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1、第三章超声波探伤超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和StM等物理特性来觉察就陷的-种无损松测方法.它可以检在金属材料、局部非金属材料的外表和内部缺陷,如焊缝中裂纹、未熠合、未焊透、夹渣、气孔等缺陷.超声波探伤具有灵敏度高、设备轻松、操作便利.探测速度快、本钱低、对人体无害等优点.但对缺陷进展定性和定量的准确判定方面还存在莉肯定的困难.第一节超声波的产生与其性质超声波是频率大于20230Hz的声波,它属于机械波.在金属掇伤中使用的超声波,其频率为0.510MHz,其中以25YHz以为常用.一、超声波的产生与接收探伤中承受压电法来产生断声波.压电法是利用压电晶体片来产生制声波的.压电晶体片

2、是一种特别的晶体材料,当压电晶体片受拉应力或压应力的作用产生变形时,会在晶片外表消灭电荷：反之,其在电荷或电场作用下,会发生变形,前哲独为正压电效应Jri者称为逆压电效应.超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来实现的.由超声波探仿仪产生的电振荡,以高频电压形式加豌于探头中的压电晶体片的两面上,由于逆压电效应的菇果,压电晶体片会在即度方向上产生持续的伸缩变形,形成了机械振动假设压电晶体片与工件外表有良好的他合时,机械振动就以超声波形式传播进入被检工件,这就是超声波的产生.反之,当压电晶体片受到超声波作用而发生伸缩变形时,正压电效应的结果会使压电晶体片两外衣产生具有不同极性的电

3、荷.形成超声短率的高嫉电乐.以回波电信号的形式经探伤仪显示.这就是超声波的接收.二、超声波的性朋1.超声波具有良好的指向性由于超声波的波长格外短,因此.它在弹性介质中能望光波一样沿直线传播.而且超声波在因定的介质中传播速度是个常数.所以.依据传播时间就能求得其传播即肉.这样就为探伤中缺陷的定位供给/依据.2,超声波能在弹性介防中传播.不能在其空中传播般探伤中通常把空气介顺作为其空处理,所以认为超声波也不能通过空气进展传播.3 .超声波如同声波样,通过介质时,依据介质版点的振动方向与波的传播方向之间的相互关系的不同不同的波型纵波(1.)声波在介质中传播时,介质质点的振动方向和波的传播方向一样的波

4、.称之为纵波.它能在固体、液体和气体中传播.横波(三)声波在介质中传播时.介质质点的振动方向和波的传播方向相互垂直的波.称之为横波.横波只能在因体中传播.横波探伤有独特的优点,如火敏度较高,区分率较好等.在探伤中常用于焊健与纵波难以探测的场合.应用比较广泛.外表波(R)仅在固体外表传播I1.介质外表就点做椭圆运动的声波,称之外表波.任实际探伤中,外表波常用来检验工件外表裂线与海碳层或掩盖层的外表质量.对干一殷钢材.超声波在其中传播的洪波速度最快,横波速度次之.外表波速度最慢.因此，对同一频率超声波来说纵波的波长最长，横波次之,外表波见肘.由十探测缺陷的区分力与波长有关,波长初的区分力高,因此外

5、表波的探测区分力优于横波、横波优于双波.绘上所述,由丁制声波在佥属介顺中能彰通过不同传播速度的不同波型,因此对金属焊缝进展探伤时必拓选定所需超声波的波型,通过以上分析相对较好,所以实际探伤通常选择横波,否则会使网波信号发生混乱,这样就解不到正确的探伤结果.4 .超声波可以在异顺界面透射、反射、折射和波型转换超声波垂克入射异质界面时的透射、反射和绕射当超声波从一种介质垂直入射到其次种介成上时,其能量的一局都被反射而形成与入射波方向柑反的反射波.其余能依则透过界面产生与入射波方向1样的透射波.超声波反射住MW与射能StVC之比;称之为超声波能量的反射系数KJUK=VC/W.超声波在异顺界面上的反射

6、是很严歧的,尤其在固一一气界面上K=I,因此探伤中良好的幅合是一个必要条件.固然JV缝与其中的缺陷构成的异质界面,也正由于有极大的反射才使探伤成为可能.当界面尺寸很小时,超声波能晓过其边缘连续前进即产生波的晓射.由于绕射使反射PI波减弱，般认为超声波探伤中能探测到的缺陷尺寸为入/2,这是个重要缘由.明显,要想能探测到更小的缺陷,就必常提超群声波的频率.超声波倾斜入射弁质界面时的反射、折射、波型转换和聚焦假设超声波由一种介质M!斜入射到另一种介质时,在异质界面上将会产生波的反时和折射.并产生波型转换.不同波型的入射角、反射由、折射向的关系迸循几何光学的原理.由于超声波通过介质时具有折射的性质,因

7、此如同光线一样,可利用透镜进展聚焦.聚焦所用的声透段可用液体、金思、有机玻筠和环氧利脂等材料制作.5 .超声波具有可穿透物质和在物质中哀成的特性超声波的这一性防与射跳相像,但招声波的能破很大,因而具有更强的穿透力衣.超声波在大多数介质中,尤其在钢等金处材料中传播时,传输损失少的播距掰域大可以到达数米远.所以,招声波探伤能够有较大的探SM深度.这”优势是其他探伤方法没有的.拉声波在介面中住播时,其能破随岩传播距离的增加而渐渐减弱的现我称为超声波的衰减.在金的材料的超声波探伤中,引起超声波衰收的缘由主要是散射,其声压按负指数规律衰减,其规律如下：P=P11e-(8-1)式中PX-商乐电晶体片外衣为

8、X处的声压(Pa1.:Pn超声波原始声乐(Pa)ie-一自然对数的底：。一一金属材料的衰减系数(dB/m)：X一一超声波在金属材料中传播的柜围(mJ.其次节超声波探伤设任简介超声波探伤设备主要由超声波探头与其附屈簿件组成,评判调整超声波探伤仪的性能,一股7R受标准试块.一、超声波探头超声波探头乂称压电M声换能器,是实现电一一声能量相互转换的能量转换器件.1 .探头的种类出探头声束垂直于被探工件外表入射的探头称为宜探头.它可放射和接收纵波.由田电元件、吸取块、保护腴和光体等纲成.斜探头利用透声斜楔块使声束忸斜于工件外表入射工件的探头称为斜探头.它可放射和接收横波.典型的斜探头构造如图8-1所示,

9、它由探头、斜楔块、吸取块和壳体等用.电探头与直探头相像,也是由电压元件和吸取块组成,斜楔块用有机被睹制作,它与工件组成固定颈斜的异质界面,使探头中压电元件放射的纵波通过波型转换，以折射横波在工件中传播.通常横波斜探头以钢中折射角标称:有=40、45、50、60*.70“等几种:有时也以折射角的正切位标限k=tgy=1.0,1.5、2.0、2.5、3.0.水浸聚焦探头种由制声探头和声透镜组合而成的探头.声透镜由环翅树脂浇铸成球形或圆柱形凹透镜,类似光学透镜能使光视聚焦样,它可使超声波束维聚成一点或一条线.由于聚焦探头的声束变细,向能集中,从而大幅度改善了超声波的指向性,提岛了灵敏度和分制力.双晶

10、探头为了弥补股直探头探测近外表法陷时存在若白区大、区分力低的缺点而设计的探头.探头内含两个压电元件,分别是放射晶片和接收晶片,中间用隔声层分开.双晶探头又称为分割式TR探头,主要用于探测近外表较洛和薄口牛的测厚.2 .探头的主要参数探头性能的好坏,百接影响着探伤结果的牢靠性和准确性.因此,对探头性能的有关指标.国家融定了根本的要求力.产中需定期测试以保证探伤质II1.焊缝超声波探伤常用斜探头.斜探头的上要性能参数如下：折射角丫或kffiY或K值大小打算了声束入射工件的方向和声波传捅途径,是为缺陷定位“算供给的一个有用数据,因此探头使用册损后均需测量Y或k值.前沿长度声束入射点至探头前端面的距离

11、称为前沿长度,乂称为接近长度.它反映了探头对有余高的烯缱接近的程度.入射点是探头声束轴戏与楔块底面的交点.掇头在使用前和使用过程中要常常要测定入射点位置,以便对缺陷进展准确定位.声轴偏离向它反映了主声束中心轴级与晶片中心法般的重合程度.声轴偏肉角除直接影响缺陷定位和指示长度的测修精度外,还会导致探伤者对缺陷方向产生误判,从而影响对探伤结果的分析.3 .探头型号探头型号由五局阕组内用然数字和孑片及个,其川列字母如F：I一I二I三I四五I根本频率晶片材料f片尺寸探头种类探头特征探头根本频率电位为MH乙压电晶片材料常用的压电晶片材料与其代号见8所示.乐电品片尺寸单位为mm.I闻形描片为晶片宜径：方形

12、晶片长度X宽度.分割探头晶片为分割前的尺寸.探头种类用汉语拼音缩写字母表示,见我8-1所示.表8-1借用压电晶片材料和探头的代号压电晶片材料代号探头种类代号怙钛酸铅陶院P直探头Z彷酸锹陶宛B到探头（用K值及示）K饮酸铅融谎T斜探头（用Y表示）X钝酸作单品1.分制探头FG碘酸钾单品1水浸探头SJ石英单晶Q外表波探头BM其它材料N可变角探头KB探头特征斜探头用K做或丫表示.单位为厦；分割探头为被探工件中那束交区深度.值位为mm；水浸聚焦探头为水中焦距,单位为mm.DJ表示点聚：XJ表示战聚焦.例如5P66k3根本菽牢为5MHz据片用牯也酸粘阳立职称h形晶片尺寸6nn6nn以K值表示的斜探头斜探头K

13、=3.0二、超声波探仿仪超声波探伤仪的上要功能是产生超声版率的电振荡.以此来鼓励探头放射超声波.同时，它又相探头接收到的回波电信号予以放大、处理,并通过行定方式显示出光.1 .超声波探伤仪的分类按超声波的连续性可将探伤仪分为味冲波、连续波和隅频波探伤仪三种.其中.后两种探伤仪.由于其探伤灵敏度低.缺陷测定有较大的同限性,所以在焊缱探伤中均不承受.按缺陷&示方式,可将超声波探伤仪为A型雅示（缺陷波柏显示）.B型显示（缺陷相视图象显示）.C型显示（缺陷侧视图象显示）和3D型显示（缺陷三维图象显示）等.按超声波的通道数目乂可将探伤仪分为单通道和多通道探伤仪两种.前者是由一个或一对探头单独工作；后者是

14、由多个或多对探头交替工作.而每一通道相当于一台胞通道掇伤仪.适用于自动化探伤.目前,烬缱超声波探伤中广泛使用A组显示脓冲反射式单通道超声波探仿仪.2 .A型脓冲反射式超声波探伤仪A型脓冲反婚式探伤仪电跖框图如图8-2所示.接通电源后,同步电跖产生的触发脓冲I可时加至扫描电路和放射电路.扫描电路受触发行开头工作,产生的爆宙波电压加至示波管水平（X轴）偏转板上使电了束发生水平侑转,从而在示波疥产生条水平扫描我（又粉身间拈线）.与此同时.放射电路受触发产生高嫉窄脓冲加里探头,鼓励压电晶片振动而产生超声波,再通过探测外表的耦合剂将超声波导入工件.蛤声波在工件中传播期到缺陷或底面时会发生反射.回波被同一

15、探头或接收探头所接收并被转变为电信号.经接收电路放大和检波后加到东波管里汽（y轴）儡忖板上,使电子束发生垂H偏忖.在水平打描线的相应位置上产生始波T（外表反射波）、缺陷波F、底波B.实际上.该探伤仪示波屏上横坐标反映了超声波的传播时间.纵坐标反映了反射波的振柏.因此通过始波T和缺陷F之间的距离,便可确定缺陷国工件外表的位置.同时通过缺陷波F的而度可打尊缺陷的大小.二、WR试块是种按材定用途设计制作的具有简洁外形的人工反射体.它是探伤标准的个组成局郃,是判定探伤对象质fit的重要尺度.在超声波探伤技术中,确定探伤灵检度、显示探测距商、评价缺陷大小以与测试仪器和探头的组合性能等,都是利用试块来实现的.运用试块为参考依据来进展比较是超声波探伤的个特点.依据（史用的目的和要求.通常将试块分成惊准试块和比照试块两大类.1 .标准试块由法定机构对材防、外形、尺寸、性能等作舟战定和检定的试块称为标准试块.这种试块假设是由国际机构（如国际焊接学会.国际无损检测协会等）制定的.则称为国际标准试块（IIW试块）：假设是同家制定的，则称为国家标准块（如日本STB-G试块）.我国规定：CSK-IB试块为煌健探伤用标准试