超聲波檢測技術(shù)

緒論1

第一單元超聲波檢測的物理基礎(chǔ)5

模塊一機械振動和機械波5

一、機械振動5

二、機械波7

三、機械波的干涉、衍射及駐波的形成9

習(xí)題13

模塊二超聲波的產(chǎn)生和分類14

一、超聲波的產(chǎn)生14

二、超聲波的分類15

習(xí)題19

模塊三超聲場的特征20

一、超聲場的特征值20

二、圓盤聲源輻射的超聲縱波聲場22

三、矩形聲源輻射的縱波聲場24

四、近場區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布25

五、實際縱波聲場25

六、橫波聲場26

習(xí)題29

模塊四超聲波在介質(zhì)中的傳播31

一、超聲波的聲速31

二、超聲波入射到異質(zhì)界面36

三、超聲波的衰減45

習(xí)題48

第二單元超聲波檢測系統(tǒng)50

模塊一超聲波探傷儀50

一、超聲波探傷儀的作用50

二、超聲波探傷儀的分類50

三、超聲波探傷儀的工作原理52

四、儀器面板簡介55

五、數(shù)字式超聲波探傷儀57

六、超聲波探傷儀的選擇59

七、儀器的維護60

習(xí)題60

模塊二探頭62

一、壓電效應(yīng)與壓電材料62

二、壓電材料的主要性能參數(shù)63

三、壓電材料的選用原則65

四、探頭的種類和結(jié)構(gòu)65

五、探頭型號標(biāo)識69

六、探頭的選擇70

習(xí)題71

模塊三試塊73

一、試塊的作用73

二、試塊的分類73

三、常用試塊簡介74

四、常用對比試塊77

五、試塊的要求和維護78

習(xí)題79

模塊四耦合與補償80

一、超聲耦合80

二、影響聲耦合的因素80

三、表面耦合損耗的測定與補償81

習(xí)題82

模塊五超聲波探傷系統(tǒng)的性能與測試84

一、超聲波探傷儀的性能及其測試84

二、探頭的性能及其測試85

三、儀器和探頭的綜合性能及其測試86

習(xí)題88

第三單元通用超聲波檢測技術(shù)89

模塊一常用超聲波檢測技術(shù)89

一、按檢測原理分類89

二、按波型分類91

三、按探頭數(shù)目分類92

四、按探頭與工件的接觸方式分類93

習(xí)題94

模塊二超聲波檢測設(shè)備的調(diào)節(jié)96

一、儀器掃描速度的調(diào)節(jié)96

二、檢測靈敏度的調(diào)節(jié)99

習(xí)題103

模塊三缺陷位置的測定105

一、縱波直探頭缺陷定位技術(shù)105

二、橫波探傷時缺陷定位技術(shù)105

三、橫波探測圓柱形工件時的缺陷

定位107

四、影響缺陷定位的因素109

習(xí)題110

模塊四規(guī)則反射體的回波聲壓112

一、平底孔的回波聲壓112

二、長橫孔的回波聲壓113

三、短橫孔的回波聲壓114

四、球孔的回波聲壓115

五、大平底的回波聲壓115

六、圓柱形曲底面的回波聲壓115

習(xí)題116

模塊五缺陷大小的測定118

一、當(dāng)量法118

二、底波高度法120

三、測長法121

四、影響缺陷定量的因素122

習(xí)題124

模塊六缺陷的性質(zhì)分析126

一、缺陷性質(zhì)分析的依據(jù)126

二、非缺陷波的識別127

習(xí)題130

第四單元超聲波檢測的應(yīng)用132

模塊一檢測前的準(zhǔn)備132

一、人員資格鑒定132

二、技術(shù)文件準(zhǔn)備133

三、儀器鑒定144

四、儀器性能的驗證144

五、工件表面制備145

習(xí)題145

模塊二焊縫的超聲檢測147

一、焊接接頭中缺陷147

二、檢測方法148

三、檢測前準(zhǔn)備149

四、探傷儀的調(diào)節(jié)156

五、聲能損失差的測定158

六、掃查方式158

七、缺陷的評定159

八、焊縫質(zhì)量的評定162

習(xí)題163

模塊三鍛件的超聲檢測168

一、鍛件中的常見缺陷168

二、鍛件的超聲檢測方法169

三、探測條件的選擇171

四、儀器的調(diào)節(jié)173

五、缺陷的評定175

六、鍛件質(zhì)量級別的評定178

習(xí)題179

模塊四板材的超聲檢測183

一、鋼板中常見缺陷183

二、鋼板的探傷方法184

三、檢測準(zhǔn)備186

四、儀器的調(diào)整187

五、掃查探傷188

六、缺陷的確定188

七、鋼板質(zhì)量的評級189

習(xí)題190

模塊五管材的超聲檢測194

一、管材常見缺陷194

二、小口徑管超聲波檢測技術(shù)194

三、大口徑管超聲波檢測技術(shù)201

四、小徑管自動檢測設(shè)備簡介202

習(xí)題204

模塊六鑄件的超聲檢測206

一、鑄件中的常見缺陷206

二、鑄件探傷的特點207

三、鑄件的超聲檢測方法208

四、鑄件檢測條件的選擇209

五、檢測靈敏度的調(diào)整210

六、缺陷的判別與測定211

七、鑄鋼件質(zhì)量等級的評定211

習(xí)題212

第五單元先進的超聲波檢測技術(shù)213

模塊一超聲波衍射時差法213

一、TOFD法的基礎(chǔ)知識213

二、TOFD的基本設(shè)置214

三、掃查方式216

四、圖像顯示217

五、缺陷定位定量218

六、典型焊縫缺陷圖像分析219

習(xí)題220

模塊二超聲相控陣檢測技術(shù)222

一、超聲相控陣的檢測原理222

二、超聲相控陣檢測探頭224

三、超聲相控陣掃查方法225

四、相控陣掃查圖像顯示模式226

習(xí)題227

參考文獻229 2100433B

本書分為五個單元，分別介紹了超聲波檢測的物理基礎(chǔ)、超聲波檢測系統(tǒng)、通用超聲波檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用和先進的超聲波檢測技術(shù)。本書所有編寫內(nèi)容與最新的鍋爐壓力容器檢驗標(biāo)準(zhǔn)JB/T 47303—2005《承壓容器無損檢測》緊密結(jié)合，根據(jù)ISO/CD/TR25108《無損檢測——無損檢測人員培訓(xùn)指南》要求編寫。

超聲波無損傷檢測技術(shù)定義

通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進行研究，對試件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應(yīng)用性進行評價的技術(shù)。

超聲波無損傷檢測技術(shù)原理

主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。

a.聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式使超聲波進入試件；

b.超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；

c.改變后的超聲波通過檢測設(shè)備被接收，并可對其進行處理和分析；

d.根據(jù)接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。

超聲波無損傷檢測技術(shù)優(yōu)點

a.適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無損檢測；

b.穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的試件內(nèi)部缺陷進行檢測。如對金屬材料，可檢測厚度為1～2mm的薄壁管材和板材，也可檢測幾米長的鋼鍛件；

c.缺陷定位較準(zhǔn)確；

d.對面積型缺陷的檢出率較高；

e.靈敏度高，可檢測試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷；f.檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用較方便。

超聲波無損傷檢測技術(shù)局限性

a.對試件中的缺陷進行精確的定性、定量仍須作深入研究；

b.對具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的試件進行超聲檢測有困難；

c.缺陷的位置、取向和形狀對檢測結(jié)果有一定影響；

d.材質(zhì)、晶粒度等對檢測有較大影響；

e.以常用的手工A型脈沖反射法檢測時結(jié)果顯示不直觀，且檢測結(jié)果無直接見證記錄。

超聲波無損傷檢測技術(shù)適用范圍

a.從檢測對象的材料來說，可用于金屬、非金屬和復(fù)合材料；

b.從檢測對象的制造工藝來說，可用于鍛件、鑄件、焊接件、膠結(jié)件等；

c.從檢測對象的形狀來說，可用于板材、棒材、管材等；

d.從檢測對象的尺寸來說，厚度可小至1mm，也可大至幾米；

e.從缺陷部位來說，既可以是表面缺陷，也可以是內(nèi)部缺陷。

超聲波無損傷檢測技術(shù)應(yīng)用

接到探傷任務(wù)后，首先要了解圖紙對焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。鋼結(jié)構(gòu)的驗收標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》來執(zhí)行的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級為三級時不做超聲波內(nèi)部缺陷檢查。

在此值得注意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分?jǐn)?shù)計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應(yīng)小于該焊縫長度的10%且不應(yīng)小于200mm，當(dāng)仍有不允許的缺陷時，應(yīng)對該焊縫進行100%的探傷檢查，其次應(yīng)該清楚探傷時機，碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結(jié)構(gòu)鋼在焊接完成24小時以后方可進行焊縫探傷檢驗。另外還應(yīng)該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止我在實際工作中接觸到的要求探傷的絕大多數(shù)焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以我下面主要就對焊縫探傷的操作做針對性的總結(jié)。一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的準(zhǔn)備工作。

超聲波無損傷檢測技術(shù)準(zhǔn)備要求

在每次探傷操作前都必須利用標(biāo)準(zhǔn)試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準(zhǔn)儀器的綜合性能，校準(zhǔn)面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1、探測面的修整：應(yīng)清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側(cè)探傷面的修整寬度一般為大于等于2KT 50mm，（K:探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據(jù)焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應(yīng)在焊縫兩側(cè)各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應(yīng)考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側(cè)進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調(diào)節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操作過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質(zhì)。

6、對探測結(jié)果進行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內(nèi)部缺陷分級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。如果發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷，向車間下達(dá)整改通知書，令其整改后進行復(fù)驗直至合格。

一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質(zhì)進行準(zhǔn)確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。

《油氣管道全自動超聲波檢測技術(shù)》為國內(nèi)一本有關(guān)管道環(huán)焊縫全自動超聲波檢測技術(shù)的培訓(xùn)教材，從焊接工藝角度分析了焊接原理以及常見典型缺陷的成因，在此基礎(chǔ)上對相控陣超聲波檢測技術(shù)與分區(qū)檢測方案的原理、設(shè)計方法以及現(xiàn)場實施情況進行了詳細(xì)的論述。同時，結(jié)合計算機判讀軟件，闡述了如何對實際檢測焊縫進行分析評判。為保障AUT檢測技術(shù)的可靠性，結(jié)合實際開展的AUT工藝評定工作介紹了AUT工藝評定方法，有利于建立一套良好的全自動超聲波檢測質(zhì)量控制體系，以保證管道工程的安全質(zhì)量。

《油氣管道全自動超聲波檢測技術(shù)》可作為油氣長輸管道環(huán)焊縫AUT檢測人員或監(jiān)理人員的培訓(xùn)教材，也可供與AUT檢測工作相關(guān)人員閱讀參考。

a.無損檢測的最大特點就是能在不損壞試件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的前提下進行檢測，所以實施無損檢測后，產(chǎn)品的檢查率可以達(dá)到100%。但是，并不是所有需要測試的項目和指標(biāo)都能進行無損檢測，無損檢測技術(shù)也有自身的局限性。某些試驗只能采用破壞性試驗，因此，無損檢測還不能代替破壞性檢測。也就是說，對一個工件、材料、機器設(shè)備的評價，必須把無損檢測的結(jié)果與破壞性試驗的結(jié)果互相對比和配合，才能作出準(zhǔn)確的評定。

b.正確選用實施無損檢測的時機：在無損檢測時，必須根據(jù)無損檢測的目的，正確選擇無損檢測實施的時機。

c.正確選用最適當(dāng)?shù)臒o損檢測方法：由于各種檢測方法都具有一定的特點，為提高檢測結(jié)果可靠性，應(yīng)根據(jù)設(shè)備材質(zhì)、制造方法、工作介質(zhì)、使用條件和失效模式，預(yù)計可能產(chǎn)生的缺陷種類、形狀、部位和取向，選擇合適的無損檢測方法。

d.綜合應(yīng)用各種無損檢測方法：任何一種無損檢測方法都不是萬能的，每種方法都有自己的優(yōu)點和缺點。應(yīng)盡可能多用幾種檢測方法，互相取長補短，以保障承壓設(shè)備安全運行。此外在無損檢測的應(yīng)用中，還應(yīng)充分認(rèn)識到，檢測的目的不是片面追求過高要求的“高質(zhì)量”，而是應(yīng)在充分保證安全性和合適風(fēng)險率的前提下，著重考慮其經(jīng)濟性。只有這樣，無損檢測在承壓設(shè)備的應(yīng)用才能達(dá)到預(yù)期目的