第二节 仪器与探头的选择.doc

1第二节 仪器与探头的选择一、探伤仪选择1. 仪器和各项指标要符合检测对象标准规定的要求2. 其次可考虑检测目的，如 对定位要求高时， 应选择水平 线性误差小的仪器，选择数字式探伤仪更好对定量要求高 时， 应选择垂直线性 误差小，衰减器精度高的仪器，对大型工件或粗晶材料工件探伤，可选择 功率大，灵敏度余量高，信噪比高，低频性能好的仪器 对近表面缺陷检测要求高时，可选择盲区小，近区分辨好的仪器主要考虑：灵敏度、分辨力、定量要求，定位要求和便携、稳定等方面二、探头选择1. 型式选择：原则为根据检测对象和检测目的决定：如：焊缝——斜探头钢板、铸件——直探头钢管、水浸板材——聚焦探头 （线、点聚集）近表面缺陷——双晶直探头表面缺陷——表面波探头2. 探头频率选择超声波检测灵敏度一般是指检测最小缺陷的能力，从 统计规 律发现当缺陷大小为 时，可2稳定地发现缺陷波，对钢工件用 2.5~5MHZ，λ为：纵波 2.36~1.18，横波 1.29~0.65，则纵波可稳定检测缺陷最小值为：0.6~1.2mm 之间，横波可稳定检测缺陷最小值为：0.3~0.6 之间这对压力容器检测要求已能满足故对晶粒较细的铸件、轧制件、焊接件等常采用 2.5~5MHZ。

对晶粒较粗大的铸件、奥氏体 钢等因会出现许多林状反射， （由材料中声阻抗有差异的微小界面作为反射面产生的反射），也和材料噪声干 扰缺陷检测，故采用较低的 0.5~2.5MHZ 的频率比较合适，主要是提高信噪比，减少晶粒反射此外应考虑检测目的和检测效果，如从 发现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对大工件因声程大频率增加衰减急剧增加 对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸时，则声束指向性变坏，不利于检测远场缺陷，所以应综 合考虑3. 晶片尺寸选择：原则：① 晶片尺寸要 满足标准要求，如满足 JB/T4730-2005 要求，即晶片面积≤500mm 2，任一边长≤ 25mm②其次考 虑检测 目的，有利于发现缺陷，如工件 较薄，则晶片尺寸可小些，此时 N 小铸件、厚工件则晶片尺寸可大些，N 大、 θ0 小 发现远距离缺陷能力 强③考虑检测 面的 结构情况如对小型工件，曲率大的工件复 杂形状工件为便于耦合要用小晶片，对平面工件，晶片可大一些4. 斜探头 K 值选择：原则：① 保证声束 扫到整个检测断面， 对不同工件形状要具体分析 选择②尽可能使 检测 声束与缺陷垂直，在条件许可时，尽量用 K 大些的探头。

薄工件 K 大些，2厚工件 K 可小些③根据 检测对 象选 K：如单面焊根部未焊透，选 K=0.7-1.5，即在 K=0.84-1 时检测灵敏度最高第三节 耦合与补偿耦合就是实现声能从探头向工件的传递，它可用探 测面上声 强透过率来表示耦合的好坏，声强透过率高，表示声耦合好3一、耦合剂——在工件与探头 之间表面，涂敷液体、排除空气，实现声能传递该液体即耦合剂实际耦合剂声阻抗在 1.5~2.5×106 公斤/米 2，而 钢声阻抗为 45×106 公斤/米 2所以靠耦合剂是很难补偿曲面和粗糙表面对探测灵敏度的影响水银耦合效果最好，声阻抗为 ：19.8×106kg/m2 与钢接近，但有毒、很贵，故不推荐对耦合剂的要求：①对工件表面和探头表面有足够浸润性，并既有流 动性，又有附着力强，且易清洗②声阻抗大，应尽量和被检工件接近③对人体无害，对工件无腐蚀作用④来源广，价格低廉⑤性能 稳定二、影响声耦合的主要因素3. 耦合层厚度 d：在均匀介质中：最好：d=n· 2即半波长整数倍时声压透射率为 1，几乎无反射，声能全部透射好象耦合层不存在最不好：d=（2n+1） 4即四分之一波长奇数倍时，声 压透射率最低，反射率最高。

此时相当于钢保护膜直探头探测钢件根据均匀介质中异质薄层对声波的反射特性，其声压反射 r 为： 221222124dSinZir在非均匀介质中，根据教材 1.37式，当 d=n 时和 d=（2n+1） ,4且 Z2= 时，声强透射率最大，超声检测大多情况满足次种条件31由式可看出：当耦合层 d= 时，r=0、 t=1，灵敏度可以保 证 ，但 发射反射2脉冲后面干扰振荡增加，也影响缺陷 检测，故 实际上常使用 d→0 的光滑工件使耦合层 d→0，效果好如果再增加耦合层厚度，可以使界面波和工件多次反射波分得很开，探伤图形变得很清晰，如控制在底面回波在第二次界面回波前出 现， 对缺陷判断有利（这是水浸探伤中的4水层耦合原理）为使耦合层耦合效果好，由教材 1.36式和 1.37式可知， 则必须使 r≈0，此时 t≈1，或 T=达最大，即声能从探头全部透到工件，则由声压反射率表示式知，r≈0 得21)(4ZSin ≈0，即 d≈0 或 d→0，但 d≠0，即工件表面越平整，耦合剂层厚 d 越接近零，耦合越好4. 工件表面粗糙度影响由上面均匀介质中异质薄层对声波的声压反射率表示式可知 d→0 时，可得r≈0。

耦合效果越好表示工件表面光洁度越光越好，表面粗糙度越差 则 d 越大耦合越差但是当表面太光后探头和工件之间耦合层由于表面张力吸附作用，变成真空使探头移动困难同 时因真空不能传播声波，使耦合变差一般工件要求粗糙度 Ra=6.3μm5. 耦合剂声阻抗影响一般液体耦合剂声阻抗均比工件声阻抗小，故对同一探测 面（光洁度相工件材质相同）声阻抗越大的耦合剂耦合效果越好6. 工件表面形状影响平面工件耦合最好凸曲面和凹曲面均耦合不好在实际工作中，T 最大处声压透射率为平面接触时，透射率一半时的曲率半径为声耦合临界曲率半径 R0 图 -2则：R 0=0.45fD2Zt/C0Z0（1+Zt/Zm）f——频率，D——晶片直径，Z t——保护膜或斜透声楔声阻抗，Z0——耦合剂声阻抗， Zm——工件声阻抗，C 0——耦合剂声速当工件曲率半径 R 与临界曲率半径 R0 比较 R/R0=1 时，修正值 2.5dB 以下，R/R0≥1 时，可不修正，此时修正值为 2.5dB 以下，当 R/R0L（d ⌒ 1.1 时修正条件，可求得：K=1.0 r/R3N 时做试块不易，故仅在 X≤3N 时应用。

13. 当量计算方法△当量：不同类型和不同大小的工件中的任何缺陷反射回波高与同声程的某标准（规则）反射体的反射回波高相同时，则该标准（规则）反射体的 类型和尺寸即为该缺陷的当量△由于实际缺陷的几何形状，表面状况、方向，缺陷性 质各不相同，其声吸收、声散射比标准规则几何开 头反射体复杂的多一般实际缺陷总比所定的当量值大 3~5 倍，或更多当量计算方法：利用规则形状反射体回波声压（第二章中介绍的几种）与缺陷回波声压（缺陷波高 dB 值）进行比较得到缺陷当量基本公式：（各标准反射体回波声压）大平底： 21·PB11平底孔： Xp4·2长横孔： P21·短横孔： Lf——短横孔长， Df——短横孔直径ffDX·短球孔： dPd4园柱曲面：P C= 凸面 r 内半径Rr21·PC= 凹面 R 外半径r·考虑材质衰减应均乘上：e- 68.2X式中：P=2P 0Sin D24在 X>3N 时P= XPO4*2具体计算：用公式计算：应根据缺陷波高与所定探伤灵敏度比较或和底波高比较，再与探伤灵敏度比较计算时应考虑：① 材质 衰减。

如题中不考虑，就不管如题中告诉衰减，要弄清是双程 还 是单程的② 是否要不同孔型之间相互换算如灵敏度为平底孔，题中要求求出 长横孔当量， 这要互换X≥3N 近似准确③ 用 AVG 图计 算，可直接查得缺陷相对大小 G，再乘探头晶片尺寸 DS则可得缺陷尺 Df④ 用实 用当量曲 线可在曲线上直接查得缺陷当量直径二、测长法：适用于缺陷尺寸大于声束截面时的缺陷指示长度：根据缺陷波高，用探 头移动距离的方法按 规定方法 测得的缺陷长称指示长度特点：由于工件中实际缺陷取向、性 质、表面状 态均影响缺陷回波高度故指示长度一般小于或等于实际长度（此时所用 dB 值即缺陷波最高波下降 dB 值≤6dB 时），当 dB>6dB 时，一般将缺陷测大，即指示长度大于实际长 度1. 相对灵敏度测方法相对灵敏度法是以缺陷最高回波为基准，使探 头沿缺陷长 度方向两端移动，使缺陷波下降一12定的 dB 值常用 6dB（半波）、12dB（ 波高）、20dB（全波消失）41① 6dB 法（半波） 适用于： 缺陷只有一个高点缺陷基本垂直声束缺陷沿探头移动方向基本均匀缺陷长度大于声束截面② 端点 6dB 法：一般将缺陷测大缺陷有多个高点时，用端部 6dB 法即使端部波高下降 6dB。

关键：确定端部缺陷回波峰值（最高值），找到了缺陷端部峰值后，和 6dB 法同样操作2. 绝对灵敏度法探伤仪在规定灵敏度条件下沿缺陷方向移动（不管缺陷最高在何值）使缺陷波下降至规定的位置如评定线，如 GB11345 和 JB1152-81 中Ⅰ区缺陷规定降到 测长线 即为绝对灵敏度法特点：① 测长 是与缺陷最高波多少无关② 缺陷 长度（指示长度）与缺陷波高和所规定的测长值位置有关，如缺陷波高只比规定测长灵敏度高 3dB，即为 3dB 测长 ，一般将缺陷测短如缺陷波高比规定测长灵敏度高 20dB，即 为 20dB 测长，一般将缺陷测大3. 端点峰值法：一般将缺陷测少在探头移动过程中发现缺陷有多个高点， 则将缺陷两端点最大波高 处探头位置的距离作为端点峰值法指示长度关键：寻找端点峰值位置△ 以上测长法适用：长条形缺陷① 对于缺陷回波包络线只有一个极大值的缺陷，可用最大波高衰减法，常用 6dB 法② 对缺陷回波包络线有多个极大值缺陷，可用端点 6dB 法或端点峰值法③ 对条形气孔、未焊缝等宜用 6dB 法对裂纹、未熔合、条形夹渣等宜用 10~12dB 法对小于 10mm 缺陷宜用 3dB 法。

（标准规定指示长度小于 10mm，以 5mm 计）④ 对中 间粗、两端细或细长缺陷（裂纹、未熔合）用端点法可获得较好的结果⑤ 用 20dB 法时应考虑声场修正 （即测得移动长度应减去声场直径才为缺陷指示长度）三、底波高度法在远场（X>3N ），当缺陷比声束截面小时，缺陷波高与面 积 成正比（此时可用当量法定缺陷大小）；当小缺陷数量很多，或缺陷面积逐渐增加， 则缺陷越大，所遮挡的声束愈多，造成缺陷处工件底波下降越大，此时可用缺陷波与底波相 对波高来评价缺陷的大小1. ：BF——为缺陷处底波高度， F——缺陷波高 2. ：BG——无缺陷处底波高度指所用波束截面这里指 6dB 波束截面133. FGB此方法在钢板、锻件探伤中常 应用第七节 缺陷自身高度的测定一、表面波波高法：利用表面波传播时遇到深度较小缺陷时反射回波随深度增加而升高的特点只适用：表面开口缺陷缺陷深度小于 2λ 的情况该法存在许多问题，未说清，现介绍一下表面波探伤的情况：（—）表面波的性质：14. 表面波即瑞利波，介质表 层质点具有纵波和横波的综合特性15. 表面波在介质中传播时，介 质质点只限于在传播方向与垂直于表面的平面内，其轨迹为椭圆。

16. 表面波声场的深度范围为 2λ，可探测的深度范围也为 2λ17. 当表面波传播时，深度 δ=0.183λ时， 质点不作水平方向振 动（在此深度上有缺陷将不会引起反射，也就是检测不出）此即表示表面波能检测的最小深度（此深度对钢材，用 5MHZ，就相当于 0.1mm）18. 表面波的传播速度，对平面波而言，与频率无关，与材料的泊松比 σ和横波声速 CS 有关CR= S12.87.0对钢 CR=0.926CS（二） 表面波产生1. 直接用石英进行 Y 切割产 生。