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1、第5章,超声检测方法分类与特点,主要的超声波检测方法,按原理：脉冲反射法、衍射时差法（TOFD）、穿透法、共振法按显示方法：A型显示、超声成像显示按波形：纵波、横波、表面波、板波、爬波按探头数量：单探头、双探头、多探头按探头与工件接触方式：接触法、液浸法、电磁耦合法按人工干预程度：手工、自动,5.1.1 脉冲反射法,1.缺陷回波法 根据屏幕显示的波形对缺陷进行分析判断的方法；以回波传输时间定位，回波幅度定量。2.底波高度法 依据底面回波的高度变化判断缺陷情况的方法；多用于锻件或钢板探伤，作为一种辅助手段配合缺陷回波法检测倾斜、小而密集的缺陷。要求检测面与底面平行，且定位定量不便，灵敏度低。3.
2、多次底波法 用于薄的、检测面与底面平行的工件，灵敏度低。,5.1.2 衍射时差法,衍射时差法，简称TOFD，是利用缺陷的衍射波来检测和确定缺陷尺寸的方法，通常使用一对纵波斜探头，一收一发工作。TOFD检测可显示A扫描信号和TOFD图像，信号主要包括直通波、上端点衍射波、下端点衍射波、底面反射波。TOFD的扫查方式分为非平行扫查（探头运动方向与声束方向垂直）、平行扫查、偏置非平行扫查。,5.1.2 衍射时差法,衍射时差法的优点：1）缺陷的衍射信号与缺陷的方向无关，检出率高。2）超声波声束覆盖区域大。3）缺陷高度测量准确。4）实时成像，可快速分析 5）缺陷定量不依赖于回波幅度 6）快速、安全、方便
3、衍射时差法的局限：扫查面与底面存在几毫米的盲区；信号弱，易受噪声影响；对检测人员要求高；过分夸大分层或气孔缺陷。,5.2.1 A型显示,A型显示是将超声信号的幅度和传播时间以直角坐标的形式显示出来的方法，纵坐标为回波幅度，横坐标为声波传播时间。A型显示的脉冲反射法是目前最常用的超声波检测方法。采用该方法，简单、实用，但是受检测人员的素质、经验等人为因素的影响较大。,5.3.1 纵波法,纵波传播速度快，穿透力强，由于波长大，所以对晶界反射或散射不敏感，可用于粗晶材料的检测，而且可检测工件厚度最大。1.纵波直探头法：分为单晶和双晶；前者有盲区，用于厚工件远场区检测；后者可用于检测薄壁工件和近表面缺
4、陷。2.纵波斜探头法：如小角度纵波斜探头检测螺栓；纵波斜探头检测奥氏体钢焊缝；TOFD检测一般也用纵波斜探头。,5.3.2 横波法,将纵波倾斜入射至工件检测面，利用波型转换得到的横波进行检测的方法。按照产生横波的方式又分为：1）斜楔法，晶片发出的纵波通过一定倾角的斜楔到达接触面，并在界面处发生波型转换，从而在工件中产生倾斜的横波。2）水浸法，利用水浸探头，在水中改变声束入射到检测面的入射角，从而在工件中产生所需波型和角度的折射波。横波法主要用于焊缝和管材的检测。,5.3.3 表面波法,利用表面波检测近表面缺陷的方法。由于表面波仅在固体表面下几个波长范围内传播，通常只能检测表面下2倍波长以内的缺
5、陷。表面波的声速约为纵波的一半，比横波速度略小；在钢中大约为3000m/s。表面波产生方法有Y切石英法和纵波折射法（利用第二临界角原理，这是纵波的入射角满足sin i=cl/cr，约为620 640。,5.3.3 表面波法,表面波会在工件的棱边处产生反射，棱角越小，反射信号强度越大，当棱角大于170度时，反射信号几乎降到零；影响表面波检测的因素：表面油污和液渍等会使表面波迅速衰减，如果油污较大还会产生回波，影响缺陷判断。表面粗糙度对表面波传播有明显的影响，粗晶材料也会对表面波产生衰减作用。曲面会影响表面波的传播速度，凸曲面加快，凹曲面减缓，曲率半径越小，变化也越大。,5.3.3 表面波法,表面
6、波会在工件的棱边处产生反射，棱角越小，反射信号强度越大，当棱角大于170度时，反射信号几乎降到零；影响表面波检测的因素：表面油污和液渍等会使表面波迅速衰减，如果油污较大还会产生回波，影响缺陷判断。表面粗糙度对表面波传播有明显的影响，粗晶材料也会对表面波产生衰减作用。曲面会影响表面波的传播速度，凸曲面加快，凹曲面减缓，曲率半径越小，变化也越大。,5.4 按探头数目分类,1.单探头法：一个探头兼具发射和接受超声波的功能。操作方便，可以检测大多数缺陷。局限之处在于只能检测与波束垂直或倾角不大的面状缺陷以及立体型缺陷。2.双探头法：分为并列式，交叉式、V形串列式、K形串列式、串列式（见书P163的图）
7、。3.多探头法：两个以上的探头组合在一起进行检测的方法，通常为自动化检测。,5.5.1 接触法和液浸法,探头与检测面之间有很薄的耦合剂涂层，可以看做两者直接接触，称为接触法。将工件浸在液体中，以液体为耦合剂进行检测的方法称为液浸法，液浸法分为全浸没式和局部浸没式，后者又分为喷液式、通水式、满溢式。,5.5.1 接触法和液浸法,各自的优缺点：接触法优点：手工检测，操作方便；设备简单，成本低；直接耦合，穿透厚度大。接触法缺点：受人为因素影响大，耦合不稳定，对表面的粗糙度要求较高。液浸法优点：不直接接触，信号收发稳定；可方便的改变声束方向，扩大检出范围；探头使用寿命长；便于实现自动检测减少人为因素的影响；可实现聚焦声束，提高灵敏度。液浸法缺点：超声波在液体和工件表面的反射损失的大量能量，需要较高的增益，厚工件可能无法检测，同时高增益会带来噪声干扰。,5.6 手工和自动检测,各自的优缺点：手工法优点：操作方便；设备简单；适用范围广。手工法缺点：受人为因素影响大，超声信号无法连续记录，难以保证结果的可靠性和复现性。自动法优点：快速、高效可自动完成检测和记录，受人为因素影响小；可实时成像。自动法缺点：设备成本高，对人员要求高。,
