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1、第四章 超聲波探傷方法和通用探傷技術(shù) By adan 第四章 超聲波探傷方法和通用探傷技術(shù) 超聲波探傷方法雖然很多，各種方法的操作也不盡相同，但它們?cè)谔綔y(cè)條件、耦合與補(bǔ)償、儀器的調(diào)節(jié)，缺陷的定位、定量、定性等方面卻存在一些通用的技術(shù)同題，掌握這些通用技術(shù)對(duì)于發(fā)現(xiàn)缺陷并正確評(píng)價(jià)是很重要的。 第一節(jié) 超聲波探傷方法概述 一、按原理分類(lèi) 超聲波探傷方法按原理分類(lèi)，可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。 1.脈沖反射法 超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來(lái)檢測(cè)試件缺陷的方法，稱(chēng)為脈沖反射法。脈沖

2、反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 (1)缺陷回法：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(chēng)為缺陷回波法，該方法是反射法的基本方法。 圖4.l是缺陷回波探傷法的基本原理；當(dāng)試件完好時(shí)，超聲波可順利傳播到達(dá)底面，探傷圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個(gè)信號(hào)，如圖4.1(a)所示。 若試件中存中缺陷，在探傷圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F如圖4.1(b)所示。 (2)底波高度法：當(dāng)試件的材質(zhì)和厚度不變時(shí)，底面回波高度應(yīng)是基本不變的。如果試件內(nèi)存在缺陷，底面回波高度會(huì)下降甚至消失，如圖4.2所示。 這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷情況的探

3、傷方法，稱(chēng)為底波高度法。 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)，但是要求被探試件的探測(cè)面與底面平行，耦合條件一致。由于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)立的探傷方法，而經(jīng)常作為一種輔助手段，配合缺陷回波法發(fā)現(xiàn)某些傾斜的和小而密集的缺陷。 (3)多次底波法：當(dāng)透入試件的超聲波能量較大，而試件厚度較小時(shí)，超聲波可在探測(cè)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……。如果試件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底面回波次數(shù)減少，同時(shí)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

4、，如圖4.3所示。這種依據(jù)底面回波次數(shù)。而判斷試件有無(wú)缺陷的方法，即為多次底波法。 多次底波法主要用于厚度不大、形狀簡(jiǎn)單、探測(cè)面與底面平行的試件探傷，缺陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。 2.穿透法 穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之 后的能量變化來(lái)判斷缺陷情況的一種方法，如 圖4.4所示。 穿透法常采用兩個(gè)探頭，一個(gè)作發(fā)射用，一 個(gè)作接收用，分別放置在試件的兩側(cè)進(jìn)行探測(cè)， 圖4。4(a)為無(wú)缺陷時(shí)的波形，圖4.4(b)為有缺 陷時(shí)的波形。 3.共振法 若聲波(頻率可凋的連續(xù)波)在被檢工件內(nèi)傳播，當(dāng)試件的厚度為超聲波的半波長(zhǎng)的整數(shù) 倍時(shí)，將引起共振，

5、儀器顯示出共振頻率，用相鄰的兩個(gè)共振頻率之差。由以下公式算出試件厚度。 （4.1） 式中 f0——工件的固有頻率； fn、fn-1——相鄰兩共振頻率； C——被檢試件的聲速； λ——波長(zhǎng)； σ——試件厚度。 當(dāng)試件內(nèi)存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時(shí)，將改變?cè)嚰墓舱耦l率。依據(jù)試件的共振特 性，來(lái)判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱(chēng)為共振法。共振法常用于試件測(cè)厚。 二、按波形分類(lèi) 根據(jù)探傷采用的波形，可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。 1.縱波法 使用直探頭發(fā)射縱波，進(jìn)行探傷的方法，稱(chēng)為縱波法。此法波束垂直入射至試件探測(cè)面，以不變的波型和方

6、向透入試件，所以又稱(chēng)為垂直入射法。簡(jiǎn)稱(chēng)垂直法，如圖4.5所示。 垂直法分為單晶探頭反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。常用的是單晶探頭反射法。 垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的探傷，該法對(duì)與探測(cè)面平行的缺陷檢出效果最佳。由于盲區(qū)和分辨力的限制，其中反射法只能發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部離探測(cè)面一定距離以外的缺陷。 在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，縱波速度大于其它波型的速度，穿透能力強(qiáng)，晶界反射或散射的敏感性較差，所以可探測(cè)工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的探傷。 由于垂直法探傷時(shí)，波型和傳播方向不變，所以缺陷定位比較方便。 2.橫波法 將縱波通過(guò)楔塊、水等介質(zhì)傾斜入射至試件探

7、測(cè)面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行探傷的方法，稱(chēng)為橫波法。由于透入試件的橫波束與探測(cè)面成銳角，所以又稱(chēng)斜射法；如圖4.6所示。 此方法主要用于管材、焊縫的探傷。其它試件探傷時(shí)，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)垂直探傷法不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。 3.表面波法 使用表面波進(jìn)行探傷的方法，稱(chēng)為表面波法。這種方法主要用于表面光滑的試件。 表面波波長(zhǎng)比橫波波長(zhǎng)還短，因此衰減也大于橫波。同時(shí)，它僅沿表面?zhèn)鞑?，?duì)于表面上的復(fù)層、油污、不光潔等，反應(yīng)敏感，并被大量地衰減。利用此特點(diǎn)可以通過(guò)手沾油在聲束傳播方向上進(jìn)行觸摸并觀察缺陷回波高度的變化，對(duì)缺陷定位。 4.板波法 使用板波進(jìn)行探傷的方法，稱(chēng)為板波

8、法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡(jiǎn)單的試件探傷，板波充塞于整個(gè)試件，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。 5.爬波法 爬波是指表面下縱波，它是當(dāng)?shù)谝唤橘|(zhì)中的縱波入射角位于第一臨界角附近時(shí)在第二介 質(zhì)中產(chǎn)生的表面下縱波。這時(shí)第二介質(zhì)中除了表面下縱波外，還存在折射橫波。這種表面下縱波不是純粹的縱波，還存在有垂直方向的位移分量。 爬波對(duì)于檢測(cè)表面比較粗糙的工件的表層缺陷，如鑄鋼件、有堆焊層的工件等，其靈敏度和分辨力均比表面波高。 三、按探頭數(shù)目分類(lèi) l.單探頭法 使用一個(gè)探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的探傷方法稱(chēng)為單探頭法。單探頭法操作方

9、便，大多數(shù)缺陷可以檢出，是目前最常用的一種方法。 單探頭法探傷，對(duì)于與波束軸線(xiàn)垂直的片狀缺陷和立體型缺陷的檢出效果最好。與波束軸線(xiàn)平行的片狀缺陷難以檢出。當(dāng)缺陷與波束軸線(xiàn)傾斜時(shí)，則根據(jù)傾斜角度的大小，能夠受到部分回波或者因反射波束金部反射在探頭之外而無(wú)法檢出。 2.雙探頭法 使用兩個(gè)探頭(一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收)進(jìn)行探傷的方法稱(chēng)為雙探頭法。主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭法難以檢縫的缺陷。 雙探頭又可根據(jù)兩個(gè)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。 (1)并列式：兩個(gè)探頭并列放置，探傷時(shí)兩者作同步向移動(dòng)。但直探頭作并列放置時(shí)，通常是一個(gè)探頭固定，另一

10、個(gè)探頭移動(dòng)，以便發(fā)現(xiàn)與探測(cè)面傾斜的缺陷，如圖4.7(a)所示。分割式探頭的原理，就是將兩個(gè)并列的探頭組合在一起，具有較高的分辨能力和信噪比，適用與薄試件、近表面缺陷的探傷。 (2)交叉式：兩個(gè)探頭軸線(xiàn)交叉，交叉點(diǎn)為要探測(cè)的部位，如圖4.7(b)所示。此種探傷方法可用來(lái)發(fā)現(xiàn)與探測(cè)面垂直的片狀缺陷，在焊縫探傷中，常用來(lái)發(fā)現(xiàn)橫向缺陷。 (3)V型串列式；兩探頭相對(duì)放置在同一面上，一個(gè)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(gè)探頭的入射點(diǎn)上，如圖4.7(c)所示。此種探傷方法主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)與探測(cè)面平行的片狀缺陷。 (4)K型串列式：兩探頭以相同的方向分別放置于試件的上下表面上。一個(gè)探

11、頭發(fā)射的聲缺陷反射，反射的回波進(jìn)入另一個(gè)探頭，如圖4.7(d)所示。此種探傷方法主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)與探測(cè)面垂直的片狀缺陷。 (5)串列式：兩探頭一前一后，以相同方向放置在同一表面上，一個(gè)探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射的回波，經(jīng)底面反射進(jìn)入另一個(gè)探頭，如圖4 .7(e)所示。此種探傷方法用來(lái)發(fā)現(xiàn)與探測(cè)面垂直的片狀缺陷(如厚焊縫的中間未焊透)。兩個(gè)探頭在一個(gè)表面上移動(dòng)，操作比較方便，是一種常用的探測(cè)方法。 3.多探頭法 使用兩個(gè)以上的探頭成對(duì)地組合在～起進(jìn)行探傷的方法，稱(chēng)為多探頭法。多探頭法的應(yīng)用，主要是通過(guò)增加聲束來(lái)提高探傷速度或發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。通常與多通道儀器和自動(dòng)掃描裝置配合，如圖4.8所

12、示。 四、按探頭接觸方式分類(lèi) 依據(jù)探傷時(shí)探頭與試件的接觸方式，可以分為接觸法與液浸法。 1.直接接觸法 探頭與試件探測(cè)面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看作為兩者直接接觸，這種探傷方法稱(chēng)為直接接觸法。 此方法操作方便，探傷圖形較簡(jiǎn)單，判斷容易，檢出缺陷靈敏度高，是實(shí)際探傷中用得最多的方法。但是，直接接觸法探傷的試件，要求探測(cè)面光潔度較高。 2.液浸法 將探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進(jìn)行探傷的方法，稱(chēng)為液浸法。耦合劑可以是水，也可以是油。當(dāng)以水為耦合劑時(shí)，稱(chēng)為水浸法。 液浸法探傷，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(wěn)定，探測(cè)結(jié)果重

13、復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷。 液浸法按探傷方式不同又分為全浸沒(méi)式和局部浸沒(méi)式。 (1)全浸沒(méi)式：被檢試件全部浸沒(méi)于液體之中，適用于體積不大，形狀復(fù)雜的試件探傷，如圖4.9(a)所示。 (2)局部浸沒(méi)式：把被檢試件的一部分浸沒(méi)在水中或被檢試件與探頭之間保持一定的水層而進(jìn)行探傷的方法，使用于大體積試件的探傷。局部浸沒(méi)法又分為噴液式、通水式和滿(mǎn)溢式。 1噴液式：超聲波通過(guò)以一定壓力噴射至探測(cè)表面的液流進(jìn)入試件，稱(chēng)為噴液式如圖4.9(b)所示。 2通水式：借助于一個(gè)專(zhuān)用的有進(jìn)水、出水口的液罩，以使罩內(nèi)經(jīng)常保持一定容量的液體。這種方法稱(chēng)為通水式，如圖4.9(c)。 3滿(mǎn)溢式：滿(mǎn)溢罩結(jié)構(gòu)

14、與同水式相似，但只有進(jìn)水口，多余液體在罩的上部溢出，這種方法稱(chēng)為滿(mǎn)溢式，如圖4.9(d)所示。 根據(jù)探頭與事件探測(cè)面之間液層的厚度，液浸法又可分為高液層法和低液層法。 第二節(jié) 儀器與探頭的選擇 探測(cè)條件的選擇首先是指儀器和探頭的選擇。正確選擇儀器和探頭對(duì)于有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，并對(duì)缺陷定位、定量和定性是至關(guān)重要的；實(shí)際探傷中要根據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)要求來(lái)選擇儀器與探頭。 一、探傷儀的選擇 超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外探傷儀種類(lèi)繁多，性能各異，探傷前應(yīng)根據(jù)探測(cè)要求和現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)選擇探傷儀。一般根據(jù)以下情況來(lái)選擇儀器： (l)對(duì)于定位要求高的情況，應(yīng)選擇水平

15、線(xiàn)性誤差小的儀器。 (2)對(duì)于定量要求高的情況，應(yīng)選擇垂直線(xiàn)性好，衰減器精度高的儀器。 (3)對(duì)于弋型零件的探傷，應(yīng)選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的儀器。 (4)為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷，應(yīng)選擇盲區(qū)小、分辨力好的儀器。 (5)對(duì)于室外現(xiàn)場(chǎng)探傷，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。 此外要求選擇性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和可靠性好的儀器。 二、探頭的選擇 超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過(guò)探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的。探頭的種類(lèi)很多，結(jié)構(gòu)型式也不一樣。探傷前應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的形狀、衰減和技術(shù)要求來(lái)選擇探頭。探頭的選擇包括探頭型式、頻率、晶片尺寸和斜探頭K值的選擇等。

16、 1.探頭型式的選擇 常用的探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭表面波探頭、雙晶探頭、聚焦探頭等。一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來(lái)選擇探頭的型式，使聲束軸線(xiàn)盡量與缺陷垂直。 縱波直探頭只能發(fā)射和接收縱波，束軸線(xiàn)垂直于探測(cè)面，主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的 缺陷，如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。 橫波斜探頭是通過(guò)波形轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)橫波探傷的。主要用于探測(cè)與深測(cè)面垂直或成一定角 的缺陷。如焊縫生中的未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。 表面波探頭用于探測(cè)工件表面缺陷，雙晶探頭用于探測(cè)工件近表面缺陷。聚焦探頭用于水浸探測(cè)管材或板材。 2.探頭頻率的選擇 超聲波探傷頻率在O.5～

17、10MHz之間，選擇范圍大。一般選擇頻率時(shí)應(yīng)考慮以下因索。 (1)由于波的繞射，使超聲波探傷靈敏度約為，因此提高頻率，有利于發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。 (2)頻率高，脈沖寬度小，分辨力高，有利于區(qū)分相鄰缺陷。 (3)可知，頻率高，波長(zhǎng)短，則半擴(kuò)散角小，聲束指向性好，能量集中，有利于發(fā)現(xiàn)缺陷并對(duì)缺陷定位。 (4)可知，頻率高，波長(zhǎng)短，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度大，對(duì)探傷不利。 (5)可知，頻率增加，衰減急劇增加。 由以上分析可知，頻率的離低對(duì)探傷有較大的影響。頻率高，靈敏度和分辨力高，指向性好，對(duì)探傷有利。但頻率高，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度大，衰減大，又對(duì)探傷不利。實(shí)際探傷中要全面分析考慮各方面的因索，合理選擇頻率。一般在

18、保證探傷靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。 對(duì)于晶粒較細(xì)的鍛件、軋制件和焊接件等，一般選用較高的頻率，長(zhǎng)用2.5～5.0MHz。對(duì)晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率，常用O.5～2.5MHz。如果頻率過(guò)高，就會(huì)引起嚴(yán)重衰減，示波屏上出現(xiàn)林狀回波，信噪比下降，甚至無(wú)法探傷。 3.探頭晶片尺寸的選擇 探頭圓晶片尺寸一般為φ10～φ30mm，晶片大小對(duì)探傷也有一定的影響，選擇晶片尺寸時(shí)要考慮以下因素。 (l)可知，晶片尺寸增加，半擴(kuò)散角減少，波束指向性變好，超聲波能量集中，對(duì)探傷有利。 (2)由N=等可知，晶片尺寸增加，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度迅速增加，對(duì)探傷不利。 (3)晶片尺寸大，輻射

19、的超聲波能量大，探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍大，遠(yuǎn)距離掃查范圍相對(duì)變小，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷能力增強(qiáng)。 以上分析說(shuō)明晶片大小對(duì)聲柬指向性，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度、近距離掃查范圍和遠(yuǎn)距離缺陷檢出能力有較大的影響。實(shí)際探傷中，探傷面積范圍大的工件時(shí)，為了提高探傷效率宜選用大晶片探頭。探傷厚度大的工件時(shí)，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷宜選用大晶片探頭。探傷小型工件時(shí)，為了提高缺陷定位定量精度宜選用小晶片探頭。探傷表面不太平整，曲率較大的工件時(shí)，為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。 4.橫渡斜探頭K值的選擇 在橫波探傷中，探頭的K值對(duì)探傷靈敏度、聲束軸線(xiàn)的方向，一次波的聲程(入射點(diǎn)至底面反射點(diǎn)的距離)有較大的影響。由圖l.39

20、可知，對(duì)于用有機(jī)玻璃斜探頭探傷鋼制工傳，βs=40(K=O.84)左右時(shí)，聲壓往復(fù)透射率最高，即探傷靈敏度最高。由K=tgβs可知，K值大，βs大，一次波的聲程大。因此在實(shí)際探傷中，當(dāng)工件厚度較小時(shí)，應(yīng)選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場(chǎng)區(qū)探傷。當(dāng)工件厚度較丈時(shí)，應(yīng)選用較小的K值，以減少聲程過(guò)大引起的衰減，便于發(fā)現(xiàn)深度較大處的缺陷。在焊縫探傷中，還要保證主聲束能掃查整個(gè)焊縫截面。對(duì)于單面焊根部未焊透，還要考慮端角反射問(wèn)題，應(yīng)使K=O.7～l.5，因?yàn)镵l.5，端角反射率很低，容易引起漏檢。 第三節(jié) 耦合與補(bǔ)償 一、耦合劑 超升耦合是指超聲波在探測(cè)面上的聲強(qiáng)

21、透射率。聲強(qiáng)透射率高，超聲耦合好。 為了提高偶合效果，在探頭與工件表面之間施加的一層透聲介質(zhì)稱(chēng)為耦合劑。耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入工件，達(dá)到探傷的目的。此外耦合劑還有減少摩擦的作用。一般耦合劑應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： (1)能潤(rùn)濕工件和探頭表面，流動(dòng)性、粘度和附著力適當(dāng)，不難清洗。 (2)聲阻抗高，透聲性能好。 (3)來(lái)源廣，價(jià)格便宜。 (4)對(duì)工件無(wú)腐蝕，對(duì)人體無(wú)害，不污染環(huán)境。 (5)性能穩(wěn)定，不易變質(zhì)，能長(zhǎng)期保存。 超聲波探傷中常用耦合劑有機(jī)油、變壓器油、甘油、水、水玻璃等。它們的聲阻抗Z如下： 耦合劑 機(jī)油 水 水玻璃 甘油 Z10

22、6kg/m2s 1.28 1.5 2.17 2.46 由此可見(jiàn)，甘油聲阻抗高，耦合性能好，常用于一重要工件的精確探傷，但價(jià)格較貴，對(duì)工件有腐蝕作用。水玻璃的聲阻抗高，耦合性能好，常用于表面粗糙的工件探傷，但清洗不太方便，且對(duì)工件有腐蝕作用。水的來(lái)源廣，價(jià)格低，常用于水浸探傷，但使工件生銹。機(jī)油和變壓器油粘度、流動(dòng)性、附著力適當(dāng)，對(duì)工件無(wú)腐蝕、價(jià)格也不貴，因此是目前應(yīng)用最廣的耦合劑。 二、影響聲耦合的主要因素 影響聲耦合的主要因素有：耦合層的厚度，耦合劑的聲阻抗，工件表面粗糙度和工件表面形狀。 1.耦合層厚度的影響 如圖4.10所示，耦合層厚度對(duì)耦合有較大的影響。當(dāng)耦合層厚度為的奇數(shù)

23、倍時(shí)，透聲效果差，耦合不好，反射回波低。當(dāng)耦合層厚度為的整數(shù)倍或很薄時(shí)，透聲效果好，反射回波高 2.表面粗糙度的影響 由圖4.11可知，工件表面粗糙度對(duì)聲耦合有明顯的影響。對(duì)于同一耦合劑，表面粗糙度高，耦合效果差，反射回波低。聲阻抗低的耦合劑，隨粗糙度的變差，耦合效果降低得更快。但粗糙度也不必太低，因?yàn)榇植诙忍停詈闲Ч麩o(wú)明顯增加。而且使探頭因吸附力大而移動(dòng)困難。 一般要求工件表面粗糙度Ra不高于6.3μm。 3.耦合劑聲阻抗的影響 由圖4.11還可以看出，耦合劑的聲阻抗對(duì)耦合效果也有較大的影響。對(duì)于同一探測(cè)面，耦合劑聲阻抗大，耦合效果好，反射回波高，例如表面粗糙度Rz=10

24、0 μm時(shí)，Z=2.4的甘油耦合回波比Z=l.5的水耦合回波高6～7dB。 4.工件表面形狀的影響 工件表面形狀不同，耦合效果不一樣．其中平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。因?yàn)槌Ｓ锰筋^表面為平面，與曲面接觸為點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸，聲強(qiáng)透射率低。特別是凹曲面，探頭中心不接觸，因此耦合效果更差。 不同曲率半徑的耦合效果也不相同，曲率半徑大，耦合效果好。 三、表面耦合損耗的測(cè)定和補(bǔ)償 在實(shí)際探傷中，當(dāng)調(diào)節(jié)探傷靈敏度用的試塊與工件表面粗糙度、曲率半徑不同時(shí)，往往由于工件耦合損耗大而使探傷靈敏度降低。為了彌補(bǔ)耦合損耗，必須增大儀器的輸出來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。 1.耦合損耗的測(cè)定 為了恰當(dāng)?shù)?/p>

25、補(bǔ)償耦合損耗，應(yīng)首先測(cè)定工件與試塊表面耦合損耗的分貝差。 一般的測(cè)定耦合損耗差的方法為：在表面耦合狀態(tài)不同，其他條件(如材質(zhì)、反射體、探頭和儀器等)相同的工件和試塊上測(cè)定二者回波或穿透波高分貝差。 下面以橫波斜探頭為例來(lái)說(shuō)一、二次波探傷時(shí)耦合損耗的測(cè)定方法。一次波探傷又稱(chēng)直射法，二次波探傷又稱(chēng)一次反射法。一、二次波對(duì)應(yīng)的水平距離為一倍跨距，常用IS表示。 首先制作兩塊材質(zhì)與工件相同、表面狀態(tài)不同的試塊。一塊為對(duì)比試塊、粗糙度同試塊，另一塊為待測(cè)試塊，表面狀態(tài)同工件。分別在兩試塊同深度處加工相同的長(zhǎng)橫孔反射體，然后將探頭分別置于兩試塊上，如圖4.12所示，測(cè)出二者長(zhǎng)橫孔回波高度的△dB

26、差，此△dB即為二者耦合損耗差。 以上是一次波探傷時(shí)耦合損耗差的測(cè)定法。當(dāng)用二次波探傷時(shí)，常用一發(fā)一收的雙探頭穿透法測(cè)定。 當(dāng)工件與試塊厚度、底面狀態(tài)相同時(shí)，只需在同樣探測(cè)條件下用穿透法測(cè)定二者反射波高的△dB即可 當(dāng)工件厚度小于試塊厚度時(shí)，如圖4.13所示。圖中R1、R2分別為工件上一倍跨距離(1S) 和兩倍跨距(2S)測(cè)試點(diǎn)的底面反射波高，R為試塊上一倍跨距(1S)測(cè)試點(diǎn)底面反射波高，在R1、R2兩波峰之間連一直線(xiàn)，則用[衰減器]測(cè)得的R與R1R2連線(xiàn)高度差,△dB即為二者的表面耦合差補(bǔ)償量。 當(dāng)工件厚度大雨試塊時(shí)，如圖4.14所示。圖中R1、R2分別為試塊上1S和2S測(cè)試點(diǎn)上的

27、底面反射波高，R為工件上1S測(cè)試點(diǎn)上地面反射波高，則R1R2連線(xiàn)與R的高度差即為二者的耦合差補(bǔ)償量。 2補(bǔ)償方法 設(shè)測(cè)得的工件與試塊表面耦合差補(bǔ)償是△dB。具體補(bǔ)償方法如下： 先用“衰減器”衰減△dB，將探頭置于試塊上調(diào)好探傷靈敏度．然后再用“衰減器”增益△dB即減少△dB衰減量)，這時(shí)耦合損耗恰好得到補(bǔ)償，試塊和工件上相同反射體回波高度相同。 第四節(jié) 探傷儀的調(diào)節(jié) 在實(shí)際探傷中，為了在確定的探測(cè)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小的缺陷，并對(duì)缺陷定位和定量，就必須在探測(cè)前調(diào)節(jié)好儀器的掃描速度和靈敏度。 一、掃描速度的調(diào)節(jié) 儀器示波屏上時(shí)基掃描線(xiàn)的水平刻度值τ與實(shí)際聲程χ(單程

28、)的比例關(guān)系，即τ:χ=1： n稱(chēng)為掃描速度或時(shí)基掃描線(xiàn)比例。它類(lèi)似于地圖比例尺，如掃描速度l:Z表示儀器示波屏上水平刻度lmm表示實(shí)際聲程2mm。 探傷前應(yīng)根據(jù)探測(cè)范圍來(lái)凋節(jié)掃描速度，以便在規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺陷并對(duì)缺陷定位。 調(diào)節(jié)掃描速度的一般方法是根據(jù)探測(cè)范圍利用已知尺寸的試塊或工件上的兩次不同反射波的前沿分別對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的水平刻度值來(lái)實(shí)現(xiàn)。不能利用一次反射波和始波來(lái)調(diào)節(jié)，因?yàn)槭疾ㄅc一次反射波的距離包括超聲波通過(guò)保護(hù)膜、耦合劑(直探頭)或有機(jī)玻璃斜楔(斜探頭)的時(shí)間，這樣調(diào)節(jié)掃描速度誤差大。 下面分別介紹縱波、橫波、表面波探傷時(shí)掃描速度的調(diào)節(jié)方法。 1.縱波掃描速度的調(diào)節(jié) 縱波探傷

29、一般按縱波聲程來(lái)調(diào)節(jié)掃描速度。具體調(diào)節(jié)方法是：將縱波探頭對(duì)準(zhǔn)厚度適當(dāng)?shù)钠降酌婊蚯酌?，使兩次不同的底波分別對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的水平刻度值。 例如探測(cè)厚度為4OOmm工件，掃描速度為1:4，現(xiàn)利用IIW試塊來(lái)調(diào)節(jié)。將探頭對(duì)準(zhǔn)試塊上厚為lOOmm的底面，調(diào)節(jié)儀器上“深度微調(diào)”、“脈沖移位”等旋鈕，使底波B2、B4分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度50、lOO，這時(shí)掃描線(xiàn)水平刻度值與實(shí)際聲程的比例正好為1:4，如圖4.15(a)。 2.表面波掃描速度的調(diào)節(jié) 表面波探傷一般也是按聲程調(diào)節(jié)掃描速度，具體調(diào)節(jié)方法基本上與縱波相同。只是表面波不能在同一反射體上形成多次反射。調(diào)節(jié)時(shí)要利用兩個(gè)不同的反射體形成的兩次反射波分別對(duì)準(zhǔn)

30、相應(yīng)的水平刻度值來(lái)調(diào)節(jié)。如圖4.l5(b)，探頭置于圖示位置，調(diào)節(jié)儀器使棱邊A、B的反射波A波和B波分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度值40、65，這時(shí)表面波掃描速度為1:1。 3.橫波掃描速度的調(diào)節(jié) 如圖4.16所示，橫波探傷時(shí)，缺陷位置可由折射角β和聲程χ來(lái)確定，也可由缺陷的水平距離l和深度d來(lái)確定。 一般橫波掃描速度的調(diào)節(jié)方法有三種：聲程調(diào)節(jié)法、水平調(diào)節(jié)法和深度調(diào)節(jié)法。 (1)聲程調(diào)節(jié)法：聲程調(diào)節(jié)法是使示波屏上的水平刻度值r與橫波聲程χ成比例。即r：χ=l:n。這時(shí)儀器示波屏上直接顯示橫波聲程。 按聲程調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在IIW、CSK一IA、IIW2、半圓試塊以及其它試塊或工件上 進(jìn)行。

31、1利用IIW試塊調(diào)節(jié)：IIW試塊R100圓心處未切槽，因此橫波不能在Rl00圓弧面上形成多次反射，這樣也就不能直接利用R100來(lái)調(diào)節(jié)橫波掃描速度。但I(xiàn)IW試塊上有91mm尺寸，鋼中縱波聲程91mm相當(dāng)于橫波聲程50mm的時(shí)間。因此利用91mm可以調(diào)節(jié)橫波掃描速度。 下面以橫波1:1為例說(shuō)明之。如圖4.17所示，先將直探頭對(duì)準(zhǔn)91mm底面，調(diào)節(jié)儀器使底波B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度50、100，這時(shí)掃描線(xiàn)與橫波聲程的比例正好1:1。然后換上橫波探頭，并使探頭入射點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)R100圓心，調(diào)“脈沖移位”使R100圓弧面回波B1對(duì)準(zhǔn)水平刻度100，這時(shí)零位才算校準(zhǔn)。即這時(shí)水平刻度“0”對(duì)于斜探頭的入射點(diǎn)，

32、始波的前沿位于“0”的左側(cè)。 以上調(diào)節(jié)方法比較麻煩，針對(duì)這一情況，我國(guó)的CSK—IA試塊在R100圓弧處增加了一個(gè)R50的同心圓弧面這樣就可以將橫波探頭直接對(duì)準(zhǔn)R50和R100圓弧面，使回波B1(R50)對(duì)50，B2(R100)對(duì) 100，于是橫波掃描速度1:1和“0”點(diǎn)同時(shí)調(diào)好校準(zhǔn)。 2利用IIW2和半圓試塊調(diào)節(jié)：當(dāng)利用IIW2和半圓試塊調(diào)橫波掃描速度時(shí)，要注意它們 的反射特點(diǎn)。探頭IIW2試塊R25圓弧面時(shí)，各反射波的間距為25、75、75……，對(duì)準(zhǔn)R50圓弧面時(shí)，各反射波間距為50、75、75……。探頭對(duì)準(zhǔn)R50半圓試塊(中心不切槽)的圓弧面，各反射波的距離為50、100

33、、100……。 下面說(shuō)明橫波1:1掃描速度的調(diào)整方法。 利用IIW2試塊調(diào)：探頭對(duì)準(zhǔn)R25圓弧面，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度25、100 即可，如圖4.18(a)。 利用R50半圓試塊調(diào)：探頭對(duì)準(zhǔn)R50圓弧面，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度0、 100，然后調(diào)“脈沖移位”使B1對(duì)準(zhǔn)50即可，如圖4.18(b)。 (2)水平調(diào)節(jié)法：水平調(diào)節(jié)法是指示波屏上水平刻度值τ與反射體的水平距離l成比例， 即τ:l=1:n。這時(shí)示波屏水平刻度值直接顯示反射體的水平投影距離(簡(jiǎn)稱(chēng)水平距離)，多用 子薄板工件焊縫橫波探傷。 探水平距離調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在CSK—IA試塊、

34、半圓試塊、橫孔試塊上進(jìn)行。 ①利用CSK—IA試塊調(diào)節(jié)：先計(jì)算R50、R100對(duì)應(yīng)的水平距離11、12： （4.2） 式中 K——斜探頭的K值(實(shí)測(cè)值)。 然后將探頭對(duì)準(zhǔn)R50、R100，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度11、12。當(dāng)K=1.0時(shí)，11=35mm，12==70mm，若使B1一35，B2—70，則水平距離掃描速度為1:1。 ②利用R50半圓試塊調(diào)節(jié)：先計(jì)算B1、B2對(duì)應(yīng)的水平距離11、12： (4.3) 然后將探頭對(duì)準(zhǔn)R50圓弧，調(diào)節(jié)儀器使使B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度值11、12。當(dāng)K=1.0時(shí)，11=35mm，12=105mm。先使B1、B2、分別對(duì)準(zhǔn)0、

35、70，再調(diào)“脈沖移位”使B1一35，則水平距離掃描速度為1:1。 ③利用橫孔試塊調(diào)節(jié)：以CSK一ⅢA試塊為例說(shuō)明之。 設(shè)探頭的K=1.5，并計(jì)算深度為20、60的φl(shuí)6對(duì)應(yīng)的水平距離11、12： 11=Kd1=1.520=30 12=Kd2=1.560=90 調(diào)節(jié)儀器使深度為20、60的φl(shuí)6的回波H1、H2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度3O、90，這時(shí)水平距離掃描速度1:1就調(diào)好了。需要指出的是，這里H1、H2不是同時(shí)出現(xiàn)的，當(dāng)H1對(duì)準(zhǔn)30時(shí)。H2不一定正也對(duì)準(zhǔn)90、因此往往要反復(fù)調(diào)試，直至H1對(duì)準(zhǔn)3O，H2正好對(duì)準(zhǔn)90。 (3)深度調(diào)節(jié)法：深度調(diào)節(jié)法是使示波屏上的水平刻度值r與反射體深度

36、d成比例，即τ:d=1:n，這時(shí)示波屏水平刻度值直接顯示深度距離。常用于較厚工件焊縫的橫波探傷。 按深度調(diào)節(jié)橫波掃描速度可在CSK—IA試塊、半圓試塊和橫孔試塊等試塊上調(diào)節(jié)。 ①利用CSK—IA試塊調(diào)節(jié)：先計(jì)算R50、R100圓弧反射波B1、B2對(duì)應(yīng)的深d1、d2： (4.4) 然后調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)承平刻度值d1、d2。當(dāng)K=2.0時(shí)，d1=22.4mm。d2= 44.8mm，調(diào)節(jié)儀器使B1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度22.4、44.8，則深度l：l就調(diào)好了。 2利用R50半圓試塊調(diào)節(jié)：先計(jì)算半圓試塊B1、B2對(duì)應(yīng)的深度d1、d2： (4.5) 然后調(diào)節(jié)儀器使B

37、1、B2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度值d1、d2即可，這時(shí)深度1:l調(diào)好。 ③利用橫孔試塊調(diào)節(jié)：探頭分別對(duì)準(zhǔn)深度d=40，d=80的CSK—IA試塊上的l6橫 孔，調(diào)節(jié)儀器使d1、d2對(duì)應(yīng)的φl(shuí)6回波H1、H2分別對(duì)準(zhǔn)水平刻度40、80，這時(shí)深度1:1就調(diào)好了。這里同樣要注意反復(fù)調(diào)試。使H1對(duì)準(zhǔn)40時(shí)的H2正好對(duì)準(zhǔn)80。 二、探傷靈敏度的調(diào)節(jié) 探傷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?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)儀器上的[增益]、[衰減器]、[發(fā)射強(qiáng)度]等靈敏度旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。 調(diào)整探傷靈敏度的目的在于發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對(duì)缺陷定量。探傷靈敏度太高或

38、太低都對(duì)探傷不利。靈敏度太高，示波屏上雜波多，判傷困難。靈敏度太低，容易引起漏檢。 實(shí)際探傷中，在粗探時(shí)為了提高掃查速度而又不致引起漏檢，常常將探傷靈敏度適當(dāng)提 高，這種在探傷靈敏度的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高后的靈敏度叫做搜索靈敏度或掃查靈敏度。 調(diào)整探傷靈敏度的常用方法有試塊調(diào)整法和工件底波調(diào)整法兩種。 l.試塊調(diào)整法 根據(jù)工件對(duì)靈敏度的要求選擇相應(yīng)的試塊，將探頭對(duì)準(zhǔn)試塊上的人工缺陷，調(diào)整儀器上的有關(guān)靈敏度旋鈕，使示波屏上人工缺陷的最高反射回波達(dá)基準(zhǔn)高，這時(shí)靈敏度就調(diào)好了。 例如，壓力容器用鋼板是利用φ5平底孔來(lái)調(diào)整靈敏度的。具體方法是：探頭對(duì)準(zhǔn)φ5平底孔，[衰減器]保留一定的衰減

39、余量，[抑制]至“0”，調(diào)[增益]使φ5平底孔最高回波達(dá)示波屏滿(mǎn)幅度80%或6O%，這時(shí)靈敏度就調(diào)好了。 又如，超聲波探傷厚度為100mm的鍛件，探傷靈敏度要求是：不允許存在φ2平底孔當(dāng)量大小的缺陷。探傷靈敏度的調(diào)整方法是：先加工一塊材質(zhì)、表面光潔度、聲程與工件相同的φ2平底孔試塊，將探頭對(duì)準(zhǔn)φ2平底孔，儀器保留一定的衰減余量，[抑制]至“O”，調(diào)[增益]使φ2平底孔的最高回波達(dá)80%或60%高，這時(shí)探傷靈敏度就調(diào)好了。 2.工件底波調(diào)整法 利用試塊調(diào)整靈敏度，操作簡(jiǎn)單方便，但需要加工不同聲程不同當(dāng)量尺寸的試塊，成本高，攜帶不便。同時(shí)還要考慮工件與試塊因耦合和衰減不同進(jìn)行補(bǔ)償。如果利

40、用工件底波來(lái)調(diào)整探傷靈敏度，那么既不要加工任何試塊，又不需要進(jìn)行補(bǔ)償。 利用工件底波調(diào)整探傷靈敏度是根據(jù)工件底面回波與同深度的人工缺陷(如平底孔)回波分貝差為定值，這個(gè)定值可以由下述理論公式計(jì)算出來(lái)。 (4.6) 式中 χ——工件厚度； Df——要求探出的最小平底孔尺寸。 利用底波調(diào)整探傷靈敏度時(shí)，將深頭對(duì)準(zhǔn)工件底面，儀器保留足夠的衰減余量，一般大予△+(6～lO)dB(考慮搜索靈敏度)，[抑制]至“O”，調(diào)[增益]使底波B1最高達(dá)基準(zhǔn)高(如80％)，然后用[褒減器]增益△dB(即褒減余量減少△dB)，這時(shí)探傷靈敏度就調(diào)好了。 由于理論公式只適用于χ≥3N的情況，因此利用工件底

41、波調(diào)靈敏度的方法也只能用于厚度尺寸χ≥3N的工件，同時(shí)要求工件具有平行底面或圓柱曲底面，且底面光潔干凈。當(dāng)?shù)酌娲植诨蛴兴蜁r(shí)，將使底面反射率降低，底波下降，這樣調(diào)整的靈敏度將會(huì)偏高。 例如，用2.5P20Z(2.5MHzφ20mm直探頭)探傷厚度χ=400mm的餅形鋼制工件，鋼中cL =5900m/s，探傷靈敏度為400/φ2平底孔(在400mm處發(fā)現(xiàn)φ2平底孔缺陷)。 利用工件底波調(diào)整靈敏度的方法如下。 ①計(jì)算：利用理論計(jì)算公式算出400mm處大底度與φ2平底孔回波的分貝差△為 分貝差△也可由縱波平底孔AVG曲線(xiàn)得到，如圖2一17中MN對(duì)應(yīng)的分貝整△=44dB。 ②調(diào)整：將

42、探頭對(duì)準(zhǔn)工件大平底面，[衰減器]衰減50dB，調(diào)[增益]使底波B1達(dá)80％，然后使[衰減器]的衰減量減少44dB，即[衰減器]保留6dB，這時(shí)φ2靈敏度就調(diào)好了。也就是說(shuō)這時(shí)400mm處的φ2平底孔回波正好達(dá)基準(zhǔn)高(即400mm處φ2回波高為6dB)。如果粗探時(shí)為了便于發(fā)現(xiàn)缺陷，可采用使[衰減器]再去6dB的搜索靈敏度來(lái)進(jìn)行掃查。但當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷以后對(duì)缺陷定量時(shí)，衰減器應(yīng)打回到6dB。 利用試塊和底波調(diào)整探傷靈敏度的方法應(yīng)用條件不同。利用底波調(diào)整靈敏度的方法主要 用于具有平底面或曲底面大型工件的探傷，如鍛件探傷。利用試塊調(diào)整靈敏度的方法主要用于無(wú)底波和厚度尺寸小于3N的工件探傷。如焊縫探傷、鋼

43、板探傷、鋼管探傷等。 此外，還可以利用工件某些特殊的固有信號(hào)來(lái)調(diào)整探傷靈敏度，例如在螺栓探傷中常利用螺紋波來(lái)調(diào)整探傷靈敏度，在汽輪機(jī)葉輪鍵槽徑向裂紋探傷中常利用鍵槽圓角反射的鍵槽波來(lái)調(diào)整探傷靈敏度。 第五節(jié) 缺陷位置的測(cè)定 超聲波探傷中缺陷位置的測(cè)定是確定缺陷在工件中的位置，簡(jiǎn)稱(chēng)定位。一般可根據(jù)示波屏上缺陷波的水平刻度值與掃描速度來(lái)對(duì)缺陷定位。 一、縱波(直探頭)探傷時(shí)缺陷定位 儀器按1:n調(diào)節(jié)縱波掃描速度，缺陷波前沿所對(duì)的水平刻度值為τf、測(cè)缺陷至探頭的距隔χf為： χf=nτf (4.7) 若探頭波束軸線(xiàn)不偏離，則缺陷正位于探頭中心軸線(xiàn)上。 例如用縱波直探頭探傷

44、某工件，儀器按l:2調(diào)節(jié)縱波掃描速度，探傷中示波屏上水平刻 度值70處出現(xiàn)一缺陷波，那么此缺陷至探頭的距離χf： χf=nτf＝270＝140(mm) 二、表面波探傷時(shí)缺陷定位 表面波探傷時(shí)，缺陷位置的確定方法基本同縱波。只是缺陷位于工件表面，并正對(duì)探頭中心軸線(xiàn)。 例如表面波探傷某工件，儀器按1:1調(diào)節(jié)表面波掃描速度。探傷中在示波屏水平刻度60處出現(xiàn)一缺陷波，則此缺陷至探頭前沿距離χf為： χf=nτf＝160＝60(mm) 三、橫波探傷平面時(shí)缺陷定位 橫波斜探頭探傷平面時(shí)，波束軸線(xiàn)在探測(cè)兩處發(fā)生折射，工件中缺陷的位置由探頭的折射角和聲程確定或由缺陷的水平和垂直方向的投影來(lái)

45、確定。由于橫波掃描速度可按聲程、水平、深度來(lái)調(diào)節(jié)，因此缺陷定位的方法也不一樣。下面分別加以介紹。 1.按聲程調(diào)節(jié)掃描速度時(shí) 儀器按聲程1:n調(diào)節(jié)橫波掃描速度。缺陷波水平刻度為τf。 一次波探傷時(shí)，如圖4.19(a)，缺陷至入射點(diǎn)的聲程χf=nτf，如果忽略橫線(xiàn)孔直徑，則缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為： (4.8) 二次波探傷時(shí)，如圖4.19(b)，缺蹈至入射點(diǎn)的聲程χf=nτ，則缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為 (4.9) 式中 T一工件厚度； β——探頭橫波折射角。 2.按水平調(diào)節(jié)掃描速度時(shí) 儀器按水平距離1:n調(diào)節(jié)橫波掃描速度，缺陷波的水平刻

46、度值為τf，采用 K值探頭探 傷。 一次波探傷時(shí)，缺陷在工件中的水平距離lf和深度d，為： (4.10) 二次波探傷時(shí)，缺陷波在工件中的水平距離lf和深度df為: (4.11) 例如用K2橫波斜探頭探傷厚度T=15mm的鋼板焊縫；儀器按水平l：l調(diào)節(jié)橫波掃描 速度，探傷中在水平刻度τf=45處出現(xiàn)一缺陷波，求此缺陷的位置。 由于KT=215=30，2KT=60，KT<τf=45<2KT，因此可以判定此缺陷是二次波發(fā) 現(xiàn)的。那么缺陷在工件中的水平距離lf，和深度df為： 3.按深度調(diào)節(jié)掃描速度bf 儀器按深度1:n調(diào)節(jié)橫波掃描速度，缺陷波的水平刻度值為τf，采

47、用K值探頭探傷。一次波探傷時(shí)，缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為： (4.12) 二次波探傷時(shí)，缺陷在工件中的水平距離lf和深度df為： (4.13) 例如用Kl.5橫波斜探頭探傷厚度T=30mm的鋼板焊縫，儀器按深度1:1調(diào)節(jié)橫波掃 描速度，探傷中在水平刻度r=40處出現(xiàn)一缺陷波，求此缺陷位置。 由于T

48、面對(duì)的缺陷定位問(wèn)題。當(dāng)橫波探測(cè)圓柱面時(shí)，若沿軸想探測(cè)，缺陷定位與平面相同；若沿周向探測(cè)，缺陷定位測(cè)與平面不同。下面分外圓和內(nèi)壁探測(cè)兩種情況加以討論。 l.外圓周向探測(cè) 如圖4.20所示，外圓周向探測(cè)圓柱曲面時(shí)，缺陷的位置由深度H和弧長(zhǎng)L來(lái)確定，顯然H、L與平板工件中缺陷的深度d和水平距離l是有較大差別的。 圖4.20中： AD＝d(平板工件中缺陷深度) BC＝dtgβ=Kd=l(平板工件中缺陷 水平距離) AO＝R，CO＝R－d 從而可得： 由(4.14)式算出用K1.0探頭外圓周向探測(cè)φ2388148(外徑壁厚)圓柱曲面時(shí)不同d 值所對(duì)應(yīng)的H和L列于

49、表4.1。 表4.1 外圓周向探測(cè)定位修正表K1.0 a(l) 10 20 20 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 L 10 20 31 41 52 63 74 85 97 109 120 132 145 157 170 183 H 10 20 30 39 49 58 68 77 86 95 104 113 122 131 139 148 從表4.1可以看出，當(dāng)探頭從圓柱曲面外壁作周向探測(cè)時(shí)，弧長(zhǎng)L總比水平距離I值大， 但深度H

50、卻總比d值小。而且差值隨d值增加而增大。 2.內(nèi)壁周向探測(cè) 如圖4.21所示，內(nèi)壁周各探測(cè)圓柱曲面時(shí)，缺陷的位置由深度h和弧長(zhǎng)l來(lái)確定，這里的h和l與平板工件中缺陷深度d稠水平距離l是有較大差別的。 圖4.21中： AC=d(平板工件中缺陷的深度) BC=dtgβ=Kd=l(平板工件中缺陷的水平距離) 從而可得： 由(4.15)式算出用K1.0探頭內(nèi)壁周向探測(cè)φ2388148圓柱曲面時(shí)，不同d值所對(duì)應(yīng)的K和l值列于表4.2。 表4.2 內(nèi)孔周向探測(cè)定位修正表K1.0 a(l) 10 20 30 40 50 60 70 80 90

51、 100 110 120 130 140 L 10 20 29 38 48 57 65 74 82 91 199 107 115 123 H 10 20 30 41 51 62 72 83 94 104 115 126 137 148 由表4.2可以看出，當(dāng)探頭從圓柱曲面內(nèi)壁作周向探測(cè)時(shí)，弧長(zhǎng)l總比水平距離l小，但深度h卻總比d值大。 下面舉例說(shuō)明周向探測(cè)圓柱曲面缺陷定位。 例如用K1.5橫波斜探頭外圓周向探測(cè)φ108085壓力容器縱縫。儀器按深度l:2調(diào)節(jié)掃描速度，探傷中在水平刻度40處出現(xiàn)一缺陷波，試確定此缺

52、陷的位置。 由已知得： 以此代入(4.14)式得： 這說(shuō)明該缺陷至外圓的距離H=64.6mm，對(duì)應(yīng)的外圓弧長(zhǎng)L=137.7mm。 3.最大探測(cè)壁厚 如圖4.22所示，當(dāng)用橫波外圓周向探測(cè)簡(jiǎn)體工件時(shí)，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)確定的K值探頭，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的最大探測(cè)厚度。當(dāng)波束軸線(xiàn)與簡(jiǎn)體內(nèi)壁相切時(shí)，對(duì)應(yīng)的壁厚為最大搽測(cè)厚度Tm。當(dāng)工件厚度大于Tm時(shí)，波束軸線(xiàn)將掃查不到內(nèi)壁。不同K值探頭最大探測(cè)壁厚Tm與工 件外徑D之比Tm/D可由下述方法導(dǎo)出。 式中 Tm——可探測(cè)的最大壁厚； D——工件外徑； K——探頭的K值，K=tgβ。 由(4.16)式算出不同K值探頭對(duì)應(yīng)

53、的Tm/D列于表4.3。 表4.3 不同K值(β)對(duì)應(yīng)的Tm/D的范圍 K 00.65 10 20 30 40 50 60 70 β 33.2 35 38.7 45 56.3 63.4 68.2 71.5 74 r/R 0.5476 0.5736 0.6252 0.7071 0.8320 0.8942 0.9285 0.9487 0.9613 Tm/D 0.2262 0.2123 0.1874 0.1465 0.0840 0.0529 0.0358 0.0256 0.0194 由上表可知，探頭的K值愈小，可探

54、測(cè)的最大壁厚就愈大，K值愈大，可探測(cè)的最大壁厚就愈小。當(dāng)K值取最小值時(shí)，對(duì)應(yīng)的可探測(cè)壁厚最大。從理論上講，β=33.2，K=0.65時(shí)，可探測(cè)的壁厚最大為T(mén)m/D=0.2262，r/R=0.5476。但出于這時(shí)的橫波聲壓往復(fù)透射率低，容易漏檢，因此，實(shí)際探傷中K值往往選得大一些。例如我國(guó)一般的焊縫超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定K值最小為Kl.0。當(dāng)K=1.0時(shí)，可探測(cè)的最大壁厚與外徑之比Tm/D=0.1465，內(nèi)外半徑之比r/R=O.7071。但由于隨著r/R接近臨界值，將會(huì)產(chǎn)生表面波，使聲程偏差急劇增大。考慮到缺陷定位、定量的準(zhǔn)確性，故一般把簡(jiǎn)體可搽測(cè)的內(nèi)外半徑范圍定為r/R≥80％。 4.聲程修正

55、系數(shù)弘和跨距修正系數(shù)m。 如圖4.23所示，橫波周向探測(cè)筒體工件與平板工件不同，不但內(nèi)表面的入射角變大了，而且探頭跨距和聲程也變大了。這樣儀器探測(cè)范圍的調(diào)節(jié)及缺陷定位與平板工件也有所不同。 對(duì)于平板工件，橫波一次波聲AG與跨距AH為 (4.17) 對(duì)于筒體工件，縱向探測(cè)時(shí)銹可按上式計(jì)算，但周向探測(cè)時(shí)就不能應(yīng)用上式了。迭時(shí)需要推導(dǎo)新的計(jì)算公式。 設(shè)筒體工件橫波一次波聲程為AC，跨距為AE。剛有 聲程修正系數(shù) 跨距修正系數(shù) 當(dāng)探頭和工件一定時(shí)，由幾何關(guān)系可知，超聲波傾斜入射到筒體工件內(nèi)壁時(shí)，其入射角β′比探頭折射角β大 。于是有 (4.18) 由圖4.23可

56、以看出 由(4.19)式可知，μ是β、r/R的函數(shù)，當(dāng)β給定時(shí)，μ僅隨r/R而變化。μ與β(k)、r/R的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4.24所示。由圖4.24可知，當(dāng)β (K)一定時(shí)，μ隨r/R增大而減小。當(dāng)μ一定時(shí)，β(K)大，對(duì)應(yīng)的r/R大。 聲程修正系數(shù)μ曾在JB1152—8l標(biāo)準(zhǔn)中得到應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定利用橫波探測(cè)簡(jiǎn)體縱焊縫時(shí)，以μ=1.1作為用曲面試塊進(jìn)行修正的條件。當(dāng)μ≤1.l時(shí)，筒體工件與等厚的平板工件聲程差小，可以不用曲面試塊修正。當(dāng)μ>1.l時(shí)，筒體工件與等厚的平板工件聲程差大， 要用特制的曲面試塊修正。 由圖4.24得μ>1.1時(shí)用曲面試塊修正的 條件是：

57、 由(4.21)式得聲程修正系數(shù)μ與T/D的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4.25所示，由(4.22)式得跨距修 正系數(shù)m與T/D的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4.26所示。 由圖4.25可知 ①β一定時(shí)，μ隨T/D增加而增大。這說(shuō)明用特定的探頭探測(cè)不同壁厚的工件，其聲程修正系數(shù)μ不同。壁厚愈大(T/D愈大)，聲程修正系數(shù)μ愈丈。 ②μ值一定時(shí)，β值大者對(duì)應(yīng)的T/D小。這說(shuō)明用不用β探頭探測(cè)工件，欲使聲程修正系數(shù)μ一定，那么β值小的探頭可探測(cè)的工件壁厚大(T/D大)。 ③對(duì)于β一定的探頭，T/D均有一個(gè)變化范圍，當(dāng)T/D大于某一特定值時(shí)，μ值不存在。 這時(shí)聲束軸線(xiàn)掃查不到工件內(nèi)壁。這一特定值就是該探頭可探測(cè)

58、的最大壁厚(T/D)m。例如，β=45時(shí)(T/D)m=O.l46。 由圖4.26可知，跨距修正系數(shù)m與T/D的關(guān)系類(lèi)似于μ與T/D的關(guān)系。 圖4.25在跨距點(diǎn)的聲程修正系數(shù)產(chǎn) 圖4．26跨距點(diǎn)的探頭距離修正系數(shù)m 在實(shí)際探傷中，可根據(jù)圖4.25與圖4.26查得μ、m、然后計(jì)算出橫波周向探測(cè)筒體工件時(shí)的聲程和跨距。 一次波探傷時(shí)的聲程AC和半跨距 為 (4.23) 二次波探傷時(shí)的聲程2AC和跨距AE (4.24) 式中 T——筒體工件壁厚； μ——聲程修正系數(shù)； m——跨距修正系數(shù)； β——斜探頭的折射角。 注意，以上公式只適用于筒體內(nèi)外表面缺陷定位。這也是實(shí)

59、際探傷中最常見(jiàn)的缺陷。但有時(shí)缺陷不在內(nèi)外表面上，這時(shí)上述公式不適用。 對(duì)于壁厚較大的工件，一般按深度調(diào)節(jié)探測(cè)范圍和比例。這時(shí)需要知道一、二次波對(duì)應(yīng)的深度d1和d2。 掃查探測(cè)過(guò)程中，當(dāng)缺陷波對(duì)應(yīng)的深度df=μT時(shí)，說(shuō)明該缺陷位于內(nèi)壁。當(dāng)df=2μT時(shí)，說(shuō)明該缺陷位于外壁。當(dāng)df<μT時(shí)，說(shuō)明該缺陷在一次波范圍內(nèi)．可據(jù)(4.14)式確定缺陷位置。當(dāng)μT/

60、包括確定缺陷的大小和數(shù)量，而缺陷的大小指缺陷的面積和長(zhǎng)度。 目前，在工業(yè)超聲波探傷中，對(duì)缺陷的定量的方法很多，但均有一定的局限性。常用的定量方法有當(dāng)量法、底波高度法和測(cè)長(zhǎng)法三種。當(dāng)量法和底波高度法用于缺陷尺寸小于聲束截面的情況，測(cè)長(zhǎng)法用于缺陷尺寸大于聲束截面的情況。 一、當(dāng)量法 采用當(dāng)量法確定的缺陷尺寸是缺陷的當(dāng)量尺寸。常用的當(dāng)量法有當(dāng)量試塊比較法、當(dāng)量計(jì)算法和當(dāng)量AVG曲線(xiàn)法。 1.當(dāng)量試塊比較法 當(dāng)量試塊比較法是將工件中的自然缺陷回波與試塊上的人工缺陷回波進(jìn)行比較來(lái)對(duì)缺陷定量的方法。 加工制作一系列含有不同聲程不同尺寸的的人工缺陷(如平底孔)試塊，探傷中發(fā)現(xiàn)缺陷 時(shí)，將工件中

61、自然缺陷回波與試塊上人工缺陷回波進(jìn)行比較。當(dāng)同聲程處的自然缺陷回波與某人工缺陷回波高度相等時(shí)，該人工缺陷的尺寸就是此自然缺陷的當(dāng)量大小。 利用試塊比較法對(duì)缺陷定量要盡量使試塊與被探工件的材質(zhì)、表面光潔度和形狀一致，并且其他探測(cè)條件不變，如儀器、探頭，靈敏度旋鈕的位置塒探頭施加的壓力等。 當(dāng)量試塊比較法是超聲波探傷中應(yīng)用最早的一種定量方法，其優(yōu)點(diǎn)是直觀易懂。當(dāng)量概念明確，定量比較穩(wěn)妥可靠。但這種方法需要制作大量試塊，成本高。同時(shí)操作也比較煩瑣．現(xiàn)場(chǎng)探傷要攜帶很多試塊，很不方便。因此當(dāng)量試塊比較法應(yīng)用不多，僅在χ<3N的情況下或特別重要零件的精確定量時(shí)應(yīng)用。 2.當(dāng)量計(jì)算法 當(dāng)χ≥3N時(shí)，規(guī)則反射體的回波聲壓變化規(guī)律基本符合理論回波聲壓公式。