超声波检测中对缺陷高度的测定
锻钢件的超声波探伤检查方法缺陷等级分类及判定标准
锻钢件的超声波探伤检查方法缺陷等级分类及判定标准1•目的规范公司锻钢件的超声波探伤检查方法，规范缺陷等级分类及判定标准2•内容2.1探伤装置使用脉冲反射式超声波探伤仪。
2.2探伤方法原则上采用单晶头垂直探伤法。
但是精密探伤及有特殊要求的部位，将同时采用其他探伤方法。
2.3探伤方向及探伤范围按下表实施探伤。
但是，认定有缺陷等异状时，必须从所有方向开始探伤。
探伤方向及扫查范围向：对半圆周进行全面探伤。
但小齿轮、螺纹轴、蜗轮、辊子等表层附近特别重要的锻钢件，要从整周开始进行全面探伤。
轴类锻钢件径向：外周全面探伤轴向：从两个方向进行全面探伤轴向：从两个方向开始进行全面探伤从长度方向，宽度方向，板厚方向三个方向开始进行全面探伤。
但齿条等表层附近特别重要的锻钢件,三个方向均需从两面开始全面探伤。
径向：对外周进行全面探伤轴向：从一个方向开始全面探伤。
但是，齿圈等表层附近特别重要的锻钢件要从两个方向起全面探伤。
径向：对外周进行全面探伤轴向：从一个方向开始全面探伤。
但是，齿轮、车轮等表层附近特别重要的锻钢件要从两个方向起全面探伤。
探伤表面的表面粗糙度要达至【Ra12.5以上较好精加工状态。
2.5测量范围的调整原则上，测定范围要调整至底面回波在显示屏时间轴上显现2次。
2.6探伤方式、使用频率和使用探头探伤方式，使用频率和使用探头见下表。
2.7探伤灵敏度的设定2.7.1底面回波方式的灵敏度设定⑴直径或壁厚在2mm以下的部位，将各不同直径或壁厚的致密部位上第1次底面回波高度（BG）调整至探伤仪显示器刻度板的80%。
然后，根据图4进行灵敏度的增幅，以此作为探伤起始灵敏度。
另外，对于超过检查部位的壁厚1/2以上的区域进行探伤时，需要进一步提高灵敏度12dB进行探伤。
关于小齿轮、螺纹轴、蜗轮、齿轮、齿条、车轮等表层附近特别重要的锻钢件，则用提高了12dB后的灵敏度进行全面或是从两面开始探伤。
⑵试验部位的壁厚超过2m时，使用探头专用的DGS曲线图。
超声波探伤直射波法扫查高度的应用实例
焊缝超声波探伤直射波扫查高度的应用实例一、相关概念1、直射波扫查高度：当探头前沿与焊缝余高相接触时，直射波主声束与焊缝宽度中心线的交点至下焊缝母材的距离，用h表示。
2、直射法：用一次波直接扫查焊缝根部的探伤方法为直射法。
3、一次反射法：用二次波扫查焊缝区域的探伤方法成为一次反射法。
二、直射波扫查高度：)/K ………………………①1、直射波扫查高度计算公式： h=T-(a/2+LT:母材厚度a:焊缝上表面宽度:探头前沿距离LK:探头K值由公式①可知，h与母材厚度及上焊缝宽度有关，当T与a一定时，h取决于探头K值和前沿距离。
2、h=0较大时，直射波主声束与当K值较小，L焊缝中心线无交叉，直射波打不到焊缝根部。
焊缝漏检，如图2所示。
3、h<h1当h小于钝边高度h1时，直射波扫查到根部焊缝余高回波和一次反射波焊缝根部缺陷的回波声程值相近，难以分辨。
如图3所示。
4 Kh≤b/2当直射波主声束打到根部焊缝余高之中，其反射波再扫查到缺陷时，回波由于声程关系而定位不准。
如图4所示。
5、Kh>b/2当一次反射波主声束反射点落在下焊缝对侧管道母材上时，不受根部焊缝余高影响，不会产生缺陷回波定位不准的现象。
通过分析，为避免焊缝漏检及误判，探头选择应符合以下两个条件：①直射波扫查高度大于钝边高度，即h>h1；②一次反射波主声束反射点落在下焊缝对侧管道母材上，即Kh>b/2。
三、工作中的应用1、某工程为市域天然气管道输送项目，管道规格为Φ508X9.5mm，经过实测焊缝数据如右：2、选用h>h1且Kh>b/2的探头。
h取3mm，计算可得探头K值应大于1。
取标称为5P8X12K3.0探头一个，实测其前沿距离L为10mm。
带入公式①，计算可得满足要求的探头理论K=2.69。
经实测该探头实际K值为2.93。
满足要求。
3、直射法探头后移最小距离L1：直射波主声束由B点移动到D点，完成直射波扫描。
超声检测第六章2014陆志春
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：
耦合层厚度d
2 乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。
即四分之一 （2n 1 ）
4
d n
即半波长整数倍时声压透射率为1，几
d
波长奇数倍时，声压透射
率最低，反射率最高。
d→0，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 1.5~2.5×106公斤/米2， 而钢声阻抗为45×106公斤/米2。
6.4.1 仪器调整 工件材质衰减系数测定方法：
1、工件T＜3N时，衰减系数测定 条件：T＜3N，且满足n＞3N/T，m=2n 式中：
α——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。
层状撕裂 未焊透 腹板焊趾裂纹 翼板焊趾裂纹 焊缝裂纹
腹板未熔合 翼板未熔合 焊缝缺陷
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。
超声波检测的三种基本方法
超声波检测的三种基本方法
超声波检测方法可以根据其原理分为以下三种：
1. 脉冲反射法：这种方法利用超声波探头发射脉冲波到被检测物体内，根据反射波的情况来检测物体缺陷。
它包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
2. 穿透法：这种方法依据脉冲波或连续波穿透物体之后的能量变化来判断缺陷情况。
穿透法常采用两个探头，一收一发，分别放置在物体的两侧进行探测。
3. 共振法：当声波（频率可调的连续波）在被检测物体内传播，当物体的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率。
当物体内存在缺陷或物体厚度发生变化时，将改变物体的共振频率，依据物体的共振频率特性，来判断缺陷情况和物体厚度变化情况。
以上内容仅供参考，建议查阅专业超声波书籍获取更全面和准确的信息。
缺陷大小的测定
缺陷大小的测定缺陷定量包括确定缺陷的大小和数量，而缺陷的大小指缺陷的面积和长度。
目前，在工业超声波检测中，对缺陷的定量的方法很多，但均有一定的局限性。
常用的定量方法有当量法、底波高度法和测长法三种。
当量法和底波高度法用于缺陷尺寸小于声束截面的情况，测长法用于缺陷尺寸大于声束截面的情况。
一、当量法采用当量法确定的缺陷尺寸是缺陷的当量尺寸。
常用的当量法有当量试块比较法、当量计算法和当量AVG 曲线法。
1.当量试块比较法当量试块比较法是将工件中的自然缺陷回波与试块上的人工缺陷回波进行比较来对缺陷定量的方法。
加工制作一系列含有不同声程不同尺寸的人工缺陷（如平底孔）试块，检测中发现缺陷时，将工件中自然缺陷回波与试块上人工缺陷回波进行比较。
当同声程处的自然缺陷回波与某人工缺陷回波高度相等时，该人工缺陷的尺寸就是此自然缺陷的当量大小。
利用试块比较法对缺陷定量要尽量使试块与被探工件的材质、表面光洁度和形状一致，并且其他探测条件不变，如仪器、探头，灵敏度旋钮的位置，对探头施加的压力等。
当量试块比较法是超声波检测中应用最早的一种定量方法，其优点是直观易懂，当量概念明确，定量比较稳妥可靠。
但这种方法需要制作大量试块，成本高。
同时操作也比较烦琐，现场检测要携带很多试块，很不方便。
因此当量试块比较法应用不多，仅在x ＜3N 的情况下或特别重要零件的精确定量时应用。
2.当量计算法当x ≥3N 时，规则反射体的回波声压变化规律基本符合理论回波声压公式。
当量计算法就是根据检测中测得的缺陷波高的dB 值，利用各种规则反射体的理论回波声压公式进行计算来确定缺陷当量尺寸的定量方法。
应用当量计算法对缺陷定量不需要任何试块，是目前广泛应用的一种当量法。
下面以纵波探伤为例来说明平底孔当量计算法。
平底孔和大平底面的回波声压公式为208.68208.6822(3)2(3)axax B s B Bfs f ffP F P e x N x P F F P e x N x λλ--⎧=≥⎪⎪⎨⎪=≥⎪⎩大平底平底孔不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差为：22220lg 20lg 2()fB Bff B f f Bx P x x P D x λαπ∆==+- (6.17) 式中△Bf ——底波与缺陷波的dB 差；x f ——缺陷至探测面的距离； x B ——底面至探测面的距离； D f ——缺陷的当量平底孔直径； λ——波长；α——材质衰减系数（单程）。
2007超声闭卷试题(参考答案)
考核号：姓名：密封线2007年度特种设备无损检测UT专业Ⅲ级人员理论试卷（闭卷）（参考答案）成绩：2007年6月20日北京全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会一、是非题（在括号内正确的划“○”，错误的划“×”。
每题2分，共40分）1、球面波扩散衰减，声压与距离平方成反比。
（×）2、不锈钢堆焊层比基材钢的声阻抗大2%，在两者界面上的声压反射率为0.5%。
（×）3、聚焦探头的焦距F必须小于同一晶片尺寸的非聚焦探头的近场长度N。
（○）4、介质的密度越大，弹性模量越小，超声波的传播速度就越快。
（×）5、超声场中任一点的声压幅值与该点介质密度成反比，与波速和频率成正比。
（×）6、超声波检测中，为避免缺陷漏检，一般在保证灵敏度的前提下尽可能选用较低频率。
（○）7、在超声波检测中，如果使用的重复频率过高，在检测粗晶材料时会出现林状回波。
（×）8、超声横波检测单面焊焊缝，如使用K＝1.5~2.0的斜探头，可能出现的问题是：检测根部裂纹或未焊透的灵敏度较低。
（○）9、超声波探头中的吸收块常用环氧树脂加钨粉制成，其声阻抗应尽量高于压电晶片的声阻抗。
（×）10、超声波检测缺陷定量时，回波高度的测量应在仪器的抑制旋钮关闭以及增益微调旋钮不动的状态下进行。
（○）11、通用A VG曲线，采用的距离是以近场长度为单位的归一化距离，适用于不同规格的探头。
（○）12、使用大K值探头，从焊缝一侧用全跨距检测，如能够扫查到整个焊缝截面，就没有必要从焊缝另一侧检测。
（×）13、钢管水浸聚焦法检测时，为了提高检测效率，一般不采用点聚焦探头而采用线聚焦探头。
（○）14、有机玻璃声透镜水浸聚焦探头，透镜曲率半径越大，焦距越大。
（○）15、圆晶片斜探头的上指向角小于下指向角。
（×）16、为了在工件中得到纯横波，斜探头透声斜楔材料的纵波速度应大于被检工件中的纵波速度。
焊缝超声波检测中缺陷指示长度的测定
如图 ｌ 示， 所 当波 束 半顶 角 为 ％ 时 ， 声 程 为 在
Ｐ（，） ｒ口—— 远声 场距 声源 中心距 离为 ｒ 的声压 处 Ｐ（，） ｒ０—— 波 源轴 线上距 声 源 中心距 离 为 ｒ处 的
声 雎
一
ｓ时 ， 波束宽度 为 ｋ ； 在声程为 ｓ 时， 波束宽度为 Ｌ ｓ。当波束半顶角为 时 ， 在声程 为 ｓ时 ， 波束 宽度为 Ｌ 在声程为 ｓ 时， ； 波束宽度为 Ｌｏ。如缺 ｚ 陷长度 为 Ｌ， Ｌ 且 ＜ Ｌ＜ Ｌ 。在 实 际测 量 中 ， 如在
确 定 缺陷 的指示 长度 ， 我们将 此时 的 ０ 义 为 或 定
。
１ 超 声 波 探 头 指 向 性 与 缺 陷 相 对 位 置 对 缺
陷指示长度的影响
１ １ 探 头的指 向性 Ｄ （ ） ． ０
根据式（）令 ｙ Ｋ ｉ ， １ ， － Ｄｓ Ｏ可以求出 ｎ
Ｄ 一 ０ Ｙ — １ ６ ．５ ．２
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（ 江 省 锅 炉 压 力 容 器 检 验 所 ， 州 ３ ０ ２ ） 新 杭 １ ０ ０
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声 程 ｓ处测 量 该 缺 陷 ， 用 ６ Ｂ法 ， 到缺 陷 指示 采 ｄ 得
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收稿 日期 ；０ １ｃ ７ ２ ０ ｓ ０
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茂 ： 缝超声 波检 测中缺陷指示长度 的测定 焊
超声波检测缺陷自身高度的测定
超声波检测缺陷自身高度的测定设备的安全可靠性除与缺陷长度有关外，还与缺陷自身高度有关。
在脆性断裂破坏中，有时缺陷高度比长度更为重要。
然而缺陷高度测定比长度困难更大。
迄今为止，缺陷高度测定，还处于研究阶段。
虽然测定方法较多，但实际应用时，测量精度不高，误差较大。
下面介绍几种用得较多的方法。
这里的缺陷包括表面开口和未开口缺陷，表面开口缺陷又分为上表面开口和下表面开口两种情况。
1 表面波波高法如图6.31所示，表面波入射到上表面开口缺陷时，会产生一个反射回波，其波高与缺陷深度有关。
当缺陷深度较小时，波高随缺陷深度增加而升高。
实际探测中，常加工一些具有不同深度的人工缺陷试块，利用试块比较法来确定缺陷的深度。
这种方法只适用于测试深度较小的表面开口缺陷。
当缺陷深度超过两倍波长时，测试误差大。
图6.31 表面波波高法图6.32 单探头表面波时延法.2 表面波时延法（1）单探头法：如图6.32所示，仪器按表面波声程1∶n调节比例，表面波在缺陷开口A处和尖端B处产生A、B两个反射回波。
根据A、B波前沿所对的水平刻度值τA 、τB确定缺陷深度h。
()2B Anhττ-= (6.19)这种方法只适用于深度较大的开口缺陷。
深度太小，难以分辨。
缺陷表面过于粗糙，测试误差增加。
如果缺陷中充满了油或水，误差会更大。
（2）双探头法：如图6.33所示。
仪器按表面波声程1∶n 调节比例，先将两个一发一收的表面波探头置于无缺陷处的工件表面，这时示波屏上出现一个波H 1，记录该波前沿的刻度值τ1和两探头之间距a ，然后将两探头置于缺陷两测，间距保持不变，这时发射探头发出的表面波绕过缺陷被接收探头接收，示波屏上出现一个波H 2，其水平刻度值为τ2这时缺陷的深度h 为： 21()2n h ττ-= （6.20）图6.33 双探头表面波时延法这种方法只适用于测量表面开口缺陷。
实验室测试误差可达±1mm。
但当缺陷内含油或水等液体时，表面波有可能跨越缺陷开口，使测试误差大大增加。
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超声波测量缺陷高度的探讨
王云昌
内容摘要：
本文论述了压力容器不同程度地存在着裂纹类缺陷，断裂力学研究证明，带有尖锐边缘的平面缺陷（如裂纹）危险性最大。
同时还证明受压部件中平面缺陷穿过壁厚的径向长度、缺陷距表面及与其它缺陷的距离等都是关键性的重要尺寸，而平行于部件表面的裂纹长度是次要的。
据统计锅炉压力容器的损坏大部分是由于工件内部裂纹的扩展所引起的，英国曾对10万个容器进行调查，运行一年共发生132件破坏事故，按事故原因统计，由于裂纹扩展造成的破坏占总数的比例高达89.3%。
因而对裂纹的检验和监控显得极为重要。
主题词：
超声波测量缺陷高度
正文：
缺陷高度的超声检测方法
6db法
6db法是超声测量长度的传统方法，通常是探头找到最大峰值后向相反的二个方向水平移动使回波峰值下降一半时的波束中心线距离即为长度，该长度称为指示长度但并非裂纹的真实长度。
这种方法可以用来测高，但是误差较大。
表面波延时法
对表面开口的裂纹可采用表面波延时法来测量裂纹深度，该法主要是通过裂纹对表面波的延时作用来计算裂纹的深度。
但当缺陷内含油或水等液体时，表面波有可能跨越缺陷开口，使测试误差大大增加。
此外，缺陷的端部太尖锐接收到超声波信号很低甚至接收不到。
缺陷表面过于粗糙也会造成误差增大。
端点衍射波法
超声波入射到裂纹面上时，根据惠更斯原理，在裂纹尖端会形成次波源而产生衍射称为衍射波，超声端点衍射法是通过测量裂纹端点衍射回波的延迟时间差值来求得裂纹高度的。
但是衍射波的强度很弱难发现，所以用衍射波测量裂纹高度有较大的难度。
端点反射波法
入射波入射到裂纹的端点，有一部分将沿着原路反射，称为端点反射回波如图1所示。
端点反射回波法是通过测量主声束入射到裂纹顶端时，所产生的端点回波声程计算裂纹的高度，从方法上说是比较正确较为可行的方法。
端点反射波法的应用现状
在模拟超声探伤仪上用端点反射法测量裂纹的高度，通常采用深度校准即利用回波声程在垂直方向上的投影长度进行定位。
操作工艺的特点是要用试块进行深度线性校准，其实质是一种同高比较法因此其准确度与仪器线性、试块精度和操作工艺有很大的关系。
随着计算机技术的应用，将回波信号数字化能得到回波声程的精确量值。
通过相应的数学模型能得到包括垂直高度在内的各种数值，这是本文研究的主题。
2．数字信号处理端点回波声程测量裂纹自身高度方法的研究
2．1 数字处理端点回波声程的原理和应用常规超声检测对回波声程的测定是通过屏幕上回波所处位置的水平量值来换算的，由于波形的跳动、波形峰值的判断误差、线性调节精度等原因，测定的声程值误差很大。
数字信号处理端点回波声程(w)是通过计算机A/D转换，将回波的模拟信号转换为数字信号，根据声速和样点数精确计算得到的。
我们研制了超声信号分析仪和分析软件，能将常规探伤仪的回波模拟信号转换为数字信号，建立了计算不同状态下裂纹自身高度的数学模型，实现了数字化处理得到了裂纹自身高度精确的测量结果。
2．2 不同状态裂纹自身高度的计算方法
2．2．1 垂直表面开口裂纹
如图2所示，对于垂直表面开口裂纹，其自身(垂直)高度为h，端点回波与根部回波声程分别为w1、w2，探头折射角为β，工件厚度为T，则：
h=（w2-w1）×cosβ
=（w2-w1）× （T/w2）
=（1-w1/w2）×T------（1）
不用β值，表面开口裂纹自身高度用（1）式计算可得到较高的精度。
2．2．2 垂直表面的内部裂纹
如图3所示，对于垂直表面的内部裂纹，如果上端点和下端点都是由一次波探测到（如图3，A），一次波声程分别为W1和W2，则其自身高度h为：
h=（w2-w1）×cosβ------（2）
如果上端点是由一次波探测到，而下端点是由二次波探测到（如图3，B），设一、二次波的总声程为L2。
如果工件厚度为T，那么L2中一次波声程为：T/ cosβ；二次波声程为：L2-（T/ cosβ）；则：
W2=L2-2×（L2-（T/cosβ）） ------（3）
2．2．3 倾斜的内部裂纹
如图4所示，对于有倾角的的内部裂纹，如果上端点和下端点都是由一次波探测到（如图4，A），一次波声程分别为W1和W2，则其自身高度h为：
hˊ= （w2-w1）×cosβ------（4）
如果上端点是由一次波探测到，而下端点是由二次波探测到（如图4，B），且工件厚度为T，那么总声程L2中一次波声程为：T/cosβ；总声程L2中二次波声程为：L2-（T/cosβ）；则：W2=L2-2×（L2-（T/cosβ）） ------（5）
hˊ=（w2-w1）×cosβ
利用公式（1）--（5）进行声程的数字化处理，为提高h 的测量精度，工件厚度T和探头K 值必须精确测量。
15#试块焊缝根部裂纹表面开口状态十分复杂底部反射波很杂，操作者较难正确判断缺陷波，故造成较大的操作误差。
结束语
采用声程数字处理技术的端点反射回波法，对提高裂纹自身（垂直）高度测量精度是非常有效的。
具有原理简单、测量重复性好、操作方便快捷和实用性强等优点。
对于自身（垂直）高度大于等于2mm的平面型缺陷（裂纹类），其测量精度（平均绝对误差）可控制在1mm 以内,相对误差随高度的变化而变化。
其精度优于模拟超声探伤仪的深度定位法[1]；自行研制的超声信号分析仪和分析软件不仅具有模拟超声仪器和一般数字式超声仪器的功能，还具有频谱分析、强大的数据管理和报告编辑功能（将另文发表）；试验研究表明探头质量对检测精度有一定的影响[2]；利用超声信号分析系统，可以扩大试验研究范围，特别是薄壁材料（如小口径管焊缝）的超声检测方面的研究。
参考文献
1．《焊缝缺陷超声波定量检测方法探讨》姚力。