要作定點(diǎn)轉(zhuǎn)角掃查，用以判定缺陷的形狀和類型。81（2）橫向缺陷的掃查1）平行或斜平行掃查：將探頭放置在對(duì)接焊接接頭同一面的兩側(cè)并將探頭平行于焊縫或與焊縫軸線呈1545左右的角度作前后移動(dòng)掃查，如圖2-36所示。探頭在焊縫邊緣順著焊縫前后掃查，主要檢測(cè)母材熱影響區(qū)及其附近部位的橫向缺陷。探頭與焊縫軸線呈1545的掃查，主要是檢測(cè)焊縫部位的橫向缺陷。2）焊縫上的平行掃查：對(duì)磨平余高的焊縫，將探頭放置在焊縫上并沿焊縫方向掃查。此時(shí)，聲束軸線與裂紋界面垂直，掃查焊縫橫向缺陷。82836.缺陷位置的測(cè)定焊接接頭中發(fā)現(xiàn)缺陷以后，首先要確定缺陷是否在焊縫上，再根據(jù)缺陷最大

36、反射波幅在時(shí)基線上的位置，確定缺陷的水平位置與垂直深度。84三、檢測(cè)結(jié)果的記錄、評(píng)定與報(bào)告1.缺陷的評(píng)定和質(zhì)量分級(jí)焊接接頭的缺陷評(píng)定包括確定缺陷的位置、缺陷性質(zhì)、缺陷幅度和缺陷的指示長(zhǎng)度，然后結(jié)合所標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，對(duì)焊接接進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)。下面以JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。85（1）缺陷評(píng)定超過評(píng)定線的信號(hào)應(yīng)注意其是否具有裂紋等危害性缺陷特征，如有懷疑時(shí)，應(yīng)采取改變探頭K值、增加檢測(cè)面、觀察動(dòng)態(tài)波形并結(jié)合結(jié)構(gòu)工藝特征作判定，如對(duì)波形不能判斷時(shí)。86（2）質(zhì)量分級(jí)872.填寫檢測(cè)報(bào)告88項(xiàng)目4 板材的超聲波檢測(cè) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握板材的超聲波檢測(cè)的方法。2.能根據(jù)被檢件確定檢測(cè)條件、

37、掃描速度和靈敏度的設(shè)定、進(jìn)行缺陷的定位與定量，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行板材（鋼板、復(fù)合鋼板）質(zhì)量級(jí)別的評(píng)定。3.獨(dú)立完成典型板材的超聲檢測(cè)的操作及出具檢測(cè)報(bào)告。89 任務(wù)描述有一批鋼板，用于制作三類容器，材料為Q235R，主要技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力為1.8MPa，設(shè)計(jì)溫度為50，規(guī)格為2400120040mm，爐批號(hào)為WG2011210的鋼板，要求進(jìn)行抽查20%超聲檢測(cè)，執(zhí)行JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)，級(jí)合格。90相關(guān)知識(shí)一、鋼板加工及常見缺陷普通板材是由板坯經(jīng)軋制而成的，板坯則可澆鑄法或由坯料軋制或鍛造制成。普通鋼板包括碳素鋼、低合金鋼及奧氏體不銹鋼板等。若按厚度分類，可分為薄板和厚板，G

38、B/T2970標(biāo)準(zhǔn)厚鋼板超聲波檢驗(yàn)方法將板厚在6mm以下的板材稱為薄板，厚度大于6mm以上的板材稱為厚板。板材中常見的缺陷有分層、折疊、裂紋、白點(diǎn)等，其中折疊、重皮、裂紋是產(chǎn)生在鋼板表面的缺陷，折疊和重皮較常見，裂紋較少見。91二、板材常用的檢測(cè)方法1.縱波直探頭直接接觸法檢測(cè)直接接觸法檢測(cè)是探頭通過薄層耦合劑與工件接觸進(jìn)行檢測(cè)的方法。當(dāng)探頭位于鋼板中的完好位置時(shí)，示波屏上只有始波和多次底波，且多次底波間的距離相等，無缺陷波出現(xiàn)。如圖2-38（a）所示。當(dāng)工件中存在小缺陷時(shí)，示波屏上缺陷回波與底波共存，底波有所下降，如圖2-38（b）所示。當(dāng)工件中存在大缺陷時(shí)，示波屏上出現(xiàn)缺陷波的多次反射，底

39、波明顯降低或消失，如圖2-38（c）所示。922.縱波垂直入射水浸法檢測(cè)水浸法中探頭與鋼板不直接接觸，而是通過一層水來耦合。局部液浸法鋼板檢測(cè)如圖2-40所示。93由于水/鋼界面（鋼板上表面）多次回波與鋼板底面多次回波互相干擾，不利檢測(cè)。可通過調(diào)整水層厚度，可使水/鋼界面回波分別與鋼板多次底波重合，這時(shí)示波屏上波形就會(huì)變的清晰利于檢測(cè)，這種方法稱為多次重合法，如圖2-41所示。當(dāng)界面二次回波分別與鋼板反射波一一重合時(shí)稱為一次重合法。當(dāng)界面二次回波分別與第2、第3、第4、次鋼板底波重合時(shí)稱為二次重合法，三、四次重合法，依此類推。9495任務(wù)實(shí)施一、板材檢測(cè)工藝1.檢測(cè)方法的選擇根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，鋼板

40、檢測(cè)應(yīng)采用縱波直探頭法進(jìn)行檢測(cè)，可采用水浸法和直接接觸法，檢測(cè)面和檢測(cè)方向是在任一軋制鋼板表面的垂直入射檢測(cè)。這里可選用直接接觸法檢測(cè)。962.探頭的選擇探頭的選擇包括探頭頻率、直徑和結(jié)構(gòu)形式的選擇。由于鋼板晶粒比較細(xì)，為了獲得較高的分辨力，宜選用較高的頻率，探頭的頻率一般為2.5MHz5 MHz。鋼板面積大，為了提高檢測(cè)效率，宜選用較大直徑的探頭。對(duì)于厚度較小的鋼板，為避免大探頭近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度大對(duì)檢測(cè)的不利影響，探頭的直徑不宜過大，一般探頭的直徑范圍為10mm25mm.探頭的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)板厚來確定，當(dāng)板厚大于20mm時(shí)，可選用單晶直探頭。板厚較薄（6mm20mm）時(shí)，為減小盲區(qū)，可選用雙晶直

41、探頭。973.掃查方式的選擇（1）全面掃查如圖2-42（a）所示，對(duì)鋼板作100%的掃查，為避免缺陷漏檢，每相鄰兩次掃查應(yīng)有10%的重復(fù)掃查面，探頭移動(dòng)方向垂直于鋼板壓延方向。全面掃查用于要求較高的鋼板檢測(cè)。（2）列線掃查如圖2-42（b）所示，在鋼板上劃出等距離的平行列線，探頭沿列線掃查，一般列線間距不大于100mm，并垂直于壓延方向。在鋼板剖口預(yù)定線兩側(cè)各50mm（當(dāng)板厚超過100mm時(shí)，以板厚的一半為準(zhǔn)）內(nèi)應(yīng)作100%掃查。（3）邊緣掃查在鋼板邊緣的一定范圍內(nèi)作全面掃查，例如某鋼板四周各50mm內(nèi)作全面掃查。如圖2-42（c）所示。（4）格子掃查如圖2-42（d）所示，在鋼板邊緣50mm

42、內(nèi)作全面掃查，其余按200mm200mm的格子線掃查。98994.試塊的選用及靈敏度的設(shè)定板材檢測(cè)使用的標(biāo)準(zhǔn)試塊有CB階梯試塊、CB平底也試塊。其中CB階梯試塊用于板厚小于等于20mm鋼板檢測(cè)，CB平底孔試塊適用于板厚大于20mm的鋼板檢測(cè)。當(dāng)板厚不小于三倍近場(chǎng)區(qū)時(shí)，且板材上下兩個(gè)表面平行也可取鋼板無缺陷完好部位的第一次底波來校準(zhǔn)靈敏度，其結(jié)果與平底孔試塊校準(zhǔn)靈敏度的要求相一致。本檢測(cè)任務(wù)可選用平底孔試塊CB1調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度。按JB/T 4703.32005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，板厚大于20mm時(shí)，應(yīng)將CB試塊中5平底孔第一次反射波高調(diào)整到滿刻度的50%作為基準(zhǔn)靈敏度。1005.掃查速度的選擇為了防止漏檢，手工檢測(cè)時(shí)掃查速度應(yīng)在0.2m/s以內(nèi)，要根據(jù)所使用儀器的脈沖重復(fù)頻率和響應(yīng)速度調(diào)節(jié)掃查速度，液晶顯示屏