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超声波探头内，有个压电晶片，施加一个发射脉冲电压，就会产生超声波脉冲，当把探头压紧在光洁的被测工件上时，超声波束就会传入工件，以每秒数千米的声速前进，当碰到裂缝等缺陷时，从缺陷表面反射回来，传回到探头晶片上，产生回波电压。

经仪器处理后，从声波来回所花费时间，再扣除掉晶片到探头表面保护膜所化的时间（称作探头零点），乘上声速就是超声波脉冲走过的路程称作声程，也就是从探头表面，声波入射到工件的点（称作入射点）到缺陷之间的距离，同时从回波电压大小也可推算出缺陷大小。

由于发射时晶片强裂振动，震动哀减下来需要一定时间，此期间收到的回波混在余震中无法区别，故最小探测距离一般为5mm以上。

如要探测近距离缺陷，需用频率高阻尼好的探头或双晶探头。

当声波前进到工件底部时，也会产生反射。

反射方向同镜子反光规则，即垂直射入时，垂直反射回；

斜射时，反射角等于入射角，且在法线两侧。

如果工件底面平行于放置探头的探测面，垂直反射的回波仍能被探头接收到，而且工件底面面积一般来说远比缺陷大，故底面回波幅度也远比缺陷波幅度大。

底面回波简称底波。

底波回传到探测面时，又会产生反射，又会向底面传播，如此来回反射，形成2次底波，3次底波，4次底波等等。

由于存在扩散现象，反射损耗，吸收损耗等，各次底波会越来越小，经过一段时间后，能量就会耗尽，再起动下一次发射。

每秒发射次数称发射重复频率，探头移动速度快时，要求较高发射重复频率，否则会造成漏检。

如果工件底面同探测面不平行，根据反射角等于入射角原理，反射波偏向一边，底面反射波就回不到探头，也就收不到底波，故工件的上下面不平行时，是看不到底波的。

同理，如工件内部缺陷面平行于波束传播方向，也是收不到缺陷回彼的。

如缺陷面垂直于波束传播方向，收到的缺陷回波会最大，所以要根据缺陷最可能的方向，尽量选择探伤灵敏度高的探测面探伤，或选不同方向探测面反复探测，如找不到合适的探测面，也可改用斜探头。

斜探头内的晶片是倾斜安装的，射出的超声波束也是斜线进入工件的。

为表明倾斜程度，用工件内波束方向同探测面垂线之间的夹角表示。

角度越大，波束越倾斜；

声程在水平方向上的分量（也可叫投影）所占比例越大，垂直分量比例越小。

常用的60度斜探头，水平同垂直之比为1.73比1（60度正切函数值），也可用这个比值称为K值来表示，故K=1.73就是60度的斜探头，而K=0是斜探头的特例，即称为直探头，没有水平分量，垂直分量就是声程。

斜探头常用于焊缝探伤，因为焊缝表面高低不平，不能用直探头直接在焊缝上探伤，而且缺陷往往平行于焊缝，直探头的声束和缺陷面的夹角很小，也不易发现缺陷。

由于斜探头的声束是倾斜进入工件的，可以避开高低不平的焊缝表面，在焊缝一侧探伤，而且声束和缺陷面的夹角比较大，尤其是先入射到底面再斜着反射的声束正好垂直于缺陷表面，能产生比较大的反射波，容易检测到缺陷，这也称为2次波探伤。

随着探头朝远离焊缝方向移动，一直可以探到焊缝最上部，不过再移下去声束会先打到上表面，再斜着反射下来，也可打到焊缝，形成3次波探伤。

但是路程越远回波强度越弱，应尽量不用。

用1次波探到的缺陷深度，就等于声束走过的垂直分量；

用2次波探到的缺陷深度不等于垂直分量走过的路程之和。

缺陷越浅，垂直分量走过的路程之和反而越大。

例如板厚20mm，声束的垂直分量走过35mm（缺陷波出现在刻度垂直分量35mm处），这表明声束的垂直分量走20mm，碰到底面后反射向上走15mm（35-20），故缺陷深度为5mm（20-15）。

读者可在纸上画示意图理解。

由于超声波在传递过程中，强度会遂步衰减，相同大小的缺陷，在不同深度时，缺陷回波的高度是不一样的，不能用某一波高一刀切来定缺陷大小。

为了帮助判断缺陷大小，用曲线来表示某一大小的缺陷回波高度同深度的关系。

直探头探伤往往用AVG曲线，斜探头用DAC曲线。

DAC曲线是距离-波幅曲线的德文简称！

是根据相同大小缺陷以不同声程，反映回波波幅大小的曲线。

做DAC曲线是在测量探头前沿，K值、零点后做出的，起作用就是以一个基准来判定缺陷，缺陷分区及定量。

实际上是有一组曲线即：

评定线、定量线、判废线。

衰减型和增益型超声波探伤仪的区别是：

调节dB按钮或旋钮，比如说你增加dB值，同时显示屏上的波随之增高的，就是增益型，反之波降低的就是衰减型。

一般国产模拟机是衰减型，而数字机和国外的机子都是增益型，目前的趋势都是增益型。

AVG曲线

　　AVG曲线是描述规则反射体的距离、回波高及当量大小之间关系的曲线；

A、V、G是德文距离、增益和大小的字头缩写，英文缩写为DGS。

AVG曲线可用于对缺陷定量和灵敏度调整。

　　以横坐标表示实际声程，纵坐标表示规则反射体相对波高，用来描述距离、波幅、当量大小之间的关系曲线，称为实用AVG曲线。

实用AVG曲线可由以下公式得到：

　　不同距离的大平底回波dB差

　　Δ=20lgPB1/PB2=20lgX2/X1

　　不同距离的不同大小平底孔回波dB差

　　Δ=20lgPf1/Pf2=40lgDf1X2/Df2X1

　　同距离的大平底与平底孔回波dB差

　　Δ=20lgPB/Pf=20lg2λX/πDfDf

　　用以上公式计算绘制实用AVG曲线时，要统一灵敏度基准

超声波探头必须同工件表面紧密接触，中间那怕一层极薄的空气，也会产生极大衰减，在工件上刷耦合剂（例如机油）就能减少耦合损失。

如工件表面光洁度不好，而曲线是对试块做的，那末根据两者光洁度的差别，探伤时，应对增益（仪器放大量）增加一些，以补偿耦合损失。

补偿量大小可凭经验确定，也可通过先测一下底波或某一大缺陷波的波高和增益dB数，再把探测面磨光洁，重新测一下底波或某一大缺陷波达到原来波高时增益减小的dB数，就是所需补偿量。

这也积累了经验。

知道了光洁度程度和补偿量大小关系，通常，对加工过表面，如没有试块那样平整光洁，就补偿6dB左右，末加工过表面，差别很大，最好按上法做一次试验。

如曲线是对工件自身做的，就不需补偿。

超声波探伤仪不是计量仪器，不能像如游标卡尺一样，直接读出尺寸，而是有点像内外径卡一样先卡一下工件大小，再在尺子刻度上量出尺寸。

由于回波高度同仪器灵敏度高底，发射脉冲强度，探头效率，工件表面光洁度，缺陷大小，缺陷深度，缺陷面方向，缺陷面对超声波的反射能力等因素有关，所以只能用比较的方法（用已知缺陷大小来比），来探测末知缺陷，并以相对已知标准缺陷来表达所探测缺陷大小。

例如等效φ3平底孔大小，实际缺陷不一定是园孔，也不大可能是平底，方向很可能是倾斜的，后二个因素会造成反射波减小，所以实际缺陷比φ3大些。

三．试块

　　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。

1．试块的作用

（1）确定探伤灵敏度

　　超声波探伤灵敏度太高或太低都不好，太高杂波多，判伤困难，太低会引起漏检。

因此在超声波探伤前，常用试块上某一特定的人工反射体来调整探伤灵敏度。

（2）测试探头的性能

　　超声波探伤仪和探头的一些重要性能，如放大线性、水平线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力、盲区、探头的入射点、K值等都是利用试块来测试的。

（3）调整扫描速度

　　利用试块可以调整仪器屏幕上水平刻度值与实际声程之间的比例关系，即扫描速度，以便对缺陷进行定位。

（4）评判缺陷的大小

　　利用某些试块绘出的距离-波幅-当量曲线（即实用AVG）来对缺陷定量是目前常用的定量方法之一。

特别是3N以内的缺陷，采用试块比较法仍然是最有效的定量方法。

此外还可利用试块来测量材料的声速、衰减性能等。

超声波探伤一般只能检测出大于1到2mm的缺陷。

由于始波比较宽，故离探头接触面近的缺陷的回波容易被淹没在始波内，因此无法有效检测；

用频率较高的探头，能检测较小的缺陷，而且始波也较窄，故能检测较近的缺陷，但高频探头不适合粗晶粒材料和远距离检测。

1）气孔。

单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定。

从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。

产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长等。

防止这类缺陷防止的措施有：

不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。

所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

　　2）夹渣。

点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹。

渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。

这类缺陷产生的原因有：

焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。

防止措施有：

正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；

并合理选择运条角度焊接速度等。

　　3）未焊透。

反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。

其产生原因一般是：

坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。

合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

　　4）未熔合。

探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。

其产生的原因：

坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。

防止措施：

正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操作防止焊偏等。

　　5）裂纹。

回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，探头平移时反射波连续出现波幅有变动，探头转时，波峰有上下错动现象。

热裂纹产生的原因是：

焊接时熔池的冷却速度很快，造成偏析；

焊缝受热不均匀产生拉应力。

限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量，主要限制硫含量，提高锰含量；

提高焊条或焊剂的碱度，以降低杂质含量，改善偏析程度；

改进焊接结构形式，采用合理的焊接顺序，提高焊缝收缩时的自由度

影响缺陷定位、定量的主要因素及其它

　　目前A型脉冲反射式超声波探伤仪是根据屏幕上缺陷波的位置和高度来评价被检工件中缺陷的位置和大小，了解影响因素，对于提高定位、定量精度是十分有益的。

一．影响缺陷定位的主要因素

1.仪器的影响

仪器的水平线性的好坏对缺陷定位有一定的影响。

2.探头的影响

探头的声束偏离、双峰、斜楔磨损、指向性等影响缺陷定位。

3.工件的影响

工件的表面粗糙度、材质、表面形状、边界影响、温度及缺陷情况等影响缺陷定位。

4.操作人员的影响

仪器调试时零点、K值等参数存在误差或定位方法不当影响缺陷定位

二．影响缺陷定量的主要因素

1.仪器及探头性能的影响

　　仪器的垂直线性、精度及探头频率、型式、晶片尺寸、折射角大小等都直接影响缺陷回波高度。

2.耦合与衰减的影响

　　耦合剂的声阻抗和耦合层厚度对回波高有较大的影响；

当探头与调灵敏度用的试块和被探工件表面耦合状态不同时，而又没有进行恰当的补偿，也会使定量误差增加，精度下降。

　　由于超声波在工件中存在衰减，当衰减系数较大或距离较大时，由此引起的衰减也较大，如不考虑介质衰减补偿，定量精度势必受到影响。

因此在探伤晶粒较粗大和大型工件时，应测定材质的衰减系数，并在定量计算时考虑介质衰减的影响，以便减少定量误差。

3.工件几何形状和尺寸的影响

　　工件底面形状不同，回波高度不一样，凸曲面使反射波发散，回波降低，凹曲面使反射波聚焦，回波升高；

工件底面与探测面的平行度以及底面的光洁度、干净程度也对缺陷定量有较大的影响；

由于侧壁干涉的原因，当探测工件侧壁附近的缺陷时，会产生定量不准，误差增加；

工件尺寸的大小对定量也有一定的影响。

　　为减少侧壁的影响，宜选用频率高、晶片尺寸大且指向性好的探头探测或横波探测；

必要时不可采用试块比较法来定量。

4.缺陷的影响

　　不同的缺陷形状对其回波高度有很大的影响，缺陷方位也会影响到回波高度，另外缺陷波的指向性与缺陷大小有关，而且差别较大；

另外缺陷回波高度还与缺陷表面粗糙度、缺陷性质、缺陷位置等有影响。

三．缺陷性质分析

　　超声波探伤还应尽可能判定缺陷的性质，不同性质的缺陷危害程度不同，例如裂纹就比气孔、夹渣大得多。

但缺陷定性是一个很复杂的问题，实际探伤中常常根据经验结合工件的加工工艺、缺陷特征、缺陷波形和底波情况来分析估计缺陷的性质。

四．非缺陷回波的判别

　　超声波探伤中屏上常常除了始波、底波、和缺陷波外，还会出现一些其他的信号波，如迟到波、三角反射波、61°

反射波以及其他原因引起的非缺陷回波，分析和了解常见非缺陷回波产生的原因和特点也是十分必要的。

五．侧壁干涉

纵波探伤时，探头若靠近侧壁，则经侧壁反射的纵波或横波与直接传播的纵波相遇产生干涉，对探伤带来不利影响。

一般脉冲持续的时间所对应的声程不大于4λ。

因此只要侧壁反射波束与直接传播的波束声程差大于4λ就可以避免侧壁干射

仪器调节和缺陷定位

　　在实际探伤中，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。

一．零点调节

　　由于超声波通过保护膜、耦合剂（直探头）或有机玻璃楔块（斜探头）进入待测工件的，缺陷定位时，需将这部分声程移去，才能得到超声波在工件中实际声程。

　　零点一般是通过已知声程的试块进行调节，如CSK-IA试块中的R100圆弧面（斜探头）或深100mm的大平底（直探头）。

二．K值调节

　　由于斜探头探伤时不仅要知道缺陷的声程，更要得出缺陷的垂直和水平位置，因此斜探头还要精确测定其K值（折射角）才能准确地对缺陷进行定位。

　　K值一般是通过对具有已知深度孔的试块来调节，如用CSK-IA试块?

50或?

1.5的孔。

三．定量调节

定量调节一般采用AVG（直探头）或DAC（斜探头）。

仪器、探头的选择及耦合与补偿

一．探伤仪的选择

二．探头的选择

　　超声波探伤中，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。

探伤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、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。

　　横波斜探头主要用于探测与探测面垂直可成一定角度的缺陷，如焊缝中未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。

　　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。

超声波探伤频率0.5~10MHz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，使超声波探伤灵敏度约为波长的一半，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。

（2）频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。

（3）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）频率高，波长短，近场区长度大，对探伤不利。

（5）频率增加，衰减急剧增加。

　　由以上分析可知，频率的高低对探伤有较大的影响，频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对探伤有利；

但近场区长度大，衰减大，又对探伤不利。

实际探伤中要全面分析考虑各方面的因素，合理选择频率。

一般在保证探伤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2.5~5MHz；

对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用0.5~2.5MHz。

如果频率过高，就会引起严重衰减，屏幕上出现林状回波，信噪比下降，甚至无法探伤。

3.探头晶片尺寸的选择

晶片尺寸对探伤也有一定的影响，选择晶片尺寸进要考虑以下因素：

（1）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，对探伤有利。

（2）晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对探伤不利。

（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的影响。

实际探伤中，探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效率宜选用大晶片探头；

探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头；

探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头；

探伤表面不太平整，曲率较低较大的工件时，为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。

4.横波斜头K值的选择

　　在横波探伤中，探头的K值对探伤灵敏度、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。

K值大，一次波的声程大。

因此在实际探伤中，当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤；

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。

在焊缝探伤中，不要保证主声束能扫查整个焊缝截面；

对于单面焊根未焊透，还要考虑端角反射问题，应使K=0.7~1.5,因为K<

0.7或K>

1.5，端角反射很低，容易引起漏检。

三．耦合

　　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而耦合剂。

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，达到探伤的目的；

耦合剂还有减少磨擦的作用。

　　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。

四．表面耦合损耗的补偿

　　在实际探伤中，当调节探伤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探伤灵敏度降低，为了弥补耦合损耗，必须增大仪器的输出来进行补偿。