1、第四单元 超声波探伤,综合知识模块一超声波探伤的基本原理,【重点】超声波的性质 【难点】超声波的波型 【授课方式】讲授 【教学内容】能力知识点1 超声波基本原理能力知识点2 超声波的性质能力知识点3 超声波的衰减,能力知识点1 超声波探伤基本原理,超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反 射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方 法。它主要用于检测金属材料和部分非金属材料的 内部缺陷。超声波探伤具有成本低、操作方便、检 测厚度大、对人和环境无害等突出优点，但也存在 诸如探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果 在很大程度上受操作者技术水平和经验的影响及不 能给出永久性记录等缺点。,1、超声
2、波的波型 （1）纵波 质点振动方向与波传播方向一致的波称为纵波或压波，用符号L表示。纵波可在固体、液体和气体介质中传播。 （2）横波 质点振动方向与波传播方向垂直的波称为横波，用符号S表示。 （3）表面波 仅在固体表面传播且介质表面质点做椭圆运动的声波，称为表面波，用符号R表示。,能力知识点1 超声波探伤基本原理,2超声波的声速与波长 （1）超声波的声速 单位时间内超声波传播的距离即超声波的声速。用符号“c”表示。 （2）超声波波长 在超声波的传播方向上相位相同的相邻两质点间的距离称为超声波的波长，用符号 “”表示。 （3）声速、波长和频率之间的关系 c =,能力知识点1 超声波探伤基本原理,
3、3超声波的产生与接收 （1）逆压电效应与超声波的产生（2）压电效应与超声波的接收,能力知识点1 超声波探伤基本原理,能力知识点2 超声波的性质,超声波具有以下几方面的性质： （一）有良好的指向性 1、直线性超声波的波长很短（毫米数量级），因此它在 弹性介质中能象光波一样沿直线传播，并符合几何 光学规律。 2、束射性声源发生的超声波能集中在一定区域（称为超 声场）定向辐射。,能力知识点2 超声波的性质,（二）异质界面上的透射、反射、折射和波型转换 1、垂直入射异质介面时的透射、反射和绕射固-气界面K100%,因此探伤中良好的耦合是 一个必要条件。 2、倾斜入射异质界面时的反射、折射、波型转换第一
4、临界角（1m） 第二临界角(2m),能力知识点2 超声波的性质,由第一、第二临界角的物理意义可知： 1）当1m时，第种介质中同时存在着折射纵波和折射横波，这种情况在探伤中不采用。 2）当1m2m时，第种介质中只存在折射横波,这是常用的斜探头的设计原理和依据,也是横波探伤的基本条件。3)当2m时，第种介质中既无折射纵波又无折射横波,但这时在第种介质表面形成表面波,这是常用表面波探头的设计原理和依据。,能力知识点3 超声波的衰减,超声波在介质传播过程中，其能量随着传播 距离的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。 引起超声波衰减的原因主要有以下三个方面：1散射引起的衰减 2介质吸收性引起的衰减 3
5、声束扩散引起的衰减,本课小结,1.超声波的波型横波、纵波、表面波。2.超声波的性质第一临界角 第二临界角,课后作业,1何谓超声波？它有哪些重要特性？ 2超声波是如何产生的？ 3超声波的波长、频率与声速的相互关系是怎样的？ 4什么是波型转换？波型转换的发生与哪些因素有关？,综合知识模块二超声波探伤设备简介,【重点】超声波探伤仪 【难点】超声波探伤仪的性能 【授课方式】讲授 【教学内容】能力知识点1 超声波探头能力知识点2 超声波探伤仪能力知识点3 试 块,能力知识点1 超声波探头,超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头和 试块组成。,超声波探头又称压电超声换能器，是实现电-声能量相互转换的能量转
6、换器件。 一、探头的种类由于工件形状和材质、探伤目的及探伤条件等 不同，因而将使用各种不同形式的探头。 在焊缝探伤中常用的探头有以下几种： 1直探头声束重直于被探工件表面入射的探头称为直探头。它可发射和接收纵波。由压电元件、吸收块、保护膜和壳体等组成。,能力知识点1 超声波探头,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。它可发射和接收横波。它由 探头蕊、斜楔块和壳体等部分组成。 K=tg=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。 3水浸聚焦探头它是一种由超声探头和声透镜组合而成的探头。 4双晶探头 双晶探头又称分割式TR探头，主要用探测近表 面缺陷和薄工件的测厚。,
7、能力知识点1 超声波探头,二、探头的主要参数 焊缝超声波探伤常使用斜探头。斜探头的主要性能如下： 1折射角(或探头K值)或K值大小决定了声束入射工作的方向和声 波传播途径，是为缺陷定位计算提供的一个有用数 据。2前沿长度声束入射点至探头前端面的距离称前沿长度， 又称接近长度。它反映了探头对有余高的焊缝可接 近的程度。,能力知识点1 超声波探头,能力知识点1 超声波探头,3声轴偏离角探头主声速轴线与晶片中心法线之间的夹角称 为声速轴线偏向角。 三、探头型号探头型号由五部分组成，用一组数字和字母表示，其排列顺序如下： （1）基本频率 单位为MHz。 （2）晶片材料 常用的晶片材料（压电材料）及其
8、代号见表4-3所示。,能力知识点1 超声波探头,（3）晶片尺寸 圆形晶片为晶片直径；方形晶片为晶片长度宽度；分割探头晶片为分割前的尺寸。 （4）探头种类 用汉语拼音缩写字母表示，直探头也可以不标出，主要种类见表4-4所示。 （5）探头特征 斜探头为其K值或，单位为。,能力知识点2 超声波探伤仪,超声波探伤仪是探伤的主体设备，主要功能 是产生超声频率电振荡，并以此来激励探头发射超 声波。同时，它又将探头接收到的回波电信号予以 放大、处理，并通过一定方式显示出来。 一、超声波探伤仪的分类1按超声波的连续性可将探伤仪分为脉冲波 、连续波和调频波探伤仪三种。 2 按缺陷显示方式，可将探伤仪分为A型显
9、示（缺陷波幅显示）、B型显示（缺陷俯视图像显 示）、C型显示（缺陷侧视图像显示）和D型显示 （缺陷三维图像显示）超声波探伤仪等。,能力知识点2 超声波探伤仪,3按超声波的通道数目又可将探伤仪分为单 通道和多通道超声波探伤仪两种。前者是由一个或 一对探头单独工作；后者是由多个或多对探头交替 工作，而每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用 于自动化探伤。 二、A型脉冲反射式超声波探伤仪 1工作原理 接通电源后，同步电路产生的触发脉冲同时加 至扫描电路和发射电路。扫描电路受触发后开始工 作，产生的锯齿波电压加至示波管水平（x轴）偏 转板上，使电子束发生水平偏转，从而在示波屏上 产生一条水平扫描线（又称
10、时间基线）。,能力知识点2 超声波探伤仪,能力知识点2 超声波探伤仪,与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲加 至探头，激励压电晶片振动而产生超声波，再通过 探测表面的耦合剂将超声波导入工件。超声波在工 件中传播遇到缺陷或底面时会发生反射，回波被同 一探头或接收探头所接收并被转变为电信号，经接 收电路放大和检波后加至示波管垂直（y轴）偏转 板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相 应位置上产生始波（表面反射波）、缺陷波F、底 波B。,能力知识点2 超声波探伤仪,2探伤仪主要性能仪器性能将直接影响探伤结果的正确，为此规 定了探伤仪的各项性能。 （1）水平线性 （2）垂直线性 （3）动态范围,
11、能力知识点3 试块,试块是按一定用途设计制作的具有简单几何形 状人工反射体的试件。 1、试块的分类根据使用目的和要求的不同，通常将试块分成 以下两大类：标准试块和对比试块。,本课小结,1.超声波探伤设备探头、超声波探伤仪、试块。2.超声波探伤仪工作原理 探伤仪主要性能,课后作业,1超声波探头有哪些性能指标？各是什么含义？ 2A型脉冲反射式超声波探伤仪的工作原理是怎样的？,综合知识模块三超声波探伤方法及其原理,【重点】直接接触法超声波探伤 【难点】斜角探伤法缺陷位置的确定 【授课方式】讲授 【教学内容】能力知识点1 直接接触法能力知识点2 液浸法,综合知识模块三超声波探伤方法及其原理,按探头与工
12、件接触方式分类，可将超声波探 伤分为直接接触法和液浸法两种。,使探头直接接触工件进行探伤的方法称之为直 接接触法。使用直接接触法应在探头和被探工件表面涂有 一层耦合剂作为传声介质。常用的耦合剂有机油、 甘油、化学浆糊、水及水玻璃等。焊缝探伤多采用 化学浆糊和甘油。,能力知识点1 直接接触法,垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波 探伤的两种基本方法。1、垂直入射法垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将声 束垂直入射工件探伤面进行探伤。由于该法是利用 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。,能力知识点1 直接接
13、触法,2、斜角探伤法斜角探伤法（简称斜射法）是采用斜探头将声 束倾斜入射工件探伤面进行探伤。由于它是利用横 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。,能力知识点1 直接接触法,能力知识点2 液浸法,液浸法是将工件和探头头部浸在耦合液体中, 探头不接触工件的探伤方法。根据工件和探头浸没 方式,分有全没液浸法、局部液浸法和喷流式局部 液浸法等。液浸法当用水作耦合介质时,称作
14、水浸法。水 浸法探伤时,探头常采用聚焦探头,既是最常用的水 浸聚焦超声波探伤。,能力知识点2 液浸法,液浸法探伤由于探头与工件不直接接触，因此 它具有探头不易磨损，且声波的发射和接收比较稳 定等优点。其主要缺点是，它需要一些辅助设备， 如液槽、探头桥架、探头操纵器等。,本课小结,1. 直接接触法超声波探伤垂直入射法、斜角探伤法，缺陷的定位2.液浸法工作原理 主要优缺点,课后作业,1直接接触法和液浸法各有什么特点？ 2斜角探伤法主要用于哪些对象？适合于探伤什 么类型的缺陷？,综合知识模块四直接接触法超声波探伤技术,【重点】实时探伤操作、缺陷的评定 【难点】实时探伤操作 【授课方式】讲授+实验 【
15、教学内容】能力知识点1 探伤前的准备能力知识点2 实时探伤操作能力知识点3 缺陷的评定能力知识点4 检验结果的分级能力知识点5 记录与报告,超声波探伤一般包括探伤前的准备、实时探伤 操作、缺陷的评定、检验结果的分级、记录与报告 等过程。,综合知识模块四直接接触法超声波探伤技术,一、检验等级的确定 一般根据对焊缝探测方向的多少，把超声波探 伤划分为A、B、C三个级别：A级检验的完整程度最低，难度系数最小。 适用于普通钢结构检验。B级检验完整程度一般，难度系数较大。适 用于压力容器检验。C级检验完整程度最高，难度系数最大。适 用于核容器及管道的检验。,能力知识点1 探伤前的准备,二、探伤面及探伤方
16、法的选择1探伤面的选择与准备2探伤方法的选择 三、耦合剂的选用接触法探伤常选用甘油、机油、化学浆糊等有 一定粘度的耦合剂，有时也采用水作耦合剂。对于 钢材等易锈的材料，常采用机油、变压器油等。 四、探头的选择1探头形式的选择应尽量使声束轴线与缺陷反射面相垂直。,能力知识点1 探伤前的准备,2晶片尺寸的选择3频率的选择4.探头角度或K值的选择焊缝探伤中，薄工件宜采用大探头K值，以拉 开跨距，提高分辨力和定位精度。大厚度工件宜采 用小K值探头，以减小整修面的宽度，有利于缩短 声程，减小衰减损失，提高探伤灵敏度。五、探伤仪的调节仪器调节有两项主要内容，一是探伤范围和扫 描速度调节；二是灵敏度调整。,
17、能力知识点1 探伤前的准备,能力知识点1 探伤前的准备,（一）探伤范围和扫描速度调节1探伤范围的调节2扫描速度的调节（1）深度1:1调节法（2）水平1:1调节法（二）探伤灵敏度的选择及其调整1探伤灵敏度的选定2距离-波幅曲线的制作3探伤灵敏度的调整,能力知识点2 实时探伤操作,1探伤条件的选择2检验区域宽度的确定3探头移动区的确定4单探头的扫查方式（1）锯齿形扫查（2）基本扫查（3）平行扫查（4）斜平行扫查,能力知识点2 实时探伤操作,5.双探头扫查方式 （1）串列扫查 （2）交叉扫查 （3）V形扫查,能力知识点3 缺陷的评定,一、缺陷位置的测定测定缺陷在工件或焊接接头中的位置称之为缺 陷定位
18、。缺陷定位必须解决缺陷在探伤面上的投影 位置（X、Y方向数值）。 1垂直入射法时缺陷定位缺陷定位只需测定沿工件Z轴的坐标，即缺陷 在工件中的深度即可。 2斜角探伤时的缺陷定位 （1）水平调节法定位 （2）深度调节法定位,能力知识点3 缺陷的评定,二、缺陷大小的测定测定工件或焊接接头中缺陷的大小和数量称为 缺陷定量。1.当量法2探头移动法 三、缺陷性质的估判判定工件或焊接接头中缺陷的性质称之为缺陷 定性。这里仅是简单介绍焊缝中常见缺陷的波形特征。 1气孔 2裂纹,能力知识点3 缺陷的评定,3夹渣 4未焊透 5未熔合,能力知识点4 缺陷评定与检验结果的分级,距离-波幅曲线是缺陷评定与检验结果分级的
19、 依据。 一、缺陷评定 二、检验结果的等级分类焊缝超声检验结果分为四级：1）最大反射波幅不超过评定线的缺陷，均评 为级。2）最大反射波幅超过评定线的缺陷，检验者 判定为裂纹等危害性缺陷时，无论其波幅和尺寸如 何，均评为级。3）反射波幅位于区的非裂纹性缺陷，均评 为级。,能力知识点4 缺陷评定与检验结果的分级,4）最大反射波幅位于区的缺陷，根据缺陷的 指示长度按表4-9的规定予经评级。5）反射波幅超过判废线进入区时缺陷，无 论其指示长度如何，均评定为级。,能力知识点5 记录与报告,焊缝超声波探伤后，应将探伤数据、工件及工 艺概况归纳在探伤的原始记录中，并签发检验报告检验报告是焊缝超声波检验的存档文件，经质 量管理人员审核后，正本发送委托部门，其副本由 探伤部门归档。探伤记录与报告应具有追踪性，并 至少保存7年以上以备随时查核。探伤记录与报告的格式。,本课小结,1. 直接接触法超声波探伤的步骤和内容探伤前的准备、实时探伤操作、缺陷的评定、 检验结果的分级、记录与报告等过程。2.缺陷位置的测定 缺陷大小的测定,课后作业,1耦合剂的选择需要考虑哪些问题？ 2什么是距离-波幅曲线？简述 “距离-波幅”曲线 的组成及作用？,
