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1、目录6 超声检测方法和通用检测技术016.1 超声检测方法概述016.2 仪器与探头的选择066.3 耦合与补偿086.4 仪器的调节11 6.5 缺陷位置的测定166.6 缺陷大小的测定216.7 缺陷自身高度的测定27 6.8 影响缺陷定位、定量的主要因素31 6.9 缺陷性质分析366.10 非缺陷回波的判别436.11 侧壁干涉486.12 各向异向材料的超声检测技术506.13 表面波检测556.14 板波检测62 复习思考题 66 第六章超声波检测方法和通用检测技术脉冲反射法超声波检测方法虽然很多，各种方法的操作也不尽相同，但它们在探测条件、耦合与补偿、仪器的调节、缺陷的定位、定量
2、、定性等方面却存在一些通用的技术问题。掌握这些通用技术对于发现缺陷并正确评价是很重要的。脉冲反射法超声检测的基本步骤是：检测前的准备，仪器、探头、试块的选择，仪器调节与检测灵敏度确定，耦合补偿，扫查方式，缺陷的测定、记录和等级评定、仪器和探头系统复核等。6.1 超声波检测方法概述6.1.1 按原理分类超声波检测方法按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法、共振法和TOFD法。1.脉冲反射法超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。（1）缺陷回波法：根据仪器示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回
3、波法。该方法是反射法的基本方法。图6.1是缺陷回波检测法的基本原理，当试件完好时，超声波可顺利传播到达底面，检测图形中只有表示发射脉冲T及底面回波B两个信号，如图6.1（a）所示。图6.1缺陷回波法 图6.2底波高度法若试件中存在缺陷，在检测图形中，底面回波前有表示缺陷的回波F如图6.1（b）所示。（2）底波高度法：当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的。如果试件内存在缺陷，底面回波高度会下降甚至消失，如图6.2所示。这种依据底面回波的高度变化判断试件缺陷情况的检测方法，称为底波高度法。底波高度法的特点在于同样投影大小的缺陷可以得到同样的指示，而且不出现盲区，但是要求被探试件的探
4、测面与底面平行，耦合条件一致。由于该方法检出缺陷定位定量不便，灵敏度较低，因此，实用中很少作为一种独立的检测方法，而经常作为一种辅助手段，配合缺陷回波法发现某些倾斜的和小而密集的缺陷，锻件探伤中常用：如由缺陷引起的底波降低量。（3）多次底波法：当透入试件的超声波能量较大，而试件厚度较小时，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底波B1、B2、B3。如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次衰减的规律，并显示出缺陷回波，如图6.3所示。这种依据底面回波次数，而判断试件有无缺陷的方法，即为多次底波法。图6.3多
5、次底波法(a)无缺陷 (b)小缺陷 (c)大缺陷多次底波法主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件检测，缺陷检出的灵敏度低于缺陷回波法。2.穿透法穿透法是依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷时情况的一种方法，如图6.4所示。穿透法常采用两个探头，一个作发射用，一个作接收用，分别放置在试件的两侧进行探测，图6.4(a)为无缺陷时的波形，图4.4(b)为有缺陷时的波形。 图6.4穿透法3.共振法若声波（频率可调的连续波）在被检工件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率，用相邻的两个共振频率之差，由以下公式算出试件厚度。 （6.1）式中
6、 f0工件的固有频率；fm、fm-1相邻两共振频率；C被检试件的声速；波长；试件厚度。当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时，将改变试件的共振频率。依据试件的共振特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法称为共振法。共振法常用于试件测厚。通常常用的测厚仪为双晶直探头脉冲反射法，与A型脉冲反射式超声波探伤仪原理相同。4.TOFD法TOFD是Time of Flight Diffraction 的第一个英文字母的缩写，中文简称衍射时差法 。是上世纪七十年代由英国哈威尔无损检测中心根据超声波衍射现象首先提出来的，检测时使用一对或多对宽声束纵波斜探头，每对探头相对焊缝对称布置（一发一收），如图6.5所
7、示。声束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射波和衍射波。探头同时接收反射波和衍射波，通过测量衍射波传播时间，利用三角方程来确定出缺陷的尺寸和位置。发射探头头接收探头头图6.5 TOFD法6.1.2 按波形分类根据检测采用的波形，可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。1.纵波法使用纵波进行检测的方法，称为纵波法。.纵波直探头使用纵波直探头进行检测的方法，称为纵波直探头法。此法波束垂直入射至试件探测面，以不变的波型和方向透入试件，所以又称为垂直入射法，简称垂直法，如图6.6所示。 图6.6垂直法 图6.7横波法垂直法分为单晶探头反射法、双晶探头反射法和穿透法。常用的是单晶探头反射法。垂直法
8、主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的检测，该法对与探测面平行的缺陷检出效果最佳。由于盲区和分辨力的限制，其中反射法只能发现试件内部离探测面一定距离以外的缺陷。在同一介质中传播时，纵波速度大于其它波型的速度，穿透能力强，晶界反射或散射的敏感性较差，所以可探测工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的检测。由于垂直法检测时，波型和传播方向不变，所以缺陷定位比较方便。.纵波斜探头使用纵波斜探头进行检测的方法，称为纵波斜探头法。a.TOFD探头TOFD检测技术中使用的探头为纵波斜探头，工件中既有纵波也有横波。但是，纵波传播速度快，几乎是横波的两倍，最先到达接收探头，容易识别缺陷，以纵波波速计算缺
9、陷深度，不会与横波信号混淆。b.小角度纵波斜探头小角度纵波斜探头常用来检测探头移动范围较小、检测范围较深的一些部件，如从螺栓端部检测螺栓，多层包扎设备的环焊缝等。2.横波法将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射至试件探测面，利用波型转换得到横波进行检测的方法，称为横波法。由于透入试件的横波束与探测面成锐角，所以又称斜射法，如图6.7所示。此方法主要用于焊缝、管材的检测。其它试件检测时，则作为一种有效的辅助手段，用以发现垂直检测法不易发现的缺陷。3.表面波法使用表面波进行检测的方法，称为表面波法。这种方法主要用于表面光滑的试件。表面波波长比横波波长还短，因此衰减也大于横波。同时。它仅沿表面传播，对于表
10、面上的复层、油污、不光洁等，反应敏感，并被大量地衰减。利用此特点可以通过手沾油在声束传播方向上进行触摸并观察缺陷回波高度的变化，对缺陷定位。4.板波法使用板波进行检测的方法，称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状简单的试件检测，板波充塞于整个试件，可以发现内部的和表面的缺陷。但是检出灵敏度除取决于仪器工作条件外，还取决于波的形式。 5.爬波法爬波是指表面下纵波，它是当第一介质中的纵波入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波。这时第二介质中除了表面下纵波外，还存在折射横波。这种表面下纵波不是纯粹的纵波，还存在有垂直方向的位移分量。爬波对于检测表面比较粗糙的工件的表层缺陷，如铸钢件、
11、有堆焊层的工件等，其灵敏度和分辨力均比表面波高。6.1.3 按探头数目分类1.单探头法使用一个探头兼作发射和接收超声波的检测方法称为单探头法。单探头法操作方便，大多数缺陷可以检出，是目前最常用的一种方法。单探头法检测，对于与波束轴线垂直的片状缺陷和立体型缺陷的检出效果最好。与波束轴线平行的片状缺陷难以检出。当缺陷与波束轴线倾斜时，则根据倾斜角度的大小，能够收到部分回波或者因反射波束全部反射在探头之外而无法检出。2.双探头法使用两个探头（一个发射，一个接收）进行检测的方法称为双探头法。主要用于发现单探头法难以检出的缺陷。双探头法又可根据两个探头排列方式和工作方式进一步分为并列式、交叉式、V型串列
12、式、K型串列式、串列式等。（1）并列式：两个探头并列放置，检测时两者作同步同向移动。但直探头作并列放置时，通常是一个探头固定，另一个探头移动，以便发现与探测面倾斜的缺陷，如图6.8（a）所示。分割式探头的原理，就是将两个并列的探头组合在一起，具有较高的分辨能力和信噪比，适用于薄试件、近表面缺陷的检测。图6.8双探头的排列方式(a)并列式(b)交叉式(c)形式(d)形式(e)串列式（2）交叉式：两个探头轴线交叉，交叉点为要探测的部位，如图6.8（b）所示。此种检测方法可用来发现与探测面垂直的片状缺陷，在焊缝检测中，常用来发现横向缺陷。（3）V型串列式：两探头相对放置在同一面上，一个探头发射的声波
13、被缺陷反射，反射的回波刚好落在另一个探头的入射点上，如图6.8（c）所示。此种检测方法主要用来发现与探测面平行的片状缺陷。（4）K型串列式：两探头以相同的方向分别放置于试件的上下表面上。一个探头发射的声波被缺陷反射，反射的回波进入另一个探头，如图6.8（d）所示。此种检测方法主要用来发现与探测面垂直的片状缺陷。（5）串列式：两探头一前一后，以相同方向放置在同一表面上，一个探头发射的声波被缺陷反射的回波，经底面反射进入另一个探头，如图6.8（e）所示。此种检测方法用来发现与探测面垂直的片状缺陷（如厚焊缝的中间未焊透、窄间隙焊缝的坡口面未熔合等）。这种检测方法的特点是，不论缺陷是处在焊缝的上部、中
14、部或根部，其缺陷声程始终相等，从而缺陷信号在荧光屏上的水平位置固定不变；且上、下表面存在盲区。两个探头在一个表面上沿相反的方向移动，用手工操作是困难的，需要设计专用的扫查装置。3.多探头法使用两个以上的探头成对地组合在一起进行检测的方法，称为多探头法。多探头法的应用，主要是通过增加声束来提高检测速度或发现各种取向的缺陷。通常与多通道仪器和自动扫描装置配合，如图6.9所示。图6.9多探头法6.1.4 按探头接触方式分类依据检测时探头与试件的接触方式，可以分为接触法与液浸法。1.直接接触法探头与试件探测面之间，涂有很薄的耦合剂层，因此可以看作为两者直接接触，这种检测方法称为直接接触法。此方法操作方
15、便，检测图形较简单，判断容易，检出缺陷灵敏度高，是实际检测中用得最多的方法。但是，直接接触法检测的试件，要求探测面光洁度较高。2.液浸法将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行检测的方法，称为液浸法。耦合剂可以是水，也可以是油。当以水为耦合剂时，称为水浸法。液浸法检测，探头不直接接触试件，所以此方法适用于表面粗糙的试件，探头也不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好，便于实现自动化检测。液浸法按检测方式不同又分为全浸没式和局部浸没式。图6.10液浸法（1）全浸没式：被检试件全部浸没于液体之中，适用于体积不大，形状复杂的试件检测，如图6.10（a）所示。（2）局部浸没式：把被检试件的一部分浸没在水中
16、或被检试件与探头之间保持一定的水层而进行检测的方法，适用于大体积试件的检测。局部浸没法又分为喷液式、通水式和满溢式。喷液式：超声波通过以一定压力喷射至探测表面的如图6.10（b）所示。通水式：借助于一个专用的有进水、出水口的液罩，以使罩内经常保持一定容量的液体，这种方法称为通水式，如图6.10(c)。满溢式:满溢罩结构与通水式相似,但只有进水口,多余液体在罩的上部溢出,这种方法称为满溢式,如图6.10（d）所示。根据探头与试件探测面之间液层的厚度，液浸法又可分为高液层法和低液层法。6.2仪器与探头的选择探测条件的选择首先是指仪器和探头的选择。正确选择仪器和探头对于有效地发现缺陷，并对缺陷定位、
17、定量和定性是至关重要的。实际检测中要根据工件结构形状、加工工艺和技术要求来选择仪器与探头。6.2.1 检测仪的选择超声波检测仪是超声波检测的主要设备。目前国内外检测仪种类繁多，性能各异，检测前应根据探测要求和现场条件来选择检测仪。一般根据以下情况来选择仪器：（1）对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。（2）对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器。（3）对于大型零件的检测，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器。（4）为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区辨、分率力好的仪器。（5）对于室外现场检测，应选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干扰能力强的携带式仪
18、器。此外要求选择性能稳定、重复性好和可靠性好的仪器。6.2.2 探头的选择超声波检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构型式也不一样。检测前应根据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头。探头的选择包括探头的型式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。1.探头型式的选择常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头、纵波斜探头、表面波探头、双晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。纵波直探头只能发射和接收纵波，波束轴线垂直于探测面，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。横波斜
19、探头是通过波形转换来实现横波检测的。主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷。如焊缝中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。常见的纵波斜探头有TOFD探头和纵波小角度斜探头，纵波斜探头在工件中既有纵波也有横波，但由于纵波和横波的速度不同加以识别。主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷。如焊缝中的裂纹、未溶合、未焊透、夹渣等缺陷。表面波探头用于探测工件表面缺陷，双晶探头用于探测工件近表面缺陷。聚焦探头用于水浸探测管材或板材。2.探头频率的选择超声波检测频率在0.510 MHz之间,选择范围大。一般选择频率时应考虑以下因素。(1)由于波的绕射,使超声波检测灵敏度约为,因此提高频率,有利于发现更小的缺
20、陷。（2）频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。（3）由可知，频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。（4）由可知，频率高，波长短，近场区长度大，对检测不利。（5）由可知，频率增加，衰减急剧增加。由以上分析可知，频率的高低对检测有较大的影响。频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对检测有利。但频率高，近场区长度大，衰减大，又对检测不利。实际检测中要全面分析考虑各方面的因素，合理选择频率。一般在保证检测灵敏度的前提下尽可能选用较低的频率。对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率，常用2.55.0MHz。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体
21、钢等宜选用较低的频率，常用0.52.5MHz。如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现林状回波，信噪比下降，甚至无法检测。3.探头晶片尺寸的选择探头圆晶片尺寸一般为1030 mm，晶片大小对检测也有一定的影响，选择晶片尺寸时要考虑以下因素。（1）由可知，晶片尺寸增加，半扩散角减少，波束指向性变好，超声波能量集中，对检测有利。（2）由可知，晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对检测不利。（3）晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。以上分析说明晶片大小对声束指向性，近场区长度、近距离扫查范围和远距离缺陷检出能力有较大影响。实际检测
22、中，检测面积范围大的工件时，为了提高检测效率宜选用大晶片探头。检测厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。检测小型工件时，为了提高缺陷定位宣精度宜选用小晶片探头。检测表面不太平整，曲率较大的工件时，为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。4.横波斜探头K值的选择在横波检测中，探头的K值对检测灵敏度、声束轴线的方向，一次波的声程（入射点至底面反射点的距离）有较大的影响。由图1.39可知，对于用有机玻璃斜探头检测钢制工件，s=40(K=0.84)左右时，声压往复透射率最高，即检测灵敏度最高。由K=tgs可知，K值大，s大，一次波的声程大。因此在实际检测中，当工件厚度较小时，应选用较大
23、的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。在焊缝检测中，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于单面焊根部未焊透，还要考虑端角反射问题，应使K=0.71.5，因为K0.7或K1.5，端角反射率很低，容易引起漏检。6.3耦合与补偿6.3.1 耦合剂超声耦合是指超声波在探测面上的声强透射率。声强透射率高，超声耦合好。为了提高耦合效果，在探头与工件表面之间施加的一层透声介质称为耦合剂。耦合剂的作用在于排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件，达到检测的目的。此外耦合剂还有减少摩擦的作用。一般耦合剂
24、应满足以下要求：(1)能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，不难清洗。(2)声阻抗高，透声性能好。(3)来源广，价格便宜。(4)对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。(5)性能稳定，不易变质，能长期保存。超声波检测中常用耦合剂有机油、变压器油、甘油、水、水玻璃等。它们的声阻抗Z如下：耦合剂 机油 水 水玻璃 甘油Z106 kg/m2 s 1.28 1.5 2.17 2.43由此可见，甘油声阻抗高，耦合性能好，常用于一些重要工件的精确检测，但价格较贵，对工件有腐蚀作用。水玻璃的声阻抗较高，常用于表面粗糙的工件检测，但清洗不太方便，且对工件有腐蚀作用。水的来源广，价格低，常用于水浸检测，
25、但使工件生锈。机油和变压器油粘度、流动性、附着力适当，对工件无腐蚀、价格也不贵，因此是目前应用最广的耦合剂。此外，近年来化学浆糊也常用来作耦合剂，耦合效果比较好。6.3.2 影响声耦合的主要因素影响声耦合的主要因素有：耦合层的厚度，耦合剂的声阻抗，工件表面粗糙度和工件表面形状。1.耦合层厚度的影响如图6.11所示，耦合层厚度对耦合有较大的影响。当耦合层厚度为的奇数倍时，透声效果差，耦合不好，反射回波低。当耦合层厚度为的整数倍或很薄时，透声效果好，反射回波高。图6.11耦合层厚度d对耦合的影响 图6.12表面光洁度对耦合的影响2.表面粗糙度的影响由图6.12可知，工件表面粗糙度对声耦合有明显的影
26、响。对于同一耦合剂，表面粗糙度高，耦合效果差，反射回波低。声阻抗低的耦合剂，随粗糙度的变差，耦合效果降低得更快。但粗糙度也不必太低，因为粗糙度太低，耦合效果无明显增加，而且使探头因吸附力大而移动困难。一般要求工件表面粗糙度Ra不高于6.3m。3.耦合剂声阻抗的影响由图4.11还可以看出，耦合剂的声阻抗对耦合效果也有较大的影响。对于同一探测面，耦合剂声阻抗大，耦合效果好，反射回波高，例如表面粗糙度RZ=100m时 ，Z=4的甘油耦合回波比Z=5的水耦合回波高67 dB。工件表面形状的影响工件表面形状不同，耦合效果不一样，其中平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。因为常用探头表面为平面，与曲面
27、接触为点接触或线接触，声强透射率低。特别是凹曲面，探头中心不接触，因此耦合效果更差。不同曲率半径的耦合效果也不相同，曲率半径大，耦合效果好。6.3.3 表面耦合损耗的测定和补偿在实际检测中，当调节检测灵敏度用的试块与工件表面粗糙度、曲率半径不同时，往往由于工件耦合损耗大而使检测灵敏度降低。为了弥补耦合损耗，必须增大仪器的输出来进行补偿。1.耦合损耗的测定为了恰当地补偿耦合损耗，应首先测定工件与试块表面耦合损耗的分贝差。一般的测定耦合损耗差的方法为：在表面耦合状态不同，其他条件（如材质、反射体、探头和仪器等）相同的工件和试块上测定二者回波或穿透波高分贝差。下面以横波斜探头为例来说一、二次波检测时
28、耦合损耗的测定方法。一次波检测又称直射法，二次波检测又称一次反射法。一、二次波对应的水平距离为一倍跨距，常用1S表示。图6.13耦合损耗dB差值的测定（a）对比试块（b）待测试块首先制作两块材质与工件相同、表面状态不同的试块。一块为对比试块、粗糙度同试块，另一块为待测试块，表面状态同工件。分别在两试块同深度处加工相同的长横孔反射体，然后将探头分别置于两试块上，如图6.13所示，测出二者长横孔回波高度的dB差，此dB即为二者耦合损耗差。以上是一次波检测时耦合损耗差的测定法。当用二次波检测时，常用一发一收的双探头穿透法测定。当工件与试块厚度、底面状态相同时，只需在同样探测条件下用穿透法测定二者反射
29、波高的dB即可。当工件厚度小于试块厚度时，如图6.14所示。图中R1、R2分别为工件上一倍跨距离（1S）和两倍跨距（2S）测试点的底面反射波高，R为试块上一倍跨距（1S）测试点底面反射波高，在R1、R2两波峰之间连一直线，则用衰减器测得的R、R2连线高度差dB即为二者的表面耦合差补偿量。当工件厚度大于试块时，如图6.15所示。图中R1、R2分别为试块上1S和2S测试点上的底面反射波高，R为工件1S测试点上底面反射波高，则R1R2连线与R的高度差即为二者的耦合差补偿量。2.补偿方法设测得的工件与试块表面耦合差补偿是dB。具体补偿方法如下：图6.14穿透法测耦合差（工件厚小于试块）图6.15穿透法
30、测耦合差（工件厚大于试块）先用“衰减器”衰减dB，将探头置于试块上调好检测灵敏度，然后再用“衰减器”增益dB即减少dB衰减量），这时耦合损耗恰好得到补偿，试块和工件上相同反射体回波高度相同。 6.4检测仪的调节在实际检测中，为了在确定的探测范围内发现规定大小的缺陷，并对缺陷定位和定量，就必须在探测前调节好仪器的扫描速度和灵敏度。6.4.1 扫描速度的调节仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值与实际声程x（单程）的比例关系，即x=1n称为扫描速度或时基扫描线比例。它类似于地图比例尺，如扫描速度12表示仪器示波屏上水平刻度1 mm表示实际声程2 mm。检测前应根据探测范围来调节扫描速度，以便在规定的范
31、围内发现缺陷并对缺陷定位。调节扫描速度的一般方法是根据探测范围利用已知尺寸的试块或工件上的两次不同反射波的前沿分别对准相应的水平刻度值来实现。不能利用一次反射波和始波来调节，因为始波与一次反射波的距离包括超声波通过保护膜、耦合剂（直探头）或有机玻璃斜楔（斜探头）的时间，这样调节扫描速度误差大。下面分别介绍纵波、横波、表面波检测时扫描速度的调节方法。1.纵波扫描速度的调节纵波检测一般按纵波声程来调节扫描速度。具体调节方法是：将纵波探头对准厚度适当的平底面或曲底面，使两次不同的底波分别对准相应的水平刻度值。例如探测厚度为400 mm工件，扫描速度为14，现得用IIW试块来调节。将探头对准试块上厚为
32、100 mm的底面，调节仪器上“深度微调”、“脉冲移位”等旋钮，使底波B2、B4分别对准水平刻度50、100，这时扫描线水平刻度值与实际声程的比例正好为14，如图6.16（a）。图6.16纵波、表面波扫描速度的调节 图6.17横波检测缺陷位置的确定2.表面波扫描速度的调节表面波检测一般也是按声程调节扫描速度，具体调节方法基本上与纵波相同。只是表面波不能在同一反射体上形成多次反射。调节时要利用两个不同的反射体形成的两次反射波分别对准相应的水平刻度值来调节。如图6.16（b），探头置于图示位置，调节仪器使棱边A、B的反射波A波和B波分别对准水平刻度值40、65这时表面波扫描速度为11。3.横波扫描
33、速度的调节如图6.17所示，横波检测时，缺陷位置可由折射角和声程x来确定，也可由缺陷的水平距离l和深度d来确定。一般横波扫描速度的调节方法有三种：声程调节法、水平调节法和深度调节法。(1)声程调节法：声程调节法是使示波屏上的水平刻度值与横波声程x成比例，即x=1n。这时仪器示波屏上直接显示横波声程。按声程调节横波扫描速度可在IIW、CSK-I A、IIW2、半圆试块以及其它试块或工件上进行。利用IIW试块调节：IIW试快R100圆心处未切槽，因此横波不能在R100圆弧面上形成多次反射，这样也就不能直接利用R100来调节横波扫描速度。但IIW试块上有91 mm尺寸，钢中纵波声程91 mm相当于横
34、波声程50 mm的时间。因此利用91 mm可以调节横波扫描速度。下面以横波11例为说明之。如图6.18所示，先将直探头对准91 mm底面，调节仪器使底波B1、B2分别对准水平刻度50、100这时扫描线与横波声程的比例正好为11。然后换上横波探头，并使探头入射点对准R100圆心，调“脉冲移位”使R100圆弧面回波B1对准水平刻度100，这时零位才算校准。即这时水平刻度“0”对应于斜探头的入射点，始波的前沿位于“0”的左侧。以上调节方法比较麻烦，针对这一情况，我国的CSK-IA试块在R100圆弧处增加了一个R50的同心圆弧面，这样就可以将横波探头直接对准R50和R100圆弧面，使回波B（R50）对
35、50，B2，（R100）对100，于是横波扫描速度11和“0”点同时调好校准。图6.18用IIW试块按声程调横波扫描速度利用IIW2和半圆试块调节：当利用IIW2和半圆试块调横波扫描速度时，要注意它们的反射特点。探头对准IIW2试块R25圆弧面时，各反射疲的间距为25、75、75，对准R50圆弧面时，各反射波间距为50、75、75。探头对准R50半圆试块（中心为切槽）的圆弧面，各反射波的间距离为50、100、100。下面说明横波11扫描速度的调整方法。利用IIW2试块调：探头对准R25圆弧面，调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度25、100即可，如图6.19（a）。图6.19用IIW2和半圆式
36、块按声程调扫描速度(a)IIW2试块 （b）半圆试块利用R50半圆试块调：探头对准R50圆弧面，调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度0、100，然后调“脉冲移位”使B1对准50即可，如图6.19（b）。(2)水平调节法：水平调节法是指示波屏上水平刻度值与反射体的水平距离l成比例，即l=1n。这时示波屏水平刻度值直接显示反射体的水平投影距离（简称水平距离），多用于薄板工件焊缝横波检测。按水平距离调节横波扫描速度可在CSK-IA试块、半圆试块、横孔试块上进行。利用CSK-IA试块调节：先计算R50、R100对应的水平距离l1、l2： (6.2)式中K斜探头的K值（实测值）。然后将探头对准R50、R
37、100，调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度l1、l2。当K=1.0时，l1=35 mm，l2=70 mm，若使B1-35，B2-70，则水平距离扫描速度为1：1。利用R50半圆试块调节：先计算B1、B2对应的水平距离l1、l2： (6.3)然后将探头对准R50圆弧，调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度值l1、l2当K=1.0时，l1=35 mm，l2=105 mm。先使B1、B2分别对准0、70，再调“脉冲移位”使B1-35，则水平距离扫描速度为11。利用横孔试块调节：以CSK-A试块为例说明之。设探头的K=1.5，并计算深度为20、60的16对应的水平距离l1、l2：调节仪器使深度为20、
38、60的16的回波H1、H2分别对准水平刻度30、90，这时水平距离扫描速度11就调好了。需要指出的是，这里H1、H2不是同时出现的，当H1对准30时，H2不一定正也对准90、因此往往要反复调试，直至H1对准30，H2正好对准90。（3）深度调节法：深度调节法是使示波屏上的水平刻度值与反射体深度d成比例，即：d=1：n，这时示波屏水平刻度值直接显示深度距离。常用于较厚工件焊缝的横波检测。按深度调节横波扫描速度可在CSK-IA试块、半圆试块和横孔试块等试块上调节。利用CSK-IA试块调节：先计算R50、R100圆弧反射波B1、B2对应的深d1、d2： (6.4)然后调节仪器使B1、B2分别对准水平
39、刻度值d1、d2。当K=2.0时，d1=22. 4 mm、d2=44.8 mm，调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度22.4、44.8，则深度11就调好了。利用R50半圆试块调节：先计算半圆试块B1、B2对应的深度d1、d2： （6.5）然后调节仪器使B1、B2分别对准水平刻度值d1、d2即可，这时深度11调好。利用横孔试块调节：探头分别对准深度d1=40，d2=80的CSK-IA试块上的16横孔，调节仪器使d1、d2对应的16回波H1、H2分别对准水平刻度40、80，这时深度1：1就调好了。这里同样要注意反复调试，使H1对准40时的H2正好对准80。6.4.2 检测灵敏度的调节检测灵敏度是指
40、在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力，一般根据产品技术要求或有关标准确定。可通过调节仪器上的增益、衰减器、发射强度等灵敏度旋钮来实现。调整检测灵敏度的目的在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。检测灵敏度太高或太低都对检测不利。灵敏度太高，示波屏上杂波多，判伤困难。灵敏度太低，容易引起漏检。实际检测中，在粗探时为了提高扫查速度而又不致引起漏检，常常将检测灵敏度适当提高，这种在检测灵敏度的基础上适当提高后的灵敏度叫做搜索灵敏度或扫查灵敏度。调整检测灵敏度的常用方法有试块调整法的工件底波调整法两种。1.试块调整法根据工件对灵敏度的要求选择相应的试块，将探头对准试块上的人工缺陷，调整仪器上的
41、有关灵敏度旋钮，使示波屏上人工缺陷的最高反射回波达基准波高，这时灵敏度就调好了。例如，压力容器用钢板是利用5平底孔来调整灵敏度的。具体方法是：探头对准5平底孔，衰减器保留一定的衰减余量，抑制至“0”，调增益使5平底孔最高回波达示波屏满幅度50%，这时灵敏度就调好了。又如，超声波检测厚度为100 mm的锻件，检测灵敏度要求是：不允许存在2平底孔当量大小的缺陷。检测灵敏度的调整方法是：先加工一块材质、表面光洁度、声程与工件相同的2平底孔试块，将探头对准2平底孔，仪器保留一定的衰减余量，抑制至“0”调增益使2平底孔的最高回波达80%或60%高，这时检测灵敏度就调好了。2.工件底波调整法利用试块调整灵
42、敏度，操作简单方便，但需要加工不同声程不同当量尺寸的试块，成本高，携带不便。同时还要考虑工件与试块因耦合和衰减不同进行补偿。如果利用工件底波来调整检测灵敏度，那么既不要加工任何试块，又不需要进行补偿。利用工件底波调整检测灵敏度是根据工件底面回波与同深度的人工缺陷（如平底孔）回波分贝差为定值，这个定值可以由下述理论公式计算出来。 （6.6）式中x工件厚度；Df要求探出的最小平底孔尺寸。利用底波调整检测灵敏度时，将探头准工件底面，仪器保留足够的衰减余量，一般大于+（610）dB（考虑搜索灵敏度），抑制至“0”，调增益使底波B1最高达基准高（如80%），然后用衰减器增益dB（即衰减余量减少dB），这
43、时检测灵敏度就调好了。由于理论公式只适用于x3N的情况，因此利用工件底波调灵敏度的方法也只能用于厚度尺寸x3N的工件，同时要求工件具有平行底面或圆柱曲底面，且底面光洁干净。当底面粗糙或有水油时，将使底面反射率降低，底波下降，这样调整的灵敏度将会偏高。例如，用2.5p202(2.5 MHz20 mm直探头)检测厚度x=400 mm的饼形钢制工件,钢中cL=5 900 m/s,检测灵敏度为400/2平底孔(在400 mm处发现2平底孔缺陷)。利用工件底波调整灵敏度的方法如下。计算：利用理论计算公式算出400 mm处大底度与2平底孔回波的分贝差为分贝差也可由纵波平底孔AVG曲线得到，如图217中MN
44、对应的分贝差=44 dB。调整：将探头对准工件大平底面，衰减器衰减50 dB，调增益使底波B1达80%，然后使衰减器的衰减量减少44 dB，即衰减器保留6 dB，这时2灵敏度就调好了，也就是说这时400 nm处的平底孔回波正好达基准高（即400 mm处2回波高为6 dB）。如果粗探时为了便于发现缺陷，可采用使衰减器再去6 dB的搜索灵敏度来进行扫查。但当发现缺陷以后对缺陷定量时，衰减器应打回到6 dB。利用试块和底波调整检测灵敏度的方法应用条件不同。利用底波调整灵敏度的方法主要用于具有平底面或曲底面大型工件的检测，如锻件检测。利用试块调整灵敏度的方法主要用于无底波和厚度尺寸小于3N的工件检测。如焊缝检测、钢板检测、钢管检测等。此外，还可以利用工件某些特殊的固有信号来调整检测灵敏度，例如在螺栓检测中常利用螺纹波来调整检测灵敏度，在汽轮机叶轮键槽径向裂纹检测中常利用键槽圆角反射的键槽波来调整检测灵敏度。6.5缺陷位置的测定超声波检测中缺陷位置的测定是确定
