超声波检测基础知识_超声

超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷，它的应用十分广泛。所谓超声波是指超过人耳听觉，频率大于20千赫兹的声波。用于检测的超声波，频率为0.4～25兆赫兹，其中用得最多的是1～5兆赫兹。

在金属的探测中用的是高频率的超声波。这是因为：

A、超声波的指向性好，能形成窄的波束；

B、波长短，小的缺陷也能够较好地反射；

C、距离的分辨力好，缺陷的分辨率高。

超声波探伤方法很多，目前用得最多的是脉冲反射法，在显示超声信号方面，大多采用较为成熟的A型显示。

在超声波探伤中，通常用直探头来产生纵波，纵波是向探头接触面相垂直的方向传播。横波通常是用斜探头来发生的，斜探头是将晶片贴在有机玻璃制的斜楔上，晶片振动发生的纵波在斜楔中前进，在探伤面上发生折射，声波斜射入被检物中。通常折射纵波反射不进入被检物，只有折射横波传入被检物中。

1、超声波检测的原理：

超声波检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，以及沧州欧谱超声波测晶粒度、测应力等。在超声波探伤中，有根据缺陷的回波和底面的回波进行判断的脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况的穿透法；还有由被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚的共振法。目前用得最多的方法是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜入射探伤时用横波。把超声波射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷的情况。

超声波的垂直入射纵波探伤和倾斜入射的横波探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法。两种方法各有用途互为补充，纵波探伤主要能发现与探测面平行或稍有倾斜的缺陷，主要用于钢板、锻件、铸件的探伤。而倾斜入射的横波探伤，主要能发现垂直于探伤面或倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝的探伤。

1）垂直探伤法：

当把脉冲振荡器发生的电压加到晶片上时，晶片振动，产生超声波脉冲。如果被检物是钢工件的话，超声波以5900米/秒的固定速度在钢工件内传播，声波碰到缺陷时，一部分从缺陷反射回到晶片，而另一部分未碰到缺陷的超声波继续前进，一直到被检物底面才反射回来。

因此，缺陷处反射的超声波先回到晶片，底面反射后回到晶片。回到晶片上的超声波又反过来被转换成高频电压，通过接收、放大进入示波器，示波器将缺陷回波和底面回波显示在荧光屏。因此，在示波器上可以得到如图的图形，从这个图形上可以看出有没有缺陷，缺陷的位置及其大小。

对于脉冲反射式超声波探伤仪，荧光屏的时基线和激励脉冲是被同时触发的，即处于同步状态下工作。当探头被激励而向工件发射超声波时，激励脉冲也被馈致接收电路触发时基电路开始扫描，在时基线的始端出现一个很强的脉冲波，这个波称为“始波”用T表示；当探头接收到底面反射回来的声波时，时基线上右边相应呈现一个表示底面反射的脉冲波，称为“底波”，用B表示。时基线由T扫描到B的时间正等于超声波脉冲从探头到底面又返回探头的传播时间，因此，可以说从T到B的之间的距离代表了工件的厚度。

如果工件中有缺陷，探头接收到缺陷反射回来的声波时，时基线上相应呈现出一个代表缺陷的脉冲波，称为“缺陷波”，用F表示。显然，缺陷波所经过时间短于底波所经过的时间，故缺陷波F应处于T与B之间。我们可以利用T、F、B之间的距离关系，对缺陷进行定位。沧州欧谱焊缝探伤仪因缺陷回波高度hf是随缺陷尺寸的增大而增高的。所以可由缺陷回波高度hf来估计缺陷大小。当缺陷很大时，可以移动探头，按显示缺陷的范围来求出缺陷的延伸尺寸。 2）斜射探伤法：

在斜射法探伤中，由于超声波在被检物中是斜向传播的，斜向射到被检物底面，所以不会有底面回波。因此，不能再用底面回波调节来对缺陷进行定位。而要知道缺陷位置，需要用适当的标准试块来把示波管横坐标调整到适当状态。通常采用CSK-1A和横孔试块来进行调整。

在测定范围作了适当调整后，探测到缺陷时，从示波管上显示的探头到缺陷的距离W与缺陷位置的关系如图所示。

从以下关系式可以求出缺陷位置水平距离x和缺陷深度（垂直距离）d X=W·sinθ D=W·cosθ

横波探伤中的缺陷位置不仅决定于声程W，还取决于折射角θ，所以横波探伤中扫描线的调节比纵波要复杂一些。对扫描线的调节，往往是横波探伤中一个重要的不可缺少的步骤。

目前对扫描线的调节有三种方法：

A、按水平距离调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的水平距离x，在探伤时，根据缺陷波在荧光屏上水平刻度位置可直接读出缺陷的水平距离。

B、按深度调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的深度d。在探伤时，根据缺陷波在荧光屏上水平刻度线上的位置可直接读出缺陷的深度。

C、按声程调整扫描线。通过调整，使时基线刻度按一定比例代表反射点的声程W。在探伤时，根据缺陷波在荧光屏上刻度上的位置可直接读出缺陷的声程。

以上三种扫描线调节方法，第一种主要用于薄板焊缝探伤中，第二种用于厚板焊缝探伤中，第三种用于形状复杂的工件，例如发电厂汽轮机部件的探伤。

2、试块

1）用途：在无损检测技术中，常常采用与已知量相比较的方法来确定被检物的状况。超声波探伤中是以试块作为比较的依据。试块上有各种已知的特征，例如特定的尺寸，规定的人工缺陷某一尺寸的平底孔、横通孔、凹槽等。用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据，是超声波探伤的一个特点。超声波探伤技术的发展，一直与试块的研制、使用分不开的。试块在超声波探伤中的用途主要有三方面：

A、确定合适的探伤方法。在超声波探伤中，可以应用在某个部位有某种人工缺陷的试块来摸索探伤方法。在这种试块上摸索到的探伤规律和方法，可应用到与试块同材质、同形式、同尺寸的工件探伤中去。

B、确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。对于不同种类、不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探伤灵敏度。为了确定探伤时的灵敏度，就需要带各种人工缺陷的试块，用人工缺陷的波高来表示探伤灵敏度，是试块常用的一种方法。为了评价工件中某一深度处的缺陷大小，用试块中同一深度各种尺寸的人工缺陷与之比较，这就是探伤中应用的缺陷当量法。

C、校验仪器和测试探头性能。通过试块可以测试仪器或探头的性能，以及仪器和探头连接在一起的系统综合性能。

3）试块的种类：根据试块的用途，可分为三大类：

A、调节仪器及测试探头的试块。

B、纵波探伤用试块，人工缺陷为平底孔。

C、横波探伤用试块。

3、超声波探伤工艺要点：

1）超声波探伤的分类：

A、按原理分类：有脉冲反射法、穿透法和共振法三中。目前探伤用得最多的是脉冲反射法。

B、按显示方式分类：有A型显示、B型显示、C型显示等。目前使用最多的是A型显示探伤法。

C、按探伤波型分类：脉冲反射法大致可分为直射探伤法（纵波探伤法）、斜射探伤法（横波探伤法）、表面波探伤法和板波探伤法。用得较多的是纵波和横波探伤法。

D、按探头数目分类：有单探头法、双探头法、多探头法。用得最多的是单探头法。

E、按接触方法分类：有直接接触法和水浸法两种。直接接触法的操作要领是，在探头和工件表面之间要涂布耦合剂，以消除空隙，让超声波能顺利地进入工件。耦合剂可以用机油、水、甘油和水玻璃等。用水浸法时，探头和工件之间介有水层，超声波通过水层传播，受表面状态影响不大，可以进行稳定的探伤。