《超声检测》课后习题Word文档格式.docx

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13.近场与远场

在超声场中，通常把声束轴向上声压有多次极大值和极小值的区域称为近场。

近场以外的区域称为远场。

14.散射与衍射

超声波在介质中传播时，遇到粗大晶粒之间的界面便产生明显的反射、折射，使得超声波的传播路径朝向四面八方，这种现象称为散射。

波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播的现象，称为波的衍射。

二、选择题

1.A2.A3.C4.E5.B6.A7.D8.A

9.D10.B11.C12.D13.A14.D15.A16.B

17.B18.A19.D20.B

三、判断题

1.√2.×

3.√4.×

5.√6.×

7.×

8.×

9.√10.×

11.×

四、问答与计算

1.当薄层的厚度为半波长的整数倍或小于四分之一波长时，声压的往复透过率最高。

此外，当薄层界面两侧介质声阻抗不相等时，薄层的厚度为四分之一波长的奇数倍，且薄层的声阻抗为两侧介质声阻抗的几何平均值时，声压的往复透过率最高。

2.波形转换是指超声波在产生反射或折射时由一种波型转换成另一种波型的现象。

它与发生反射或折射的界面两侧介质的声阻抗、入射的角度、入射的波型、声速等因素有关。

3.超声波在介质中传播时，其声能随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的能量衰减。

衰减的原因主要有两个方面：

一方面是超声波在其传播过程中由于反射和散射，使其一部分声能偏离其传播方向，而造成探测方向上声能的减小。

另一方面是介质的吸收作用，将一部分声能转化成另一种能量（往往是热能），而使声强减小。

衰减的类型有扩散衰减、散射衰减、吸收衰减。

4.指向性是指超声波声束集中在特定的方向上，向光波一样在介质中沿直线传播的能力。

超声波的指向性与超声波的类型、频率、介质的种类和波源的大小等因素有关。

5.理想声场轴线上声压存在一系列极大值和极小值，且最大值为2P0，极小值为零。

实际声场轴线上声压虽然也存在很多极大值和极小值，但是声压的波动幅度小，极大值远小于2P0，极小值远大于零。

在远场区，实际声场与理想声场轴线上声压分布基本一致。

6.采用当量法确定的缺陷大小称为缺陷的当量尺寸。

工件中缺陷的类型、取向和表面状况各不相同，其反射回波变得非常复杂。

仅仅依靠反射回波声压高低很难精确确定缺陷的真实大小，有时回波声压相同的缺陷实际大小可能相差很大。

为此特引用当量法解决这一问题。

7.解：

；

8.解：

①

②

③

9.解：

由题意设未知波高为H，则

10.解：

11.解：

1）

2）

3）

4）

12.解：

13.解：

30°

＞27.6°

，所以此时折射的纵波的折射角为90°

（已成表面波）。

4）能。

14.解：

第二单元超声检测设备

一、选择题

1.A2.3.C4.C5.A6.B7.C8.D9.B10.C第2题的答案选项中没有

二、判断题

3.×

4.√5.×

6.×

7.√8.√9.×

10.√

三、问答与计算

1答：

常用的分类方法有三种，1.按照超声波的特征分类，可以分为：

脉冲波超声波探伤仪、连续波超声波探伤仪和调频波超声波探伤仪；

2.按缺陷显示方式分为：

A型显示超声波探伤仪、B型显示超声波探伤仪和C型显示超声波探伤仪；

3.按仪器的通道数目分为：

单通道探伤仪和多通道探伤仪。

2.答：

主要旋钮有发射插座、接收插座、作方式选择、发射强度、粗调衰减器、细调衰减器、抑制、增益、定位游标、聚焦、深度范围、深度细调、脉冲移位等旋钮。

各旋钮的功能如59页标-1所示

3.答：

实现电/声能量相互转换

4.答：

某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。

反之，当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。

正、逆压电效应统称为压电效应。

探头发射超声波的过程产生逆压电效应；

探头接收超声波的过程产生正压电效应。

5.答：

常用的有压电单晶体比如石英、硫酸锂、磺酸锂、铌酸锂

，压电多晶体比如钛酸钡、钛酸铅、PZT-4、PZT-5、PZT-8，其性能特点见书上71页表2-2.

对于压电超声换能器用的压电材料，其性能要求如下：

（1）性能指标适当，以满足具体使用要求为度，不宜过分追求各项性能的高指标；

（2）工作性能要稳定、可靠；

（3）价格低廉，加工方便。

超声波探头对晶片的要求：

（1）机电藕合系数K较大，以便获得较高的转换效率。

（2）机械品质因子Qm较小，以便获得较高的分辨力和较小的盲区。

（3）压电应变常数d33，和压电电压常数g33较大，以便获得较高的发射和接收灵敏度。

（4）频率常数Nt较大，介电常数ε较小，以便获得较高的频率。

（5）居里温度TC较高，声阻抗Z适当。

6.答：

超声波探伤用探头的种类很多，根据波型不同分为纵波探头、横波探头、表面波、板波探头等。

根据耦合方式分为接触式探头和液（水）浸接头。

根据波束分为聚焦探头和非聚焦探头。

据晶片数不同分为单晶探头和双晶探头等。

此外还有高温探头、微型探头等特殊用途探头。

直探头主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。

横波斜探头是利用横波探伤，主要用于探伤与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝探伤、汽轮机叶轮探伤等。

7.答：

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样，通常称为试块。

试块和仪器、探头一样，是超声波探伤中的重要工具。

其作用为1.确定探伤灵敏度2.测试仪器和探头的性能3.调整扫描速度4.评判缺陷的大小

8.答：

CSK-ⅠA试块有三点改进：

（1）将直孔Ф50改为Ф50、Ф44、Ф40台阶孔，以便于测定横波斜探头的分辨力；

（2）将R100改为R100、R50阶梯圆弧，以便于调整横波扫描速度和探测范围；

（3）将试块上规定的折射角改为K值，从而可直接测出横波斜探头的K值。

CSK-ⅠA试块的其它功能同ⅡW试块，材质一般同工件。

9.答：

探伤仪的主要性能：

垂直线性、水平线性、动态范围等；

探头的主要性能：

相对灵敏度、斜探头入射点和K值、主声束偏离和双峰、探头的声束特性等

10.答：

该仪器的水平线性为1%，标准要求的小于2%，所以该仪器水平线性合格。

11.答：

该仪器分辨力为：

12.答：

中心切槽后（其波形如图a所示），会有槽对声波的反射，所以等间距会有反射波出现；

还有右边弧面的反射波与左边弧面的反射波叠加，在屏幕上奇次波的位置出现，所以奇次波比偶次波要高。

中心没有切槽时（其波形如图b所示），只有左边弧面的反射波会被探头接收，一次波被左边弧面反射后直接被探头接收，所以声程为1R，没有槽时，反射回探测面的回波全部会反射到右边弧面，在全反射回探测面时，不会被探头接收，会全反射到左边弧面，只有被左边弧面全反射回去后才能被探头接收，所以后面各次波的间距是2R。

第三单元超声检测的工艺

1.C2.C3.B4.D5.D6.D7.D8.D9.F10.B

1.×

2.×

4.√5.√6.√7.√8.×

9.×

1.答：

将工件中自然缺陷的回波与同声程的某种标准反射体的回波进行比较，两者的回波等高时，标准反射体的尺寸就是该自然缺陷的当量尺寸。

当量仅表示对声波的反射能力相当，并非尺寸相等。

AVG曲线是描述规则反射体的距离、回波高、当量大小三者之间相互关系的曲线。

AVG是德语距离、增益、大小的字头缩写，英语缩写为DGS。

它分为通用AVG曲线和实用AVG曲线两大类。

超声波检测时，为了增强超声波的透声能力，减少超声波在工件表面的能量损失，施加在工件表面的一层透声介质，称为耦合剂。

影响声耦合的因素有耦合剂种类、耦合层厚度、工件表面粗糙度、工件形状等。

探伤灵敏度是指在确定的探测范围的最大声程处发现规定大小缺陷的能力。

有时也称为起始灵敏度或评定灵敏度。

通常以标准反射体的当量尺寸表示。

实际探伤中，常常将灵敏度适当提高，后者则称为扫查灵敏度或探测灵敏度。

调节探伤灵敏度常用的方法有试块调节法和工件底波调节法。

试块调节法包括以试块上人工标准反射体调节和水试块底波调节两种方式。

工件底波调节法包括计算法，AVG曲线法，底面回波高度法等多种方式。

缺陷定量是指确定工件中缺陷大小的过程。

定量的方法有试块比较法、当量计算法、曲线法等。

按规定的灵敏度基准。

根据探头移动距离测定的缺陷长度称为缺陷的指示长度。

测定缺陷指示长度的方法分为相对灵敏度法和绝对灵敏度法两大类。

①相对灵敏度法：

是以缺陷最高回波为相对基准。

沿缺陷长度方向移动探头，以缺陷波辐降低一定的dB值的探头位置作为缺陷边界来测定缺陷长度的方法。

②绝对灵敏度法：

是沿缺陷长度方向移动探头，以缺陷波幅降到规定的测长灵敏度的探头位置作为缺陷边界来测定长度的方法。

扫描速度

。

B1和B3分别对准水平刻度25和75。

实际的扫描速度为

B1对应的水平刻度值是

水平刻度40处的缺陷波对应的声程是

由题得

找到工件的底波B1，并调至基准波高。

然后将衰减器增益45.4分贝，这时500/Φ2的灵敏度就调好了。

然后将衰减器增益41分贝，这时300/Φ2的灵敏度就调好了。

，找到工件的底波B1，并调至基准波高。

然后将衰减器增益31.5分贝，这时400/Φ4的灵敏度就调好了。

2）

，故将150/Φ2的波高调至基准波高，400/Φ4的灵敏度就调好了。

根据斯聂耳定律得

所以实际K值为

1）工件的厚度为10mm，应按厚度20mm来选择灵敏度。

由表可知孔深20mm和30mm处的分贝差为3dB，因此在d=30mm处Φ2×

40的孔的衰减器读数增益（3-14）dB，即增益11分贝。

2）d=30mm处波高为43分贝的缺陷当量为Φ2+3dB；

d=50mm处波高为43分贝的缺陷当量为Φ2-8dB；

1）由表可知孔深100mm和30mm处的分贝差为-16dB，因此在d=30mm处Φ2×

40的孔的衰减器读数增益（-14-16）dB，即增益30分贝。

2）d=30mm处波高为28分贝的缺陷当量为Φ2-13dB。

第四单元超声检测的应用

1.B；

2.D；

3.D；

4.D；

5.B；

6.B；

7.D；

8.B；

9.A；

10.B

2.×

3.√；

4.×

5.√；

6.×

7.×

8.√；

9.×

10.×

根据板材的材质不同，板材可分为钢板、铝板、铜板等。

根据厚度不同，在超声检测中

常把板厚小于6毫米的钢板称为薄板，其它厚度的钢板称为中厚板（中板厚度δ=6～40mm，

厚板δ＞40mm）。

一般地，钢板中大部分缺陷具有明显的方向性，多数缺陷平行于板面，

且面积性缺陷居多。

中厚板的检测方法有纵波直探头法、横波斜探头法、水浸法、穿透反射法等。

分层缺陷往往面积较大且平行于检测面，其回波较高、底波很低甚至消失。

较小的夹杂物往往是缺陷波和底波同时存在。

由于声阻抗的原因，夹杂物的回波不一定很高。

应注意：

①当板厚低于20mm时，应以F2来评价缺陷。

②水浸法检测时，应确保水层厚度一致。

③结合钢板缺陷特征分析。

水距应保证水/钢界面回波与钢板底面回波重合，即水层厚度满足

当板材厚度很小，难以清晰分辨界面回波和底波时，可采用穿透反射法。

其局限在于装置复杂且对于小尺寸缺陷灵敏度不如直接反射法。

当板厚、频率和波速之间满足一定的关系时，将在一个板厚与波长相当的薄板中产生另一种波动形式，那就是板波。

板波是1916年由莱姆首先从理论上发现的，故又称莱姆波。

莱姆波在传播过程中，介质质点的振动充满整个板厚，沿板厚方向上大致可分为三层振动状态。

莱姆波的声速有相速度和群速度之分。

相速度即所有相同周期的振动质点的轨迹所形成的面在介质中移动的速度。

几种不同频率、振幅、相位的波同时向前传播，互相影响，形成复杂的合振动，这种合振动的最大振幅的移动速度，即群速度。

激励莱姆波需满足板厚、频率和波速成一定的关系，最常用的产生板波的方法是通过透声斜楔将纵波斜入射至薄板的方式。

它与一般纵波、横波检测时的要求存在很大的不同，如：

为了易于激励板波，要求激励脉冲持续时间长，晶片尺寸大；

为使激励的板波模式相对单一，超声检测仪发射脉冲的带宽和接收放大器的带宽要求尽可能窄。

为了达到最佳检测效果，板波检测应选用具有窄带滤波的检测仪。

板波在传播过程中，如果遇到板的端面或缺陷，不仅会产生反射，而且根据缺陷形状的不同会产生板波模式的转换。

区分板端横波和莱姆波的方法之一是：

板波的衰减与距离不成单纯的比例关系或者根据检测到的缺陷位置都可以区分。

缺陷在板中的位置可通过显示屏上端面反射波前的缺陷回波的位置确定，或在声束传播路径上利用油滴或用粘油的手指压按法判断。

无直接关系。

板波的反射波高与缺陷迎波面的形态有关，与缺陷面积关系不大。

因此，板波检测不能根据反射波高度确定缺陷的大小。

对于大面积的缺陷，如分层，可使波从四周入射，以定出周界或确定长度。

复合板的检测主要是检查复合层与基材之间的结合情况，这种缺陷类似于普通板材中的分层缺陷，因此常采用垂直纵波检测法。

结合面回波信号的强弱程度与复合板基材与复合层声阻抗差异大小有关。

13.答:

（1）缩孔和缩管-缩孔和缩管都是在浇铸钢锭的过程中形成的。

（2）疏松-疏松的形成机理与缩孔基本相同，它可以看作是集中于某一区域的、分散的、细小的缩孔。

（3）夹杂-金属夹杂是金属冶炼过程中加入较多较大尺寸的合金，或者浇注时飞溅小粒或异种金属落入后未被熔化而形成的缺陷。

（1）白点白点是由于氢的存在造成局部应力过大而产生的小裂纹。

（4）裂纹-锻件中裂纹的形成原因主要有以下几种：

一是冶金缺陷在锻造时扩大形成的裂纹。

如锻造过程中加热温度过高、加热速度过快、变形不均匀、变形量过大、冷却速度过快都容易导致形成裂纹。

二是在热处理过程中形成的裂纹。

如淬火时温度过高、冷却不当、回火不及时或不当都可能引起产生裂纹。

（5）折叠-折叠是锻造时热金属的突出部位被压折、压入锻件表面而形成的缺陷。

14.答：

（1）绝大部分锻件晶粒细小，因此可用较高频率的超声波探伤。

（2）大部分缺陷取向一致，以直探头检测为主。

15.答：

因为孔、槽、台阶等复杂形状会形成超声声束无法到达的区域，增加了检测的盲区，并且有可能产生因形状引起的非缺陷干扰波，影响检测的准确度。

在热处理后进行检测，有利于发现热处理过程中产生的缺陷，如热处理裂纹等。

16.答：

直探头径向检测、直探头轴向检测、斜探头周向检测、斜探头轴向检测等。

目的是检测出锻件中各个方向的缺陷。

17.答：

直探头径向和轴向检测、斜探头周向检测、斜探头轴向检测。

18.答：

除了纵波检测外，还需要根据流线分布，增加特定角度的纵波斜入射检测和横波检测。

19.答：

焊接接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷。

外部缺陷指焊缝外观尺寸不符合要求，如咬边、焊瘤、表面气孔、表面裂纹缺陷等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测。

常见的内部缺陷有气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。

（缺陷特点见教材P135～136）。

20.答：

在焊缝检测中，由于焊缝余高的影响及焊缝中存在的缺陷往往是与检测面近于垂直或形成一定角度，所以在一般情况下采用超声波倾斜入射到工件内部的检测方法，即横波检测法。

21.答：

探头K值或折射角的选择应从三方面考虑：

第一，能使声束扫查到整个焊缝截面。

第二，使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直。

第三，保证有足够的检测灵敏度。

22.答：

要求被检测面的修整宽度：

23.答：

缝中的纵向缺陷应选择横波检测法在焊缝单面单侧或单面双侧进行锯齿形扫查，扫查时，探头要作10°

～15°

的转动，以便发现与焊缝倾斜的缺陷。

横向缺陷应选择横波检测法在焊缝的双面双进行检验，探头可作平行扫查和串列式扫查。

24.答：

锯齿形扫查、前后、左右、环绕、转角扫查等方式主要用于检测纵向缺陷。

斜平行、平行扫查、交叉扫查等方式主要用于检测横向缺陷。

串列式扫查主要用于检测垂直于检测面的缺陷。

25.答：

实际检测时，可在缺陷波幅度最大时的探头实际位置直接用尺子量出所对

应的缺陷位置，先直接判断缺陷是否在焊缝中。

然后可根据缺陷回波在时基线上的位置，判断是直射法还是一次反射法，再根据相应公式确定缺陷的水平位置与垂直深度。

26.解：

27.答：

T形角焊缝由翼板和腹板焊接而成，坡口开在腹板上。

检测方式有以翼板为检测面的直探头法、以腹板为检测面的斜探头法、以翼板外侧或内侧为检测面的斜探头法。

28.答：

管座角焊缝的结构形式有插入式和安放式两种。

插入式管座角焊缝是接管插入容器筒件内焊接而成，可采用以下几种方式检测：

①采用直探头在接管内壁进行检测。

②采用斜探头在容器筒体外壁利用一、二次波进行检测。

③采用斜探头在接管内壁利用一次波检测。

也可在接管外壁利用二次波检测，但后者灵敏度较低。

安放式管座角焊缝是接管安放在容器筒体上焊接而成，可采用以下几种方式检测:

①采用直探头在容器筒体内壁进行检测。

②采用斜探头在接管外壁利用二次波进行检测。

③采用斜探头在接管内壁利用一次波进行检测。

29.答：

铝焊缝的特点是导热率大、热膨胀系数大、材质衰减系数小、塑性好、强度低。

此外，铝中纵波声速比钢大，横波声速比钢小。

因此宜选用较高的频率检测、不宜用碱性耦合剂。

30.答：

管材检测最常用的超声检测技术是水浸式横波检测法。

主要用于检测沿管轴方向的裂纹、折叠、分层和夹杂等缺陷。

对于与管轴方向平行的夹层缺陷，一般采用垂直入射或联合双斜探头进行检测。

对于垂直于管轴的径向缺陷，可采用与管轴在同一平面内的斜入射进行检测。

对于平行于管轴的径向缺陷，可采用垂直于管轴的斜入射方向进行检测。

31.答：

从超声检测的角度，薄壁管和厚壁管的界限是在管材中得到的纯横波并能到达内壁，通常认为管厚度与管外径比小于0.2的为薄壁管，大于0.2的为厚壁管。

小直径薄壁管外径小，曲率大，探头难以与管材表面直接耦合；

管壁薄，声束在管材大曲率内壁上发散较为严重，很难采用直接接触法检测，因此常采用水浸法。

水浸检测时可采用聚焦探头，提高了检测灵敏度和分辨力，而且便于实现自动化检测。

32.答：

线聚焦是将超声束聚焦成一条直线的方法，点聚焦是将超声束聚焦成一个圆点的方法。

线聚焦检测速度快，点聚焦检测速度慢。

但点聚焦探头比线聚焦探头的检测灵敏度高，线聚焦探头不宜检测短伤，线聚焦探头只适于检测近似聚焦线长度以上的长伤。

33.答：

主要原因是铸件的晶粒粗大和组织不致密性。

34.答：

分层法检测是检测时将铸件厚度分为若干层，每一层分别采用该层的深度调整灵敏度进行检测。

厚度特别大的铸件一般采用分层大检测。

如果用缺陷回波法进行检测厚度比较大的铸件时，检测灵敏度按最大厚度的调整，由于晶粒粗大散射引起的杂波信号和缺陷信号难以分别。

使用分层检测法对于近表层，厚度小，声衰减小，仪器增益较低，杂波信号相应下降，因此，分层检测法是解决铸件检测时不被杂波干扰的一种有效措施。

35.答：

一般厚度不大又经过热处理的铸件，检测频率采用2~5MHz；

厚度较大或未经热处理的铸件，多采用0.5~1MHz；

铸钢，检测频率采用2.5MHz以下。

36.答：

铸件表面比较粗糙，检测时应选用粘度较大的耦合剂，如机油、甘油等。

更粗糙的表面可用水玻璃做耦合剂。

第五单元超声检测工艺文件的编制与管理

1.C；

3.C；

4.A；

5.D；

6.D；

7.B；

9.B；

10.C

1．×

3.×

5.×

6.√；

9.√；

10×

11.√

三、问答

检测标准是给出某种超声检测技术或某类产品超声检测的通用技术要求，其使用规范是由全国各行业或是某行业内部，或某企业内部给出的。

检测工艺规程则是依据这些标准编制的针对某种或某类产品的检测程序要求，一般在企业内部使用。

检测工艺卡是为具体的针对某一产品的详细检测要求。

从内容上讲，标准、检测规程和检测工艺卡为对象的限定性是逐级增强的，相应的检测工艺参数也是逐级增加的。

编制超声检测工艺规程需要考虑委托单位的要求，工件的结构特点及有关法规、标准等。

超声检测工艺卡是为某具体零件的检测的实施提供准确的工艺指导，以保证检测实施的正确性，以及检测结果的一致性和可重复性。

超声检测人员遵照检测工艺卡内容实施监测，超声检测工艺卡是产品质量的保证。

4.工艺规程如下：

1.适用范围

（1）本规程适用于化工等行业的压力容器焊缝的超声检测。

（2）本规程适用于材料厚度不小于6mm的非奥氏体钢制全焊透熔焊对接焊缝、角接焊缝的脉冲反射法手工超声检测。

（3）本规程不适用于铸钢及奥氏体不锈钢焊缝；

外径小于159mm的钢管对接焊缝；

内径小于200mm的管座角焊缝及外径小于250mm和内外径之比小于80%的纵向焊缝。

2.引用标准

JB/T4730-2005承压设备无损检测。

JB/T10062-1999超声波检测用探头性能测试方法；