超声检测

材料学院个性化培养

超 声 波 无 损 探 伤

课 题 超声波探伤 班 级 材料成型及控制工程 姓 名 指导教师

超声检测

检测简介

无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种检测手段，Nondestructive Testing（缩写NDT）。

当今国内有关的超声波检测标准为JB/T4730.3，

GB/T11345-1989，CB/T3559-2011等，JB/T4730.3为一个比较综合性的标准，而后面两个标准为焊缝检测标准，还有其它的的钢板，铸锻件等检测标准，使用者可根据需要进行相应的查询。

超声波检测也叫超声检测，Ultrasonic Testing缩写UT，超声波探伤，是五种常规无损检测方法的一种。 超声波

一般特性

机械振动在介质中的传播过程叫做波，人耳能够感受到频率高于20赫兹，低于20000赫兹的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波。频率小于20赫兹的弹性波又叫次声波，频率高于20000赫兹的弹性波叫做超声波。次声波和超声波人耳都不能感受。

超声波的特点：

1、超声波声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性。

2、超声波在介质中传播过程中，会发生衰减和散射。

3、超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性，可以获得从缺陷界面反射回来的反射波，从而达到探测缺陷的目的。

4、超声波的能量比声波大得多。

5、超声波在固体中的传输损失很小，探测深度大，由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气体固体界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷（缺陷中有气体）或夹杂，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件中的深度、位置和形状。

超声波探伤优点及缺点

超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定位和定量。超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主客观因素影响，以及探伤结果不便

于保存，超声波检测对工作表面要求平滑，要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验，使超声波探伤也具有其局限性。

超声波探伤仪的种类繁多，但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。一般在均匀材料中，缺陷的存在将造成材料不连续，这种不连续往往有造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。

脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是A扫描式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个工件中存在一个缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。

原理

超声波探伤是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。

脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜射探伤时用横波。脉冲反射法有纵波探伤和横波探伤。在超声波仪器示波屏上，以横坐标代表声波的传播时间，以纵坐标表示回波信号幅度。对于同一均匀介质，脉冲波的传播时间与声程成正比。因此可由缺陷回波信号的出现判断缺陷的存在；又可由回波信号出现的位置来确定缺陷距探测面的距离，实现缺陷定位；通过回波幅度来判断缺陷的当量大小。 步骤

1、检测前的准备

①熟悉被捡工件（工件名称、材质、规格、坡口形式、焊接方法、热处理状态、工件表面状态、检测标准、合格级别、检测比例等）；

②选择仪器和探头（根据标准规定及现场情况，确定探伤仪、探头、试块、扫描比例、探测灵敏度、探测方式）

③仪器的校准（在仪器开始使用时，对仪器的水平线性和垂直线性进行测定。）

④探头的校准（进行前沿、折射角、主声束偏离、灵敏度余量和分辨力校准。）

⑤仪器的调整（时基线刻度可按比例调节为代表脉冲回波的水平距离、深度或声程。）

⑥灵敏度的调节（在对比试块或其他等效试块上对灵敏度进行校验。）

2、检测操作 ①母材的检验：检验前应测量管壁厚度，至少每隔90°测量一点，以便检验时参考。将无缺陷处二次底波调节到荧光屏满刻度做为检测灵敏度；

②焊接接头的检验：扫查灵敏度应不低于评定线（EL线）灵敏度，探头的扫查速度不应超过150mm/s，扫查时相邻两次探头移动间隔应保证至少有10%的重叠。

3、检验结果及评级：根据缺陷性质、幅度、指示长度依据相关标准评级。

4、对仪器设备进行校核复验。 5、出具检测报告

超声检测的方法分类 1.按原理分类

⑴脉冲反射法 超声波探头发射脉冲到工件内，根据反射波的情况来检测工件缺陷的方法。

⑵衍射时差发（TOFD） 采用一发一收双探头方式，利用缺陷部位的衍射波信号来检测和测量缺陷尺寸的一种超声检测方法。

⑶穿透法 用一发一收双探头分别放置在工件相对的两端面，根据脉冲波或连续波穿透工件之后的能量变化来检测工件缺陷的方法。 ⑷共振法 依据工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，此方法常用于工件测厚。 2.按显示方式分类

A型显示和超声成像显示 3.按波形分类

纵波法，横波法，表面波法，板波法，爬坡发

4.按探头数目分

单探头法，双探头发，多探头法

5.按探头与工件的接触方式分类

接触法，液浸法，电磁耦合发 6.按人工干预的程度分类 人工检测，自动检测

超声检测的适用范围

1.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；

2.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；

3.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等； 4.从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米； 5.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。

超声检测的物理基础

超声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播。超声检测中，主要涉及到几何声学和物理声学中的一些基本定律和概念。 机械波

机械振动在介质中的传播称为机械波。机械波由机械振动产生，机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，机械波可以是横波和纵波。常见的机械波有：水波、声波、地震波。

由于这里研究的超声波是机械波，因此下面只讨论机械波。 为了简单说明机械波的产生和传播，不妨建立如图所示弹性介质模型

图中质点间以小弹簧连接在一起，这种质点间以弹性力连接在一起的介质称为弹性介质，一般固体、液体、气体都可视为弹性介质。 当外力F作用于质点a时，a就会离开平衡位置，这时a周围的质点将对a产生弹性力，使a回到平衡位置。当a回到平衡位置时，具有一定的速度，由于惯性a不会回

到平衡位置，这时a又会受到反向弹性力，使a又回到平衡位置，这样质点a在平衡位置来回往复运动，产生振动。与此同时，a周围的质点也会受到大小相等、方向相反的弹力的作用，使它们离开平衡位置，并在各自的平衡位置附近振动，。这样弹性介质中一个质点的振动就会引起附近质点的振动，由于振动就以一定的速度由远及近地传

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