超声探伤技术.docx
《超声探伤技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声探伤技术.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
超声探伤技术
超声探伤技术
3.1无损探伤
3.1.1无损探伤种类及特点
无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查一种测试手段。
常用的无损探伤方法有射线探伤、超声探伤、磁粉探伤、渗透探伤和涡流探伤。
下面分别介绍。
（1）射线探伤
射线探伤（RT）是利用电磁波穿透工件，完好部位与缺陷部位透过剂量有差异，其程度与这两部分的材质、射线强度和透过方向与缺陷尺寸有关，从而形成缺陷影像。
射线探伤的主要特点如下：
1）图片上有完好部位与缺陷部位的黑度差形成的缺陷平面投影影象，一般无法测量缺陷的深度；
2）基本不受焊缝厚度限制；
3）要求焊缝双面靠近，检验成本高，时间长；
4）对操作人员有射线损伤
射线探伤有利于检验出夹渣、气孔等体积形缺陷。
对平行于射线方向的开口性缺陷有检出能力
（2）超声探伤
超声探伤是利用弹性波在缺陷部位形成反射或衍射的方法提取缺陷信号，其信号强度与波的类型、探伤频率，缺陷的尺寸、取向及其表面状态以及完好部位和缺陷部位的材质有关。
超声探伤的主要特点如下：
1）显示器屏幕上缺陷波的幅度与位置代表缺陷的尺寸与深度，一般较难测量缺陷真实尺寸，只有采用衍射波法可测缺陷高度；
2）厚度小于8mm时，要求特殊检验方法；
3）焊缝只须单面靠近，检验时间短，成本低；
4）对操作人员无损害。
超声探伤有利于检出裂纹类面积形缺陷。
（3）磁粉探伤
磁粉探伤是将焊缝磁化利用缺陷部位的漏磁通可吸附磁粉的现象得以形成缺陷痕迹以达到探伤效果的检测手段。
磁粉探伤限于检验铁磁材料，要完全接近与工件表面，缺陷性质容易辨认，油漆与电镀面基本不影响检验灵敏度，但应做层膜厚度对灵敏度影响的试验。
磁粉检测可以用来检表面与近表面缺陷。
（4）渗透探伤
渗透探伤的原理是利用毛细作用将带有颜色的渗透液喷涂在焊缝表面上，使其渗入缺陷内，清洗后施加显象剂显示缺陷彩色痕迹。
渗透检测适用于各种金属工件，不要电源，缺陷性质容易辨认，渗透操作到显示缺陷约半小时。
能够检测出光洁与清洁表面开口缺陷。
（5）涡流探伤
涡流探伤是利用探头线圈内流动的高频电流可在焊缝表面感应出涡流的效应，有缺陷会改变涡流磁场引起线圈输出（如电压或相位）变化来反映缺陷。
涡流探伤检验参数控制相对困难，检验结果的解释稍微困难。
可检验各种导电材料焊缝与堆焊层表面与近表面缺陷。
3.1.2焊缝探伤方法的选择
焊接结构的无损检测是检验其焊缝质量的有效方法，一般包括超射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、声发射和涡流探伤等方法。
其中超声和射线探伤适合于焊缝内部缺陷的检测，磁粉、渗透和涡流探伤则适用于焊缝表面的检验。
每一种无损检测方法都有其优点和局限性，因此应根据焊缝的材质与结构形状来选择合适的检测。
综合分析各种检测方法的特点。
不同材质焊缝探伤方法的选择见下表3-1.
表3-1不同材质焊缝探伤方法的选择
检验方法
检验对象
超声探伤
射线探伤
磁粉探伤
渗透探伤
涡流探伤
铁素体钢焊缝内部缺陷
◎
◎
×
×
—
表面缺陷
△
△
◎
◎
△
奥氏体钢焊缝内部缺陷
△
◎
×
×
表面缺陷
△
△
×
◎
△
铝合金焊缝内部缺陷
◎
◎
×
×
表面缺陷
△
△
×
◎
△
其他金属焊缝内部缺陷
—
◎
×
×
表面缺陷
—
△
—
◎
△
塑料接头焊缝
△
○
×
○
注：
◎：
很适合○：
适合△：
有附加条件时适合×：
不适合
3.2超声探伤
3.2.1超声波探伤方法
超声波探伤作为无损检验的一种重要手段，在工业上已获得广泛的应用。
目前，从仪器品种、探头种类、探伤方法、自动化水平等各方面都在不断的革新和发展中。
在超声波探伤中，由于使用的波型、发射和接收的方法、信号的显示方式、探头与工件耦合的特点、工件形状和缺陷类型、实现探伤的手段等都不相同，所以从不同的方面出发，就可以按不同的归纳方式分类。
如按自动化程度可以分为自动化探伤、半自动化探伤、手工探伤：
按缺陷在荧屏上显示的方式可以分为：
显示缺陷深度及反射波幅度的A型显示、显示在横截面上缺陷的形状和分布情况的B形显示、显示水平截面上缺陷形状和分布情况的C型显示。
所以，要想把探伤的方法按一种格式严格分类是不可能的，现仅就常用的金属超声波探伤方法综合归纳于下表。
表3-2常用超声波探伤方法的分类
脉冲反射法是目前运用最广泛的一种超声波探伤法。
它使用的不是连续波，而是有一定持续时间按一定频率发射超声脉冲。
探伤结果用示波器显示。
脉冲发射法包括纵波直探头探伤法及横波斜探头探伤法两种。
3.2.2超声探伤的设备与器材
超声检测设备与器材包括超声检测仪、探头、试块、耦合剂等，其中仪器和探头对超声检测系统的能力起关键性作用。
了解其原理、构造和作用及其主要性能，是正确选择检测设备与器材并进行有效检测的保证。
（1）超声波探伤仪
超声探伤仪是超声检测的主体设备，它的主要作用是产生电震荡并施加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波，同时接收来自探头的电信号，将其放大后以一定方式显示出来，从而得到被检工件中有关缺陷的信息。
超声波检测仪按其指示参量可以分为以下三类：
第一类指示声的穿透能量，称为穿透视检测仪。
这种仪器发射频率不变的超声连续波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小。
这种仪器灵敏度低，且不能确定缺陷深度位置，须从两侧接近工件，目前已很少使用。
第二类指示频率可变的超声连续波在工件中形成驻波的情况，可用于共振测厚，但由于只适宜检查与检测面平行的缺陷，目前已很少使用。
第三类指示脉冲波的幅度和运行时间，称为脉冲波检测仪。
这类仪器通过探头向工件周期性地发射一持续时间很短的电脉冲，激励探头发射脉冲超声波，并接收从工件中反射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间和幅度判断是否存在缺陷和缺陷大小等情况，称为脉冲反射式超声检测仪。
目前还出现了采用一发一收双探头方式，接收从工件中衍射回来的脉冲波信号，通过检测信号的返回时间来判断是否存在缺陷和缺陷大小等情况，称为衍射时差法超声检测仪，目前也在迅速的发展之中。
脉冲波检测仪的信号显示方式可分为A型显示和超声成像显示，其中超声成像显示又可分为B、C、D、S、P型显示等类。
其中A型脉冲反射式超声检测仪是适用范围最广、最基本的一种类型。
按缺陷显示方式分类，超声波探伤仪分为三种。
A型：
A型显示是一种波形显示，探伤仪的屏幕的横坐标代表声波的传播距离，纵坐标代表反射波的幅度。
由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。
B型：
B型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的传播距离，因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。
C型：
C型显示也是一种图象显示，屏幕的横坐标和纵坐标都代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，屏上显示出被探工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。
目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪都是A型显示脉冲反射式探伤仪。
除了上述按照原理的差异分类以外，根据采用的信号处理技术，超声检测仪还可分为模拟式和数字式。
目前使用的超声检测仪多为数字式。
（2）探头
超声波探头是组成超声波检测系统的最重要组件之一。
探头的性能直接影响超声检测能力和效果。
下面介绍探头的工作原理、主要性能及其及结构。
1）压电效应
某些晶体材料在交变拉压应作用下，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。
超声波探头中的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换为声能（机械能），探头发射超声波。
当探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转换为电能。
不难看出超声波探头在工作时实现了电能和声能的相互转换，因此常把探头叫做换能器。
2）探头的种类和结构
直探头用于发射和接收纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。
斜探头可分为纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头，常用的是横波斜探头。
横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝、汽轮机叶轮等。
当斜探头的入射角大于或等于第二临界角时，在工件中产生表面波，表面波探头用于探测表面或近表面缺陷。
双晶探头有两块压电晶片，一块用于发射超声波，另一块用于接收超声波。
根据入射角不同，分为双晶纵波探头和双晶横波探头。
双晶探头具有以下优点：
a.灵敏度高
b.杂波少盲区小
c.工件中近场区长度小
d.探测范围可调
双晶探头主要用于探伤近表面缺陷。
聚焦探头种类较多。
2）探头型号
探头型号的组成项目及排列顺序如下：
基本频率-晶片材料-晶片尺寸-探头种类-特征
基本频率：
用阿拉伯数字表示，单位为MHz。
晶片材料：
用化学元素缩写符号表示。
晶片尺寸：
用阿拉伯数字表示，单位为mm。
探头种类：
用汉语拼音缩写字母表示。
探头特征：
斜探头钢中折射角正切值（K值）用阿拉伯数字表示。
（3）耦合剂
超声耦合是指超声波在检测面上的声强透射率。
声强透射率高，超声耦合好。
为了改善探头与工件间声能的传递，而加在探头和检测面之间的液体薄层称为耦合剂。
耦合剂可填充探头与工件间的空气间隙，使超声波能够传入工件，这是使用耦合剂的主要目的。
耦合剂还有减少磨擦的作用。
常用耦合剂有水、甘油、机油、变压器油、化学糨糊等。
水的优点是来源方便，缺点是容易流失，容易使工件生锈，有时不易润湿工件。
液浸检测中常使用水作耦合剂，使用时可以加入润湿剂和防腐剂等。
甘油的优点是声阻抗大，耦合效果好，缺点是要用水稀释，容易使工件形成腐蚀坑，价格较昂贵。
机油和变压器油的附着力、黏度、润湿性都较适当，也无腐蚀性，价格又不贵，因此是最常用的耦合剂。
化学糨糊的耦合效果比较好，也是一种常用的耦合剂。
（4）试块
试块是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。
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
a.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。
b.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、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。
a.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。
b.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。
此外还可利用试块测量材料的声速、衰减性能等。
2）试块的分类
a.按试块来历分为：
标准试块和对比试块。
b.按试块上人工反射体分：
平底孔试块、横孔试块和槽形试块等。
3）焊缝探伤常用试块举例
a.ⅡW试块ⅡW试块是标准试块其结构尺寸如图3-1所示。
ⅡW试块材质相当于我国20号钢，正火处理，晶粒度7~8级。
在焊缝探伤中多用于仪器调试。
b.RB-2试块RB-2试块是GB11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果》中规定的焊缝检测用对比试块。
结构尺寸如图3-2所示。
RB-2试块主要用于厚度为8~100mm的对接焊缝检测，材质与被检材料的声学性能相同或相近。
图3-1ⅡW试块
图3-2RB-2试块
3.3横波斜探头探伤技术
目前检查焊缝内部质量最常用的是射线和超声波探伤法。
对于焊缝中的危险缺陷——裂纹、未焊
升级会员 