涡流探伤与超声波探伤初探

2024-04-24

涡流探伤与超声波探伤初探（通用6篇）

篇1：涡流探伤与超声波探伤初探

涡流探伤与超声波探伤初探

一、关于无损检测

工作后查找的第一个单词叫做无损检测。在度娘的选框里输入：“无损检测用英文怎么说？”的时候，总觉得是不是应该先找本新华字典或者百度知道里搜索一下无损检测的中文含义。对于学文科的孩子来说，在学校里，大概永远不会接触到这么陌生的词汇，但是一旦离开校园，就会接触到很多很多意想不到的词语：无损检测，涡流探伤。也永远不会知道，铜管钢管的检测有他自己的方法。可以用超声波检测，也可以用涡流探伤仪来检测。那么，什么是无损检测呢？度娘说：无损检测就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。专业的解释，通俗的来说，就是不损害被检测物质的前提下进行的检测。是的，我踏入了一个陌生的领域，无损检测。

二、关于涡流探伤

涡流探伤：利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。其原理是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。按探测线圈的形状不同，可分为穿过式(用于线材、棒材和管材的检测)、探头式(用于构件表面的局部检测)和插入式(用于管孔的内部检测)三种。

涡流探伤的仪器可以分为很多种，例如这一款：LJET-101型涡流探伤仪，他是这样描述的：

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪是高端，全自动、高分辨率、数字化的穿过式涡流探伤仪，用于铁磁体、奥氏体钢、有色金属的管材、棒材、线材的表面及亚表面检测。主要覆盖点伤及环向缺陷，通用性强，应用范围广。操作平台基于Windows XP操作系统，可以方便地实现组网。参数调整简单，设置可存储于硬盘，调用方便。检测结果存储于数据库,方便产品批号追溯。自带远程在线诊断、在线帮助及口令保护。检测直径1~273mm，最小检测缺陷孔径符合国际涡流探伤标准孔径，也可以与旋转式探头检测系统联合使用，以提供检测覆盖率，覆盖全部纵向、横向及通孔类缺陷。性能达到国际一流水平，完全可以与世界上最先进的涡流探伤仪相媲美，而且操作方便，使用简单，配套技术服务完善。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪是采用大规模进口集成电路，结合最先进的涡流探伤技术、光电感应技术、微机控制技术的全自动涡流检测仪器。配以精美设计的机械传动装置，形成完整的机电一体化系统，是国内唯一具有成套完整系统的全自动涡流探伤仪。采用基于WINDOWS XP操作系统的操作软件使涡流探伤仪使用更为简洁、智能化。仪器经过长期的一线生产检验，性能稳定、可靠，具有自动化程度高、检测速度快等优点。该仪器是专用于金属管、棒、线材在线、离线检测的涡流探伤仪。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪采用实时涡流阻抗平面和动态时基扫描显示技术，实时同屏多窗口显示检测对象的涡流信号二维图形及动态时基曲线。计算机大屏幕信号显示，采用多模式报警技术，使得仪器操作更加容易、可靠。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪能够快速检测出各种不同材质的金属管、棒、线材的表面裂纹、暗缝、气孔、夹杂和开口裂纹等缺陷。是汽车、航天、石化、冶金、机械等行业对金属构件的在线、离线或役前、在役检测的通用仪器。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪具有1KHZ——100KHZ测试频率范围，能够适应各种不同金属管道的检测要求。能够在仪器内建立标准检测数据库，方便用户在更换不同规格的材料时调用。可配接耦合间隙要求很低的穿过式探头和其它结构的探头(探头的选择完全可根据用户的检测要求而定)，仪器可选配在线测速系统、磁饱和器以及喷墨装置、探头架等，以便实现金属管棒线材在线或离线自动涡流探伤。仪器技术参数也是我们会关注的点,这款涡流探伤仪的参数如下: ☆ 检测通道：1-10(可扩展旋转式通道，旋转加穿过式组合探伤)☆ 检测频率：1KHz--100KHZ;☆ 线性增益：0—99.9dB连续可调，步长：0.1dB;☆ 探伤速度：0.3m/min—12000m/min ☆ 长时间稳定性：灵敏度dB值波动≤1 dB ☆ 人工缺陷大小分辨率≤0.1mm ☆ 人工缺陷误报率<1% ☆ 人工缺陷漏报率<1% ☆ 周向灵敏度差≤2 dB ☆ 信噪比≥15 dB ☆ 端部盲区：≤50mm ☆ 标记精度：≤±50mm

☆ 相位旋转：0--359度连续可调，步长：1度 ☆ 多种显示方式：V模式、Y模式、X/Y模式 ☆ 标样在探头中振动，信号不超过报警电平☆ 矢量分析报警模式: 扇形报警、幅值报警 ☆ 延时硬件输出报警、实时硬件输出报警 ☆ 多通道声光报警输出 ☆ 检测长度自动计算统计 ☆ 端头、端尾信号自动切除 ☆ 可大量存储各种检测程序和检测数据

☆ 具有涡流探伤信号的回放记忆功能，可追溯缺陷的幅值、相位。

☆ 自动记录显示缺陷数及其位置，自动形成检测报告(包括检测数量、合格数和不合格数等信息)☆ 中英文操作界面、在线帮助

☆ 可编程控制：上料、下料、分选、标记和联动等 ☆ 电源：交流220V±10%，50Hz±10% ☆ 环境温度：-100C---550C ☆ 环境湿度：≤85%

三、关于超声波

参加了一场关于超声波的培训。一个未知的领域，教授级别的讲师，这样的机会不是人人都有的，而我就是这么幸运的参加了。什么是超声波？超声波的工作原理。超声波探伤仪与涡流探伤仪的区别于联系。电脉冲，相位，和谐震动，当一切陌生的名词从老师的口中蹦出，只能感叹自己无知。在本子上记录了很多很多，想把更多的信息变成自己的东西，在不停地学习与积累中壮大自己。上课的目的最终还是要了解超声波探伤的用途及操作，例如：LJUT-100型旋转超声波探伤系统是专为检测管棒材产品的内部与近表面质量问题而研发的新一代检测设备。拥有结构紧凑，安装调试方便，检测结果直观易懂，可靠，工作稳定性良好等特点。LJUT-100型系列旋转超声波探伤系统对各种牌号及规格的管棒均适用，尤其是最新研发的外径在Φ6－Φ125毫米范围的铜铸管坯的旋转超声波探伤应用。本旋转探头配备装在筒形检测室内的可调角度的水浸超声波传感器(2-6个)。运行时，水箱内高速旋转，被检测管棒材直线运动，实现超声波探头围绕被检工件高速旋转，实现对被检管棒材100％的高速扫描检测。采用旋转方式驱动超声波传感器，围绕被检测管棒材的检测方式与比传统的被检测工件旋转运动的方法相比具有明显的优越性。检测速度更快，探伤灵敏度更高，在线缺陷精确定位和定量，以及更简单的管棒材上、下料分选装置和更快速、方便的规格切换。LJUT-100系列旋转超声波探伤系统使用全数字式多通道超声探伤仪。该系列在线旋转超声波探伤仪操作软件基于Windows XP系统平台，使用专用于管棒材探伤的超声探伤软件，使检测结果更直观，操作更方便，具备检测结果可记录随时调用查看等特点，同时可以和计算机周边设备连接，完成打印报告或检测结果网络传输等功能。

检测对像：有色金属及黑色金属管棒材

检测范围：各种牌号及规格(铜铸管坯Φ6-Φ125mm)检测标准：国内外管棒超声波探伤标准检测速度：3-60m/min可调

篇2：涡流探伤与超声波探伤初探

涡流检测适用于导电材料探伤，常见的金属材料可分为两大类：非铁磁性材料和铁磁性材料。后者为铜、铝、钛及其合金和奥氏体不锈钢；前者为钢、铁及其合金。它们的本质差别是材质磁导率μ约为1或远大于1。

在发电厂，除復水器等少量管道使用铜、钛、奥氏体不锈钢非铁磁性材料外，大量管道都采用钢管等铁磁性材料，典型的应用有省煤器、水冷壁等。常规涡流探伤应用于非铁磁性管子，已是非常成熟的技术，它不单能探测出缺陷，并可以利用阻抗平面技术分析出缺陷所在的位置与深度。然而，将它简单地应用于铁磁性材料的钢管，却得不到预期的结果，其原因何在？

这是由于铁磁性材料μ>>1，根据涡流标准渗透公式：δ＝503.3／√fμrσ 可知在这种情况下，涡流只能集中在表面，无法渗透到材料的内部。除此以外，铁磁性材料的磁畴结构，将对涡流检测信号产生极大的干扰，足以把缺陷信号完全淹没，而无法得到有用的信息。

克服铁磁性金属磁导率对探伤影响的方法有两种：其一，采用远场涡流检测方法；其二，对钢管进行饱和磁化后再探伤。前一种方法需要更新仪器，后一种方法只需在原有常规仪器的基础上增加磁饱和装置即可对钢管等进行探伤，具有投资少的优点。经过磁饱和处理后的铁磁性材料可以以非铁磁材料对待。通常钢管涡流探伤采用通过式磁饱和器。它是由通有直流电的线圈来产生稳恒强磁场，并借助于导套等高导磁部件将磁场疏导到被检测钢管的探伤部位，使之达到磁饱和状态。为了充分利用线圈产生的磁场，装置一般都有由铁磁性材料（如纯铁）制作的外壳。由于纯铁的μ值很大，磁阻很小，泄漏在空间中的磁力线会被铁壳收集，也被疏导到钢管的检测部位。由于强大的磁化电流通过磁饱和器线圈，会使线圈发热，因此要有良好导热措施，以防线圈烧毁。磁饱和装置除了用来产生强大的直流磁场外，检测线圈也常常用它来夹持，所以磁饱和装置的结构与检测线圈的外形有着密切关系。在穿过式涡流探伤中，磁饱和装置中的导套与检测线圈必须保持同心，否则会造成较大的周向灵敏度差，导致漏检和误检。

磁饱和涡流探伤方法应使检测线圈附近的磁通密度达到使钢管饱和磁化所需磁通密度的80％以上。为此，探伤前应根据钢管的材质和规格选择磁化电流。磁化电流的选择通常也是在通过对比试样的状态下进行。从理论上讲，选择前应首先计算出所检测钢管达到饱和磁化所需的磁通密度，然后按上述要求调整磁化电流，此种方法要进行繁琐的计算。在实际操作中，可采用简便的调整方法，即在往返通过对比试样中，随着逐步增大磁化电流的同时，观察仪器显示的噪声信号和人工缺陷信号的变化。当噪声信号最小，人工缺陷信号最大时，磁化电流即为基本合适。按一般规律，口径越大，壁厚越厚，材料磁特性越软，所需磁化电流就越大，反之则越小

篇3：轴承圆柱滚子质量涡流探伤检测

1 涡流检测原理

在一个发射绕组及两个相对的接收绕组内有两个铁芯。对此系统施加交变电流, 则系统周围会产生磁场。这是一个平衡的系统。两个接收绕组之间的电压差为0伏。当这种差动方式的探头移动到导电工件表面时, 工件表面会产生涡流。涡流会阻碍探头芯产生的磁场, 从而接收绕组中的感应电压会下降。当两个探头芯下的工件表面相当时, 两个接收绕组差动电压为0伏。当探头移过裂纹时, 涡流部分中断及变弱。其结果是第一个铁芯磁力线增强, 之后是另一个铁芯磁力线增强。接收绕组中的感应电压增加, 差动电压改变。涡流检测仪器可以识别裂纹引起的差动电压的改变, 从而检测到表面缺陷。如图1所示。

2 滚子标样的制作

2.1 标样介绍

涡流检测的成功与否取决于所选标样是否合适。涡流检测实际上是一种通过零件和标样比较的方法, 经数据及对代表分选性能的标样进行物理检测就可确定分选的有效性。通过标定来对零件进行合格筛选。

检测的目的是确保拒收含有临界不连续的零件, 更重要的是, 必须把所有不安全和可能造成人员损害或死亡的零件同安全可靠的零件分隔开。

2.2 标样用途

标样可用于检验涡流检测设备的工作情况 (如建立频率、增益、门槛值等) , 也可用于检测区域所有行为的校准 (涡流设备的稳定性, 零件和探头固定装置的稳定性, 门槛值的准确性等) 。参考标样可以用于NDT仪器的校准, 但通常校准设备和检测用标准件是分开的。标准件用于在一组被检和被接受零件放行前确认涡流检测的准确度。

2.3 滚子标样制作要求

用于调整仪器的灵敏度和建立验收级别的参照标准将与生产零件具有相同组成和条件。

由于国内没有轴承圆柱滚子标准件制作标准, 国外标准中有提出参照标准件将有两个人工缺陷。机加工在代表性的圆柱轴承滚动体的承载表面上, 没有其他明显的自然缺陷。人工缺陷将带有电火花加工的槽, 其平行于承载表面中心轴线, 彼此相距圆周上120°。其中一个槽位于承载表面的中截面处, 规格为0.762mm长×0.051mm宽×0.051mm深;另一个槽位于承载表面的边缘, 规格为1.524mm×0.05mm×0.05mm (长×宽×深) 。槽的尺寸公差为±0.0127mm。

3 检测过程

清洗

由于灰尘及脏物引起的提离效应, 因为滚子涡流检测的特殊性, 零件短小, 有的只有直径4mm大, 在检测时应确保滚子清洗干净, 主要防止两方面, 一个是存在的杂质会影响零件跳动, 导致被检侧面与探头的距离变化;另一方面不洁净的滚子在传输过程中出现粘连导致零件跳动也会造成检测信号变化, 从而干扰检测。

防止电磁干扰

在检测过程中将干扰源如电脉冲、磁场、电焊及其他电磁设备远离线圈。

边缘效应

测量靠近工件边缘易产生边缘 (提离) 效应, 对检测结果产生较大影响, 通过设置检测延迟编码器脉冲数避开干扰。

参数设置

检测频率设置400KHz, 检测工件直径、工件长度设置实际值, 线性速度应小于工件长度数值, 分选编码器脉冲设置应根据零件大小调整合适参数 (通过调整挡板节奏使之恰好做分选动作即可) 。之后应按计算按钮确定工件转速 (重要) 。

机械部分调整

料道调整

因为零件相对较小, 适合的轨道能够防止滚子站立、打横, 能够有效保证传输。需要对料道进行调整, 保证滚子刚好顺利通过即可。

探头调整

因为探头由X、Y机构固定, 探头只能沿滚子传输方向移动, 因此保证探头与滚子被检测面距离为0.5mm, 此时为最佳距离。

光纤调整

光纤调整分两部分, 其一为上料系统检测是否缺料控制振动盘工作, 此光纤应调整能够及时震动上料即可。另一部分为计数光纤, 是位于探头附近监控滚子数量, 应调整强度保证在滚子连接处指示灯灭, 在滚子承载面指示灯亮, 否则会计数错误, 从而导致检测结果错误。

进行标定

使用参考标样进行标定, 将缺陷特征记录为典型不合格参考值, 将5件或以上合格件做为合格参考值, 并对标样进行测试, 应能分选为不合格零件。

实施检测

各机械电气工位调整良好及参数设置完毕后, 按动检测开关即可实施检测, 检测过程中出现故障时机器能够自动停止工作并报警, 裂纹检测系统故障界面会显示故障原因。检测结束后可以将检测结果通过usb输出保存, 用于问题分析。实物检测见图2, 原理图见图3。

信号分析与结论

eddyvisor设备在检测圆柱滚子上还没有广泛使用, 在近两年的使用与摸索中也不断出现一些问题, 这些问题基本是由于对设备的不熟悉造成, 在分析问题并完善后能够有效的实施检测并控制产品质量, 现将主要影响检测结果的几方面因素进行总结。

探头与工件距离影响

在相同的增益下探头与检测表面0.7mm时的检测信号是探头与检测表面1mm时的两倍, 通过试验证明当探头过于远离检测面时会造成对有伤件的漏检。

光纤设置影响检测结果

影响检测结果主要为计数光纤, 当光纤没有识别滚子数量时会将两粒滚子中间的缝隙判定为缺陷, 从而报警, 其导致结果为不合格且计数错误。正常光纤是放置于滚子上方并垂直于滚子承载面, 通过设置光纤强弱来实施计数, 如果强度适合, 当光纤照在承载面上时返回的光能够被接收到则判定为一粒滚子在当前位置没有结束, 当光纤照到两粒滚子的缝隙时没有足够的光返回时则判定为检测结束。所以, 光纤的强弱应保证恰当才能确保检测结果。

分选编码器设置对检测结果的影响

因为分选合格与不合格件的挡板是通过电磁扭转实现, 而其动作节奏是通过设置分选编码器参数完成, 一般情况下我们通过肉眼观察节奏, 只要零件落下挡板动作与否不会干扰下落即为合适 (产品不合格时必须动作) 。但通过实际测试发现, 挡板动作协调时对合格不合格件分选并不是完全正确, 而是应该寻找实现协调动作的最小参数, 并对样件进行测试合格后才能有效保证检测后的分选可靠性。

杂质及污物的干扰

零件表面存在杂质或检测设备主轴不干净导致滚子运转时产生抖动, 造成检测面与探头距离的变化, 产生严重干扰信号, 这种情况下基本为不合格。

零件存在油污产生粘连现象, 由于滚子体积较小, 很少的油污都会造成之间的粘接, 因为滚子在检测时是沿轴向排列送料, 粘接的可能性更大, 发生粘接时由于前一粒滚子下落时带动后面的, 造成提离效应, 形成不合格信号, 造成拒收。

滚子形状特点引起提离效应

所谓提离效应就是指变化的电磁场作用在导体附近, 导体内产生电涡流。电涡流的大小随着变化电磁场与导体的距离改变而变化, 这就是提离效应。因为滚子长度较小, 在检测中一般在5mm~30mm左右, 而探头在检测过程中移动速度较快, 当探头经过滚子倒角及边缘时, 会产生很大的提离信号, 形成噪声信号。通过以下方式能避免提离影响。

采用光纤及编码器配合的方式

当光纤和探头在同一圆周方向中, 这样检测开始没有问题, 因为光纤测到缝隙后给PLC信号之后触发检测正好有一定的延时 (毫秒级) , 避开了滚子头部噪声区域, 但是检测到尾部缝隙, 经光纤发出信号到PLC到检测结束中间有时间, 尽管很短, 但是将导致探头正好检测到滚子末端噪声区域, 这样就干扰了检测。

解决办法:光纤放置在探头后一点距离, 光纤探测到滚子的缝隙时, PLC延时几个编码器的脉冲触发仪器开始检测, 这样正好避开滚子端部开始区域的噪声区。当光纤探头到下一个缝隙时, 正好是之前检测过的滚子的末端, 通过光纤信号PLC发出停止检测信号给仪器, 正好避开滚子的末端噪声区域。光纤和探头的间距为滚子末端检测的盲区。

如何根据工件长度与检测线性速度确定检测速度并保证探头对零件的有效覆盖?

我们每次检测时需要输入工件直径D (mm) 、工件长度 (L) mm、要求的检测线速度V (mm/秒) 。

(1) 送料脉冲计算

送料轮的直径已知为80mm, 所以周长=80x3.14=251.33mm

送料轮的转速计算=V/251.33转/分钟

已知每转一周送料轮的脉冲为10000个

所以送料轮的脉冲= (10000 x V) /251.33

当要求的线速度为10mm/秒时, 脉冲数为397.88脉冲/分钟。

(2) 驱动轮的脉冲, 驱动电机的脉冲探头的扫查线宽度为0.5mm, 所以扫查的螺纹间距为0.5mm, 在线速度V下, 工件的转速为V/0.5=2V转/秒。

对于小滚轮, 其直径为50mm, 每转一周4000脉冲, 所以驱动滚轮的转速= (2V*D) /50。

脉冲数= (4000x2VD) /50。

已知电机和滚轮的脉冲数比=14:22, 所以电机的脉冲为 (4000x2VDx14) / (50x22) = (160VDx14) /22=101.82x VD。

对于大滚轮, 其直径为100mm, 每转一周4000脉冲, 电机脉冲和滚轮相同。

所以驱动轮的转速= (2VD) /100, 驱动轮和电机脉冲都为 (4000x2VD) /100=80VD。

最终编程时, 将扫查线宽定为0.4mm, 即保证有20%的重复覆盖。

通过已知检测某一零件的检测线速度和送料轮的脉冲数可以计算避开倒角引起提离效应的最小延时脉冲数, 这是理论上的。当我们进行检测时, 可考虑对倒角大的零件脉冲延时数可以大些, 倒角小的设置小些, 最后通过样件检测结果判断或看是不是每一零件检测结束时都不合格判断即可。

4 分析与结论

通过多方面的测试和验证, 在对设备充分了解的基础上eddyvisor涡流探伤设备在检测圆柱滚子方面有很好的作用。随着对轴承产品质量的严格要求和产品需求量的增加, 涡流探伤在轴承滚子方面将会持续完善和广泛应用, 更加提高生产效率。

摘要：针对轴承圆柱滚子实际生产过程中常见的裂纹与其他缺陷, 本文结合实际检测工作, 研究涡流探伤在轴承圆柱滚子质量检测中的应用, 首先介绍参考标样的制作、为保证检测结果的可靠性创造的有效条件和整个检测过程, 重点讨论了探头与工件距离、光纤设置、分选编码器设置对检测结果的影响, 杂质和污物的干扰, 以及滚子形状特点引起的提离效应, 为轴承圆柱滚子产品质量检验提供了参考。

关键词：轴承圆柱滚子,裂纹,涡流检测,杂质干扰

参考文献

[1]张方, 郭顺生, 程松波.金属表面裂纹涡流检测系统[J].测试技术学报, 2006, 20 (5) :467-470.

[2]杨风, 吴其洲.金属表面裂纹深度定量标定系统[J].华北工学院学报, 2004, 25 (3) :227-230.

[3]刘宝, 徐彦霖, 王增勇, 等.涡流检测技术及进展[J].兵工自动化, 2006, 25 (3) :80-82.

[4]Jing Lin.Feature extraction of machine sound using wavelet and its application in fault diagnosis[J].NDT&E Int, 2001 (34) :25-30.

篇4：涡流探伤与超声波探伤初探

【摘要】近年来我国国际地位不断提升，在铁路运输领域接连实现创举，目前我国建设的铁路运营路线已经达到了数十万公里。随着我国铁路运输能力的增强，随之而来的要解决的就是安全保障及维护工作，当前我国普遍使用在役钢轨无损探伤技术对铁路进行安全维护。以下是笔者对钢轨无损探伤技术的一些理解及简单分析了该技术目前的使用状况并对其以后的发展方向做出了浅薄的探讨。

【关键词】无损检测；探伤；钢轨

我国的钢轨超声探伤技术从上世纪到现在经历了从无到有，从突破到技术发展的一个过程。1954年，我国相关部门从瑞士的MATISA企业购买了首部探伤仪，它是一种声响指示的共振探伤仪，自此我国科研部门深入的对探伤仪仪器和探伤仪方法的研究。到二十世纪五十年代，我国自主研发的首部探伤仪问世，即手仗式钢轨探伤仪，在随后几年里，A型显示脉冲反射式钢轨探伤仪JGT_1型，具有两个通道以及多探头反射、穿透两用的JGT_2型探伤仪相继研发成功。1980年具有4个通道、5个探头的JGT-3型通过鉴定，该型号探伤仪的问世对我国后来各种手推式探伤仪都有深远影响。1989年后，不同型号的品种的超声探伤仪相继被研发制造，形成了个厂家竞争发展的格局。

1、目前钢轨超声波探伤技术的应用情况

在不同的无损检测方法中，超声检测是一种重要的方法，具有无可比拟的优势，在核电、国防、铁路等多个行业和领域得以充分应用。超声波本质是一种机械波，在弹性介质中它是靠振动传播的，其频率一般高于20kHz。超声波应用于无损检测时其工作频率为0.5MHz到10MHz，根据检测对象的材质不同，其工作的频率也不相同[1]。一方面探测目标灵敏度很高或者细晶材质需要运用很高频率的超声波，另一方面探测粗晶材质或者衰弱十分明显材质时要运用低频率的超声波。产生波钢轨探伤技术在实际运用中，包含了各个方面的知识，如光学中的折射，反射；物理学中的关于波及力的一些理论。

简单来说，超声波钢轨探伤技术是利用超声波在钢轨中其所受到影响情况可以反映钢轨结构的受损情况。

1.1钢轨常见伤损及其成因

随着我国高速铁路行业的飞快发展，对铁路钢轨的质量也相应有了极大提高，而钢轨在制作过程中现阶段还不可避免的存在一些缺陷，包含钢轨中的一些气泡、白点、缩孔和非金属夹杂等等。此外，还有在役钢轨的使用中也会造成诸如裂纹、断裂等导致钢轨无法使用或者使用性能受限的问题。使用中的钢轨的问题可能是由三个方面造成的：一钢轨出现垂直和纵向的裂纹，出现这种问题的原因可能在钢轨在生产过程中的工艺问题导致，在原料中的一些杂质残留到乳制后的钢轨中产生裂纹；二是钢轨内部的核伤，这种损伤是主要来自于其在制造过程中的技艺不精或材质不良，另外一方面是在使用过程中的高负荷导致应力集中，通常状况下核伤多数出现在钢轨头部，但是随着不断的使用，其承受能力减弱，从而致使事故发生；三是钢轨接触部门损伤，这是由于车轮在接头位置的惯性作用词其他位置处的都要大。

1.2超声回波对各种缺陷的不同表现

超声无损探伤的最基本原理就是利用超声回波对不同缺陷和伤损的表现不同来进行检测的。下面是集中典型情况：

1.2.1平面状缺陷当出现平面状损伤时，回波信号能够根据前方方向不同则回波高度有所差异的特点。如果探测方向和损伤方向平行时回波就会出现低状态或者没有回波，如果探测方向和损伤方向不平行时，回波会很高。在探测过程中如果出现裂纹等缺陷，一般活剥会出现较大的幅度和多峰的情况。

1.2.2点状缺陷点状缺陷包括钢轨重产生的点状废渣，单个气孔以及多个气孔。点状缺陷的超声波形状十分平稳，跟方向没有明显的关系。但是夹渣及气孔对超声波的回波的变化是有所不同的，气孔出现的回波会按照气孔大小而变化，夹渣的回波一般会很低且波形较宽。

1.2.3裂纹缺陷超声回波探测到损伤处时会出现接连不断的反射波，波形高且宽。裂纹不但会出现在典型位置而且很大程度上会出现在焊缝的热影响区，因为大多数裂纹与焊缝呈垂直状态，所以需要在与焊缝平行的方向上筛查，比较容易出现裂纹。

1.2.4焊接缺陷有时，在焊接的时候偶尔会导致未焊透现象的出现，这是因为使用的焊接金属不符合相关的要求[2]。焊接缺陷主要发生在焊根位置，探测仪在不断摆动时对缺陷的回波反映平稳，各个角度探伤的回波反映基本相同。

1.2.5未溶合缺陷未熔合缺陷指的是熔焊过程中的不同材质逐渐没有完全熔化的部分，这一缺陷在实际操作中容易发生漏检现象，只有超声波以垂直角度探测伤损处时才有明显回波表现。对于此种缺陷，超声回波具有波形稳定的特点，但对两侧检测时可能只会有一侧反应。

2、高速钢轨探伤车的研发及运用是今后的主要方向

铁路是我国国民经济发展的命脉，当前我国的铁路运营路线已突破十万公里，受制于线路质量和管理维护的要求，全国共配备八千多名专职钢轨探伤作业人员。我国在进行钢轨探伤过程中大部分使用的都是手推式的，但它存在效率低下，易出错等缺陷，一旦发生错报的现象就很有可能出现严重的交通事故。随着我国经济的不断发展，高速铁路建设也已发生的巨大的变化，无缝线路应用越来越多，陈旧的设备已经远远不能够满足工作的需要[3]。我国第一台钢轨探伤车是二十世纪九十年代于澳大利亚购买的，后来又相继从美国等国家购买了一些。但我国在铁路运营里程和铁路发展需求上与别的国家有所不同，因此对钢轨探伤车的各方面要求也存在差异，所以我国在今后的发展过程中要十分重视对高速探伤车的研发。

以后在我国的主要线路干线上将会构成以不同种安全综合检测车及快速钢轨探伤车为主，以手推式钢轨探伤仪为辅的铁路安全监控网络，但是在各支线将继续运用手推式钢轨探伤仪进行检测，手推式钢轨探伤仪会在不久的将來发展成全数字化探伤仪。

参考文献

[1]史密斯.钢轨滚动接触疲劳的进一步研究[J].北京：中国铁道科学，2001，23（3）：6-10.

[2]马允先.钢轨接触疲劳裂纹的产生与防治[J].上海铁道科技，2002（4）：41-43.

篇5：涡流探伤与超声波探伤初探

铍铜合金是一种具有良好综合性能的合金，有很高的强度、硬度、弹性，还具有良好的导电性、导热性、耐模性和耐腐蚀性，以及非发火性，铸锻性，非磁性等优良特性，其应用十分广阔。主要应用于电信，计算机，汽车电子元件，电子工业和航空、航天、石油、化工等行业，也可应用于电器连接器，IC插座，开关继电器，手提电脑及天然气钻探设备等，这些行业对其质量要求非常严格，故超声波探伤尤为重要。

超声探伤是质量控制的一种重要手段。对于铍铜合金材料中可能存在的冶金缺陷（如夹杂，气孔）、工艺缺陷（如变形不足、起皮，裂纹等）和组织缺陷，许多厂家都用超声探伤检测进行质量控制。本文对铍青铜大规格棒材的超声探伤技术进行了研究。

2．探伤原理

棒材探伤可采用纵波脉冲反射法，即直探头直接接触法，该方法是将超声波探头与平滑的工件表面接触或用其它方法耦合后，就能使超声波在在工件中传播，遇到缺陷将引起反射。它易于发现工件与声速方向垂直，具有一定截面积的缺陷。检测时从棒材的压余端开始，检验过程中应沿一个圆周方向进行，超声波束应由棒材的一侧入射，原则上应在探测面上从两个相互垂直的方向进行全面扫查。

3实验方法

对比试块可以调节探伤灵敏度;测试仪器和探头的性能;调整扫描速度;是评判缺陷大小的依据。为了保证不同直径的棒材的检测的可靠性，制作了阶梯式对比试块，该对比试块原料是电渣铍青铜，为退火态。经超声波检验合格后制作的。在对比试块的1/2D处制作了深度为15mm，φ0.8mm横通孔，其余均为φ2.2mm平底孔，加工尺寸如图1。

图1棒材检测对比试块

Fig1.DetectionofreferenceblocksBar

实验仪器采用汕头超声仪器研究所的CTS-2020A型脉冲反射式超声波探伤仪。探头频率选择为5MHz，晶片直径为10mm。耦合剂为丙三醇。调节探伤灵敏度时，采用缺陷当量横通孔为φ0.8mm、平底孔为φ2.2mm，缺陷波高达仪器满屏的80%作为基准波高，此时的灵敏度确定为探伤灵敏度。

4实验结果

阶梯试块中1号横通孔和2、3、4号平底孔调试波形见图2。由图2可以看出φ0.8mm横通孔和φ2.2mm平底孔反射回波清晰可见，信噪比高能够满足检测灵敏度要求。

(a)1号横通孔调试波形

(b)2号平底孔调试波形

(d)4号平底孔调试波形

Fig2.debugwaveformreferenceblocks

实际检测的不同规格棒材缺陷波形如图3，由图3表明采用探头频率为5MHz，晶片直径为10mm纵波直探头接触法对棒材进行检测，能够发现棒材内部缺陷，金相组织观测表明该铍青铜棒材晶粒较细，这与实际探伤时杂波较低相吻合。

（a）φ85mm棒材缺陷波形图

（b）φ55mm棒材缺陷波形图

（c）φ30mm棒材缺陷波形图

（d）φ20mm棒材缺陷波形图

图3不同规格棒材缺陷波形图

Fig3.DefectsofdifferentwaveformsSizeBar

（a）φ85mm棒材;（b）φ55mm棒材（c）φ30mm棒材（d）φ20mm棒材

图4给出的缺陷剖检图与图3的波形一一对应。图4（a）表明缺陷为裂纹，图4（b）表明缺陷为夹杂点缺陷，图4（c）表明缺陷为近表面浅裂纹，图4（d）表明缺陷为密集型气孔。

(a）φ85mm棒材;（b）φ55mm棒材;（c）φ30mm棒材;（d）φ20mm棒材

Fig4.Actualnecropsydefect

篇6：超声波探伤培训教程

渗透检测适用于金属制品及其零部件表面开口缺陷的检测，包括荧光和着色渗透检测。

涡流检测适用于管材检测，如圆形无缝钢管及焊接钢管、铝及铝合金拉薄壁管等。

磁粉、渗透和涡流统称为表面检测。

波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离，常用单位为米(m)；频率f：波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数称为频率，常用单位为赫兹(Hz)；波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，常用单位为米/秒（m/s）。

由上述定义可得：C= f，即波长与波速成正比，与频率成反比；当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。

次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。它们的区别在主要在于频率不同。频率在20~20000Hz之间的能引起人们听觉的机械波称为声波，频率低于20Hz的机械波称为次声波，频率高于20000Hz的机械波称为超声波。次声波、超声波不可闻。

超声探伤所用的频率一般在0.5~10MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为1~5MHz。超声波波长很短，由此决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛用于无损探伤。

1.方向性好：超声波是频率很高、波长很短的机械波，在无损探伤中使用的波长为毫米级；超声波象光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，易于在被检材料中发现缺陷。

2.能量高：由于能量（声强）与频率平方成正比，因此超声波的能量远大于一般声波的能量。

3.能在界面上产生反射、折射和波型转换：超声波具有几何声学的上一些特点，如在介质中直线传播，遇界面产生反射、折射和波型转换等。

4.穿透能力强：超声波在大多数介质中传播时，传播能量损失小，传播距离大，穿透能力强，在一些金属材料中其穿透能力可达数米。

互相垂直的波，称为横波，用S或T表示。

当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生剪切形变，从而形成横波；只有固体介质才能承受剪切应力，液体和气体介质不能承受剪切应力，因此横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。钢中横波声速一般为3230m/s。横波一般应用于焊缝、钢管探伤。3.表面波R 当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，称为表面波，常用R表示。又称瑞利波。

表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向；椭圆运动可视为纵向振动与横向振动的合成，即纵波与横波的合成，因此表面波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。

表面波的能量随深度增加而迅速减弱，当传播深度超过两倍波长时，质点的振幅就已经很小了，因此，一般认为表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。表面波一般应用于钢管探伤。4.板波

在板厚与波长相当的薄板中传播的波，称为板波。根据质点的振动方向不同可将板波分为SH波和兰姆波。板波一般应用于薄板、薄壁钢管探伤。

二．超声波声速测量

对探伤人员来说，用探伤仪测量声速是最简便的，用这种方法测声速，可用单探头反射法或双探头穿透法；可用于测纵波声速和横波声速。

1.反射法测纵波声速声速按下式计算：

声速 C=2d/(T1-t)； t = 2T1 – T2 式中 d------工件厚度；

t------由探头晶片至工件表面传输时间；

T1------由探头晶片至工件底一次波传输时间；

T2------由探头晶片至工件底二次波传输时间；

2.穿透法测纵波声速声速按下式计算：

声速 C=d/(T1-t)； t = 2T1 – T2 式中 d------工件厚度；

t------由探头晶片至工件表面传输时间；

T1------由探头晶片至工件底一次波传输时间；

T2------由探头晶片至工件底二次波传输时间；

3.反射法测横波声速

用半圆弧测横波声速，按下式计算：声速 C=2d/(T1-t)； t = 2T1 – T2 式中 d------半圆半径长度；

t------由探头晶片至半圆弧探测面传输时间；

T1------由探头晶片至圆弧面一次波传输时间；

T2------由探头晶片至圆弧面二

次波传输时间；

动中任何质点都可以看作是新的波源。据此惠更斯提出了著名的惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后任意时刻这些子波的包迹就决定新的波阵面。2.波的衍射（绕射）

波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，称为波的衍射或波的绕射。如右图，超声波（波长为）在介质中传播时，AB（其尺寸为D）遇到缺陷，据惠更斯原理，缺陷边缘可以看作是发射子波的波源，使波的传播改变，从而使缺陷背后的声影缩小，反射波降低。

当D<<时，波的绕射强，反射弱，缺陷回波很低，容易漏检；当D>>时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。

波的绕射对探伤即有利又不利。由于波的绕射，使超声波产生晶料绕射顺利地在介质中传播，这对探伤有利；但同时由于波的绕射，使一些小缺陷回波显著下降，以致造成漏检，这对探伤不利。一般超声波探伤灵敏度约为/2。

三．超声场的特征值

充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，叫超声场；超声场具有一定的空间大小和形状，只有当缺陷位于超声场内时，才有可能被发现。描述超声场的特征植（即物理量）主要有声压、声强和声

阻抗。1.声压P 超声场中某一点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在时的静态压强P0之差，称为该点的声压，用P表示（P = P1-P0）。

声压幅值 p = cu = c(2fA)其中 ----介质的密度;c----波速;u----质点的振动速度； A----声压最大幅值； f----频率。

超声场中某一点的声压的幅值与介质的密度、波速和频率成正比。在超声波探伤仪上，屏幕上显示的波高与声压成正比。2.声阻抗Z 超声场中任一点的声压p与该处质点振动速度u之比称为声阻抗，常用Z表示。

Z = p / u = cu / u = c 由上式可知，声阻抗的大小等于介质的密度与波速的乘积。由u = P/Z可知，在

同一声压下，Z增加，质点的振动速度下降。因此声阻抗Z可理解为介质对质点振动的阻碍作用。超声波在两种介质组成的界面上的反射和透射情况与两种介质的声阻抗密切相关。3.声强I 单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，常用I表示。

22I = Z u/2 = P/(2Z)当超声波传播到介质中某处时，该处原来静止不动的质点开始振动，因而具有动能；同时该处介质产生弹性变形，因而也具有弹性位能；声能为两者之和。

声波的声强与频率平方成正比，而超声波的频率远大于可闻声波。因此超声波的声强也远大于可闻声波的声强。这是超声波能用于探伤的重要原因。

在同一介质中，超声波的声强与声压的平方成正比。

四．分贝的概念与应用

1.概念

由于在生产和科学实验中，所遇到的声强数量级往往相差悬殊，如引起听觉的声-16 2– 4 强范围为10~ 10瓦/厘米，最大值与最小值相差12个数量级。显然采用绝对量来度量是不方便的，但如果对其比值（相对量）取对数来比较计算则可大简化运算。分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。

通常规定引起听觉的最弱声强为I1 = 10 2–16 瓦/厘米作为声强的标准，另一声强I2与标准声强I1 之比的常用对数称为声强级，单位是贝尔(BeL)。实际应用时贝尔太大，故常取1/10贝尔即分贝（dB）来作单位。（如取自然对数，则单位为奈培NP）

 = lg(I2/I1)(Bel)=10 lg(I2/I1)= 20 lg(P2/P1)(dB)在超声波探伤中，当超声波探伤仪的垂直线性较好时，仪器屏幕上的波高与声压

成正比。这时有

 = 20 lg(P2/P1)= 20 lg(H2/H1)(dB)这时声压基准P1或波高基准H1可以任意选取。2.应用

分贝用于表示两个相差很大的量之比显得很方便，在声学和电学中都得到广泛的应用，特别是在超声波探伤中应用更为广泛。例如屏上两波高的比较就常常用dB表示。

例如，屏上一波高为80％，另一波高为20％，则前者比后者高

 = 20 lg(H2/H1)= 20 lg(80/20)= 12（dB）

用分贝值表示回波幅度的相互关系，不仅可以简化运算，而且在确定基准波高以后，可直接用仪器的增益值（数字机）或衰减值（模拟机）来表示缺陷波相对波高。

超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分能量反射回原介质内，称为反射波；另一部分能量透过界面在另一种介质内传播，称为透射波。在界面上声能（声压、声强）的分配和传播方向的变化都将遵循一定的规律。

一．单一界面的反射和透射

声能的变化与两种介质的声阻抗密切相关，设波从介质1（声阻抗Z1）入射到介质2（声阻抗Z2），有以下几种情况： 1.Z2 > Z1

声压反射率小于透射率。如水/钢界面。2.Z1> Z2

声压反射率大于透射率。如钢/水界面。声强反射率及透射率只与Z1、Z2的数值有关，与从哪种介质入射无关。3.Z1>> Z2

声压（声强）几乎全反射，透射率趋于0。如钢/空气界面。

4.Z1 Z2

此时几乎全透射，无反射。因此在焊缝探伤中，若母材与填充金属结合面没有任何缺陷，是不会产生界面回波的。

二．薄层界面的反射和透射

此情况主要对探头保护膜设计具有指导意义。

当超声波依次从三种介质Z1、Z2、Z3(如晶片—保护膜—工件)中穿过，则当薄层厚度等于半波长的整数倍时，通过薄层的声强透射与薄层的性质无关，即好象不存在薄层一样；当薄层厚度等于四分之一波长的奇数倍且薄层声阻抗为其两侧介质

1/2 声阻抗几何平均值（Z2 =（Z2 Z3））时，超声波全透射

三．波型转换和反射、折射定律当超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型

转换。

1.纵波斜入射

2.横波入射

四．超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着距离增加，超声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波衰减。引起超声波衰减的主要原因是波束扩散、晶粒散射和介质吸收 1.扩散衰减

超声波在传播过程中，由于波束的扩散，使超声波的能量随距离增加面逐渐减弱的现象叫做扩散衰减。超声波的扩散衰减仅取决于波阵面的形状，与介质的性质无关。

2.散射衰减

超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不

同的界面产生散乱反射引起衰减的现象，称为散射衰减。散射衰减与材质的晶粒密切相关，当材质晶粒粗大时，散射衰减严重，被散射的超声波沿着复杂的路径传播到探头，在屏上引起林状回波（又叫草波），使信噪比下降，严重时噪声会湮没缺陷波。

3.吸收衰减

超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起超声波的衰减，称为吸收衰减或粘滞衰减通常所说的介质衰减是指吸收衰减与散射衰减，不包括扩散衰减。

较远处轴线上的声压与距离成反比，与波源面积成正比。1.近场区

波源附件由于波的干涉而出现一系列声压极大极小值的区域，称为超声场的近场区。近场区声压分布不均，是由于波源各点至轴线上某点的距离不同，存在波程差，互相迭加时存在位相差而互相干涉，使某些地方声压互相加强，另一些地方互相减弱，于是就出现声压极大极小值的点。

波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度，用N表示。22 N =（Ds-）/(4) Ds/(4)2.远场区

波源轴线上至波源的距离x >N的区域称为远场区。远场区轴线上的声压随距离增加单调减少。当 x >3N时，声压与距离成反比，近似球面波的规律。因为距离x足够大时，波源各点至轴线上某一点的波程差很小，引起的相位差也很小，这样干涉

现象可以略去不计，所以远场区不会出现声压极大极小值。

3.近场区在两种介质中分布

实际探伤时，有时近场区分布在两种不同的介质中，如水浸探伤，超声波先进入水，然后再进入钢中，当水层厚度较小时，近场区就会分布在水、钢两种介质中。设水层厚度为L，则钢中剩余近场区长度N为 N = Ds/(4)– Lc1/c2 式中 c1----介质1水中波速；

c2----介质2钢中波速；

----介质2钢中波长。

在近场区内，实际声场与理想声场存在明显区别，实际声场轴线上声压虽也存在极大极小值，但波动幅度小，极值点的数量也明显减少。

二．横波声场

目前常用的横波探头，是使纵波斜入射到界面上，通过波形转换来实现横波探伤

的，当入射角在

超声波探伤中常用的规则反射体有平底孔、长横孔、短横孔、球孔和大平底面等。回波声压公式（考虑介质衰减因素）：

四． AVG曲线

AVG曲线是描述规则反射体的距离、回波高及当量大小之间关系的曲线；A、V、G是德文距离、增益和大小的字头缩写，英文缩写为DGS。AVG曲线可用于对缺陷定量和灵敏度调整。

以横坐标表示实际声程，纵坐标表示规则反射体相对波高，用来描述距离、波幅、当量大小之间的关系曲线，称为实用AVG曲线。实用AVG曲线可由以下公式得到：不同距离的大平底回波dB差

Δ=20lgPB1/PB2=20lgX2/X1 不同距离的不同大小平底孔回波dB差

Δ=20lgPf1/Pf2=40lgDf1X2/Df2X1 同距离的大平底与平底孔回波dB差

Δ=20lgPB/Pf=20lg2λX/πDfDf 用以上公式计算绘制实用AVG曲线时，要统一灵敏度基准。

坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。B型：B型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的传播距离，因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。C型：C型显示也是一种图象显示，屏幕的横坐标和纵坐标都代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，屏上显示出被探工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。

目前，探伤中广泛使用的超声波探伤仪都是A型显示脉冲反射式探伤仪。

3.A型脉冲反射式模拟超声波探伤仪的一般原理

二．探头

超声波的发射和接收是通过探头来实现的。下面介绍探头的工作原理、主要性能及其及结构。1.压电效应

某些晶体材料在交变拉压应作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。

超声波探头中的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换为声能(机械能)，探头发射超声波。当探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转换为电能。不难看出超声波探头在工作时实现了电能和声能的相互转换，因此常把探头叫做换能器。

2.探头的种类和结构

直探头用于发射和接收纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。

斜探头可分为纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头，常用的是横波斜探头。横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝、汽轮机叶轮等。

当斜探头的入射角大于或等于

基本频率-晶片材料-晶片尺寸-探头种类-特征

三．试块

按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试样，通常称为试块。试块和仪器、探头一样，是超声波探伤中的重要工具。

1．试块的作用（1）确定探伤灵敏度

超声波探伤灵敏度太高或太低都不好，太高杂波多，判伤困难，太低会引起漏检。因此在超声波探伤前，常用试块上某一特定的人工反射体来调整探伤灵敏度。（2）测试探头的性能

超声波探伤仪和探头的一些重要性能，如放大线性、水平线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力、盲区、探头的入射点、K值等都是利用试块来测试的。（3）调整扫描速度

利用试块可以调整仪器屏幕上水平刻度

值与实际声程之间的比例关系，即扫描速度，以便对缺陷进行定位。（4）评判缺陷的大小

利用某些试块绘出的距离-波幅-当量曲线（即实用AVG）来对缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特别是3N以内的缺陷，采用试块比较法仍然是最有效的定量方法。此外还可利用试块来测量材料的声速、衰减性能等。2.试块的分类（1）按试块来历分为：标准试块和参考试块。（2）按试块上人工反射体分：平底孔试块、横孔试块和槽形试块 3.试块的要求和维护

4.常用试块简介（仪器使用时重点讲解）

IIW(CSK-IA)CS-1 CSK-IIIA

3.动态范围

动态范围是指仪器屏幕容纳信号大小的能力。

二．探头的性能及其测试 1.斜探头入射点

斜探头的入射点是指其主声束轴线与探测面的交点。入射点至探头前沿的距离称为探头的前沿长度。测定探头的入射点和前沿长度是为了便于对缺陷定位和测定探头的K值。

注意试块上R应大于钢中近场区长度N，因为近场区同轴线上的声压不一定最高，测试误差大。

2.斜探头K值和折射角

斜探头K值是指被探工件中横波折射角的正切值。

注意测定斜探头的K值或折射角也应在近场区以外进行。

3.探头主声束偏离和双峰

探头实际主声束与其理论几何中心轴线

的偏离程度称为主声束的偏离。

平行移动探头，同一反射体产生两个波峰的现象称为双峰。

探头主声束偏离和双峰，将会影响对缺陷的定位和判别。4.探头声束特性

探头声束特性是指探头发射声束的扩散情况，常用轴线上声压下降6dB时探头移动距离（即某处的声束宽度）来表示。

三．仪器和探头的综合性能及其测试 1.灵敏度

超声波探伤中灵敏度一般是指整个探伤系统（仪器和探头）发现最小缺陷的能力。发现缺陷愈小，灵敏度就愈高。

仪器的探头的灵敏度常用灵敏度余量来衡量。灵敏度余量是指仪器最大输出时（增益、发射强度最大，衰减和抑制为0），使规定反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。灵敏度余量大，说明仪器与探头的灵敏度高。灵敏度余量与仪器和探头

的综合性能有关，因此又叫仪器与探头的综合灵敏度。

2.盲区与始脉冲宽度

盲区是指从探测面到能够发现缺陷的最小距离。盲区内的缺陷一概不能发现。始脉冲宽度是指在一定的灵敏度下，屏幕上高度超过垂直幅度20％时的始脉冲延续长度。始脉冲宽度与灵敏度有关，灵敏度高，始脉冲宽度大。3.分辨力

仪器与探头的分辨力是指在屏幕上区分相邻两缺陷的能力。能区分的相邻两缺陷的距离愈小，分辨力就愈高。4.信噪比

信噪比是指屏幕上有用的最小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波幅度之比。信噪比高，杂波少，对探伤有利。信噪比太低，容易引起漏检或误判，严重时甚至无法进行探伤。

发生变化时，将改变试件的共振频率，依据试件的共振频率特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法称为共振法。共振法常用于试件测厚。

二．按波形分类

根据探伤采用的波形，可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。1.纵波法

使用直探头发射纵波进行探伤的方法，称为纵波法。此时波束垂直入射至试件探测面，以不变的波型和方向透入试件，所以又称为垂直入射法，简称垂直法。垂直法分为单晶探头反射法、双晶探头反射法和穿透法。常用单晶探头反射法。垂直法主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的探伤，该法对与探测面平行的缺陷检出效果最佳。由于盲区和分辨力的限制，其中反射法只能发现试件内部离探测面一定距离以外的缺陷。

在同一介质中传播时，纵波速度大于其

它波型的速度，穿透能力强，晶界反射或散射的敏感性较差，所以可探测工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的探伤。2.横波法

将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射至试件探测面，利用波型转换得到横波进行探伤的方法，称为横波法。由于透入试件的横波束与探测面成锐角，所以又称斜射法。

此方法主要用于管材、焊缝的探伤；其它试件探伤时，则作为一种有效的辅助手段，用以发现垂直法不易发现的缺陷。3.表面波法

使用表面波进行探伤的方法，称为表面波法。这种方法主要用于表面光滑的试件。表面波波长很短，衰减很大。同时，它仅沿表面传播，对于表面上的复层、油污、不光洁等，反应敏感，并被大量地衰减。利用此特点可通过手沾油在声束传播方向上进行触摸并观察缺陷回波高度的

变化，对缺陷定位。4.板波法

使用板波进行探伤的方法，称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状简单的试件探伤。探伤时板波充塞于整个试件，可以发现内部和表面的缺陷。5.爬波法

三．按探头数目分类 1.单探头法

使用一个探头兼作发射和接收超声波的探伤方法称为单探头法，单探头法最常用。

2.双探头法

使用两个探头（一个发射，一个接收）进行探伤的方法称为双探头法，主要用于发现单探头难以检出的缺陷 3.多探头法

使用两个以上的探头成对地组合在一起进行探伤的方法，称为多探头法。

四．按探头接触方式分类 1.直接接触法

探头与试件探测面之间，涂有很薄的耦合剂层，因此可以看作为两者直接接触，此法称为直接接触法。

此法操作方便，探伤图形较简单，判断容易，检出缺陷灵敏度高，是实际探伤中用得最多的方法。但对被测试件探测面的粗糙度要求较高。2.液浸法

将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行探伤的方法，称为液浸法。耦合剂可以是油，也可以是水。

液浸法适用于表面粗糙的试件，探头也不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好，便于实现自动化探伤。

液浸法分为全浸没式和局部浸没式。

超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构型式也不一样。探伤前应根据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头，探头的选择包括探头型式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。1.探头型式的选择

常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头、表面波探头、双晶探头，聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。

纵波直探头波束轴线垂直于探测面，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。

横波斜探头主要用于探测与探测面垂直可成一定角度的缺陷，如焊缝中未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。

表面波探头用于探测工件表面缺陷，双晶探头用于探测工件近表面缺陷，聚焦探头用于水浸探测管材或板材。

2.探头频率的选择。

超声波探伤频率0.5~10MHz之间，选择范围大。一般选择频率时应考虑以下因素:(1)由于波的绕射，使超声波探伤灵敏度约为波长的一半，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。

(2)频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。

(3)频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。

(4)频率高，波长短，近场区长度大，对探伤不利。

(5)频率增加，衰减急剧增加。

由以上分析可知，频率的高低对探伤有较大的影响，频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对探伤有利；但近场区长度大，衰减大，又对探伤不利。实际探伤中要全面分析考虑各方面的因素，合理选择频率。一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可

能选用较低的频率。

对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率，常用2.5~5MHz；对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用0.5~2.5MHz。如果频率过高，就会引起严重衰减，屏幕上出现林状回波，信噪比下降，甚至无法探伤。3.探头晶片尺寸的选择

晶片尺寸对探伤也有一定的影响，选择晶片尺寸进要考虑以下因素：（1）晶片尺寸增加，半扩散角减少，波束指向性变好，超声波能量集中，对探伤有利。（2）晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对探伤不利。（3）晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。

以上分析说明晶片大小对声束指向性、近场区长度、近距离扫查范围和远距离缺

陷检出能力有较大的影响。实际探伤中，探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效率宜选用大晶片探头；探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头；探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头；探伤表面不太平整，曲率较低较大的工件时，为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。

4.横波斜头K值的选择

在横波探伤中，探头的K值对探伤灵敏度、声束轴线的方向，一次波的声程（入射点至底面反射点的距离）有较大的影响。K值大，一次波的声程大。因此在实际探伤中，当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤；当工件厚度较大时，应选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。在焊缝探伤中，不要保证主声束能扫查整个焊缝截面；对于单面焊根未焊透，还要考虑端角

反射问题，应使K=0.7~1.5,因为K<0.7或K>1.5，端角反射很低，容易引起漏检。

三．耦合

超声耦合是指超声波在探测面上的声强透射率。声强透射率高，超声耦合好。为提高耦合效果，在探头与工件表面之间施加的一层透声介质称为而耦合剂。耦合剂的作用在于排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件，达到探伤的目的；耦合剂还有减少磨擦的作用。

影响声耦合的主要因素有：耦合层的厚度，耦合剂的声阻抗，工件表面粗糙度和工件表面形状。

四．表面耦合损耗的补偿

在实际探伤中，当调节探伤灵敏度用的试块与工件表面粗糙度、曲率半径不同时，往往由于工件耦合损耗大而使探伤灵敏度降低，为了弥补耦合损耗，必须增大仪器的输出来进行补偿。

块来调节，如用CSK-IA试块50或1.5的孔。

三．定量调节

定量调节一般采用AVG（直探头）或DAC（斜探头）。

四．缺陷定位

超声波探伤中测定缺陷位置简称缺陷定位。

1.纵波（直探头）定位

纵波定位较简单，如探头波束轴线不偏离，缺陷波在屏幕上位置即是缺陷至探头在垂直方向的距离。2.表面波定位

表面波探伤定位与纵波定位基本类似，只是缺陷位于工件表面，缺陷波在屏幕上位置是缺陷至探头在水平方向的距离（此时要考虑探头前沿）。3.横波定位

横波斜探头探伤定位由缺陷的声程和探

头的折射角或缺陷的水平和垂直方向的投影来确定。

4.横波周向探测圆柱面时缺陷定位周向探伤时，缺陷定位与平面探伤不同。（1）外圆探伤周向探测（2）内壁周向探测

当量试块比较法是将工件中的自然缺陷回波与试块上的人工缺陷回波进行比较来对缺陷定量的方法。此法的优点是直观易懂，当量概念明确，定量比较稳妥可靠。但成本高，操作也较烦琐，很不方便。所以此法应用不多，仅在x<3N的情况下或特别重要零件的精确定量时应用。2.当量计算法当x>3N时，规则反射体的回波声压变化规律基本符合理论回波声压公式，当量计算法就是根据探伤中测得的缺陷波高的dB值，利用各种规则反射体的理论回波声压公式进行计算来确定缺陷当量尺寸的定量方法。

3.当量AVG曲线法

当量AVG曲线法是利用AVG曲线来确定工件中缺陷的当量尺寸。

二．测长法测缺陷大小

当工件中缺陷尺寸大于声束截面时，一

般采用测长法来确定缺陷的长度。

测长法是根据缺陷波高与探头移动距离来确定缺陷的尺寸，按规定的方法测定的缺陷长度称为缺陷的指示长度。由于实际工件中缺陷的取向、性质、表面状态等都会影响缺陷回波高度，因此缺陷的指示长度总是小于或等于缺陷的实际长度。根据测定缺陷长度时的基准不同将测长法分为相对灵敏度法、绝对灵敏度法和端点峰值法。

三．底波高度法测缺陷大小

底波高度法是利用缺陷波与底波的相对波高来衡量缺陷的相对大小。当工件中存在缺陷时，由于缺陷的反射，使工件底波下降。缺陷愈大，缺陷波愈高，底波就愈低，缺陷波高与底波高之比就愈大。四．缺陷测高

及其它

目前A型脉冲反射式超声波探伤仪是根据屏幕上缺陷波的位置和高度来评价被检工件中缺陷的位置和大小，了解影响因素，对于提高定位、定量精度是十分有益的。

一．影响缺陷定位的主要因素 1.仪器的影响

仪器的水平线性的好坏对缺陷定位有一定的影响。2.探头的影响