1、第第5 5章章 超聲檢測方法分類與特點超聲檢測方法分類與特點2022-5-42概述概述超聲檢測方法分類的方式有多種，較常用的有如下幾種：u1、按原理分類：脈沖反射法、衍射時差法（TOFD）、穿透法、共振法。u2按顯示方式分類：A型顯示和超聲成像顯示（可細分為B、C、D、S、P型顯示等）。u3按波型分類：縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。u4、按探頭數目分類：單探頭法、雙探頭法、多探頭法。u5、按探頭與試件的接觸方式分類：接觸法、液浸法、電磁耦合法。u6、按人工干預的程度分類：手工檢測、自動檢測。 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

2、觸法（A型顯示）。每一種檢測方法都有其特點和局限性，針對每一檢測對象所采用的不同的檢測方法，是根據檢測目的及被檢工件的形狀、尺寸、材質等特征來進行選擇的。 2022-5-435.1 按原理分類的超聲檢測方法 超聲檢測方法按原理分類，可分為脈沖反射法、衍射時差法、穿透法和共振法。 u脈沖反射法脈沖反射法 超聲波探頭發射脈沖波到被檢工件內，通過觀察來自內部缺陷或工件底面反射波的情況來對試件進行檢測的方法，稱為脈沖反射法。 脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 缺陷回波法 底波高度法 多次底波法 2022-5-445.1.2 衍射時差法衍射時差法u定義：Time Of Flight D

3、iffraction 衍射時差法超聲檢測uTOFD 方法利用缺陷端點的衍射波衍射波信號探測和測量缺陷的尺寸 uTOFD基本結構：一發一收雙探頭 寬角度縱波斜探頭（通常）2022-5-452、TOFD檢測設備舉例2022-5-463、TOFD檢測顯示示例A掃描顯示TOFD圖像2022-5-474、物理基礎衍射缺陷上的每一點形成新的子波源稱為衍射入射波2022-5-48衍射（續）缺陷衍射波衍射波入射波反射波特點：特點：1、全方位、全方位2、低能量、低能量2022-5-49發射探頭接收探頭直通波直通波直通波直通波上端點上端點下端點下端點底面反射波底面反射波底面反射波底面反射波埋藏缺陷的檢測原理202

4、2-5-410掃查面開口缺陷的檢測原理發射探頭接收探頭缺陷下尖端缺陷下尖端底面反射波底面反射波底面反射波底面反射波直通波中斷直通波中斷無直通波無直通波2022-5-411底面開口缺陷的檢測原理發射探頭接收探頭直通波直通波直通波直通波缺陷上尖端缺陷上尖端底面反射波中斷底面反射波中斷無底面反無底面反射波射波2022-5-412層間缺陷的檢測原理發射探頭接收探頭直通波直通波直通波直通波底面發射波底面發射波底面發射波底面發射波反射波反射波反射信號2022-5-413TOFD檢測圖像灰度圖白白+黑黑-幅度時間時間將每一個將每一個A掃描信號轉化為灰度線，掃描信號轉化為灰度線，沿探頭的運動方向拼接成二維灰度

5、圖沿探頭的運動方向拼接成二維灰度圖 2022-5-414TOFD掃查方式 非平行掃查 平行掃查 偏置非平行掃查發射探頭接收探頭探頭架移動方向XY+Y焊縫發射探頭接收探頭探頭架移動方向XY+Y焊縫發射探頭接收探頭探頭架移動方向XY+Y焊縫2022-5-4151、表面開口裂紋21122022-5-4162、X形坡口根部未焊透21123412342022-5-4173、V形坡口根部未焊透根部未焊透1231232022-5-4184、密集氣孔123122022-5-4195、橫向裂紋12341231232022-5-4206、根部未焊滿1231232022-5-4217、層間未熔合1232022-5-

6、4228、根部未熔合TOFD techniqueLack of root fusion defect2022-5-4239、根部凹陷TOFD techniqueRoot Concavity defect2022-5-42410、根部過厚TOFD techniqueOver penetration defect2022-5-425TOFD優點 與脈沖反射法超聲檢測和射線檢測相比，TOFD的主要優點在于：（1）能探測不利取向的缺陷，缺陷檢出率高；（2）超聲波束覆蓋區域大；（3）缺陷高度測量精確；（4）實時成像，快速分析；（5）非基于波幅，波幅影響小；（6）快速、安全、方便。 2022-5-426荷

7、蘭焊接協會的對比試驗POD 缺陷檢出率 FCR 誤報率 R可靠性2022-5-427TOFD局限性 （1）由于TOFD的直通波和底面反射波均有一定的寬度，處于此范圍的缺陷波難以被發現，因此在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區；（2）TOFD信號較弱，易受噪聲影響；（3）傾向于“過分夸大”中壁缺陷和部分良性缺陷，比如氣孔、夾層等；（4）TOFD數據分析對檢測人員要求高。 2022-5-4285.1.3 穿透法穿透法u穿透法是采用一發一收雙探頭分別放置在試件相對的兩端面，依據脈沖波或連續波穿透試件之后的能量變化來檢測試件缺陷的方法。 2022-5-4295.1.4 共振法共振法u依據試件的共振特性來

8、判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。常用于試件測厚。u共振法測厚的原理見4.1.6，目前已很少使用共振法測厚。 2022-5-4305.2 A5.2 A型顯示和超聲成像型顯示和超聲成像u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。5.1.1 A型顯示型顯示u如4.1.1中所述，A型顯示是一種波形顯示，是將超聲信號的幅度與傳播時間的關系以直角坐標的形式顯示出來，橫坐標代表聲波的傳播時間，縱坐標代表信號幅度。A型顯示是最基本的一種信號顯示方式。u此時，示波管的電子束是振幅調制的。換言之，A型顯示

9、的內容是探頭駐留在工件上某一點時，沿聲束傳播方向的回波振幅分布。u結合脈沖放射法的A型顯示超聲檢測是目前用的最多的一種方法，目前特種設備行業常用的JB/T 4730.32005標準規定的就是A型脈沖反射法超聲檢測，采用該方法時，檢測結果受檢測人員的素質、經驗等人為因素影響較大。 2022-5-4315.1.2 超聲成像方法超聲成像方法u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體，故利用聲波可以獲得這些物體內部結構聲學特性的信息，超聲成像技術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部聲學特性分布的圖像。物體的超聲圖像可提供直觀和大量的信息，直接顯示物

10、體內部情況，且可靠性、復現性高，可以對缺陷進行定量動態監控。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，大都具有自動數據采集、自動數據處理和自動作出評價的功能。u超聲成像的研究歷史u超聲成像方法發展到現代，主要采用掃描接收信號、再進行圖像重構的方式，因此又稱為超聲掃描成像技術，起初主要為B、C掃描成像，隨后為檢測焊縫而開發出D、P掃描（投影掃描成像）；因為相控陣技術的出現，又出現S掃描（扇形掃描成像）等。而對應的，A型顯示又可稱為A掃描顯示。 2022-5-4321 B、 、C、 、D掃掃描成像描成像 B、C、D掃描成像設備較簡單、操作容易，已成為最普及的三種超聲成像方法

11、。其中的B掃描廣泛用于醫療診斷，俗稱B超。現在用于無損檢測也取得了良好的效果。 2022-5-4332. P掃掃描成像描成像2022-5-4343. ALOK超聲成像2022-5-4354 相控陣和S掃描成像相控陣技術(2009年3級復試）.ppt2022-5-4365.3 5.3 按波型分類的超聲檢測方法按波型分類的超聲檢測方法 u縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等 5.3.1 5.3.1 縱波法縱波法 使用縱波進行檢測的方法，稱為縱波法。1縱波直探頭法 單晶直探頭脈沖反射法、雙晶直探頭脈沖反射法和穿透法 垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的檢測 2. 縱波斜探頭法 將縱波傾斜入

12、射至試件探測面，利用折射縱波進行檢測的方法探頭移動范圍較小、檢測范圍較深的一些部件;粗晶材料 ; TOFD 2022-5-4375.3.2 橫波法橫波法u 將縱波傾斜入射至試件探測面，利用波型轉換得到橫波進行檢測的方法，稱為橫波法。由于入射聲束與探測面成一定夾角，所以又稱斜射法。 u產生的兩種方式u橫波法主要用于焊接接頭和管材的檢測，是目前特種設備行業中應用最多的一種方法。檢測其它試件時，則作為一種有效的輔助手段，用以發現與檢測面有一定傾角的缺陷。 2022-5-4385.3.3 5.3.3 表面波檢測表面波檢測u使用表面波進行檢測的方法，稱為表面波法。 表面、近表面缺陷 1 1表面波的性質表

13、面波的性質 傳播運動狀態速度能量分布2 2、表面波的產生、表面波的產生（1）Y切石英法（2）縱波折射法3人工反射體的反射特點人工反射體的反射特點 （1）柱孔（2）橫孔（3）溝槽（4）棱邊的反射2022-5-4395.3.3 5.3.3 表面波檢測表面波檢測4 4影響表面波傳播的其他因素影響表面波傳播的其他因素u油油 u表面光潔度和材料組織 u圓柱曲面 5 5表面波檢測的應用表面波檢測的應用 （1）強度法檢測表面裂紋u掃描速度調整u靈敏度調整和定量 直角棱邊反射波 （2）時延法測量表面裂紋的縱向尺寸 特點：利用裂紋開口處的反射信號和裂紋尖端處的反射信號在傳播時間上的差值作為測定裂紋縱向尺寸的信息

14、，而不是裂紋反射信號的強度。u雙探頭法 u單探頭法 只適用于測量表面開口缺陷 2022-5-4405.3.4 5.3.4 板波檢測板波檢測u使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試件檢測。板波充塞于整個試件，可以發現內部的和表面的缺陷。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。 1 1板波的板波的種種類類 使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試件檢測。 板波充塞于整個試件，可以發現內部的和表面的缺陷。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。u根據質點振動情況分類 u根據邊界條件分類u根據板的變形分類2

15、2板波的產生板波的產生 選擇不同的板波型式 探頭入射角 入射角可根據被探測工件的板厚乘所用頻率 和選用的波型，由特定的曲線圖上查出 pllCCBAsin2022-5-4415.3.4 5.3.4 板波檢測板波檢測3 3蘭姆波的傳播特點蘭姆波的傳播特點 u（1）衰減的非單調變化 u（2）反射時蘭姆波波型的變化u（3）板波回波信號的寬度4 4板波檢測的一般程序板波檢測的一般程序 ua、盡可能選用寬的發射脈沖 ub、制作一個與被測板材料相同的對比試塊 uc、選擇合適的波型 根據波型、頻率乘板厚的數值，從相應的圖中查得入射角 ud、根據入射角選擇合適的探頭，在試塊上調整掃描速度 ue、根據人工缺陷的反

16、射，選擇合適的探測靈敏度 uf、檢測時注意點2022-5-4425.3.5.5.3.5.爬波法爬波法u產生：第一臨界角附近入射u概念u優點2022-5-4435.4 5.4 按探頭數目分類的檢測方法按探頭數目分類的檢測方法5.4.1 單探頭法單探頭法 使用一個探頭兼作發射和接收超聲波的檢測方法稱為單探頭法。 u對于與波束軸線垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。u與波束軸線平行的片狀缺陷難以檢出。u當缺陷與波束軸線傾斜時，則根據傾斜角度的大小，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。 2022-5-4445.4.2 雙探頭法雙探頭法 使用兩個探頭（一個發射，一個接收）進

17、行檢測的方法稱為雙探頭法。主要用于發現單探頭法難以檢出的缺陷。u雙探頭法又可根據兩個探頭排列方式和工作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。 2022-5-4455.4.3 5.4.3 多探頭法多探頭法 使用兩個以上的探頭組合在一起進行檢測的方法，稱為多探頭法。u多探頭法的應用，主要是通過增加聲束來提高檢測速度或發現各種取向的缺陷。u通常與多通道儀器和自動掃查裝置配合 2022-5-4465.5 5.5 按探頭接觸方式分類的檢測方法按探頭接觸方式分類的檢測方法 接觸法、液浸法和電磁耦合法。5.5.1 接觸法和液浸法u探頭與試件探測面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看

18、作為兩者直接接觸，這種檢測方法稱為直接接觸法，或簡稱接觸法。u將探頭和工件浸于液體中以液體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。當以水為耦合劑時，稱為水浸法。 液浸法檢測，探頭不直接接觸試件，所以此方法適用于表面粗糙的試件，探頭也不易磨損，耦合穩定，探測結果重復性好，便于實現自動化檢測。 2022-5-4475.5.1 5.5.1 接觸法和液浸法接觸法和液浸法特點比較：u（1）接觸法優點：u（2）接觸法缺點：u（3）液浸法優點：u（4）液浸法缺點： 在實際檢測時，應根據應用的對象、目的和場合，結合兩種方法的優缺點綜合選擇。 2022-5-4485.5.2 5.5.2 電磁耦合法電磁耦合法 u采用電磁超聲探頭激發和接收超聲波的檢測方法，通常稱為電磁超聲檢測（EMAT）。探頭與工件之間無耦合劑，也不相互接觸。電磁超聲探頭結構及工作原理見4.2.3。1、電磁超聲產生的機理 2、電磁超聲激發和接收 3、電磁超聲的特點和現狀2022-5-4495.6 5.6 手工檢測和自動檢測手工檢測和自動檢測 按人工干預的程度分類，超聲檢測可分為手工檢測和自動檢測。5.6.1 手工檢測手工檢測 手工檢測一般指由操作