超聲波無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)超聲波檢測(cè)

超聲波無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)定義

通過(guò)超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進(jìn)行研究，對(duì)試件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。

超聲波無(wú)損傷檢測(cè)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(jìn)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(guò)檢測(cè)設(shè)備被接收，并可對(duì)其進(jìn)行處理和分析；

d.根據(jù)接收的超聲波的特征，評(píng)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(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

a.適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無(wú)損檢測(cè)；

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

c.缺陷定位較準(zhǔn)確；

d.對(duì)面積型缺陷的檢出率較高；

e.靈敏度高，可檢測(cè)試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷；f.檢測(cè)成本低、速度快，設(shè)備輕便，對(duì)人體及環(huán)境無(wú)害，現(xiàn)場(chǎng)使用較方便。

超聲波無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)局限性

a.對(duì)試件中的缺陷進(jìn)行精確的定性、定量仍須作深入研究；

b.對(duì)具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的試件進(jìn)行超聲檢測(cè)有困難；

c.缺陷的位置、取向和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定影響；

d.材質(zhì)、晶粒度等對(duì)檢測(cè)有較大影響；

e.以常用的手工A型脈沖反射法檢測(cè)時(shí)結(jié)果顯示不直觀，且檢測(cè)結(jié)果無(wú)直接見(jiàn)證記錄。

超聲波無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)適用范圍

a.從檢測(cè)對(duì)象的材料來(lái)說(shuō)，可用于金屬、非金屬和復(fù)合材料；

b.從檢測(cè)對(duì)象的制造工藝來(lái)說(shuō)，可用于鍛件、鑄件、焊接件、膠結(jié)件等；

c.從檢測(cè)對(duì)象的形狀來(lái)說(shuō)，可用于板材、棒材、管材等；

d.從檢測(cè)對(duì)象的尺寸來(lái)說(shuō)，厚度可小至1mm，也可大至幾米；

e.從缺陷部位來(lái)說(shuō)，既可以是表面缺陷，也可以是內(nèi)部缺陷。

超聲波無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

接到探傷任務(wù)后，首先要了解圖紙對(duì)焊接質(zhì)量的技術(shù)要求。鋼結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)GB50205-95《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》來(lái)執(zhí)行的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)時(shí)評(píng)定等級(jí)為Ⅱ級(jí)時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波探傷；對(duì)于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)時(shí)評(píng)定等級(jí)為Ⅲ級(jí)時(shí)規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對(duì)于圖紙要求焊縫焊接質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)時(shí)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(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)計(jì)算，并且不小于200mm。對(duì)于局部探傷的焊縫如果發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長(zhǎng)度，增加長(zhǎng)度不應(yīng)小于該焊縫長(zhǎng)度的10%且不應(yīng)小于200mm，當(dāng)仍有不允許的缺陷時(shí)，應(yīng)對(duì)該焊縫進(jìn)行100%的探傷檢查，其次應(yīng)該清楚探傷時(shí)機(jī)，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(shí)以后方可進(jìn)行焊縫探傷檢驗(yàn)。另外還應(yīng)該知道待測(cè)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(shí)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(duì)接焊縫的接頭型式，所以我下面主要就對(duì)焊縫探傷的操作做針對(duì)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(jìn)行探傷前的準(zhǔn)備工作。

超聲波無(wú)損傷檢測(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)性、附著力、對(duì)工件表面無(wú)腐蝕、易清洗，而且經(jīng)濟(jì)，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(cè)方向采用單面雙側(cè)進(jìn)行。

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

5、在探傷操作過(guò)程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無(wú)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(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷對(duì)其進(jìn)行評(píng)定分析。焊接對(duì)頭內(nèi)部缺陷分級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)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(jí)》的規(guī)定，來(lái)評(píng)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(shū)，令其整改后進(jìn)行復(fù)驗(yàn)直至合格。

一般的焊縫中常見(jiàn)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(méi)有一個(gè)成熟的方法對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)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(duì)缺陷進(jìn)行綜合估判。

a.無(wú)損檢測(cè)的最大特點(diǎn)就是能在不損壞試件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行檢測(cè)，所以實(shí)施無(wú)損檢測(cè)后，產(chǎn)品的檢查率可以達(dá)到100%。但是，并不是所有需要測(cè)試的項(xiàng)目和指標(biāo)都能進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也有自身的局限性。某些試驗(yàn)只能采用破壞性試驗(yàn)，因此，無(wú)損檢測(cè)還不能代替破壞性檢測(cè)。也就是說(shuō)，對(duì)一個(gè)工件、材料、機(jī)器設(shè)備的評(píng)價(jià)，必須把無(wú)損檢測(cè)的結(jié)果與破壞性試驗(yàn)的結(jié)果互相對(duì)比和配合，才能作出準(zhǔn)確的評(píng)定。

b.正確選用實(shí)施無(wú)損檢測(cè)的時(shí)機(jī)：在無(wú)損檢測(cè)時(shí)，必須根據(jù)無(wú)損檢測(cè)的目的，正確選擇無(wú)損檢測(cè)實(shí)施的時(shí)機(jī)。

c.正確選用最適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)方法：由于各種檢測(cè)方法都具有一定的特點(diǎn)，為提高檢測(cè)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(jì)可能產(chǎn)生的缺陷種類、形狀、部位和取向，選擇合適的無(wú)損檢測(cè)方法。

d.綜合應(yīng)用各種無(wú)損檢測(cè)方法：任何一種無(wú)損檢測(cè)方法都不是萬(wàn)能的，每種方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。應(yīng)盡可能多用幾種檢測(cè)方法，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，以保障承壓設(shè)備安全運(yùn)行。此外在無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用中，還應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到，檢測(cè)的目的不是片面追求過(guò)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(xiǎn)率的前提下，著重考慮其經(jīng)濟(jì)性。只有這樣，無(wú)損檢測(cè)在承壓設(shè)備的應(yīng)用才能達(dá)到預(yù)期目的

我國(guó)開(kāi)設(shè)無(wú)損檢測(cè)專業(yè)課程的高校有大連理工大學(xué)、西安工程大學(xué)、南昌航空工業(yè)學(xué)院等院校。在無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)理論研究和儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)方面，我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)家之間仍有較大的差距，特別是在紅外、聲發(fā)射等高新技術(shù)檢測(cè)設(shè)備方面更是如此。

無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，在一定程度上反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，其重要性已得到公認(rèn)。我國(guó)在1978年11月成立了全國(guó)性的無(wú)損檢測(cè)學(xué)術(shù)組織——中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)。此外，冶金、電力、石油化工、船舶、宇航、核能等行業(yè)還成立了各自的無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)或協(xié)會(huì)；部分省、自治區(qū)、直轄市和地級(jí)市成立了?。ㄊ校┘?jí)、地市級(jí)無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)或協(xié)會(huì)；東北、華東、西南等區(qū)域還各自成立了區(qū)域性的無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)或協(xié)會(huì)。

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

緒論1

第一單元超聲波檢測(cè)的物理基礎(chǔ)5

模塊一機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波5

一、機(jī)械振動(dòng)5

二、機(jī)械波7

三、機(jī)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(chǎng)的特征20

一、超聲場(chǎng)的特征值20

二、圓盤(pán)聲源輻射的超聲縱波聲場(chǎng)22

三、矩形聲源輻射的縱波聲場(chǎng)24

四、近場(chǎng)區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布25

五、實(shí)際縱波聲場(chǎng)25

六、橫波聲場(chǎng)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(cè)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(jiǎn)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(hù)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(hào)標(biāo)識(shí)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(jiǎn)介74

四、常用對(duì)比試塊77

五、試塊的要求和維護(hù)78

習(xí)題79

模塊四耦合與補(bǔ)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(cè)定與補(bǔ)償81

習(xí)題82

模塊五超聲波探傷系統(tǒng)的性能與測(cè)試84

一、超聲波探傷儀的性能及其測(cè)試84

二、探頭的性能及其測(cè)試85

三、儀器和探頭的綜合性能及其測(cè)試86

習(xí)題88

第三單元通用超聲波檢測(cè)技術(shù)89

模塊一常用超聲波檢測(cè)技術(shù)89

一、按檢測(cè)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(cè)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(cè)靈敏度的調(diào)節(jié)99

習(xí)題103

模塊三缺陷位置的測(cè)定105

一、縱波直探頭缺陷定位技術(shù)105

二、橫波探傷時(shí)缺陷定位技術(shù)105

三、橫波探測(cè)圓柱形工件時(shí)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(zhǎng)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(cè)定118

一、當(dāng)量法118

二、底波高度法120

三、測(cè)長(zhǎng)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(shí)別127

習(xí)題130

第四單元超聲波檢測(cè)的應(yīng)用132

模塊一檢測(cè)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(yàn)證144

五、工件表面制備145

習(xí)題145

模塊二焊縫的超聲檢測(cè)147

一、焊接接頭中缺陷147

二、檢測(cè)方法148

三、檢測(cè)前準(zhǔn)備149

四、探傷儀的調(diào)節(jié)156

五、聲能損失差的測(cè)定158

六、掃查方式158

七、缺陷的評(píng)定159

八、焊縫質(zhì)量的評(píng)定162

習(xí)題163

模塊三鍛件的超聲檢測(cè)168

一、鍛件中的常見(jiàn)缺陷168

二、鍛件的超聲檢測(cè)方法169

三、探測(cè)條件的選擇171

四、儀器的調(diào)節(jié)173

五、缺陷的評(píng)定175

六、鍛件質(zhì)量級(jí)別的評(píng)定178

習(xí)題179

模塊四板材的超聲檢測(cè)183

一、鋼板中常見(jiàn)缺陷183

二、鋼板的探傷方法184

三、檢測(cè)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(píng)級(jí)189

習(xí)題190

模塊五管材的超聲檢測(cè)194

一、管材常見(jiàn)缺陷194

二、小口徑管超聲波檢測(cè)技術(shù)194

三、大口徑管超聲波檢測(cè)技術(shù)201

四、小徑管自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介202

習(xí)題204

模塊六鑄件的超聲檢測(cè)206

一、鑄件中的常見(jiàn)缺陷206

二、鑄件探傷的特點(diǎn)207

三、鑄件的超聲檢測(cè)方法208

四、鑄件檢測(cè)條件的選擇209

五、檢測(cè)靈敏度的調(diào)整210

六、缺陷的判別與測(cè)定211

七、鑄鋼件質(zhì)量等級(jí)的評(píng)定211

習(xí)題212

第五單元先進(jìn)的超聲波檢測(cè)技術(shù)213

模塊一超聲波衍射時(shí)差法213

一、TOFD法的基礎(chǔ)知識(shí)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(cè)技術(shù)222

一、超聲相控陣的檢測(cè)原理222

二、超聲相控陣檢測(cè)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(xiàn)229 2100433B