超声检测方法分类与特点及通用技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,江西省电力科学研究院王云昌,江西省电力科学研究院王云昌,1,超声检测方法分,类与特点,及通用技术,第一节 超声波探伤方法概述,超声波探伤方法按波的类型可分为脉冲波法和连续波法，按探伤方法原理可分为反射法、穿透法和共振法，按波形可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法和爬波法，按耦合方式可分为直接接触法和液浸法，按探头个数可分为单探头法、双探头法和多探头法，现将各种探伤方法分类列于下图4.1：,超声检测方法分类与特点及通用技术第一节 超声波探伤方法概,2,超声波探伤方法图例4-1.doc,超声波探伤方法图例4-1.doc,3,第二节 仪器与探头的选择,一、探伤仪选择,仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求；其次可考虑检测目的及现场条件。,1、对定位要求高时，应选择水平线性误差小的仪器,2、对定量要求高时，应选择垂直线性误差小，衰减器精度高的仪器。,第二节 仪器与探头的选择一、探伤仪选择,4,3、对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器。,4、对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区分辨好的仪器。,5、室外探伤时，选重量轻、亮度好、抗干扰力强的便携仪器。,主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求和便携、稳定等方面。,3、对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择功率大，灵敏度余量高,5,二、探头选择,1.型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定：,如：焊缝斜探头,钢板、铸件直探头,钢管、水浸板材聚焦探头（线、点聚集）,近表面缺陷双晶直探头,表面缺陷表面波探头,二、探头选择,6,2.探头频率选择,超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷的能力，从统计规律发现当缺陷大小为,时，可稳定地发现缺陷波，对钢工件用2.55MHZ，为：纵波2.361.18，横波1.290.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值为：0.61.2mm之间，横波可稳定检测缺陷最小值为：0.30.6之间。,2.探头频率选择,7,这对压力容器检测要求已能满足。,故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等常采用2.55MHZ。,对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等因会出现许多林状反射，（由材料中声阻抗有差异的微小界面作为反射面产生的反射），也和材料噪声干扰缺陷检测，故采用较低的0.52.5MHZ的频率比较合适，主要是提高信噪比，减少晶粒反射。,这对压力容器检测要求已能满足。,8,此外应考虑检测目的和检测效果，如从发现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸时，则声束指向性变坏，不利于检测远场缺陷，所以应综合考虑。,此外应考虑检测目的和检测效果，如从发现最小缺陷能力方面，可提,9,3.晶片尺寸选择：,原则：晶片尺寸要满足标准要求，如满足JB/T4730-2005要求，即晶片面积500mm2，任一边长25mm。,3.晶片尺寸选择：,10,其次考虑检测目的，有利于发现缺陷，如工件较薄，则晶片尺寸可小些，此时N小。铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N大、0小。发现远距离缺陷能力强。,其次考虑检测目的，有利于发现缺陷，如工件较薄，则晶片尺寸可,11,考虑检测面的结构情况,如对小型工件，曲率大的工件复杂形状工件为便于耦合要用小晶片，对平面工件，晶片可大一些。,考虑检测面的结构情况,12,4.斜探头K值选择：,原则：保证声束扫到整个检测断面，对不同工件形状要具体分析选择。,尽可能使检测声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用K大些的探头。薄工件K大些，厚工件K可小些。,根据检测对象选K：,如单面焊根部未焊透，选K=0.7-1.5，即在K=0.84-1时检测灵敏度最高。,4.斜探头K值选择：,13,第三节 耦合与补偿,耦合就是实现声能从探头向工件的传递，它可用探测面上声强透过率来表示耦合的好坏，声强透过率高，表示声耦合好。,第三节 耦合与补偿耦合就是实现声能从探头向工件的传递，它,14,一、耦合剂在工件与探头之间表面，涂敷液体、排除空气，实现声能传递该液体即耦合剂。,实际耦合剂声阻抗在1.52.5106公斤/米2，而钢声阻抗为45106公斤/米2。所以靠耦合剂是很难补偿曲面和粗糙表面对探测灵敏度的影响。,水银耦合效果最好，声阻抗为：19.8106kg/m2与钢接近，但有毒、很贵，故不推荐。,一、耦合剂在工件与探头之间表面，涂敷液体、排除空气，实现,15,对耦合剂的要求：,对工件表面和探头表面有足够浸润性，并既有流动性，又有附着力强，且易清洗。,声阻抗大，应尽量和被检工件接近。,对人体无害，对工件无腐蚀作用。,来源广，价格低廉。,性能稳定。,对耦合剂的要求：,16,二、影响声耦合的主要因素,3.耦合层厚度d：,在均匀介质中：,最好：d=n,即半波长整数倍时声压透射率为1，几乎无反射，声能全部透射。好象耦合层不存在。,最不好：d=（2n+1）,即四分之一波长奇数倍时，声压透射率最低，反射率最高。,二、影响声耦合的主要因素,17,4.工件表面粗糙度影响,由上面均匀介质中异质薄层对声波的声压反射率表示式可知d0时，可得r0。耦合效果越好。表示工件表面光洁度越光越好，表面粗糙度越差。则d越大耦合越差。但是当表面太光后探头和工件之间耦合层由于表面张力吸附作用，变成真空使探头移动困难。同时因真空不能传播声波，使耦合变差。,一般工件要求粗糙度Ra=6.3m,4.工件表面粗糙度影响,18,5.耦合剂声阻抗影响,一般液体耦合剂声阻抗均比工件声阻抗小，故对同一探测面（光洁度相同，工件,材质相同）声阻抗越大的耦合剂耦合效果越好。,5.耦合剂声阻抗影响,19,6.工件表面形状影响,平面工件耦合最好。,凸曲面次之,凹曲面最差。,6.工件表面形状影响,20,三、表面耦合损耗测定与补偿,1.耦合损耗测定,试块和工件在材质、反射体、探头、仪器相同条件下，仅表面光洁度不同测出相同反射体（声程相同）回波高度dB差。声程不同时，应对声程变化引起的dB差进行修正。,三、表面耦合损耗测定与补偿,21,2.补偿,将试块上反射体回波高调至某高h，再提高测得的dB值，即为补偿。,利用底波反射横波耦合损耗测试实例：,2.补偿,22,用两个相同规格斜探头，作一发一收方式先在试块上相对探测，分别测得两探头相距一跨距和二跨距时底面回波高H1和H2，在示波屏上作出H1和H2连线。再将两探头在工件上相对探测，同样分别测得两探头相距一跨距和二跨距时底面回波,用两个相同规格斜探头，作一发一收方式先在试块上相对探测，分别,23,高h1和h2，在示波屏上作出h1和h2连线。则H1和H2连线位于h1和h2连线上方，这是因为工件表面粗糙耦合差引起的结果，则此两线高度差即为表面耦补偿差dB值。,当试块厚度小于工件时，h1位于H1和H2中间，当试块厚度大于工件时，H1位于h1和h2中间。,高h1和h2，在示波屏上作出h1和h2连线。则H1和H2连线,24,第四节 探伤仪调节,一、扫描线比例调节,1.纵波：以工件厚度声程为基准调节，一般将工件二次底波调节10格。,（直探头）一般将工件一次底波调节5格。,多次反射：Bn。根据工件厚和反射次数决定。,第四节 探伤仪调节一、扫描线比例调节,25,2.横波,声程调节法常用于 直探头,管座角焊缝,斜探头,T型焊,可用IIW和IIW2试块法来调节。,2.横波,26,水平法,CSK-IA法（利用R100，R50）,横孔试块法（CSK-IIIA和CSK-IIA或薄板试块法）。,水平法,27,深度法,CSK-IA（利用R100，R50）,CSK-IIIA、IIA。,深度法,28,二、探伤仪灵敏度调节法,1.试块法,根据工件探伤灵敏度要求。,将探头对准标准试块上人工缺陷探测使波高达到某基准波高（如50%高），,再根据工件厚度、要求、调节衰减器达到要求的灵敏度，这方法要注意下到几点：,试块和工件材质不同，衰减不同的补偿。,试块和工件表面粗糙度不同的补偿。,二、探伤仪灵敏度调节法,29,试块反射体声程和工件检测灵敏度要求声程不同引起补偿（扩散、材质）。,试块反射体和工件检测灵敏度要求的反射体种类不同引起补偿。,试块反射体声程和工件检测灵敏度要求声程不同引起补偿（扩散、材,30,2.工件底波法调整灵敏度,要求：工件底面和探测面平行。,工件底面和探测面形状相同，且规则。,dB=20lg,工件底面和探测面形状不同。,如带中心孔的轴或筒体外表面或内表面探测。,2.工件底波法调整灵敏度,31,超声检测方法分类与特点及通用技术课件,32,超声检测方法分类与特点及通用技术课件,33,A dB=20lg +10lg,B dB=20lg 10lg,特点：方便、不用试块,不考虑表面补偿,不考虑材质衰减（底面缺陷和底波声程相同）,方法：只要求出底波高与要求的检测灵敏度反射法之间回波高度差。,A dB=20lg +10lg,34,第五节 缺陷位置测定,一、纵波（直探头）缺陷定位：,将缺陷波在扫描线上刻度与所调比例对比求得缺陷波声程。,第五节 缺陷位置测定一、纵波（直探头）缺陷定位：,35,二、表面波探伤缺陷定位：,根据缺陷波前沿位置按所调扫描线比例确定缺陷离探头距离。,二、表面波探伤缺陷定位：,36,三、横波平面工件缺陷定位：,9.声程比例调节,定出水平距离Lf=nTfSin和深度df=nTfCOS，二次波df=2T-nTfCOS。,三、横波平面工件缺陷定位：,37,10.按水平比例调节,定出：水平距离Lf=nTf可直接在扫描线上读出深度df=nTf/K，二次波,df=2T-nTf/K。,10.按水平比例调节,38,11.按深度比例调节,定出：水平距离Lf=KnTf,深度：df=nTf,二次波：df=2T nTf,11.按深度比例调节,39,四、横波周向探测,1.外园周向探测,离外表深度 H=R-,弧长,L,=,tg,-1,四、横波周向探测弧长 Ltg-1,40,式中：d为扫描线上显示的平板工件深度。,H为曲面工件上缺陷离外表面实际深度。,R 为工件外半径。,K为探头K值。,为缺陷离探头外表面弧长。,L,式中：d为扫描线上显示的平板工件深度。L,41,2.内壁周向探测,h=r,=tg-1,L,2.内壁周向探测L,42,特点：hd d 3N时做试块不易，故仅在X3N时应用。,试块与工件材质相近或相同，光面光洁度，工件形状相同或一致。,48,2.当量计算方法,当量：不同类型和不同大小的工件中的任何缺陷反射回波高与同声程的某,标准（规则）反射体的反射回波高相同时，则该标准（规则）反射体的类型和尺寸即为该缺陷的当量。,由于实际缺陷的几何形状，表面状况、方向，缺陷性质各不相同，其声吸,收、声散射比标准规则几何反射体复杂的多。,2.当量计算方法,49,一般实际缺陷总比所定的当量值大35倍，或更多。,当量计算方法：,利用规则形状反射体回波声压（第二章中介绍的几种）与缺陷回波声压（缺,陷波高dB值）进行比较得到缺陷当量。,基本公式：（各标准反射体回波声压）,大平底：,一般实际缺陷总比所定的当量值大35倍，或更多。,50,平底孔：,长横孔：,短横孔：Lf短横孔长，Df短横孔直径。,球孔：,平底孔：,51,园柱曲面：P,C,=,凸面 r内半径,P,C,=,凹面 R外半径。,园柱曲面：PC=,52,考虑材质衰减应均乘上：e-,式中：P=2P0Sin,在X3N时,P=,具体计算：,用公式计算：应根据缺陷波高与所定探伤灵敏度比较或和底波高比较，再与探伤灵敏度比较。,考虑材质衰减应均乘上：e-,53,计算时应考虑：,材质衰减。如题中不考虑，就不管。,如题中告诉衰减，要弄清是双程还是单程的。,是否要不同孔型之间相互换算。,如灵敏度为平底孔，题中要求求出长横孔当量，这要互换。,X3N时近似准确。,计算时应考虑：,54,用AVG图计算，可直接查得缺陷相对大小G，再乘探头晶片尺寸DS则可得缺陷尺Df。,用实用当量曲线可在曲线上直接查得缺陷当量直径。,用AVG图计算，可直接查得缺陷相对大小G，再乘探头晶片尺,55,二、测长法：,适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷。,指示长度：根据缺陷波高，用探头移动距离的方法。按规定方法测得的缺陷长称指示长度。,二、测长法：,56,特点：由于工件中实际缺陷取向、性质、表面状态均影响缺陷回波高度。故指示长度一般小于或等于实际长度（此时所用dB值即缺陷波最高波下降dB值6dB时），当dB6dB时，一般将缺陷测大，即指示长度大于实际长度。,特点：由于工件中实际缺陷取向、性质、表面状态均影响缺陷回波高,57,1.相对灵敏度测方法,相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准，使探头沿缺陷长度方向两端移动，使缺陷波下降一定的dB值。常用6dB（半波）、12dB（波高）、20dB（全波消失）。,1.相对灵敏度测方法,58,6dB法（半波）,适用于：缺陷只有一个高点,缺陷基本垂直声束,缺陷沿探头移动方向基本均匀,缺陷长度大于,声束截面,指所用波束截面,这里指6dB波束截,面,6dB法（半波）指所用波束截面,59,端点6dB法：一般将缺陷测大,缺陷有多个高点时，用端部6dB法即使端部波高下降6dB。,关键：确定端部缺陷回波,峰值,（最高值），找到了缺陷端部峰值后，和6dB法同样操作。,端点6dB法：一般将缺陷测大,60,2.绝对灵敏度法,探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺陷方向移动（不管缺陷最高在何值）。使缺陷波下降至规定的位置如评定线，如,J,B/T4730,中区缺陷规定降到测长线即为绝对灵敏度法。,特点：测长是与缺陷最高波多少无关。,2.绝对灵敏度法,61,缺陷长度（指示长度）与缺陷波高和所规定的测长值位置有关，如缺陷波高只比规定测长灵敏度高3dB，即为3dB测长，一般将缺陷测短。,如缺陷波高比规定测长灵敏度高20dB，即为20dB测长，一般将缺陷测大。,缺陷长度（指示长度）与缺陷波高和所规定的测长值位置有关，,62,3.端点峰值法：一般将缺陷测少。,在探头移动过程中发现缺陷有多个高点，则将缺陷两端点最大波高处探头位置的距离作为端点峰值法指示长度。,关键：寻找端点峰值位置。,以上测长法适用：长条形缺陷,3.端点峰值法：一般将缺陷测少。,63,对于缺陷回波包络线只有一个极大值的缺陷，可用最大波高衰减法，常用6dB法。,对缺陷回波包络线有多个极大值缺陷，可用端点6dB法或端点峰值法。,对条形气孔、未焊缝等宜用6dB法。,（标准规定指示长度小于10mm，以5mm计）。,对于缺陷回波包络线只有一个极大值的缺陷，可用最大波高衰减,64,对中间粗、两端细或细长缺陷（裂纹、未熔合）用端点法可获得较好的结果。,对中间粗、两端细或细长缺陷（裂纹、未熔合）用端点法可获得,65,三、底波高度法,在远场（X3N），当缺陷比声束截面小时，缺陷波高与面积成正比（此时可用当量法定缺陷大小）；当小缺陷数量很多，或缺陷面积逐渐增加，则缺陷越大，所遮挡的声束愈多，造成缺陷处工件底波下降越大，此时可用缺陷波与底波相对波高来评价缺陷的大小。,三、底波高度法,66,1.：BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高,2.：BG无缺陷处底波高度,3.此方法在钢板、锻件探伤中常应用。,1.：BF为缺陷处底波高度，F缺陷波高,67,第八节 影响缺陷定位、定量的主要因素,一、影响缺陷定位的主要因素：,1.仪器的影响：水平线性、水平刻度精度。,2.探头：主声束偏向，探头波束双峰，斜探头斜楔磨损使K值变化，探头晶,片发射、接收声波指向性。,第八节 影响缺陷定位、定量的主要因素,68,3.工件影响,表面粗糙：表面凹凸不平引起进入工件声束分叉。,3.工件影响,69,工件材质：材质晶粒引起林状反射，即材料噪声，试块与工件材质差异，引起声速变化，试块与工件应力差异，引起声速变化使K值变。压力应力声速增加，拉应力声速减小每1kg/mm2引起0.01%。,工件材质：材质晶粒引起林状反射，即材料噪声，试块与工件材质,70,工件表面形状,曲面工件探测时探头平面时为点或线接触探头磨成曲面，使入射点改变，,从而引起K值变化。,工件表面形状,71,工件边界：靠工件边界探测时，由于侧壁干扰，使主声束偏向，改变K值。,工件温度：,工件温度升高K值增大。,工件温度下降K值变小。,工件边界：靠工件边界探测时，由于侧壁干扰，使主声束偏向，改,72,工件中缺陷：缺陷反射指向性引起不在主声束入射缺陷时出现高反射，引起误判。,工件中缺陷：缺陷反射指向性引起不在主声束入射缺陷时出现高反,73,4.操作人员影响,调仪器扫描线比例不准。,测探头入射值，K值不准。,定位方法不当：曲面工件未修正等。,4.操作人员影响,74,二、影响缺陷定量的因素,1.仪器、探头性能影响,频率偏差（使调灵敏度引起偏差也影响定量垂直性偏差，衰减器精度误差）。,探头形式，晶片尺寸（影响N大小）,探头K偏差（往复透过率与入射角有关）。,二、影响缺陷定量的因素,75,2.耦合偏差及材质衰减测量偏差，传输损失等。,3.工件几何形状和尺寸（曲率变化要补偿）,4.缺陷的影响,缺陷的形状，方位与入射波夹角等，指向性（回波指向性），表面粗糙度，性质，位置（在近场或远场等）等。,2.耦合偏差及材质衰减测量偏差，传输损失等。,76,第九节 缺陷性质分析,一、根据加工工艺分析缺陷性质：对各种工件根据加工工艺不同进行分析。,如锻钢：则可能产生白点，裂纹这是最危险的缺陷。,铸钢：易在洗胃口附近产生疏松或缩孔。,焊缝：产生气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。,第九节 缺陷性质分析一、根据加工工艺分析缺陷性质：,77,二、根据缺陷特征分析缺陷性质,缺陷特征为：大小、形状、密集程度、位置等几方面：,大小：有些缺陷一出现往往比较大，如铸件中缩孔，疏松一出现就一大片，如探伤时发现大面积缺陷，就可断定这类缺陷。,二、根据缺陷特征分析缺陷性质,78,形状分为：,平面形缺陷：在不同探测面上探测这种缺陷，其回波高显著不同，探测时声束垂直于平面时回波很高，声束平行于平面时回波很低，一般此类缺陷为裂纹、夹层类。,形状分为：,79,点状缺陷：各个方向探测，缺陷回波差不多，无明显变化，大多为气孔、夹渣、夹砂等。,缺陷密集程度：在荧光屏扫描线某一范围内连续出现一系列簇状缺陷，在不同方向探测缺陷回波情况差不多。,点状缺陷：各个方向探测，缺陷回波差不多，无明显变化，大多为气,80,缺陷位置分析：,如大型铸件（如大的汽轮发电机转子）在中心和端部锻压部位易出现裂纹。,在焊缝中心有一定长度的缺陷大多为未焊透。在焊缝根部为单面焊未焊透。,在熔合线附近，如连续或间断为坡口边缘未熔合等。,缺陷位置分析：,81,三、根据缺陷波形分析缺陷性质,静态波形探测时探头和缺陷相同稳定时波形。,各种缺陷内部含的物质不同，对入射的声波吸收情况不同。探头探测时回,波高度、形状各不相同。,三、根据缺陷波形分析缺陷性质,82,.动态波形,探测时探头和缺陷相对移动，移动方式为：平移、前后移、环绕缺陷、转动等。观察缺陷波的变化情况，并用缺陷波尖端的包络线来分析得到缺陷性质判断结论。,.动态波形,83,四、根据底波分析缺陷性质，在钢板中大量应用,根据一次底波B1情况：,缺陷波很强，B1消失大面积缺陷（夹层、裂纹等）。,缺陷波和B1共存，缺陷较小，可能为单个缺陷波和B1均很底或消失，可能倾斜形缺陷或疏松等。,四、根据底波分析缺陷性质，在钢板中大量应用,84,根据多次底波情况：,钢板中重皮处多次反射消失，无缺陷处多次反射清晰可见。,薄钢板中小缺陷用一次波较难发现，可用多次反射可观察到，也可观察多次反射衰减情况。,根据多次底波情况：,85,第十节 非缺陷回波的判别,一、迟到波,条件：探头在细长工件（板或棒）一端纵波探测，扩散声束纵波射到侧壁产生变型横波，再变成给纵波经底面反回探头引导成迟到波。,第十节 非缺陷回波的判别,86,二、61反射：,特定反射。当纵波入射到钢/空气界面。,+=90 纵波入射角,横波反射角。,二、61反射：,87,由,及,即入射角=61时，出现=29的很强的横波反射。,由,88,三、三角反射回波,直探头在实心园柱体探测得的迟到反射。,B1L底波声程d,H1L等边三角形反射波声程1.3d,H2L-S-L反射波声程1.67d。,探测此类工件如工件中无缺陷，则出现三角形反射，如无此三角形波，则此工件中存在缺陷。,三、三角反射回波,89,四、其它非缺陷波：,1.探头杂波,2.工件轮廓波各种形状工件轮廓波不相同要具体分析。,3.耦合剂反射表面波及大K值探头探伤时出现。,四、其它非缺陷波：,90,4.幻象波,重复频率太高时产生，可降低重复频率。,5.草状回波（林状回波）,工件晶粒粗大引起，可降低频率。,6.其它变型波,根据具体工件情况及横波探伤时特定条件，要具体分析。,4.幻象波,91,第十一节 侧壁干涉,纵波探头靠近侧壁，经侧反射的纵波和变型横波与直接传播的纵波互相干涉，造成越靠近侧壁，回波反而下降，探头离开一定位置回波反而上升。,避免侧壁干扰条件：,侧壁反射波声程与直接传播声程差大于4。,第十一节 侧壁干涉纵波探头靠近侧壁，经侧反射的纵波和变型,92,1.轴线小缺陷无侧壁干扰条件：,对钢,2.底面无干扰：,对钢,试块宽最小要满足上述条件。,1.轴线小缺陷无侧壁干扰条件：,93,