超声波检测技术

绪论1

第一单元超声波检测的物理基础5

模块一机械振动和机械波5

一、机械振动5

二、机械波7

三、机械波的干涉、衍射及驻波的形成9

习题13

模块二超声波的产生和分类14

一、超声波的产生14

二、超声波的分类15

习题19

模块三超声场的特征20

一、超声场的特征值20

二、圆盘声源辐射的超声纵波声场22

三、矩形声源辐射的纵波声场24

四、近场区在两种介质中的分布25

五、实际纵波声场25

六、横波声场26

习题29

模块四超声波在介质中的传播31

一、超声波的声速31

二、超声波入射到异质界面36

三、超声波的衰减45

习题48

第二单元超声波检测系统50

模块一超声波探伤仪50

一、超声波探伤仪的作用50

二、超声波探伤仪的分类50

三、超声波探伤仪的工作原理52

四、仪器面板简介55

五、数字式超声波探伤仪57

六、超声波探伤仪的选择59

七、仪器的维护60

习题60

模块二探头62

一、压电效应与压电材料62

二、压电材料的主要性能参数63

三、压电材料的选用原则65

四、探头的种类和结构65

五、探头型号标识69

六、探头的选择70

习题71

模块三试块73

一、试块的作用73

二、试块的分类73

三、常用试块简介74

四、常用对比试块77

五、试块的要求和维护78

习题79

模块四耦合与补偿80

一、超声耦合80

二、影响声耦合的因素80

三、表面耦合损耗的测定与补偿81

习题82

模块五超声波探伤系统的性能与测试84

一、超声波探伤仪的性能及其测试84

二、探头的性能及其测试85

三、仪器和探头的综合性能及其测试86

习题88

第三单元通用超声波检测技术89

模块一常用超声波检测技术89

一、按检测原理分类89

二、按波型分类91

三、按探头数目分类92

四、按探头与工件的接触方式分类93

习题94

模块二超声波检测设备的调节96

一、仪器扫描速度的调节96

二、检测灵敏度的调节99

习题103

模块三缺陷位置的测定105

一、纵波直探头缺陷定位技术105

二、横波探伤时缺陷定位技术105

三、横波探测圆柱形工件时的缺陷

定位107

四、影响缺陷定位的因素109

习题110

模块四规则反射体的回波声压112

一、平底孔的回波声压112

二、长横孔的回波声压113

三、短横孔的回波声压114

四、球孔的回波声压115

五、大平底的回波声压115

六、圆柱形曲底面的回波声压115

习题116

模块五缺陷大小的测定118

一、当量法118

二、底波高度法120

三、测长法121

四、影响缺陷定量的因素122

习题124

模块六缺陷的性质分析126

一、缺陷性质分析的依据126

二、非缺陷波的识别127

习题130

第四单元超声波检测的应用132

模块一检测前的准备132

一、人员资格鉴定132

二、技术文件准备133

三、仪器鉴定144

四、仪器性能的验证144

五、工件表面制备145

习题145

模块二焊缝的超声检测147

一、焊接接头中缺陷147

二、检测方法148

三、检测前准备149

四、探伤仪的调节156

五、声能损失差的测定158

六、扫查方式158

七、缺陷的评定159

八、焊缝质量的评定162

习题163

模块三锻件的超声检测168

一、锻件中的常见缺陷168

二、锻件的超声检测方法169

三、探测条件的选择171

四、仪器的调节173

五、缺陷的评定175

六、锻件质量级别的评定178

习题179

模块四板材的超声检测183

一、钢板中常见缺陷183

二、钢板的探伤方法184

三、检测准备186

四、仪器的调整187

五、扫查探伤188

六、缺陷的确定188

七、钢板质量的评级189

习题190

模块五管材的超声检测194

一、管材常见缺陷194

二、小口径管超声波检测技术194

三、大口径管超声波检测技术201

四、小径管自动检测设备简介202

习题204

模块六铸件的超声检测206

一、铸件中的常见缺陷206

二、铸件探伤的特点207

三、铸件的超声检测方法208

四、铸件检测条件的选择209

五、检测灵敏度的调整210

六、缺陷的判别与测定211

七、铸钢件质量等级的评定211

习题212

第五单元先进的超声波检测技术213

模块一超声波衍射时差法213

一、TOFD法的基础知识213

二、TOFD的基本设置214

三、扫查方式216

四、图像显示217

五、缺陷定位定量218

六、典型焊缝缺陷图像分析219

习题220

模块二超声相控阵检测技术222

一、超声相控阵的检测原理222

二、超声相控阵检测探头224

三、超声相控阵扫查方法225

四、相控阵扫查图像显示模式226

习题227

参考文献229 2100433B

本书分为五个单元，分别介绍了超声波检测的物理基础、超声波检测系统、通用超声波检测技术、超声波检测技术的应用和先进的超声波检测技术。本书所有编写内容与最新的锅炉压力容器检验标准JB/T 47303—2005《承压容器无损检测》紧密结合，根据ISO/CD/TR25108《无损检测——无损检测人员培训指南》要求编写。

超声波无损伤检测技术定义

通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。

超声波无损伤检测技术原理

主要是基于超声波在试件中的传播特性。

a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；

b.超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；

c.改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；

d.根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

超声波无损伤检测技术优点

a.适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；

b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；

c.缺陷定位较准确；

d.对面积型缺陷的检出率较高；

e.灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；f.检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。

超声波无损伤检测技术局限性

a.对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；

b.对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；

c.缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；

d.材质、晶粒度等对检测有较大影响；

e.以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。

超声波无损伤检测技术适用范围

a.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；

b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；

c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；

d.从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；

e.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。

超声波无损伤检测技术应用

接到探伤任务后，首先要了解图纸对焊接质量的技术要求。钢结构的验收标准是依据GB50205-95《钢结构工程施工及验收规范》来执行的。标准规定：对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤；对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。

在此值得注意的是超声波探伤用于全熔透焊缝，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计算，并且不小于200mm。对于局部探伤的焊缝如果发现有不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加探伤长度，增加长度不应小于该焊缝长度的10%且不应小于200mm，当仍有不允许的缺陷时，应对该焊缝进行100%的探伤检查，其次应该清楚探伤时机，碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后、低合金结构钢在焊接完成24小时以后方可进行焊缝探伤检验。另外还应该知道待测工件母材厚度、接头型式及坡口型式。截止到目前为止我在实际工作中接触到的要求探伤的绝大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式，所以我下面主要就对焊缝探伤的操作做针对性的总结。一般地母材厚度在8-16mm之间，坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在弄清楚以上这此东西后才可以进行探伤前的准备工作。

超声波无损伤检测技术准备要求

在每次探伤操作前都必须利用标准试块（CSK-IA、CSK-ⅢA）校准仪器的综合性能，校准面板曲线，以保证探伤结果的准确性。

1、探测面的修整：应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等，光洁度一般低于▽4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT 50mm，（K:探头K值，T：工件厚度）。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。例如：待测工件母材厚度为10mm,那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

2、耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗，而且经济，综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

3、由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

5、在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

6、对探测结果进行记录，如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定，来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷，向车间下达整改通知书，令其整改后进行复验直至合格。

一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。到目前为止还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。

《油气管道全自动超声波检测技术》为国内一本有关管道环焊缝全自动超声波检测技术的培训教材，从焊接工艺角度分析了焊接原理以及常见典型缺陷的成因，在此基础上对相控阵超声波检测技术与分区检测方案的原理、设计方法以及现场实施情况进行了详细的论述。同时，结合计算机判读软件，阐述了如何对实际检测焊缝进行分析评判。为保障AUT检测技术的可靠性，结合实际开展的AUT工艺评定工作介绍了AUT工艺评定方法，有利于建立一套良好的全自动超声波检测质量控制体系，以保证管道工程的安全质量。

《油气管道全自动超声波检测技术》可作为油气长输管道环焊缝AUT检测人员或监理人员的培训教材，也可供与AUT检测工作相关人员阅读参考。

a.无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、结构的前提下进行检测，所以实施无损检测后，产品的检查率可以达到100%。但是，并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术也有自身的局限性。某些试验只能采用破坏性试验，因此，无损检测还不能代替破坏性检测。也就是说，对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。

b.正确选用实施无损检测的时机：在无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机。

c.正确选用最适当的无损检测方法：由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。

d.综合应用各种无损检测方法：任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。此外在无损检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质量”，而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。只有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的