超声波无损探伤分解

3、探头的主要参数与型号
1）探头K值
– K值大小决定声束入射工件的方向和在工件中的传
播途径，可以依据该值进行缺陷的定位计算，因此 探头使用磨损后应重新测量K值。
2）前沿长度
– 声束入射点至探头前端面的距离称为前沿长度。
3、探头的主要参数与型号
2.5 B 20 Z
直探头
5 P 6x6 K 3 斜探头k=3 以K值表示的斜探头 方形晶片尺寸 锆钛酸铅陶瓷晶片 基本频率5.0Mz

测定探头值
– 利用Φ50mm孔的反射，用同样方法找出其最高反射
波，此时与入射点对应的K值，即为探头K值。
4、探伤仪的调节
探伤范围的调节 扫描速度的调节 探伤灵敏度的选定及其调整

二、实时探伤操作
1．确定检验区宽度
–
检验区宽度应是焊缝宽度加上焊缝两侧相当于母材厚度30％的 区域，一般为10～20 mm 直射法探伤时，移动区宽度L﹥0.75P； 一次反射法时，移动区宽度L﹥1.25P 锯齿形扫查、基本扫查、平行扫查、斜平行扫查
范围很宽，按照人的听力极限，将声波划分为三种： 即次声波、声波和超声波。其中：


当f＜20Hz时，叫做次声波； 当f为20Hz～20kHz时，叫做声波； 当f＞20kHz时，叫做超声波。

注：声波是人耳可以听得见的，而次声波和超声波则 是人耳听不见也感觉不到的 。
一、超声波的产生与接收



2、斜探头



利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工 件的探头称为斜探头。 用于发射和接收横波。 组成：
– 探头蕊(压电元件和吸收块组成，与直探头相似) – 斜楔块 – 壳体
斜楔块


斜楔块由有机玻璃制成，它与工件组成固定倾斜的异 质界面，使压电元件发射的超声波通过波形转换，使 在工件中传播的只有折射横波。 斜楔块的角度不同就使得入射工件的超声波的角度不 同，因而可以探测不同厚度的工件。 通常斜探头是以横波在钢中的折射角标称：γ=400 、 450 、 500 、 600 、 700 ； 或 以 折 射 角 的 正 切 值 标 称 ： k=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。

表 3 —7
相应检验等级的主要检验项目
检验等级 板厚 A δ≤ 50 1 1 1 δ≤ 100 B δ＞ 100 2 2 2 δ≤ 100 2 1 2 C δ＞ 100 2 2 2
项目
探头角度数量
探伤面数量 探伤侧数量
1或 2
1或 2 2
串列扫查
母材检验 纵向缺陷探测方向与次数 横向缺陷探测方向与次数 1 0 2或 4 0或 4 4 0或 4
探头；大厚度工件宜采用 K 值小的探头。且探头K 值在每次使用前和使用过程中要重新测定。
探头K值测定

测定探头入射点
–
把探头放在CSK—IB试块上前后移动，找出R100mm 圆弧面最高反射波，此时在斜楔块上与R100mm圆弧 面圆心对应的点即为探头的入射点，同时还可求得 入射点至探头底面前端的距离，即前沿长度。
0或 2
1 ≥6 4
2
1 10 4
2、探伤面及探伤方法的选择



选择探伤方法要根据工件的结构特点和采用的 焊接方法的特点，并结合有关标准进行，见表 3—8 探伤面应根据不同的检验等级和板厚来选择， 见表3—7、表3—8的规定。
表3—8
板厚/mm
探伤面及使用折射角
探 A级 伤 B级 面 C级 探伤方法 使用K值
– 利用R100mm圆弧面测定探头入射点和前沿长度，
利用Φ50mm孔的反射波测定斜探头折射角或K值。 – 校验探伤仪的水平线性和垂直线性。 – 利用Φ1.5mm横通孔的反射波调整探伤灵敏度，利 用R100mm圆弧面调整探测范围。
对比试块（RB试块）


RB试块主要用于绘制距离—波幅曲线，调整探测范围 和扫描速度，确定探伤灵敏度和评定缺陷大小。 试块有三种，分别适用于不同的板厚 。
3230
2260 1460 3500 — — —
3、异质界面上的 透射、反射、折射和波形转换
垂直入射：透射、反射和绕射 倾斜入射：反射、折射和波形转换

4、具有可穿透物质 和在物质中有衰减的特性
1．散射引起的衰减
–
超声波在传播过程中，遇到不均匀的和各向异性的金属晶粒时 则会在界面上发生散乱反射、折射和波形转换，从而消耗超声 波的能量，这种衰减称为散射衰减。 由于质点之间的相对运动和相互摩擦使部分声能转换为热能， 通过热传导引起衰减，这种衰减称为介质吸收引起的衰减。 超声波在传播过程中会发生扩散，且随传播距离的增加，扩散 程度也将会增大。声束扩散导致声束的截面增大，从而使单位 面积上的声能减小。这种形式引起的超声波能量衰减称为扩散 衰减。
第四节
直接接触法超声波探伤
一、探伤前的准备 二、实时探伤操作 三、缺陷性质估判和定位 四、焊缝质量评定
一、探伤前的准备
1、检验等级的确定 2、探伤面及探伤方法的选择 3、探头的选择 4、探伤仪的调节
1、检验等级的确定


GB/T11345—1989标准中把检验划分为A、B、C三个 级别： A级—检验时完善程度最低，难度系数最小。适用于 普通钢结构检验。 B级—检验时完善程度一般，难度系数较大。适用于 压力容器检验、船舶等。 C级—检验时完善程度最高，难度系数最大。适用于 核容器与管道等检验。 各检验等级的的检验范围见表3—7。
第三节

超声波探伤原理及应用
直接接触法超声波探伤
– 垂直入射法 – 斜角探伤法

液浸法超声波探伤
垂直入射法

垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将 声束垂直入射工件表面进行探伤。 该法是利用纵波进行探伤，故又称纵波法


垂直法探伤能发现与探伤面平行或近似于平 行的缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何 形状简单的工件。

束射性
– 声源发出的超声波能集中在一定区域内定向辐射。
2、超声波能在弹性介质中传播， 不能在真空中传播


超声波也有不同的波形，并且各类型波的传播介质、 传播速度和本身具有的特点也不完全相同。(表3-1、 表3-2) 超声波在同一介质中传播时，纵波速度最快，横波次 之，表面波最慢。 对同一频率在同一介质中传播的超声波纵波波长最长， 横波次之，表面波最短。 由于探测缺陷的分辨力（超声波分辨相邻缺陷的能力） 与波长有关，波长越短分辨力越高，因此表面波的分 辨力最高，横波次之，纵波最低。
裂

纹
缺陷回波高度大，波幅宽，常出现多峰。 探头平移时，反射波连续出现，波幅有 变动；探头转动时，波峰有上下错动现 象。
夹

渣
点状夹渣的回波信号类似于单个气孔。 条状夹渣回波信号多呈锯齿状，波幅不 高且形状多呈树枝状。探头平移和绕缺 陷移动时，波幅都会发生变化。
未焊透

未焊透的回波波幅均较高。探平头移 时，波形较稳定。在焊缝两侧探伤时， 均能得到大致相同的反射波幅。
水平调节法定位


缺陷在探头前方的下面，其位置可用入射点至 缺陷的水平距离Lf、缺陷到探伤面的垂直距离Zf 两个参数来确定。 探伤仪按水平1：n调节横波扫描速度
斜角探伤法



斜角探伤法（简称斜射法）是采用斜探头将声 束倾斜入射工件表面进行探伤。 该法是利用横波进行探伤，故又称横波法。 斜角探伤法能发现与探测表面成角度的缺陷， 常用于焊缝、环状锻件、管材的检查。
– 直射法：在0.5跨距的声程以内，超声波不经底面
反射而直接对准缺陷的探伤方法，又称一次波法。 – 一次反射法：超声波只在底面反射一次而对准缺陷 的探伤方法，又称二次波法。
2．确定探头移动区
– –
3．单探头的扫查方法
–
4．双探头的扫查方法
–
串列扫查、交叉扫查和V形扫查
三、缺陷性质估判
气孔 裂纹 夹渣 未焊透 未熔合

气

孔
单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定， 当探头绕缺陷转动时，缺陷波高大致不变，但 探头定点转动时，反射波立即消失；密集气孔 会出现一簇反射波，其波高随气孔大小而不同， 当探头作定点转动时，会出现此起彼伏现象。
第三章
超声波探伤
本章将重点讲述超 声波的性质，直接接触 法超声波探伤；简单介 绍超声波探伤设备。
超声波探伤
第一节 第二节 第三节 第四节 超声波的产生、性质及衰减 超声波探伤设备简介 超声波探伤原理及其应用 直接接触法超声波探伤
第一节 超声波的产生、性质及衰减

声波及其分类
– 声波是一种机械波，它的频率（通常用字母 f 表示）
未熔合

当声波垂直入射该缺陷表面时，回波高 度大。探头平移时，波形稳定。焊缝两 侧探伤时，反射波幅不同，有时只能从 一侧探测到。
四、缺陷定位
垂直入射法缺陷定位 斜角探伤法缺陷定位

– 水平调节法定位 – 深度调节法定位
垂直入射法缺陷定位


用垂直入射法探伤时，缺陷就在直探头的下面， 缺陷定位只需确定缺陷在工件中的深度即可。 当探伤仪按1：n调节纵波扫描速度时，则有 Zf=nτf
表3—2
材料种类
铝 铸铁
常见固体材料的声速
密度(g/cm3) 2.7
7.3
纵波CL(m/s) 6260
5600
横波CS(m/s) 3080
3200
钢
铜 有机玻璃 陶瓷 机油 水(20℃) 空气
7.8
8.9 1.18 2.4 0.92 1.0 0.0012
5950
4700 2730 5600 1400 1500 340