1、表面波探伤法对于近表面缺陷的检查，表面波十分有效。正如理论论述的那样，由于表面波的能量集中于表面下 2 个波长之内，检查表面裂纹灵敏度极高。表面波的位置分布可分解为与表面垂直和平行两个方向的振动，即纵波与横波所组成的椭圆形振动。表面下 2 个波长深度范围之内集中总能量的 99%（40dB）。表面波的声速约为纵波的 1/2，比横波稍小（见表 1）。 表 1 声速 m/s 钢 铝Cr 2980 2975Cs 3200 3100Cl 5900 63001、表面波的产生表面波产生方法有着原理不同的两种方法。即 Y 切割石英晶体和透声楔方法。常用的表面波探头采用与斜探头相似的楔块，当横波折射角为 90时
2、，即产生表面波（见图 1）。2、表面波在表面的传播规律2.1、在平面上的传播2.1.1、油的影响若在反射波传播的表面上涂上油，那么所传播的波几乎完全衰减。用手压也一样。这是因为理论上在试件的一侧为真空下求解，而有液体处理方法截然不同。另一种观点可以理解为表面波的垂直分量在液体层中引起衰减所致。用手按传播表面可以判断表面是否是裂纹或棱边的反射。同时也说明，探伤中探头前面不得有油污的重要性。2.1.2、表面波的反射表面波遇到表面或近表面缺陷会产生反射。作为缺陷，有裂纹或体积状缺陷（气孔、夹渣）。表面波重点检查裂纹。这里不讨论体积型缺陷。(1)槽矩形槽的反射（裂纹）与裂纹相似的人工伤，一般刻矩形槽缺
3、陷。（见图 2）。刻槽深度与回波高度关系绘于图 3 中。 （2）棱边反射如表面波传播中遇到工件的棱边会产生反射波，也有一部能量超过棱边继续传播（见图 4）。 表面波在棱边上的反射理论上无法解释，但实验却十分简单。棱边为直角时，反射率最高。（3）带曲率的棱边反射如果棱边倒角，其曲率半径为 r，反射回波降低。图 5 画出反射率与曲率半径的关系。从图中可以看出直角边（r=0）反射率 52%；r=5 时，反射率约为 6%。即可以有更多能量通过圆弧面。在 A、D 棱边反射信号中间，有时会出现其他回波信号 B、C。这可能是入射波与回波干涉的结果。改变探伤频率，结果会不同。2.1.3、表面波所产生的变型波（
4、1）表面波在边角处会产生的变型横波（S），如图 7 所示。其表面有一定曲率时，表面波的产生是逐点进行的（如图 C 所示）。产生变型波会使表面波产生衰减，变型波也会影响回波波形判断。有时也可加以利用。2.1.4、横波所产生的变型表面波当横波传播过程中，主声束与内孔或圆角相切时会产生变型表面波。变型表面波强度较大。变型表面波的产生会影响探伤波型的判断。图 8 是利用变型表面波探伤的实例。汽轮机叶片的叶根可利用的探伤面较少，也较窄。利用合适角度的斜探头，使之声束与圆弧面相切，此时会产生较强的 表面波，表面波沿表面传播，这样检测出 F1、F2处裂纹就成为可能。我们在实验室中试验和现场应用均取得较理想的
5、效果。3、表面波探伤时仪器调整3.1、扫描速度调整扫描速度调整方法与普通斜探头不一样。入射点按探头前沿（即探头端头）计算。调扫描速度时，将探头对准试块棱边，回波信号按水平距离调节成一定比例，一般前后移动探头，改变 L 值。例如 L1=20mm，L2=40mm 等，利用深度旋钮，水平旋钮，当L1=20mm 调节水平刻度 20 位置；L2=40mm，调整水平刻度 40 位置，即完成 1：1 调整。也可利用棱边 A、B 一次调整完成。3.2、探伤灵敏度调整探头对准直角棱边，调整棱边回波高度达到标准值，例如满屏的 60%，再增益21dB 作为探伤灵敏度。对于 5MHz 的探头，此灵敏度相当于发现 0.
6、1mm 深的裂纹。4、应用实例4.1、深度 1mm 以下裂纹测深度在探伤灵敏度下，当回波高度等于 21dB 时，说明裂纹深度大于 1mm。此时裂纹再深，回波不会再增加。当回波幅度小于 21dB 时，可查曲线（见图 10）得知裂纹深度。例如回波幅度 10dB（5MHz）探头，裂纹深度为 0.3mm。实用证明此法测深较准确。4.2、深度大于 1mm 裂纹测深深度大于 1mm，回波已饱和，不再随裂纹深度增加而增加，此时裂纹测深方法有两种。 4.2.1、单探头法测深原理如图 11 所示，回波 B 为裂纹端反射。A、B 之间声程差，即为裂纹深度。试块上，切口面平滑，B 波清晰可见，人工裂纹测量精度可达1
7、mm。实用上，裂纹表面不平，回波 B 可能观察不出来。4.2.2、双探头法双探头法探头放置如图 12 所示。无裂纹时，表面波直达接收探头（单程）；有裂纹时，真实裂纹直达波仍存在。绕过裂纹波为双程，裂纹深度 t=L/2。此法比单探头有效。4.3、横波产生的变型波的利用在一些特殊场合，使用各种探头均达不到检测裂纹的目的，可考虑使用变型表面波。如图 13 所示。 有些 T 型叶根用其他方法检查叶根裂纹 F1、F2 十分困难。这时，选用一定角度的斜探头，在叶根侧面，前后移动探头，使主声束与圆弧面 r 角相切。这时，会产生变型表面波。变型表面波沿表面传播就可检查出裂纹 F1 或 F2。F1 处于 r 角
8、阴影处（盲区），横波检查不出，实验证明，变型表面波具有很高灵敏度。4.4、非平面探伤技术(1)图 14 中画出汽轮机叶片叶根探伤中的一种常见情况。探伤面高出叶根平面，高度为 h0。表面波传播中必须越过棱边 A、B 才能检出裂纹 F。如前所述，表面波越过 A 边，声能损失较小（约衰减 6dB），但越过 B 角，会产生变型横波，声能损失极大。这样传播到裂纹 F 处声能很小，也就检不出裂纹 F。当 h00.5mm 时，就有足够的表面波能量达到 F 处，即可检出裂纹 F。讨论其原因，频率为 5MHz 的表面波波长为 0.65mm。这时，会有足够的表面波能量直射到裂纹F 处。(2)圆弧后裂纹的检测如图
9、15 所示画出汽轮机叶片探伤的另一种情况。表面波探头放置在叶片侧面，表面波越过棱边 A 继续传播，达到倒角 B 处（弧面）时，由于曲率半径较大，可以检查出裂纹 F1，灵敏度较高。圆弧处会产生波型转换。因此，无裂纹时，固有波形较杂（在 F1 之后），会影响裂纹 F2 的判伤。改变探头频率固有回波会发生位置幅度变化。在试块上试验，选择哪种探伤频率固有波形最少，效果最好。5、对表面波探头的要求表面波探头探伤灵敏度较高，一般 55mm 晶片就有足够的灵敏度。为扩大表面波应用范围，关键是减小探头前沿尺寸。我们研制生产的表面波探头技术指标如下：频率：2.5MHz、5MHz;晶片尺寸：55、66、88、10
10、10mm；探头前沿：3mm；外型尺寸：长：宽：高=18：10：15（通用型）；灵敏度：40dB(前沿距棱边 20mm)；晶片尺寸、外型也可根据用户要求生产。对于近表面缺陷的检查，表面波十分有效。正如理论论述的那样，由于表面波的能量集中于表面下 2 个波长之内，检查表面裂纹灵敏度极高。表面波的位置分布可分解为与表面垂直和平行两个方向的振动，即纵波与横波所组成的椭圆形振动。表面下 2 个波长深度范围之内集中总能量的 99%（40dB）。表面波的声速约为纵波的 1/2，比横波稍小（见表 1）。 表 1 声速 m/s 钢 铝Cr 2980 2975Cs 3200 3100Cl 5900 63001、表
11、面波的产生表面波产生方法有着原理不同的两种方法。即 Y 切割石英晶体和透声楔方法。常用的表面波探头采用与斜探头相似的楔块，当横波折射角为 90时，即产生表面波（见图 1）。2、表面波在表面的传播规律2.1、在平面上的传播2.1.1、油的影响若在反射波传播的表面上涂上油，那么所传播的波几乎完全衰减。用手压也一样。这是因为理论上在试件的一侧为真空下求解，而有液体处理方法截然不同。另一种观点可以理解为表面波的垂直分量在液体层中引起衰减所致。用手按传播表面可以判断表面是否是裂纹或棱边的反射。同时也说明，探伤中探头前面不得有油污的重要性。2.1.2、表面波的反射表面波遇到表面或近表面缺陷会产生反射。作为
12、缺陷，有裂纹或体积状缺陷（气孔、夹渣）。表面波重点检查裂纹。这里不讨论体积型缺陷。(1)槽矩形槽的反射（裂纹）与裂纹相似的人工伤，一般刻矩形槽缺陷。（见图 2）。刻槽深度与回波高度关系绘于图 3 中。 （2）棱边反射如表面波传播中遇到工件的棱边会产生反射波，也有一部能量超过棱边继续传播（见图4）。 表面波在棱边上的反射理论上无法解释，但实验却十分简单。棱边为直角时，反射率最高。（3）带曲率的棱边反射如果棱边倒角，其曲率半径为 r，反射回波降低。图 5 画出反射率与曲率半径的关系。从图中可以看出直角边（r=0）反射率 52%；r=5 时，反射率约为 6%。即可以有更多能量通过圆弧面。在 A、D
13、棱边反射信号中间，有时会出现其他回波信号 B、C。这可能是入射波与回波干涉的结果。改变探伤频率，结果会不同。2.1.3、表面波所产生的变型波（1）表面波在边角处会产生的变型横波（S），如图 7 所示。其表面有一定曲率时，表面波的产生是逐点进行的（如图 C 所示）。产生变型波会使表面波产生衰减，变型波也会影响回波波形判断。有时也可加以利用。2.1.4、横波所产生的变型表面波当横波传播过程中，主声束与内孔或圆角相切时会产生变型表面波。变型表面波强度较大。变型表面波的产生会影响探伤波型的判断。图 8 是利用变型表面波探伤的实例。汽轮机叶片的叶根可利用的探伤面较少，也较窄。利用合适角度的斜探头，使之声
14、束与圆弧面相切，此时会产生较强的 表面波，表面波沿表面传播，这样检测出 F1、F2 处裂纹就成为可能。我们在实验室中试验和现场应用均取得较理想的效果。3、表面波探伤时仪器调整3.1、扫描速度调整扫描速度调整方法与普通斜探头不一样。入射点按探头前沿（即探头端头）计算。调扫描速度时，将探头对准试块棱边，回波信号按水平距离调节成一定比例，一般前后移动探头，改变 L 值。例如 L1=20mm，L2=40mm 等，利用深度旋钮，水平旋钮，当 L1=20mm 调节水平刻度20 位置；L2=40mm，调整水平刻度 40 位置，即完成 1：1 调整。也可利用棱边 A、B 一次调整完成。3.2、探伤灵敏度调整探
15、头对准直角棱边，调整棱边回波高度达到标准值，例如满屏的 60%，再增益 21dB 作为探伤灵敏度。对于 5MHz 的探头，此灵敏度相当于发现 0.1mm 深的裂纹。4、应用实例4.1、深度 1mm 以下裂纹测深度在探伤灵敏度下，当回波高度等于 21dB 时，说明裂纹深度大于 1mm。此时裂纹再深，回波不会再增加。当回波幅度小于 21dB 时，可查曲线（见图 10）得知裂纹深度。例如回波幅度10dB（5MHz）探头，裂纹深度为 0.3mm。实用证明此法测深较准确。4.2、深度大于 1mm 裂纹测深深度大于 1mm，回波已饱和，不再随裂纹深度增加而增加，此时裂纹测深方法有两种。 4.2.1、单探头
16、法测深原理如图 11 所示，回波 B 为裂纹端反射。A、B 之间声程差，即为裂纹深度。试块上，切口面平滑，B 波清晰可见，人工裂纹测量精度可达1mm。实用上，裂纹表面不平，回波 B 可能观察不出来。4.2.2、双探头法双探头法探头放置如图 12 所示。无裂纹时，表面波直达接收探头（单程）；有裂纹时，真实裂纹直达波仍存在。绕过裂纹波为双程，裂纹深度 t=L/2。此法比单探头有效。4.3、横波产生的变型波的利用在一些特殊场合，使用各种探头均达不到检测裂纹的目的，可考虑使用变型表面波。如图 13 所示。 有些 T 型叶根用其他方法检查叶根裂纹 F1、F2 十分困难。这时，选用一定角度的斜探头，在叶根
17、侧面，前后移动探头，使主声束与圆弧面 r 角相切。这时，会产生变型表面波。变型表面波沿表面传播就可检查出裂纹 F1 或 F2。F1 处于 r 角阴影处（盲区），横波检查不出，实验证明，变型表面波具有很高灵敏度。4.4、非平面探伤技术(1)图 14 中画出汽轮机叶片叶根探伤中的一种常见情况。探伤面高出叶根平面，高度为 h0。表面波传播中必须越过棱边 A、B 才能检出裂纹 F。如前所述，表面波越过 A 边，声能损失较小（约衰减 6dB），但越过 B 角，会产生变型横波，声能损失极大。这样传播到裂纹 F 处声能很小，也就检不出裂纹 F。当 h00.5mm 时，就有足够的表面波能量达到 F 处，即可检
18、出裂纹 F。讨论其原因，频率为 5MHz 的表面波波长为 0.65mm。这时，会有足够的表面波能量直射到裂纹 F 处。(2)圆弧后裂纹的检测如图 15 所示画出汽轮机叶片探伤的另一种情况。表面波探头放置在叶片侧面，表面波越过棱边 A 继续传播，达到倒角 B 处（弧面）时，由于曲率半径较大，可以检查出裂纹 F1，灵敏度较高。圆弧处会产生波型转换。因此，无裂纹时，固有波形较杂（在 F1 之后），会影响裂纹 F2的判伤。改变探头频率固有回波会发生位置幅度变化。在试块上试验，选择哪种探伤频率固有波形最少，效果最好。5、对表面波探头的要求表面波探头探伤灵敏度较高，一般 55mm 晶片就有足够的灵敏度。为扩大表面波应用范围，关键是减小探头前沿尺寸。我们研制生产的表面波探头技术指标如下：频率：2.5MHz、5MHz;晶片尺寸：55、66、88、1010mm；探头前沿：3mm；外型尺寸：长：宽：高=18：10：15（通用型）；灵敏度：40dB(前沿距棱边 20mm)；晶片尺寸、外型也可根据用户要求生产。
