1、无损检测员-超声波检测 第一节振动和波动二、谐振动图1-1谐振动图像二、谐振动图1-2谐振动参考图三、波动1.机械波的产生与传播2.描述机械波的物理量1.机械波的产生与传播图1-3物质的弹性模型1)要有做机械振动的波源。2)要有能传播机械振动的弹性介质。2.描述机械波的物理量1)波长：相位相同的相邻质点之间的距离称为波长，用符号表示，单位为米(m)。2)周期：质点在其平衡位置附近来回振动一次，超声波的振动状态向前传播了一个波长，传播一个波长所用的时间称为一个周期，用符号T表示，单位为秒(s)。3)频率：单位时间内传播完整波长的个数称为频率，用符号f表示，单位为赫兹(Hz)，f=1/T。4)波速
2、：单位时间内波传播的距离,用符号c表示,单位为米/秒(m/s)。四、超声波的特性1.束射特性(见图1-4)2.传播特性(见图1-5)3.反射特性(见图1-6)2.传播特性(见图1-5)图1-4超声波的束射特性2.传播特性(见图1-5)图1-5超声波的传播特性3.反射特性(见图1-6)4.波型转换特性(见图1-7)图1-6超声波的反射特性3.反射特性(见图1-6)图1-7超声波的波型转换特性第二节超声波的传播一、波形和波阵面1.球面波2.平面波3.柱面波一、波形和波阵面图1-8球面波1.球面波图1-9平面波2.平面波图1-10柱面波二、连续波和脉冲波图1-11连续波和脉冲波a)连续波b)脉冲波三
3、、波的叠加、干涉和驻波现象以及惠更斯原理1.波的叠加现象2.波的干涉现象3.驻波现象(见图1-12)4.惠更斯原理3.驻波现象(见图1-12)图1-12驻波现象a)三个波节b)一个波节4.惠更斯原理图1-13惠更斯原理四、超声波的波型1.纵波2.横波3.表面波4.板波1.纵波图1-14纵波波型示意图2.横波图1-15横波波型示意图3.表面波图1-16表面波(1)瑞利波当传播介质厚度大于波长时，在一定条件下，在固体介质与气体介质的交界面上传播的表面波称为瑞利波，用符号“R”表示。(2)乐甫波当传播介质厚度小于波长时，在一定条件下，在固体介质上传播的表面波称为乐甫波，相当于固体介质表面传播的横波。
4、4.板波图1-17 SH波4.板波图1-18兰姆波a)对称型b)非对称型五、超声波的波速1.固体弹性介质中的超声波2.液体介质超声波3.钢质细棒中的超声波3.钢质细棒中的超声波表1-1液体或气体的密度、波速及声特性阻抗种类/（g/c)/(m/s)/1g/(cs)轻油08113240107变压器油085914250122甘油（100%）12718800238甘油（体积分数为33%）水溶液108416700181水玻璃（100%）1723500399水玻璃（体积分数为20%）11416000182空气000133440000043.钢质细棒中的超声波表1-2固体的密度、波速及声特性阻抗种类/（g/
5、c)/(m/s)/(m/s)/1g/(cs)钢77588059503230453458铁77585059003230450454不锈钢80356603120455铸铁69735005600220032002542铝2762603080169铜8947002260418环氧树脂1115240029001100027036有机玻璃11827201460032六、超声波的声压、声强和声特性阻抗1.声压2.声强3.声强级和分贝4.声特性阻抗3.声强级和分贝图1-19声强波示例第三节平界面上的垂直入射一、超声波在单一平界面上的反射和透射1.反射、透射规律的声压、声强表示2.声压往复透过系数3.介质对反射
6、、透射的影响1.反射、透射规律的声压、声强表示图1-20超声波在单一平界面上反射和透射(1)声压反射系数1.反射、透射规律的声压、声强表示(2)声压透射系数(1)声强反射系数(2)声强透射系数3.介质对反射、透射的影响1)Z2Z1，常见于水浸检测水/钢面，如图1-21所示。水/钢界面声压反射系数 声压透射系数 声强透射系数图1-21平面波垂直到水/钢面()2)Z2Z1，常见于水浸检测钢/水面，如图1-22所示。钢/水界面声压反射系数3.介质对反射、透射的影响 声强透射系数图1-22平面波垂直到钢/水面(Z2，常见于超声波检测钢/空气面和探头的晶片/空气面。钢/空气界面声压反射系数 声压透射系数
7、 晶片/空气界面声压反射系数 声压透射系数4)Z1Z2，常见于声特性阻抗接近的介质界面。二、超声波在多层平界面上的反射和透射(1)透声层(2)异质层的检测灵敏度在超声波检测时，当钢中缺陷反射声压约为入射声压的1%时，探伤仪显示屏上就可显示可分辨的反射回波，用1MHz直探头检测钢中气隙厚度，就能得到几乎100%的全反射回波，但当钢中1m气隙中充满油或水时，若仍用1MHz直探头检测,则可得到6%的反射声压。(1)透声层1)当超声波穿过介质A(声特性阻抗为Z1)至异质层B(声特性阻抗为Z2)，然后继续传播到介质C(声特性阻抗为Z3)时，若Z1=Z3，则当异质层的厚度为该层中传播声波的半波长的整数倍时
8、，在异质层界面上的声压反射系数为零，超声波全透射，就好像这个异质层根本不存在，所以称其为透声层。2)当超声波穿过介质A(声特性阻抗为Z1)至异质层B(声特性阻抗为Z2)然后继续传播到介质C(声特性阻抗为Z3)时，若Z1Z3，则当异质层的厚度为该层中传播声波的1/4波长的奇数倍时，在异质层界面上的声压反射系数为零，超声波全透射。3)若将直探头保护膜看作是晶片和耦合剂层之间的异质层，则因为晶片声特性阻抗Z1Z3(耦合剂声特性阻抗)，所以要使保护膜有更好的透声效果，其厚度也应是传播声波的1/4波长的奇数倍。(1)透声层图1-23晶片保护膜与耦合剂层4)在实际检测时，在探头上施加一定的压力，探头与工件
9、接触紧密，透声效果越好，得到的反射回波也越高。第四节平界面上的斜入射一、斜入射时界面上的反射、折射和波型转换1.超声波在固体界面上的反射2.超声波的折射1.超声波在固体界面上的反射1)固体中纵波斜入射于固体/气体界面，如图1-24所示。图1-24固体中纵波斜入射于固体/气体界面2)固体中横波斜入射于固体/气体界面(见图1-25)和第临界角。1.超声波在固体界面上的反射图1-25固体中横波斜入射于固体/气体界面2.超声波的折射1)纵波斜入射的折射(见图1-26)和第、第临界角。图1-26纵波斜入射的折射2.超声波的折射图1-27第临界角2.超声波的折射图1-28第临界角2.超声波的折射表1-3常
10、用介质纵波的第、第临界角有机玻璃/钢=272=567有机玻璃/铝=254=612水/钢=147=277水/铝=138=2912.超声波的折射2)横波斜入射的折射。3)由于气体和液体不能传播横波，所以不是任何情况下反射波和折射波都有波型的转换。二、声压反射系数1.纵波倾斜入射到钢/空气界面的反射2.横波倾斜入射到钢/空气界面的反射2.横波倾斜入射到钢/空气界面的反射图1-29纵波倾斜入射到钢/空气界面2.横波倾斜入射到钢/空气界面的反射图1-30横波倾斜入射到钢/空气界面三、声压往复透射系数图1-31斜入射声压往复透射系数三、声压往复透射系数图1-32纵波倾斜入射至水/钢界面时的声压往复透射系数
11、与入射角的关系曲线三、声压往复透射系数图1-33纵波倾斜入射至有机玻璃/钢界面时的声压往复透射系数与入射角的关系曲线四、超声波在规则界面上的反射、折射和波型转换1.倾斜平面上的反射2.直角平面上的反射3.窄长工件侧壁上的波型转换或侧壁干扰4.圆柱形底面的三角形反射1.倾斜平面上的反射图1-34倾斜平面上的反射2.直角平面上的反射1)倾斜入射到一个平面上的入射声束，经两次反射后，以平行于入射方向的路线返回，并与过直角顶点且与入射声束平行的直线呈轴对称，如图1-35所示。2)图1-36所示为纵波入射到钢/空气界面上钢中的端角反射系数。图1-35倾斜入射到一个平面上的反射2.直角平面上的反射图1-3
12、6纵波入射到钢/空气界面上钢中的端角反射系数3)倾斜入射的横波在端角平面内产生的声压反射系数以在横波入射2.直角平面上的反射角S=3555范围内为最高，在此范围外最低，如图1-37所示。图1-37横波入射端角反射系数3.窄长工件侧壁上的波型转换或侧壁干扰(1)窄长工件侧壁上的波型转换在对窄长工件进行轴向纵波检测时，探头扩散声束中的一部分边缘声束以很大的纵波入射角L斜入射至工件侧壁平面，并产生纵波和变型横波S1。图1-39变型波被探头吸收3.窄长工件侧壁上的波型转换或侧壁干扰(2)与声束轴线平行的工件侧壁干扰实践证明，位于工件侧壁附近的小缺陷，用与侧壁平行的声束很难检测，这是因为存在着工件侧壁干
13、扰现象。图1-40工件侧壁干扰现象4.圆柱形底面的三角形反射图1-41声程滞后图1-42第五节超声波聚焦和发散一、平面波入射至弯曲面上的反射回波图1-43平面波入射至弯曲面上的反射回波二、球面波入射至弯曲面上的反射回波图1-44球面波入射至弯曲面上的反射回波三、平面波透过曲面透镜后的聚焦和发散图1-45平面波透过曲面透镜后的聚焦和发散第六节声波的衰减一、产生衰减的原因1.声束扩散2.散射3.吸收三、衰减系数的测定1)对于试样厚度范围为2N200mm的被测试件，可用第一次底面回波高度B1与第二次底面回波高度B2的dB差来计算，则式(1-41)可改写为1.超声检测利用了超声波的哪些主要特性？2.什
14、么是纵波、横波和表面波?它们常用什么符号表示?简述以上各波型的质点运动轨迹。3.影响超声波在介质中传播速度的因素有哪些?4.在常规超声检测中测量超声波波速的方法有哪些?5.什么是波的干涉?波的干涉对超声检测有什么影响?6.什么是波的叠加原理?7.什么叫超声场?其主要有哪些特征值?8.什么是超声波的声压?用什么表示?三、衰减系数的测定9.当超声波垂直入射到两介质的界面时，声压往复透过系数与什么有关?往复透过系数对超声检测有什么影响?10.什么叫超声检测的端角反射?有什么特点?11.什么是超声波的衰减?简述超声衰减的种类和原因。12.对钛钢复合板，在复层一侧进行接触法检测，已知钛与钢的声特性阻抗差
15、约为40(Z钛=0.6 Z钢)，求复合层界面波与底波相差多少dB。13.从钢板一侧用超声纵波检测钢/钛复合板，已知Z钢=46106kg/(m2s)，Z钛=26.4106kg/(m2s)，求：14.当将超声探头直接置于空气中时，若晶片声特性阻抗Z1=3.2106kg/(m2s)，空气的声特性阻抗Z2=0.0004106kg/(m2s)，则晶片空气界面上的声压反射系数为多少？声压透射系数为多少?15.碳素钢的声特性阻抗比不锈钢的约大1，求二者复合界面上的声压反射系数。三、衰减系数的测定16.求用水浸法超声检测钢材时，水/钢界面的声压透射系数和往复透过系数。17.用一个规格为2.5P1313K1.5
16、的斜探头，超声检测钢平板对接焊缝，已知有机玻璃楔块中波速=2730ms，钢中=5900ms，=3200ms，求斜探头的入射角为多少。18.将用于超声检测钢焊缝的K1斜探头(楔块中cL=2700m/s，钢中cS=3230m/s)用于检测某种硬质合金焊缝19.有一斜探头(楔块中波速=2200m/s)，用于检测钢焊缝(=5900m/s，=3200m/s)，试计算第一、第二临界角各为多少。20.规格为5P2010的45斜探头有机玻璃楔块内纵波波速为2730m/s，当被检测材料横波波速为3230m/s时，求入射角。21.用2MHz,?20mm直探头测定厚度为150mm的正方形钢锻件的材质衰减系数。13.
17、从钢板一侧用超声纵波检测钢/钛复合板，已知Z钢=46106kg/(m2s)，Z钛=26.4106kg/(m2s)，求：(1)界面声压反射系数。(2)声压往复透射系数。(3)界面回波与底面回波dB差。第二节超声波发射声场一、圆盘波源辐射的纵波声场1.波源轴线上声压的分布2.超声场横截面上声压的分布3.波束指向性和半扩散角4.波束未扩散区与扩散区1.波源轴线上声压的分布图2-1圆盘波源轴线上声压推导图1.波源轴线上声压的分布图2-2圆盘波源轴线上声压的分布(1)近场区波源附近由于波的干涉而出现一系列声压极大值和极小值的区域，称为超声场的近场区，又称为菲涅耳区。(2)远场区波源轴线上至波源的距离xN
18、的区域称为远场区。2.超声场横截面上声压的分布图2-3圆盘波源(D/=16)近场区中x=0，x=N/2,x=N的横截面上的声压分布图2-4圆盘波源(D/=16)远场区中x=N，x=3N/2,x=6N的横截面上的声压分布3.波束指向性和半扩散角图2-5远场区中任意一点声压推导图1)Dc=p(r,)/p(r,0)1。2)当y=kRSsin=3.83，7.02，10.17等时，Dc=p(r,)/p(r,0)=0，即=0。3.波束指向性和半扩散角3)当y3.83，即0时，0.15。4)在超声波主波束之外存有一些副膜，由于副膜能量很低和介质对超声波的衰减作用，其从波源附近传播后衰减很快。图2-6圆盘波源
19、波束指向性3.波束指向性和半扩散角5)由0=70/DS可知，增加探头直径DS，提高检测频率f，半扩散角0将减小，即可以改善波束指向性，使超声波的能量更集中，有利于提高检测灵敏度。4.波束未扩散区与扩散区图2-7圆盘波源理想化声场中的波束未扩散区和扩散区例2-1用f=2.5MHz，DS=20mm的探头检测波速cL=5900m/s的工件，那么近场区长度N、半扩散角0和未扩散区b分别为二、矩形波源辐射的纵波声场图2-8矩形波源声场的坐标系统二、矩形波源辐射的纵波声场图2-9-y关系曲线二、矩形波源辐射的纵波声场图2-10矩形波源波束指向性三、近场区在两种介质中的分布例2-2用2.5MHz，?14mm
20、的纵波直探头水浸检测钢板，已知水层厚度为20mm,钢中c2=5900m/s，水中c1=1480m/s，求钢中近场区长度N。解钢中纵波波长为三、近场区在两种介质中的分布图2-11近场区在两种介质中的分布四、实际声场与理想声场的比较1)近场区出现声压极值点是由波的干涉造成的。2)根据傅里叶级数，脉冲波可以视为常数项和无限个n倍基频的正弦波、余弦波之和。3)实际声场的波源是非均匀激发的，波源中心振幅大，边缘振幅小，由波源边缘引起的波程差较大，对干涉影响也较大。4)理想声场是针对液体介质而言的，而实际检测对象往往是固体介质。四、实际声场与理想声场的比较图2-12实际声场与理想声场声压比较第三节横波发射
21、声场一、假想横波波源图2-13横波声场二、横波声场的结构1.波束轴线上的声压2.近场区长度3.半扩散角2.近场区长度表2-1K与cos/costan/tan的关系K10152025cos/cos08807806806tan/tan075066058052.近场区长度例2-3试计算2.5MHz14mm16mm方晶片K1.0和K2.0横波探头的近场区长度N(钢中cS2=3230m/s)。解S2=3230m/s/25MHz=1.29mm例2-42.5MHz、10mm12mm方晶片K2.0横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为12mm,求此探头在钢中的近场区长度N。(钢中cS2=3230m/s)解S
22、2=3230m/s/25MHz=1.29mm3.半扩散角图2-14横波声场半扩散角(1)圆片形声源(2)矩形正方形声源3.半扩散角例2-5用2.5MHz?12mm,K2横波斜探头检测钢制工件，已知探头中有机玻璃纵波波速cL1=2730m/s,钢中横波波速cS2=3230m/s，求钢中横波声场的半扩散角。解1)有机玻璃中纵波波长2)钢中横波波长3)过轴线与入射平面垂直的平面内4)入射平面内半扩散角上、下图2-152.5MHz,?12mm,K2斜探头半扩散角3.半扩散角例2-6用2.5MHz,?12mm纵波直探头检测钢工件，钢中cL=5900m/s，求其半扩散角。解L=5900m/s/25MHz=
23、2.36mm第四节超声波的绕射、散射和对规则反一、超声波的绕射和散射1.超声波的绕射2.超声波的散射二、远声场中各种规则反射体的回波声压1.大平面的反射(见图2-16)2.圆形(平底孔)或方形平面的反射(见图2-17)3.圆柱面的反射4.球形面的反射(见图2-20)5.平底槽的反射2.圆形(平底孔)或方形平面的反射(见图2-17)图2-16大平面的反射3.圆柱面的反射1)当L大于声束宽度时(见图2-18)，称为长横孔，其返回声压为2)当L小于或等于声束宽度时(见图2-19)，称为短横孔，其返回声压为图2-18圆柱面的反射(L大于声束宽度)3.圆柱面的反射图2-19圆柱面的反射(L小于或等于声束
24、宽度)4.球形面的反射(见图2-20)图2-20球形面的反射三、缺陷声压反射系数及其应用1.缺陷声压反射系数的定义和种类2.声压反射系数的应用1.缺陷声压反射系数的定义和种类表2-2缺陷相对于大平底面的dB差种类dB差平底孔dB=20lg=20lg 长横孔dB=20lg=20lg短横孔dB=20lg=20lg 球孔dB=20lg=20lg 1.缺陷声压反射系数的定义和种类表2-3缺陷相对于几种人工反射体的dB差种类dB差平底孔dB=20lg=40lg=1长横孔dB=20lg=10lg=1短横孔dB=20lg=10lg =1球孔dB=20lg=20lg=d12.声压反射系数的应用(1)调整检测灵
25、敏度例2-7用规格为2.5P20的直探头检测厚度为300mm的锻钢件，要求直径大于或等于3mm的缺陷不漏检，问利用工件大平底如何调节检测灵敏度？若改用材质与工件相同的200/2人工平底孔试块，如何调节检测灵敏度？解由题意已知，工件中所要求的检测灵敏度为300/3,即=300mm,f=3mm,灵敏度调节基准为工件大平底，所以XB=300mm。(2)确定缺陷当量大小例2-8用规格为2.5P20的直探头检测厚度为400mm的锻钢件，发现距检测面250mm处有一缺陷，此缺陷回波与工件完好区底面波高之比为-16dB，求此缺陷的平底孔当量。2.声压反射系数的应用解由题意已知，缺陷的参考基准为工件大平底，且
26、XB=400mm,=250mm，dB=-16dB，则例2-9用规格为2P14的直探头检测厚度为350mm的锻钢件，发现距检测面200mm处有一缺陷，其回波高度比基准试块中的深度为150mm、直径为2mm平底孔回波高度高11dB，求此缺陷的平底孔当量。该缺陷相当于多大的横孔直径？解由题意已知，缺陷的参考基准为平底孔，因此基准孔径j=2mm，基准距离Xj=150mm,缺陷距离=200mm,波高差距dB=11dB，则缺陷距离大小为四、制作AVG曲线1.几个基本量的定义2.平底孔通用AVG曲线(见图2-21)3.实用AVG曲线10.2.5MHz，14mm16mm方晶片K2.0横波斜探头，在有机玻璃中入
27、射点至晶片的距离为12mm，求此探头在钢中的近场区长度N。(钢中cS=3230ms，钢中cL=5850ms，有机玻璃中cL=2730ms)2.平底孔通用AVG曲线(见图2-21)图2-21平底孔通用AVG曲线例2-10用规格为2.5P20的直探头检测厚度为400mm的饼形锻钢件，发现距检测面170mm处有一缺陷，2.平底孔通用AVG曲线(见图2-21)此缺陷回波比工件完好区底面波低10dB，如何利用底波调整2mm平底孔灵敏度？求此缺陷的平底孔当量尺寸。(已知钢中cL=5900m/s)解1)调灵敏度 求N 求A和G 查AVG曲线。过A=9.4处作垂线交G=0.1线于N,交B线于M,则MN所对应的
28、分贝值为400mm处大平底与2mm平底孔的回波分贝差。调整2mm灵敏度。衰减50dB，调增益使第一次底波B1达基准波高，然后去掉44dB，至此2mm灵敏度调好，即这时400mm处2mm平底孔回波正好达基准波高。2.平底孔通用AVG曲线(见图2-21)2)对缺陷定量 求Af 求Gf。过Af=4作垂线，与过比M点低10dB的P点所作的水平线相交于Q点，则Q点对应的G值为所求Gf=0.3。求此缺陷的当量尺寸3.实用AVG曲线图2-22平底孔实用AVG曲线例2-11用规格为2.5P20的直探头检测厚度为650mm的饼形锻钢件，发现距检测面500mm处有一缺陷，3.实用AVG曲线此缺陷回波比工件完好区底
29、面波低31dB，如何利用底波调整2mm平底孔灵敏度？求此缺陷的当量尺寸。解1)灵敏度的调整。2)对缺陷定量。1.什么是超声场的近场区?2.在超声检测中，为什么要尽量避免在近场区进行缺陷定量?3.圆盘波源超声场的近场区有什么特点?4.超声检测中常见的规则反射体有哪些?5.方晶片横波斜探头的声场与圆晶片的纵波直探头的声场有哪些主要区别?6.什么是假想横波波源?3.实用AVG曲线7.计算5MHz,14mm直探头在水中(cL=1500m/s)的半扩散角和近场区长度。8.钢板水浸检测时，使用2MHz 的水浸探头，晶片直径为16mm，已知水层厚度为30mm，当钢cL=5900ms，水cL=1450ms，求
30、钢中近场区长度N为多少。9.计算5MHz,13mm13mm方晶片K2.0横波探头的近场区长度N是多少。11.4MHz,12mm14mm的方晶片，K1.0的横波斜探头，在有机玻璃中入射点至晶片的距离为14mm，求探头在铝中的近场区长度为多少。(铝中cS=3100ms，有机玻璃中cL=2730ms，铝中cL=6100ms)12.使用规格为2P1212，K2斜探头，检测钢中(cS=3230ms，X=200mm，楔块中声程不计)孔径均为3mm的平底孔、长横孔、球孔,试计算哪个反射体的回波最高。13.用频率为2.5MHz的探头超声检测均为超声场远场区的两个人工缺陷5mm平底孔和2mm长横孔，试计算此两个
31、反射体在多少声程时的回波高度相等。14.使用2.5MHz，13mm13mm，K2斜探头，检测钢中远场区同声程(cS=3230ms，楔块中声程不计)，孔径为?2mm、?3mm的长横孔，计算反射波高相差多少dB。第一节超声波探伤仪一、超声波探伤仪的特点1)A型显示屏以横坐标(时间轴)表示超声波往复传播时间(传播距离)，纵坐标表示脉冲回波高度，该高度与反射体返回声压成正比。2)可用单探头或双探头进行检测，以单通道方式进行工作。3)对缺陷定位准确，发现微小缺陷的能力(灵敏度)较高。4)在声束覆盖范围内，可同时显示不同声程上的多个缺陷，对相邻缺陷有一定分辨能力。5)适应性较广，配以不同探头可对工件进行纵
32、波、横波、表面波和板波检测。6)设备轻便，便于携带，适于现场使用。7)只能以回波高低来表示反射体的反射量，因此缺陷量值显示不直观，探伤结果不连续，且不易记录和存档。8)检测结果受人为因素影响较大，对操作者技术水平要求较高。二、模拟式超声波探伤仪的一般工作原理和基本组成1.电路框图(见图3-1)2.仪器主要开关、旋钮的作用及其调整1.电路框图(见图3-1)1)同步电路是超声波探伤仪的心脏和指挥中心，它决定着探伤仪的重复频率。图3-1模拟式超声波探伤仪电路框图1.电路框图(见图3-1)2)发射电路发射高频电脉冲，加到探头晶片上，使晶片产生振动，激发出超声波。3)扫描电路使显示屏上出现一条明亮的时基
33、线，也就是时间轴和水平扫描线。4)接收放大电路将探头产生的微弱回波信号电压放大到显示屏的纵坐标方向，以显示工作电压。2.仪器主要开关、旋钮的作用及其调整1)工作方式选择旋钮。2)发射强度旋钮。3)衰减器。4)增益旋钮。5)抑制旋钮。6)深度范围旋钮。7)深度细调旋钮。8)延迟旋钮。9)聚焦旋钮。10)频率选择旋钮。11)水平旋钮。12)重复频率旋钮。2.仪器主要开关、旋钮的作用及其调整13)垂直旋钮。14)辉度旋钮。15)深度补偿开关。16)显示选择开关。三、数字智能探伤仪1.数字式超声波探伤仪与模拟式超声波探伤仪的异同2.数字式超声波探伤仪的优势与问题1.数字式超声波探伤仪与模拟式超声波探伤
34、仪的异同(1)基本组成图3-2是典型A型脉冲反射数字式超声检测仪的电路框图。图3-2典型A型脉冲反射数字式超声波探伤仪电路框图1.数字式超声波探伤仪与模拟式超声波探伤仪的异同(2)超声波探伤仪的功能从基本功能来看，数字式超声波探伤仪可提供模拟式超声波探伤仪具有的所有功能，但是各部分功能的控制方式是不同的。(3)超声波探伤仪的性能从影响超声波探伤仪性能的最基本的部分(发射电路和接收电路)来看，数字式超声波探伤仪与模拟式超声波探伤仪是相同的，因此，超声波探伤仪的灵敏度、分辨能力、放大线性等与模拟超声波探伤仪差别不大，最主要的差别是数字式超声波探伤仪中的A/D转换、信号处理和显示部分。四、超声波探伤
35、仪的维护保养1)在使用前，应仔细阅读使用说明书，了解其性能特点，熟悉各控制开关和旋钮的位置、操作方法和注意事项，严格按说明书要求操作。2)搬动超声波探伤仪时应防止强烈振动，现场检测尤其在高空作业时，应采取可靠的保护措施，防止摔碰，尽量避免在靠近强磁场、灰尘多、电源波动大、有强烈振动及温度过高或过低的场合使用超声波探伤仪。3)超声波探伤仪工作时应防止雨、雪、水、机油等进入超声波探伤仪内部，以免损坏电路和元器件。4)严格按说明书进行充电操作。5)旋转或按旋钮时不宜用力过猛，尤其当旋钮在极端位置时更应注意，否则会使旋钮错位甚至损坏。6)每次用完超声波探伤仪后，应及时擦去表面灰尘、油污，放置在干燥的地
36、方。四、超声波探伤仪的维护保养7)当超声波探伤仪出现故障时，应立即关闭电源，及时请维修人员检查修理。六、超声波测厚仪1.共振式测厚仪2.脉冲反射式测厚仪3.兰姆波测厚仪4.测厚仪的调整与使用1.共振式测厚仪图3-3共振式测厚仪的工作原理2.脉冲反射式测厚仪图3-4脉冲反射式测厚仪原理框图1)测量发射脉冲T与第一次底波B之间的时间。2.脉冲反射式测厚仪2)测量第一次底波B1与第二次底波B2之间的时间或任意两次相邻底波之间的时间。4.测厚仪的调整与使用1)在用测厚仪测厚前，要先校准其下限和线性。2)选择探头。3)测量前先对工件进行表面处理。4)对于高温工件，要用高温探头和特殊耦合剂。5)对于管道中
37、的沉积物，当沉积物声特性阻抗与工件相差不大时，要先用小锤敲几下管壁，然后再测，以免误判。6)当使用水玻璃作耦合剂时，用后要及时用湿布擦去探头表面的水玻璃，以免干结后不便清除，有时还会损坏探头。第二节超声波探头二、压电材料的主要性能参数1.压电应变常数d332.压电电压常数g333.介电常数4.机电耦合系数K5.机械品质因子m6.频率常数N7.居里温度Tc三、探头的种类和结构1.纵波直探头(见图3-5)2.斜探头(见图3-6)3.双晶探头(分割探头)(见图3-7)4.聚焦探头1.纵波直探头(见图3-5)1)纵波直探头主要用于钢板、锻件和铸件的检测。2)保护膜分为硬保护膜和软保护膜。2.斜探头(见
38、图3-6)图3-5纵波直探头2.斜探头(见图3-6)图3-6斜探头1)斜探头可分为纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头。2)横波斜探头主要用于焊缝检测和某些特殊部件的检测。2.斜探头(见图3-6)3)横波斜探头内部有透声斜楔。4)探头入射点O到探头前端的距离称为探头的前沿。3.双晶探头(分割探头)(见图3-7)图3-7双晶探头1)双晶探头可分为双晶纵波探头和双晶横波探头。2)双晶探头主要用于近表面缺陷的检测。3.双晶探头(分割探头)(见图3-7)3)双晶探头杂波少、盲区小、近场区长度小、检测灵敏度高。4)双晶探头的检测范围可调。4.聚焦探头1)聚焦探头按焦点形状分为点聚焦探头和线聚焦探头。图3
39、-8水浸聚焦探头4.聚焦探头2)聚焦探头按耦合情况分为水浸聚焦探头(见图3-8)和接触聚焦探头。3)水浸聚焦探头主要用于板材和管材检测。四、探头的型号1.探头型号的组成项目2.举例1.探头型号的组成项目表3-1晶片材料代号压 电 材 料代号压 电 材 料代号锆钛酸铅陶瓷P碘酸锂单晶I钛酸钡陶瓷B石英单晶Q钛酸铅陶瓷T其他压电材料N铌酸锂单晶L1.探头型号的组成项目表3-2探头种类代号种类代号种类代号直探头Z水浸探头SJ斜探头（用K值表示）K表面波探头BM斜探头（用折射角表示）X可变角度探头KB分割探头FG2.举例1)探头2.5B20Z2.5表示频率为2.5MHz。2)探头5P1214K2.53
40、)探头5T20FG10Z第三节超声波检测试块一、试块的分类(1)标准试块标准试块是由权威机构制定的试块，试块材质、形状、尺寸及表面状态都由权威部门统一规定，如国际焊接学会IIW试块和IIW2试块。(2)对比试块对比试块是由各部门按某些具体检测对象制定的试块。二、试块的要求和维护1.对试块的要求2.试块的维护2.试块的维护1)应在试块适当部位编号，以防混淆。2)在使用和搬运试块过程中应注意保护，防止碰伤或擦伤。3)使用试块时应注意清除反射体内的油污和锈蚀。4)注意防止试块锈蚀，若使用后停放时间较长，则要涂敷防锈剂。5)注意防止试块变形，如避免火烤；平板试块应尽可能立放，防止重压。三、国内外常用试
41、块简介1.IIW试块2.IIW2试块3.CSKIA试块4.半圆试块5.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块6.CSKA试块、CSKA试块、CSKA试块和CSKAm试块7.钢板检测试块8.无缝钢管检测试块9.承压设备管子和压力管道对接焊接头检测试块10.不锈钢焊缝检测试块(见图3-26)11.堆焊层焊缝检测试块12.T型角焊缝直探头检测试块(见图3-30)13.铸钢件直探头检测试块(ZGZ)(见图3-31)1.IIW试块图3-9IIW试块的结构和尺寸1)调整纵波检测范围和扫描速度(时基线比例)：利用试块上“25”和“100”调整。1.IIW试块2)测仪器的水平线性、垂直线性和动态范围：
42、利用试块上“25”或“100”测。3)测直探头和仪器的分辨力：利用试块上“85”“91”和“100”测。4)测直探头和仪器组合后的穿透能力：利用?50mm有机玻璃块底面的多次反射波测。5)测直探头与仪器的盲区范围：利用试块上?50mm有机玻璃圆弧面与侧面间距5mm和10mm测。6)测斜探头的入射点：利用试块上R100mm圆弧面测。7)测斜探头的折射角：折射角在3576范围内用?50mm孔测,折射角在7480范围内用?1.5mm圆孔测。8)测斜探头和仪器的灵敏度余量：利用试块R100mm或?1.5mm测。1.IIW试块9)调整横波检测范围和扫描速度：由于纵波声程91mm相当于横波声程50mm，因
43、此可以利用试块上“91”来调整横波的检测范围和扫描速度。10)测斜探头声束轴线的偏离情况：利用试块的直角棱边测。2.IIW2试块图3-10IIW2试块的结构、尺寸和反射特点1)测定斜探头的入射点：利用R25mm与R50mm圆弧反射面测。2.IIW2试块2)测定斜探头的折射角：利用?5mm横通孔测。3)测定仪器水平、垂直线性和动态范围：利用厚度12.5mm测。4)调整检测范围和扫描速度：纵波直探头利用12.5mm底面多次反射调，横波斜探头利用R25mm圆弧面和R50mm圆弧面调。5)测仪器和探头的组合灵敏度：利用?5mm或R50mm圆弧面测。3.CSKIA试块1)将直孔?50mm改为?50mm、
44、?44mm、?40mm台阶孔，以便于测定横波斜探头的分辨力。2)将R100mm改为R100mm、R50mm阶梯圆弧，以便于调整横波扫描速度和检测范围。3)将试块上标定的折射角改为K值(K=tan)，从而可直接测出横波斜探头的K值。图3-11CSKIA试块结构及主要尺寸3.CSKIA试块4)CSKIA试块的其他功能同IIW试块，材质一般与工件材质相同。4.半圆试块图3-12半圆试块4.半圆试块图3-13中心不切槽的半圆试块1)检测探头的入射点：利用R50mm测。2)调整横波扫描速度和检测范围:利用R50mm调。4.半圆试块3)调整纵波扫描速度和检测范围:利用厚度20mm调。4)测仪器的水平、垂直
45、线性和动态范围：利用厚度20mm调。5)调整灵敏度:利用R50mm圆弧面调整。5.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块1)CS试块结构如图3-14所示。图3-14CS试块结构5.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块表3-3CS试块尺寸(单位:mm)试块序号CS1CS2CS3CS4L50100150200D506080805.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块2)CS试块结构如图3-15所示。图3-15CS试块结构5.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块表3-4CS试块尺寸(单位：mm)试块序号孔径检测距离L123456789L?251015202530
46、354045D?3D?4D?65.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块3)CS试块结构如图3-16所示。图3-16CS试块结构4)CS和CS试块的主要用途5.锻件用标准试块CSI、CSII和CSIII试块 测试纵波平底孔距离。波幅-当量曲线，即实用AVG曲线：利用各试块的平底孔和大平底测。调整检测灵敏度：利用大平底或平底孔调。对缺陷定量：利用试块上的平底孔测，多用于3N以内的缺陷定量。测仪器的水平、垂直线性和动态范围：用大平底或平底孔测。测直探头与仪器的组合性能：如灵敏度余量可用?2mm200mm试块来测。6.CSKA试块、CSKA试块、CSKA试块和CSKAm试块图3-17CSKA
47、试块结构6.CSKA试块、CSKA试块、CSKA试块和CSKAm试块图3-18CSKA试块结构6.CSKA试块、CSKA试块、CSKA试块和CSKAm试块图3-19CSKA试块结构6.CSKA试块、CSKA试块、CSKA试块和CSKAm试块表3-5CSKA试块尺寸(单位：mm)CSKA被检工件厚度对比试块厚度T标准孔直径DNo112015013564No215020017579No320025022595No4250300275111No5300350325127No63504003751436.CSKA试块、CSKA试块、CSKA试块和CSKAm试块图3-20CSKAm试块结构7.钢板检测试
48、块图3-21超声波检测试块CB的结构7.钢板检测试块图3-22超声波检测试块CB的结构7.钢板检测试块表3-6CB试块的尺寸(单位：mm)试块编号被检钢板厚度检测面到平底空的距离S试块厚度TCB-120401520CB-240603040CB-3601005065CB-410016090110CB-5160200140170CB-62002501902208.无缝钢管检测试块图3-23超声波周向检测试块8.无缝钢管检测试块表3-7超声波周向探伤试块上人工缺陷尺寸级别长度l/mm深度t占壁厚的百分比（%）405(02mmt1mm)408(02mmt2mm)4010(02mmt3mm)8.无缝钢管
49、检测试块图3-24超声波轴向检测试块8.无缝钢管检测试块表3-8超声波轴向检测试块上人工缺陷尺寸级别长度l/mm深度t占壁厚的百分比（%）405(02mmt1mm)408(02mmt2mm)4010(02mmt3mm)9.承压设备管子和压力管道对接焊接头检测试块图3-25承压设备管子和压力管道对接焊接头检测试块9.承压设备管子和压力管道对接焊接头检测试块表3-9试块圆弧曲率半径(单位：mm)试块型号试块圆弧曲率半径GS-11822GS-22632GS-34050GS-4607210.不锈钢焊缝检测试块(见图3-26)图3-26不锈钢焊缝检测试块11.堆焊层焊缝检测试块1)从堆焊层侧进行检测，采
50、用T1型试块,如图3-27所示。图3-27T1型试块11.堆焊层焊缝检测试块2)从母材侧进行检测，采用T2型试块,如图3-28所示。图3-28T2型试块3)检测堆焊层和母材的未接合处，采用T2型试块，如图3-29所示。11.堆焊层焊缝检测试块图3-29检测堆焊和母材的未接合处a)方法一b)方法二12.T型角焊缝直探头检测试块(见图3-30)图3-30T型角焊缝直探头检测试块13.铸钢件直探头检测试块(ZGZ)(见图3-31)图3-31铸钢件直探头检测试块(ZGZ)13.铸钢件直探头检测试块(ZGZ)(见图3-31)表3-10ZGZ系列对比试块尺寸(单位：mm)试块编号dlLD302532545
