超聲波探傷理論知識(shí)

1、超聲波檢測(cè)理論培訓(xùn),理論學(xué)習(xí)內(nèi)容,超聲波探傷儀的種類(lèi)繁多，但在實(shí)際的探傷過(guò)程，脈沖反射式超聲波探傷儀應(yīng)用的最為廣泛。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射，反射回來(lái)的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。 　　目前便攜式的脈沖反射式超聲波

2、探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標(biāo)是超聲波在被檢測(cè)材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離，縱坐標(biāo)是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個(gè)鋼工件中存在一個(gè)缺陷，由于這個(gè)缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后，就會(huì)發(fā)生反射，反射回來(lái)的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會(huì)顯示出來(lái)一個(gè)反射波的波形，橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷在被檢測(cè)材料

3、中的深度。這個(gè)反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質(zhì)。,第一章超聲波檢測(cè)的物理基礎(chǔ),我們采用超聲波進(jìn)行探傷，首先要弄明白超聲波的物理概念，這是我們學(xué)習(xí)超聲波探傷學(xué)習(xí)的第一步。下面我們了解幾個(gè)概念。 機(jī)械振動(dòng)—機(jī)械波—聲波—超聲波一、機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波1、機(jī)械振動(dòng)：物理學(xué)術(shù)語(yǔ)中機(jī)械振動(dòng)的概念：一般來(lái)說(shuō)，物體或質(zhì)點(diǎn)在某一平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，叫做機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng)。,在摩擦力可忽略的情況下，上述振動(dòng)都是余弦函數(shù)（或正

4、弦函數(shù)）性質(zhì)的，我們稱(chēng)之為諧振動(dòng)。諧振動(dòng)時(shí)，只有彈力或重力做功，其它力不做功，符合機(jī)械能守恒定律。諧振動(dòng)是一種周期性振動(dòng)，其振動(dòng)量每隔一固定的時(shí)間T就完全重復(fù)一次，時(shí)間T稱(chēng)為周期運(yùn)動(dòng)的周期，每秒種所完成的周期數(shù)即稱(chēng)為頻率。2、機(jī)械波：振動(dòng)的傳播過(guò)程，稱(chēng)為波動(dòng)。波動(dòng)分為機(jī)械波和電磁波兩大類(lèi)。在物理學(xué)上可以把物體看作是質(zhì)點(diǎn)的堆積，振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)可引起周?chē)|(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并逐步向前傳播，我們把機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械波；機(jī)械振動(dòng)在上述

5、彈性體中的傳播就稱(chēng)為彈性波（即聲波）。它是一種重要的機(jī)械波。聲波產(chǎn)生的條件是首先要有一個(gè)作機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)作波源，其次要有傳播振動(dòng)的彈性介質(zhì)。當(dāng)振動(dòng)傳播時(shí)，振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波而移走，只是在自己的平衡位置附近振動(dòng)而已，向前傳播的只是超聲波的能量。電磁波是交變電磁場(chǎng)以光速在空間傳播，完全不同于機(jī)械波，如無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、X射線(xiàn)等。,聲波以人的可感覺(jué)頻率為分界線(xiàn)分為：超聲波，頻率大于2萬(wàn)Hz的聲波；次聲波，頻率小于20Hz的聲波；可

6、聞聲波，介于二者之間，三大類(lèi)。為什么探傷采用超聲波，而不采用次聲波或可聞聲波？或者說(shuō)超聲波探傷主要利用了超聲波的哪些特性？利用了超聲波頻率高，指向性好；反射性能，遇到障礙物能產(chǎn)生反射、折射，具有波型轉(zhuǎn)換性能；傳播能量大，聲能損失小，穿透能力強(qiáng)。超聲波的分類(lèi)：1、按聲波的連續(xù)性分為：連續(xù)波（簡(jiǎn)諧波）和脈沖波（沖擊波）；2、按波動(dòng)型式（波型）分為：縱波、橫波、表面波（瑞利波）、板波（藍(lán)姆波）；3、按波傳播的形狀、波振面的形狀（波

7、形）分為：平面波、球面波、柱面波、活塞波。,下面分別講述：（1）介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為無(wú)窮時(shí)所形成的波動(dòng)為連續(xù)波。其中最重要的特例是各質(zhì)點(diǎn)都作同頻率的諧振動(dòng)，這種情況下的連續(xù)波稱(chēng)為簡(jiǎn)諧波（也稱(chēng)為正弦波、余弦波）。 振動(dòng)持續(xù)時(shí)間有限（單個(gè)或間發(fā)）時(shí)所形成的波動(dòng)稱(chēng)為脈沖波。根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)，任何周期振動(dòng)可以分解為許多諧振動(dòng)之和，對(duì)于非周期性的振動(dòng)也可以分解為無(wú)限多個(gè)頻率連續(xù)變化的諧振動(dòng)之和。這種把復(fù)雜振動(dòng)分解為諧振動(dòng)的方法，稱(chēng)為頻譜分析。

8、實(shí)際探傷用的超聲波是多個(gè)頻率超聲波的迭加，并非單一的超聲波，標(biāo)稱(chēng)頻率其實(shí)是它的中心頻率，也就是按能量劃分，多個(gè)頻率中占比最多的哪個(gè)單一超聲波的頻率。理論上是將實(shí)際探傷的超聲波作為單一頻率的超聲波來(lái)研究，也就是理想狀態(tài)。所以超聲波理論計(jì)算與我們實(shí)際超聲波探傷結(jié)果是不一致的。諧振動(dòng)、簡(jiǎn)諧波的表達(dá)式：y=Acos（ωt+φ）,式中y表示在任意瞬間t時(shí)振動(dòng)的幅度；A是振幅，是y的最大值；（ωt+φ）是相位角，其中ω為角頻率（角速度），φ

9、為初始位相角（t=0時(shí)的相位角）。（2）由于聲源在介質(zhì)中振動(dòng)方向與波在介質(zhì)中傳播方向可以相同也可以不同，這就可產(chǎn)生不同類(lèi)型的聲波。波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向一致，這種波稱(chēng)為縱波?？v波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)的稠密部分和稀疏部分，故又稱(chēng)為疏密波。質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，這種波稱(chēng)為橫波。橫波在介質(zhì)中傳播時(shí)介質(zhì)會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生交變的剪切形變，故又稱(chēng)為剪切波或切變波。質(zhì)點(diǎn)作上下振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫波稱(chēng)為垂直偏振橫波（SV波），質(zhì)點(diǎn)作前

10、后振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫波稱(chēng)為水平偏振橫波（SH波），如不作特殊說(shuō)明，一般橫波均指垂直偏振橫波（SV波）。在半無(wú)限大固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)的交界面上，質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)作橢圓振動(dòng)，長(zhǎng)軸垂直于波的傳播方向，,短軸平行于波的傳播方向，這種波動(dòng)稱(chēng)為表面波（瑞利波）。它僅在固體表面?zhèn)鞑?，在固體內(nèi)部深度一般不超過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)。利用其特性，可發(fā)現(xiàn)固體表面的缺陷。如果固體物質(zhì)的尺寸進(jìn)一步受到限制而成為板狀，當(dāng)板厚小到某一程度時(shí)，瑞利波就不會(huì)存在而只能產(chǎn)生各種類(lèi)型的板波

11、，藍(lán)姆波是最主要的一種板波。板厚一定時(shí)，傳播速度隨頻率而變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為頻散。因?yàn)橐后w和氣體中缺乏恢復(fù)橫向運(yùn)動(dòng)的彈性力，所以液體和氣體中只能傳播縱波，而固體中可傳播任意波型，并且各種波型可同時(shí)存在。學(xué)過(guò)超聲波探傷的人都知道同樣波型的超聲波在一種介質(zhì)中的聲速一定，則頻率越大，探傷靈敏度越高；同頻率的不同波型超聲波，在同一種介質(zhì)中聲速越小，則探傷靈敏度越高。即波長(zhǎng)越短，越能發(fā)現(xiàn)小缺陷，探傷靈敏度就越高。（3）聲波在無(wú)限大且各向同性的

12、介質(zhì)中傳播時(shí)（為研究方便，我們假設(shè)的理想狀態(tài)），其形狀（亦稱(chēng)為波形）是根據(jù)波陣面的形狀來(lái)區(qū)分的。波陣面是指同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所聯(lián)成的面；,波前是指某一時(shí)刻振動(dòng)所傳到的距離聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所聯(lián)成的面。波線(xiàn)是表示波傳播方向的線(xiàn)。在各向同性介質(zhì)中波線(xiàn)恒垂直于波陣面；在任意時(shí)刻波前的位置總是確定的，且只能有一個(gè)，而波陣面的數(shù)目可以是任意多。波陣面為平面的波稱(chēng)為平面波。如不考慮介質(zhì)吸收波的能量，則聲壓不隨傳播距離而變化

13、，即聲壓為恒量。波源為作諧振動(dòng)的無(wú)限大平面，在各向同性的彈性介質(zhì)中傳播。理想的平面波是不存在的。當(dāng)聲源尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，可近似看作平面波。聲源為點(diǎn)狀球體時(shí)，波陣面是以聲源為中心的球面，稱(chēng)為球面波。聲壓與傳播距離成反比，聲強(qiáng)與距聲源距離的平方成反比。聲壓與傳播距離的平方根成反比，聲強(qiáng)與距聲源的距離成反比。圓盤(pán)形聲源發(fā)出的波介于球面波與平面波之間，稱(chēng)為活塞波。,這是我們實(shí)際探傷中所應(yīng)用的波，相對(duì)超聲波波長(zhǎng)而言，圓盤(pán)形聲源尺寸既不能看

14、成很大，也不能看成很小。聲源為無(wú)限長(zhǎng)的線(xiàn)狀直柱，波陣面是同軸圓柱面的波稱(chēng)為柱面波。三、超聲波的傳播特性：波長(zhǎng)：兩個(gè)振動(dòng)位相相同點(diǎn)之間的最小距離。周期：振動(dòng)量完全重復(fù)一次所需要的最小時(shí)間間隔。頻率：每秒鐘所完成的周期數(shù)。聲速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)波所傳過(guò)的距離稱(chēng)為這種頻率的波在該介質(zhì)中的傳播速度，簡(jiǎn)稱(chēng)聲速。聲速為波長(zhǎng)除以周期的商或波長(zhǎng)與頻率的積，即C=λ/T=λf。,1、聲速影響超聲波探傷對(duì)缺陷的定位。聲速與介質(zhì)材料的彈性和密度有關(guān)，

15、與超聲波波型有關(guān)（固體中Cl>Cs>Cr）。C=（E/P）0.5 K （P為密度，E為彈性模量，K為材料泊松比有關(guān)的常數(shù)，它由波形決定。）我們要注意以下4點(diǎn)。（一）超聲波的傳播速度與介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度是兩個(gè)不同的概念，要注意區(qū)分。（二）一般說(shuō)縱波聲速大的材料，橫波聲速也大，但是鋁縱波聲速大于鋼，而橫波聲速略小于鋼，是個(gè)特例，計(jì)算或回答問(wèn)題時(shí)要特別注意。（三）固體介質(zhì)中的聲速與介質(zhì)溫度、應(yīng)力、均勻性有關(guān)。一般

16、固體介質(zhì)的聲速隨介質(zhì)溫度的升高而降低；一般應(yīng)力增加，聲速也增加，但增加緩慢；晶粒細(xì)聲速大，晶粒粗大聲速小。（四）除水以外的所有液體和氣體介質(zhì)，當(dāng)溫度升高時(shí)，超聲波的傳播速度降低。水溫度低于74℃時(shí)，聲速隨水溫度升高而增加，74℃時(shí)聲速達(dá)到最大值，當(dāng)水溫度大于74℃時(shí)，聲速隨溫度升高而降低。,2、超聲波場(chǎng)的特征量：超聲波場(chǎng)定義：介質(zhì)中有超聲波存在的區(qū)域稱(chēng)為超聲場(chǎng)。描述超聲波的重要物理量：聲壓、聲強(qiáng)和聲特性阻抗。聲壓：在有聲波傳播的

17、介質(zhì)中，某一點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓強(qiáng)與沒(méi)有聲波存在時(shí)該點(diǎn)的靜壓強(qiáng)之差。聲壓是個(gè)隨時(shí)間改變的變量，P（t）=Pcos（ωt+φ）在實(shí)用上，比較二個(gè)超聲波并不需要對(duì)每個(gè)時(shí)間的聲壓都進(jìn)行比較，只需用其幅值比較即可. 由無(wú)衰減的平面余弦行波可推倒出P=ρcu（ρ為介質(zhì)密度，c為介質(zhì)中超聲波的傳播聲速，u為介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度）。通常就把聲壓的幅值簡(jiǎn)稱(chēng)為聲壓。聲壓的幅值與介質(zhì)的密度、聲速和頻率成正比。 聲強(qiáng)：在垂直于聲波傳播方向上，單

18、位面積上在單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的聲能量，或稱(chēng)為聲的能流密度。符號(hào)為I， I=P2/2ρc。即聲強(qiáng)與聲壓幅值的平方成正比。聲強(qiáng)與超聲波的頻率平方成正比，因此頻率高聲能量就大。,聲特性阻抗：將介質(zhì)的密度與聲速的積稱(chēng)為介質(zhì)的聲特性阻抗，以符號(hào)z表示。z=ρc，聲特性阻抗能直接表示介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)，表示超聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。一般材料的聲特性阻抗隨溫度的升高而降低。聲壓、聲強(qiáng)的分貝表示法：由于人耳對(duì)聲音響度的感覺(jué)近似地與聲

19、強(qiáng)的對(duì)數(shù)成正比，于是采用對(duì)數(shù)來(lái)表示這一關(guān)系，即貝耳數(shù)為兩個(gè)聲波聲強(qiáng)之比的常用對(duì)數(shù)值，也就是說(shuō)一個(gè)聲波比另一個(gè)聲波高（低）多少貝耳。貝耳數(shù)=lgI1/I2（貝耳）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于貝耳單位太大，取其十分之一稱(chēng)為分貝，用符號(hào)dB表示。分貝數(shù)=10 lgI1/I2（dB）=20 lgP1/P2（dB）通常生活中所說(shuō)的噪聲分貝數(shù)，是把其聲強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)聲強(qiáng)（10-16瓦每平方厘米）帶于上式計(jì)算得出的，,3、超聲波的波動(dòng)特性：波的疊加：幾列

20、波同時(shí)在一種介質(zhì)中傳播時(shí)，相遇處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波所引起的振動(dòng)的合成，合成聲場(chǎng)的聲壓等于每列聲波聲壓的矢量和，這就是聲波的疊加原理。相遇后各列聲波仍保持各自原有的特性不變繼續(xù)前進(jìn)。干涉：頻率相同、波型相同，相位相同或相位差恒定的兩列波疊加，在某些位置振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些位置振動(dòng)始終減弱或完全抵消，這種現(xiàn)象稱(chēng)為干涉。駐波：兩列振幅相同的相干波在同一直線(xiàn)上沿相反方向彼此相向傳播時(shí)疊加而成的波。它是干涉現(xiàn)象的特例?；莞乖恚翰▌?dòng)起源于

21、波源的振動(dòng)，波的傳播須借助于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用。對(duì)于連續(xù)介質(zhì)來(lái)說(shuō)，任何一點(diǎn)的振動(dòng)將引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。所以，波前在介質(zhì)中達(dá)到的每一點(diǎn)都可以看作是新的波源（即子波源)向前發(fā)出球面子波，這就是惠更斯原理。超聲波在傳播過(guò)程中如果遇到一個(gè)障礙物（聲阻抗與周?chē)橘|(zhì)不同的物質(zhì)），就可能產(chǎn)生若干現(xiàn)象，這些現(xiàn)象與障礙物的大小有關(guān)。如果障礙物的尺寸比超聲波的波長(zhǎng)小得多，則它對(duì)超聲波的傳播幾乎沒(méi)有影響；如果障礙物的尺寸小于超聲波的波長(zhǎng)，則波到達(dá)

22、這障礙物后將使其成,為新的波源而向四周發(fā)射波，如果障礙物的尺寸與超聲波的波長(zhǎng)近似，則超聲波將發(fā)生不規(guī)則的反射、折射和透射，這稱(chēng)為超聲波的散射； 如果障礙物的尺寸比超聲波的波長(zhǎng)大得多，則有入射聲波的反射和透射。兩者聲特性阻抗差別大時(shí)，則只有反射無(wú)透射，此時(shí)在障礙物后面將形成一個(gè)聲影區(qū)，但聲波是一種波動(dòng)，可繞過(guò)障礙物的邊緣不按原來(lái)的方向而彎曲向障礙物后面?zhèn)鞑?，即存在所謂繞射（衍射）現(xiàn)象。聲影區(qū)隨離障礙物的距離的增加而逐漸縮小，到一定

23、距離后聲影區(qū)才消失。此現(xiàn)象本質(zhì)上是子波的干涉。超聲波探傷是利用超聲波的反射原理，所以要發(fā)現(xiàn)工件中的缺陷，一是缺陷與工件的聲阻抗差別足夠大，二是缺陷垂直于超聲波傳播方向上的尺寸大于超聲波的波長(zhǎng)。這就是前面我們說(shuō)的波長(zhǎng)越短，探傷靈敏度越高的原因。 什么是探傷靈敏度？ 是指在確定的探測(cè)范圍內(nèi)的最大聲程處發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力。 探傷前為什么要調(diào)節(jié)探傷靈敏度？ 探傷靈敏度一般根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)要求確定的。探傷前

24、調(diào)節(jié)靈敏度的目的在于發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對(duì)缺陷定位/定量。靈敏度太高，雜波多，分辨波形困難；靈敏度太低易漏檢。,四、超聲平面波在界面上垂直入射的行為平面波聲壓不隨傳播距離而變，研究起來(lái)比較簡(jiǎn)單。界面兩邊聲阻抗不同時(shí)，有反射和透射發(fā)生。聲壓反射系數(shù)r=Pr/P0=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）；聲壓透射系數(shù)t=2 Z2/（Z2+Z1）；聲強(qiáng)能量守恒。聲強(qiáng)反射系數(shù)R=[（Z2-Z1）/（Z2+Z1）]2；聲強(qiáng)透射系數(shù)T

25、=4 Z1Z2/（Z2+Z1）2。由該式可得出，垂直入射時(shí)，聲壓反射率、透射率與從何種介質(zhì)入射有關(guān)；聲強(qiáng)反射率、透射率與從界面哪側(cè)入射無(wú)關(guān)。1、若Z2≈Z1，聲波幾乎沒(méi)有反射而全部從第一介質(zhì)透射入第二介質(zhì)。2、若Z1≥Z2，則聲波在界面上幾乎全反射而透射極少。例子見(jiàn)書(shū)上。3、若Z2＞＞Z1時(shí)，反射系數(shù)為正值，表示入射波與反射波相位相同，透射系數(shù)大于1，表示透射聲壓大于入射波聲壓。,往返透射比及多層平界面時(shí)的反射和透射行為.

26、 Z1= Z3≠Z2時(shí)（類(lèi)似于工件中存在薄層缺陷），中間介質(zhì)（Z2）層的厚度為超聲波在該介質(zhì)層中的半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，超聲波全透射。工件中的缺陷若厚度滿(mǎn)足此條件時(shí)，超聲波全透射而無(wú)反射，則缺陷漏檢。Z1≠Z2≠Z3時(shí)，中間介質(zhì)（Z2）層的厚度為超聲波在該介質(zhì)層中的1/4波長(zhǎng)奇數(shù)倍時(shí)，超聲波全透射。相當(dāng)于超聲波由探頭斜楔到耦合劑，再到工件中時(shí)，耦合層厚度為λ/4的奇數(shù)倍時(shí)，可產(chǎn)生全透射，這稱(chēng)為四分之一波長(zhǎng)全透射。這只對(duì)單頻超聲波是準(zhǔn)確的

27、，而實(shí)際超聲波探傷是多頻率波，具有連續(xù)譜，當(dāng)中心頻率滿(mǎn)足全透射條件時(shí)，其它頻率分量并不滿(mǎn)足此條件。所以實(shí)際情況與計(jì)算仍有誤差，但所述物理概念對(duì)我們實(shí)際探傷工作仍有重要參考作用。超聲波通過(guò)異質(zhì)薄層時(shí)的聲壓反射率、透射率不僅與介質(zhì)聲阻抗和薄層聲阻抗有關(guān)，而且與薄層厚度和超聲波在薄層內(nèi)的波長(zhǎng)之比有關(guān)。往復(fù)透射率的高低直接影響探傷靈敏度，透射率高探傷靈敏度就高。,五、超聲平面波在界面上斜入射的行為如果兩種介質(zhì)中超聲波的聲速不同(即兩種介質(zhì)

28、的聲阻抗不同)，則在界面上可能會(huì)發(fā)生超聲波的反射、折射和波型轉(zhuǎn)換（即入射聲波與反射聲波或折射聲波不同波型）現(xiàn)象。由于氣體和液體不能傳播橫波，所以不是任何情況下反射波和折射波都有波型轉(zhuǎn)換。1、反射遵從反射定律，即入射角的正弦與反射角的正弦之比，等于入射聲速與反射聲速之比。2、折射遵從折射定律，即入射角的正弦與折射角的正弦之比，等于入射聲速與折射聲速之比。3、臨界角、全反射和反射波的位移：縱波入射，第二種介質(zhì)中只有折射橫波存在，折射

29、縱波折射角為90度時(shí)的，第一種介質(zhì)中的縱波入射角稱(chēng)為第一臨界角。αⅠ=sin-1（Cl1/Cl2）縱波入射，第二種介質(zhì)中折射橫波折射角為90度時(shí)的，第一種介質(zhì)中的縱波入射角稱(chēng)為第二臨界角。αⅡ=sin-1（Cl1/Ct2）橫波入射，第一種介質(zhì)中反射縱波反射角為90度時(shí)的，入射橫波入射角稱(chēng)為第三臨界角。αⅢ=sin-1（Ct1/Cl1）當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，折射角正切值大于1，折射角不是實(shí)角，在,波，而是產(chǎn)生所謂的“非均勻平面波”，

30、這現(xiàn)象稱(chēng)為全內(nèi)反射。這非均勻平面波在下方介質(zhì)中沿分界面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x后又回到原第一介質(zhì)中匯合到反射波中去，此時(shí)，反射波能量等于入射波能量，反射波反射角等于入射角，但整個(gè)反射波束沿界面向前移動(dòng)了一段距離。移動(dòng)距離的大小取決于兩種介質(zhì)的聲速比和入射角接近臨界角的程度，以及入射波的波長(zhǎng)。這稱(chēng)為反射波的位移。反射定律和折射定律僅說(shuō)明反射波和透射波的方向，而沒(méi)有涉及它們之間的聲壓關(guān)系，但斜入射時(shí)這種關(guān)系計(jì)算比較復(fù)雜。影響反射率、折射率的因素有：兩

31、種介質(zhì)的聲阻抗、波型（波速）、入射角等。界面兩側(cè)介質(zhì)的聲速不同，決定了超聲波斜入射時(shí)，反射、折射波的方向；兩側(cè)介質(zhì)的聲特性阻抗不同，反映了聲壓、聲強(qiáng)的反射率、透射率。超聲波斜入射到界面時(shí)，入射方向是否改變只與兩側(cè)聲速有關(guān)。 4、在曲面上的反射和透射：反射時(shí)只和界面曲率有關(guān)，凹面會(huì)聚，凸面發(fā)散；透射時(shí)和界面曲率及兩側(cè)介質(zhì)聲速有關(guān)，發(fā)散或會(huì)聚可由折射定律計(jì)算得出。C1>C2，透過(guò)波凹面發(fā)散，凸面會(huì)聚；C1<C2，透過(guò)波

32、凹面會(huì)聚，凸面發(fā)散。,5、圓盤(pán)聲源的聲場(chǎng)（超聲波探頭的聲場(chǎng)）：圓盤(pán)聲源是指一種平面狀的圓振子，當(dāng)它沿平面法線(xiàn)方向振動(dòng)時(shí)，其面上各點(diǎn)的振動(dòng)速度的幅值和相位都是相同的，產(chǎn)生活塞波。聲束中心軸線(xiàn)上聲壓等于聲源各點(diǎn)輻射的聲壓在該點(diǎn)的疊加，由于有相位差，因而在整個(gè)聲束軸線(xiàn)上出現(xiàn)有聲壓極大值和聲壓極小值的波動(dòng)。聲軸線(xiàn)上最后一個(gè)聲壓極大值點(diǎn)到聲源的距離稱(chēng)為近場(chǎng)長(zhǎng)度，以N表示，當(dāng)晶片直徑遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，N=D2/4λ=A/（πλ） 其中A為晶片

33、的面積。距離小于N的范圍稱(chēng)為近距離聲場(chǎng)（近場(chǎng)）。距離大于N的范圍稱(chēng)為遠(yuǎn)距離聲場(chǎng)（遠(yuǎn)場(chǎng)）。在距離大于3N時(shí)，圓盤(pán)聲源的聲場(chǎng)軸線(xiàn)上的聲壓與球面波的聲壓之間的差別已很小。超聲場(chǎng)內(nèi)有主聲束和副瓣聲束。超聲波的能量主要部分集中在主聲束內(nèi)，這種聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)叫做聲場(chǎng)的指向性。在與聲源的距離遠(yuǎn)大于聲源尺寸（a≥3D2/4λ即3N）處有一個(gè)聲壓正好為零的方向，這個(gè)方向與中心軸之間的夾角可用來(lái)表示聲束的指向性，稱(chēng)為指向角。,sinθ

34、=ηλ/D 其中η=1.22(圓晶片); η=1(方晶片) λ為聲波的波長(zhǎng) D為圓晶片的直徑、方晶片的邊長(zhǎng)。 由于超聲波能量基本集中在主聲束，對(duì)于圓晶片可以認(rèn)為超聲波能量未逸出以晶片面積為底的圓柱體，1.6N范圍內(nèi)的區(qū)域就稱(chēng)為非擴(kuò)散區(qū)。為什么盡量避免在近場(chǎng)區(qū)探傷定量？由于近場(chǎng)區(qū)存在聲壓極大極小值，處于聲壓極大值處的小缺陷可能回波較高，而處于聲壓極小值處的較大缺陷可能回波較低，這樣就引起了誤判。6、規(guī)則形狀

35、反射體的反射：非大平界面時(shí)的反射行為。（前提條件）（1）圓形平面和方形平面的反射（平底孔）：Pr=PoAs/（λ2a2）其中A為發(fā)射晶片的面積，s為圓形平面的面積，a為兩者之間的距離。兩個(gè)平底孔：Δ=40lg(d1/d2)+40lg(a2/a1 ) d2= d1(a2/a1)×10-(Δ/40)（2）球形反射體（球孔）：Pr=PoAd/（4λa2）其中d為球體的直徑。兩個(gè)球孔：Δ=20lg(d1/d2)+40

36、lg(a2/a1 ),（3）圓柱形反射體（長(zhǎng)橫孔）：Pr=PoA（d/8 a）1/2/λa兩個(gè)長(zhǎng)橫孔：Δ=10lg(d1/d2)+30lg(a2/a1 )（4）大平面的反射（大平底）：Pr=PoA/2λa 利用大平底對(duì)平底孔的分貝差，可用大平底校探傷靈敏度而不用考慮材質(zhì)及表面狀態(tài)補(bǔ)償。7、超聲波在傳播過(guò)程中的衰減：超聲波在實(shí)際介質(zhì)傳播時(shí)，其能量將隨距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為衰減。由于波型造成的衰減為擴(kuò)散

37、衰減，它僅取決于波的幾何形狀而與傳播介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，非平面聲波的聲束不斷擴(kuò)展增大，單位面積上的聲能隨距離的增大而減小。由于介質(zhì)原因造成的衰減有散射衰減和吸收衰減。實(shí)際材料不均勻，導(dǎo)致材料聲特性阻抗不均勻，從而引起聲波的散射，使主聲束能量減弱，稱(chēng)為散射衰減，晶粒越粗大，聲波頻率越高，衰減越嚴(yán)重；由于介質(zhì)的粘滯性而造成質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)稠密部分和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，導(dǎo)致聲能損耗，以及由于

38、分子弛豫造成的吸收，稱(chēng)為吸收衰減。,當(dāng)?shù)酌嫣幱?N以外時(shí)，上下表面平行的試件單程衰減系數(shù)粗略為：α=[Vm-n-20lg（n/m）]/[2（n-m）T]式中：Vm-n表示試樣第m次與第n次底面回波幅值的dB差。n>m,第二章 超聲波檢測(cè)儀、探頭及試塊,一、超聲波檢測(cè)儀：1、用于固體材料超聲波檢測(cè)的裝置，按其所指示的參量可分為：指示穿透的能量（常用于穿透法）；指示頻率可變的超聲連續(xù)波在試件中形成駐波的情況（可用于共諧法測(cè)

39、厚）；指示反射的能量和運(yùn)行時(shí)間（用于脈沖反射法，為最常用的超聲波探傷方法）。,脈沖反射法又分為：A型顯示（顯示缺陷深度及缺陷反射信號(hào)幅值、形狀）；B型顯示（顯示缺陷深度及其在縱截面上的分布）；C型顯示（缺陷在平面視圖上的分布）。A型顯示儀的組成部分：發(fā)射部分、接收部分、同步電路、掃描電路、示波器、電源部分、輔助電路等。各部分的作用見(jiàn)課本始波前沿并不等于超聲波進(jìn)入工件時(shí)的零位置，一般來(lái)說(shuō)調(diào)整好的（標(biāo)定好）的儀器的始波前沿位于示

40、波屏零刻度的左側(cè)。 （由于探頭有保護(hù)膜等）控制位置的儀器旋鈕：水平粗調(diào)、水平微調(diào)、水平延遲。控制回波高低（靈敏度）的儀器旋鈕：發(fā)射強(qiáng)度、增益、抑制、衰減器。數(shù)字化A型顯示超聲波檢測(cè)儀可有多種形式。大致有峰值采樣法（可實(shí)時(shí)地得到缺陷的當(dāng)量和位置等主要信息，成本較低。不足的是僅僅取得閘門(mén)內(nèi)的最高峰值，丟失了大量有用信息，無(wú)法對(duì)回波進(jìn)行信號(hào)處理，因此局限性較大）；,全波采樣法（實(shí)時(shí)提供缺陷的當(dāng)量、位置等信息外，可顯示、存儲(chǔ)和回放存儲(chǔ)的

41、回波波形，并對(duì)回波進(jìn)行逐點(diǎn)分析。為得到好的分辨力和脈沖逼真度，關(guān)鍵因素是采樣頻率和熒光屏的像素?cái)?shù)，采樣頻率應(yīng)為信號(hào)頻譜中最高頻率成分的二倍以上方可使信號(hào)不丟失或失真，當(dāng)采樣頻率不夠高時(shí)易產(chǎn)生最高峰漏檢，但提高采樣頻率則將大幅度提高成本，應(yīng)采用合適的技術(shù)處理以充分滿(mǎn)足檢測(cè)要求）；模擬數(shù)字混合方式等（兼顧了模擬和數(shù)字儀器的特點(diǎn)，顯示波形細(xì)節(jié)豐富，也具備數(shù)字調(diào)節(jié)與處理功能，保留了模擬儀器顯示迅速、真實(shí)、細(xì)膩的優(yōu)點(diǎn)）。二、超聲波探頭：凡能

42、將任何其他形式能量轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)形式能量的元件，均可用來(lái)產(chǎn)生超聲波，敘述壓電換能器和電磁聲換能器。1、壓電換能器是利用某些材料的壓電效應(yīng)制作的。壓電晶片受到發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，為逆壓電效應(yīng)，對(duì)應(yīng)超聲波的發(fā)射；當(dāng)超聲波作用于壓電晶片時(shí)，晶片受迫振動(dòng)引起形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，是為正壓電效應(yīng)，對(duì)應(yīng)超聲波的接收。壓電晶片的振動(dòng)頻率即探頭的工作頻率，主要取決于晶片的厚度和超聲波在晶片材料中的傳播速度。為得到較高的效率

43、，要使晶片在共振狀態(tài)下工作，此時(shí)晶片厚度為1/2波長(zhǎng)。,壓電材料的居里點(diǎn)是指壓電材料完全喪失壓電效應(yīng)的溫度。介電常數(shù)反映材料的介電性質(zhì)，在制造探頭考慮阻抗匹配時(shí)起作用。壓電應(yīng)變常數(shù)是指當(dāng)壓電體處于應(yīng)力恒定的狀態(tài)時(shí)，由于電場(chǎng)強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的應(yīng)變變化與電場(chǎng)強(qiáng)度變化之比，它關(guān)系著晶片發(fā)射性能的好壞。壓電電壓常數(shù)則是指壓電體在電位移恒定時(shí)，由于應(yīng)力變化所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度變化與應(yīng)力變化之比，它關(guān)系著晶片接收性能的好壞。探頭材料一般采用環(huán)氧樹(shù)

44、脂加鎢粉來(lái)制作。（1）直探頭的組成部分：壓電晶片、吸收塊、保護(hù)膜、導(dǎo)線(xiàn)、外殼、匹配線(xiàn)圈。（2）斜探頭的組成部分：壓電晶片、吸收塊、斜楔、導(dǎo)線(xiàn)、外殼、匹配線(xiàn)圈。（3）壓電換能器的主要種類(lèi)：接觸式直探頭、斜探頭，聯(lián)合雙探頭（接觸式縱波/橫波聯(lián)合雙探頭）、液浸探頭、液浸聚焦探頭、接觸式聚焦探頭。實(shí)際工作中應(yīng)用多探頭法可提高探傷速度，并可發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷。（4）壓電換能器的型號(hào)標(biāo)識(shí)：,組成項(xiàng)目及排列順序?yàn)椋夯绢l率（用數(shù)字表示，單位M

45、Hz）、晶片材料（用字母表示）、晶片尺寸（用數(shù)字，單位毫米）、探頭種類(lèi)（用漢語(yǔ)拼音縮寫(xiě)字母表示）、特征。（5）壓電換能器與儀器的連接：常用高頻同軸電纜。介電常數(shù)很低的壓電晶片探頭，同軸電纜的長(zhǎng)度、種類(lèi)不同，會(huì)引起檢測(cè)靈敏度的較大變化，所以不能任意配用非規(guī)定電纜；介電常數(shù)很高的壓電晶片探頭，電纜種類(lèi)和長(zhǎng)度的不大變化，對(duì)探頭靈敏度影響不大。2、電磁聲換能器：把通有交變電流的線(xiàn)圈放在導(dǎo)體表面上，在交變磁場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體中將感生出渦流，如

46、果這交變渦流又處于另一恒定磁場(chǎng)之中，構(gòu)成渦流回路的質(zhì)點(diǎn)將受到洛倫茲力的作用，適當(dāng)選擇渦流和恒定磁場(chǎng)的方向就可以使洛倫茲力的方向垂直或平行試件表面，從而產(chǎn)生超聲縱波或橫波，其頻率與線(xiàn)圈中所通過(guò)的電流頻率相同，這種效應(yīng)是可逆的，這就是電磁聲換能器的工作原理。,三、試塊：按一定的用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單形狀人工反射體的試件稱(chēng)為試塊。分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊。標(biāo)準(zhǔn)試塊是指材質(zhì)、形狀、尺寸及表面狀態(tài)等均由國(guó)際組織討論通過(guò)的試塊（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)試塊），或

47、由某個(gè)國(guó)家權(quán)威機(jī)關(guān)制定并討論通過(guò)的試塊（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試塊）；對(duì)比試塊是指以特定的方法檢測(cè)試件時(shí)所用的試塊。因?yàn)闄M通孔比平底孔更容易校準(zhǔn)超聲橫波，所以試塊上的人工孔多數(shù)為橫通孔。試塊的作用：確定探傷靈敏度、測(cè)試儀器探頭性能、調(diào)整掃描速度、評(píng)判缺陷大小。IIW試塊的主要用途：校驗(yàn)超聲波儀的時(shí)間基線(xiàn)線(xiàn)性及垂直偏轉(zhuǎn)線(xiàn)性；調(diào)整探測(cè)范圍；測(cè)定縱波遠(yuǎn)距離分辨力；測(cè)定斜探頭的入射點(diǎn)、斜楔中的聲程長(zhǎng)度、在鋼試件中的折射角及聲束指向性、分辨力；估計(jì)盲

48、區(qū)大??；估計(jì)最大穿透能力；調(diào)整檢測(cè)靈敏度。,四、儀器、探頭及其組合的性能測(cè)定：1、儀器某些電性能：水平線(xiàn)性、垂直線(xiàn)性、衰減器精度、脈沖重復(fù)頻率（過(guò)高容易出現(xiàn)幻象波）。2、探頭性能：回波頻率、聲場(chǎng)結(jié)構(gòu)（主聲束偏斜角、雙峰）、空載始波寬度。3、組合性能：靈敏度余量、分辨力、盲區(qū)、水平線(xiàn)性、垂直線(xiàn)性。盲區(qū)是探測(cè)面附近不能探出缺陷的區(qū)域，以探測(cè)面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離來(lái)表示。影響盲區(qū)的主要因素有發(fā)射強(qiáng)度、始波寬度、放大器恢復(fù)時(shí)間、探頭

49、的阻尼特性等。分辨力是在聲束作用范圍內(nèi)，在探傷儀熒光屏上能夠把兩個(gè)反射信號(hào)區(qū)別出來(lái)的能力。影響分辨力的主要因素有發(fā)射強(qiáng)度、回波寬度和探頭的阻尼特性等。靈敏度余量是指探測(cè)一定深度和尺寸的反射體，當(dāng)其反射波幅被調(diào)節(jié)至探傷儀熒光屏指定高度時(shí)探傷儀所剩余的放大能力。影響的主要因素有探傷儀放大器功能、探頭特性、探測(cè)頻率、反射體深度和尺寸等。,第三章 鑄鍛件的超聲波檢測(cè),第一節(jié) 鑄件的超聲波檢測(cè)一、鑄件及鑄件超聲波檢測(cè)的特點(diǎn)。1、鑄

50、件的特點(diǎn)：組織不均勻，晶粒一般比較粗大；組織不致密，容易形成疏松甚至縮孔；表面狀態(tài)一般比較粗糙；缺陷種類(lèi)多且形態(tài)復(fù)雜，主要缺陷有縮孔、疏松、夾雜、氣孔、鑄造冷裂紋、熱裂紋等。2、鑄件超聲波檢測(cè)的特點(diǎn)：超聲波穿透性差，散射衰減很大，探測(cè)深度小；雜波干擾多，影響缺陷回波的判斷；缺陷的定量評(píng)定困難，與人工缺陷差異較大。但鑄件質(zhì)量要求一般較低，允許存在的缺陷尺寸較大，數(shù)量相對(duì)較多。很大部分的鑄件檢測(cè)屬于工藝性檢查，有的只要求檢出危險(xiǎn)性缺陷，

51、能加以挖補(bǔ)。,二、檢測(cè)方法和檢測(cè)條件。1、檢測(cè)方法：對(duì)于厚度較大、表面光滑的鑄件，可采用縱波法進(jìn)行檢查。為發(fā)現(xiàn)裂紋或?yàn)榱擞行z測(cè)那些由于設(shè)計(jì)或缺陷取向不能用縱波作有效檢測(cè)的關(guān)鍵部位可采用橫波法。為檢查近表面缺陷，可采用聯(lián)合雙晶探頭法。對(duì)于厚度不大，表面不很光滑的鑄件，可用縱波法檢查，并觀察一次與二次底面回波之間是否有缺陷回波。對(duì)于厚度較薄、材質(zhì)均勻的鑄件，可采用多次回波法以檢查疏松型缺陷。厚度特大的鑄件可采用分層檢測(cè)法，即人為地將

52、所探工件的厚度分為若干層，并使用不同的探測(cè)靈敏度進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)用一般的缺陷回波法檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)靈敏度必須按試件的最大厚度校正，此時(shí)，近表面的林狀回波等雜波信號(hào)愈靠近發(fā)射脈沖，幅度越高。因此，在此段內(nèi)的缺陷回波可能無(wú)法辨認(rèn)。當(dāng)用分層法時(shí)，探測(cè)靈敏度按該層的厚度校正，熒光屏上該區(qū)段的雜波信號(hào)幅度可以降低，缺陷回波就可顯示；探測(cè)近表面層時(shí)，厚度更小，檢測(cè)靈敏度可比前者更低，雜波信號(hào)幅度繼續(xù)降低，結(jié)果在此層內(nèi)的原先無(wú)法辨認(rèn)的缺陷回波也可看到。這種僅

53、觀測(cè)所測(cè)一層中是否有缺陷的分層法，是解決雜波干擾的一種有效措施。2、探測(cè)條件：表面狀態(tài)：要進(jìn)行超聲波檢測(cè)的鑄件表面應(yīng)清除型砂等雜物，必要時(shí)須用手持砂輪進(jìn)行打磨或機(jī)械加工。耦合劑：探測(cè)時(shí)，可選用粘度較大的耦合劑如機(jī)油、甘油等；粗糙度較大的表面可用水玻璃作耦合劑；可采用帶軟保護(hù)膜的探頭；有條件時(shí)也可采用液浸法。,探測(cè)頻率：探測(cè)頻率的選擇由鑄件厚度及熱處理狀態(tài)決定，厚度不大且經(jīng)過(guò)熱處理改善材質(zhì)的鑄件可選用2--5MHz；厚度大或未經(jīng)熱處

54、理的鑄件，多采用0.5--1MHz；高合金鋼鑄件，晶粒粗大、組織不均勻，目前即使使用更低頻率也難進(jìn)行檢測(cè)。探測(cè)靈敏度：鑄件的探測(cè)靈敏度視對(duì)鑄件的質(zhì)量要求而定，可用帶平底孔的試塊或試件底面進(jìn)行調(diào)整。掃查方式：考慮到缺陷的形態(tài)，只要有可能從兩面接近，所有規(guī)定進(jìn)行超聲波檢測(cè)的部位都應(yīng)從兩面進(jìn)行完整的檢測(cè)。3、缺陷的評(píng)定。缺陷大小的評(píng)定：目前應(yīng)用的有當(dāng)量法、回波高度法和測(cè)長(zhǎng)法等。由于鑄件中允許存在的缺陷較大，測(cè)長(zhǎng)法用得較多，通過(guò)半波高

55、度法測(cè)出缺陷的邊界，而后計(jì)算出其面積。缺陷位置的測(cè)定：可從熒光屏?xí)r間基線(xiàn)上缺陷回波位置，根據(jù)比例關(guān)系推出缺陷在試件上的實(shí)際位置。鑄件檢測(cè)時(shí)對(duì)缺陷的定位要求通常比定量為高，這是由于精確定位可提供挖除區(qū)的具體位置。此外，由于鑄件中的缺陷大多具有一定體積，有時(shí)須從幾個(gè)方向進(jìn)行測(cè)定以推出缺陷體積的大小。,第二節(jié) 鍛件的超聲波檢測(cè)鍛件是超聲波檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用的主要對(duì)象之一，本節(jié)我們只介紹軸類(lèi)餅類(lèi)和筒類(lèi)鍛件的檢測(cè)。一、鍛件中常見(jiàn)缺陷。鍛件中的缺

56、陷大致分為由鑄錠中缺陷所引起的和鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的兩大類(lèi)別。1、縮孔：系鋼錠冷卻收縮時(shí)，于頭部形成的孔洞，鍛造時(shí)切頭量不足而殘留下來(lái)，鍛造時(shí)被拉長(zhǎng)形成縮管，多見(jiàn)于軸類(lèi)鍛件的頭部，具有較大的體積和軸向延伸長(zhǎng)度。2、縮松：在鋼錠凝固收縮時(shí)形成的不致密和孔穴，如鍛件鍛壓比不足，未能熔合而仍存在于鍛件中。這種缺陷出現(xiàn)在鋼錠中心及頭部的機(jī)會(huì)較多，單個(gè)尺寸很小，但常呈彌散分布。3、夾雜物：根據(jù)其來(lái)源或性質(zhì)又可分為，內(nèi)在非金屬夾雜（是鋼中包含的脫

57、氧劑、合金元素等與氣體的反應(yīng)產(chǎn)物，尺寸較小，在最后凝固的鋼錠中心及頭部聚積成區(qū)）、外來(lái)非金屬夾雜（冶煉、澆注過(guò)程中混入的耐火材料或雜質(zhì)，尺寸較大，?；祀s于鋼錠下部，偶然落入的非金屬夾雜則無(wú)一定位置）、金屬夾雜（冶煉時(shí)加入合金較多且尺寸較大，或澆注時(shí)飛濺小粒或異型金屬落入等，未被全部熔化而形成的缺陷）。,4、裂紋：種類(lèi)繁多，有冶金缺陷在鍛造時(shí)擴(kuò)大而形成的裂紋；因鍛造加熱不當(dāng)或工藝不當(dāng)而形成裂紋；熱處理過(guò)程中形成裂紋等等。鑄錠中不均勻組織

58、以及各種細(xì)小夾雜物等在壓力加工過(guò)程中沿金屬延伸方向被拉長(zhǎng)而形成纖維狀結(jié)構(gòu)是為金屬流線(xiàn)。應(yīng)該注意，鍛件中由鑄錠中缺陷所引起的缺陷常就是沿流線(xiàn)延伸的。二、軸類(lèi)鍛件的超聲波檢測(cè)：1、檢測(cè)方式：為盡可能發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷，應(yīng)采用多種方式。直探頭徑向檢測(cè)：縱波直探頭置于軸的外圓面上，使聲束沿軸的半徑方向入射，用于發(fā)現(xiàn)軸中最常見(jiàn)的軸向缺陷。直探頭軸向檢測(cè)：縱波直探頭放置在軸的端面，使聲束沿軸向入射，用來(lái)發(fā)現(xiàn)與軸線(xiàn)垂直的橫向缺陷，但檢測(cè)時(shí)應(yīng)注

59、意側(cè)面影響。斜探頭周向檢測(cè)：當(dāng)缺陷呈徑向且為單片，要使用適當(dāng)折射角的斜探頭在軸的外圓作周向檢測(cè)，使波束直射缺陷片上，或通過(guò)雙探頭串列接收反射回波而發(fā)現(xiàn)缺陷。對(duì)于斜探頭，為了增加接觸面改善耦合條件，有時(shí)按規(guī)程規(guī)定將有機(jī)玻璃透聲斜楔與軸的接觸面，修磨成與被探軸表面曲率一樣或接近的弧面，此時(shí)須注意可能有干擾波出現(xiàn)。沿圓周移動(dòng)探頭的同時(shí)，還可以沿軸向移動(dòng)，從而對(duì)整個(gè)軸進(jìn)行橫波探傷。2、檢測(cè)條件：大型鍛件的探測(cè)幾乎都采用缺陷回波法。頻率：

60、成品檢測(cè)常用頻率為2--10MHz；鍛坯或粗坯的檢測(cè)常用1--2 MHz。,4、裂紋：種類(lèi)繁多，有冶金缺陷在鍛造時(shí)擴(kuò)大而形成的裂紋；因鍛造加熱不當(dāng)或工藝不當(dāng)而形成裂紋；熱處理過(guò)程中形成裂紋等等。鑄錠中不均勻組織以及各種細(xì)小夾雜物等在壓力加工過(guò)程中沿金屬延伸方向被拉長(zhǎng)而形成纖維狀結(jié)構(gòu)是為金屬流線(xiàn)。應(yīng)該注意，鍛件中由鑄錠中缺陷所引起的缺陷常就是沿流線(xiàn)延伸的。二、軸類(lèi)鍛件的超聲波檢測(cè)：1、檢測(cè)方式：為盡可能發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷，應(yīng)采用多種

61、方式。直探頭徑向檢測(cè)：縱波直探頭置于軸的外圓面上，使聲束沿軸的半徑方向入射，用于發(fā)現(xiàn)軸中最常見(jiàn)的軸向缺陷。直探頭軸向檢測(cè)：縱波直探頭放置在軸的端面，使聲束沿軸向入射，用來(lái)發(fā)現(xiàn)與軸線(xiàn)垂直的橫向缺陷，但檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意側(cè)面影響。,當(dāng)缺陷呈徑向且為單片，要使用適當(dāng)折射角的斜探頭在軸的外圓作周向檢測(cè)，使波束直射缺陷片上，或通過(guò)雙探頭串列接收反射回波而發(fā)現(xiàn)缺陷。對(duì)于斜探頭，為了增加接觸面改善耦合條件，有時(shí)按規(guī)程規(guī)定將有機(jī)玻璃透聲斜楔與軸的接觸面，

62、修磨成與被探軸表面曲率一樣或接近的弧面，此時(shí)須注意可能有干擾波出現(xiàn)。沿圓周移動(dòng)探頭的同時(shí)，還可以沿軸向移動(dòng)，從而對(duì)整個(gè)軸進(jìn)行橫波探傷。2、檢測(cè)條件：大型鍛件的探測(cè)幾乎都采用缺陷回波法。頻率：成品檢測(cè)常用頻率為2--10MHz；鍛坯或粗坯的檢測(cè)常用1--2 MHz。,探頭：軸坯的檢查為使足夠的聲能入射到重要部位，一般采用大尺寸探頭?？v波直探頭作軸向檢測(cè)時(shí)，一般也采用大尺寸的探頭，其原因是檢測(cè)距離大，需要很大的輻射聲能。探測(cè)部位及其粗

63、糙度：質(zhì)量檢驗(yàn)性的檢測(cè)部位，通常為軸的所有部位，工藝性的檢查部位一般是選擇最易發(fā)生缺陷之處或作線(xiàn)掃查。為得到良好的接觸可用機(jī)械切削的方法加以制備。局部的抽查允許使用手工打磨的方法來(lái)制備探測(cè)面。探測(cè)靈敏度：檢測(cè)靈敏度的要求和校正方法，因質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同而各不相同。以當(dāng)量表示的靈敏度正在逐步代替按波高或波高比表示的探測(cè)靈敏度。后者實(shí)際檢出缺陷的能力較低且結(jié)果抽象。鍛件中的缺陷經(jīng)鍛壓后通常變得扁平，因此作為對(duì)比當(dāng)量的人工缺陷常采用平底孔。3、

64、注意事項(xiàng)：探測(cè)靈敏度校正：使用軸本身的底面作為探測(cè)靈敏度校正基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)選擇完好無(wú)缺陷且確認(rèn)波束不射及側(cè)面的部位進(jìn)行。以軸的中心孔回波校正時(shí)或該部位為錐體時(shí)，應(yīng)注意到它們反射聲波的條件與理想上的大平底面不同，應(yīng)按規(guī)程給予修正。使用平的試塊作為探測(cè)靈敏度校正基準(zhǔn)時(shí)，由于其探測(cè)面形狀、粗糙度、以及材質(zhì)可能與軸不同，因此也應(yīng)按規(guī)程的規(guī)定給予修正。,當(dāng)軸的直徑小于近場(chǎng)值的三倍時(shí)，距離幅度變化較急劇，一般不宜使用底面為基準(zhǔn)的探測(cè)靈敏度校正法。為

65、避免使用平面試塊校正時(shí)要進(jìn)行修正的麻煩，最好使用各種條件與被測(cè)工件相同的對(duì)比試塊。不論使用何種基準(zhǔn)探頭的探測(cè)靈敏度，都是假定缺陷與波束中心軸線(xiàn)相垂直，在使用直探頭在端面作軸向探測(cè)時(shí)，軸的表面或接近表面的橫向缺陷，由于幾何形狀的限制，波束中心無(wú)法射及且須考慮側(cè)邊界面的影響，因此作此類(lèi)缺陷檢查時(shí)，應(yīng)使用專(zhuān)門(mén)的試塊。耦合：檢測(cè)時(shí)，軸作水平放置，曲面上耦合劑比平面上更易流失，造成接觸和耦合條件變差，為此在掃查過(guò)程中除給探頭均勻穩(wěn)定的壓力外，

66、還應(yīng)隨時(shí)注意耦合情況。掃查：軸類(lèi)鍛件在外圓探測(cè)時(shí)，宜使用周向掃查，掃查范圍為全圓周。斜探頭的周向和軸向掃查應(yīng)分別沿正反兩個(gè)方向進(jìn)行。這是因?yàn)閮x器存在探測(cè)盲區(qū)以及缺陷可能具有不利的取向。4、時(shí)間基線(xiàn)的校正：由于缺陷形狀或位置等影響，它的反射回波有時(shí)可能落在底面回波之后，因此儀器時(shí)基的調(diào)整應(yīng)使全程大于軸的直徑（或軸的全長(zhǎng)），以顯示這類(lèi)遲到的缺陷回波，并觀察它們隨探頭移動(dòng)時(shí)幅度和位置的變化（波形動(dòng)態(tài)）。,5、高靈敏度的使用：實(shí)際探測(cè)時(shí)允許

67、使用較高的靈敏度，這是避免漏檢的一種措施，也即為掃查靈敏度。但高靈敏度應(yīng)以不出現(xiàn)干擾雜波為限，且不得影響近表面缺陷的探測(cè)可能性。在測(cè)定缺陷大小數(shù)值時(shí)，應(yīng)恢復(fù)規(guī)定的探測(cè)靈敏度，即定量探傷靈敏度。6、指示延伸度的修正：當(dāng)通過(guò)縱波直探頭沿軸的周向移動(dòng)以確定缺陷橫向延伸度時(shí)，由于幾何形狀的影響，探頭可移動(dòng)的距離比缺陷延伸度擴(kuò)大很多，應(yīng)給予修正。三、餅類(lèi)鍛件的檢測(cè)。盤(pán)、輪、蓋等外形似餅的鍛件，雖然其尺寸比軸類(lèi)要小，質(zhì)量容易控制，但由于生產(chǎn)工序

68、較多，周期亦長(zhǎng)，因此在制造過(guò)程中通常至少要進(jìn)行兩次檢測(cè)，即鍛坯檢測(cè)和精坯檢測(cè)。1、鍛坯的檢測(cè)。 探測(cè)部位的選擇：一般常選擇餅類(lèi)鍛件的中心。因?yàn)樵摬课粸樵撳V中心，通常截面最厚，是夾雜物、氣孔等缺陷的聚集處，鍛造或熱處理時(shí)的加熱和冷卻所形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也最大。對(duì)于輪子來(lái)說(shuō)，中心部位將裝配在軸上，起傳遞應(yīng)力的作用，受力也最大。如果輪緣部位須開(kāi)槽，則加強(qiáng)邊緣部位的檢測(cè)也很重要。,檢測(cè)方法：餅類(lèi)鍛件以采用鐓粗鍛造工藝為主，冶金缺陷多沿

69、金屬流動(dòng)方向分布，一般以平行于端面者居多，內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生的缺陷也是如此，所以常采用縱波直探頭在端面上進(jìn)行探測(cè)。但某些部位也須作橫波探傷。重要盤(pán)件常用水浸法。此時(shí)，放置盤(pán)件的托盤(pán)自轉(zhuǎn)而縱波直探頭則首先垂直于盤(pán)件上表面作徑向送進(jìn)、沿全表面作掃查；而后將探頭傾斜至一規(guī)定的角度（按流線(xiàn)分布確定）在盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿直徑方向作自一端至另一端的斜入射掃查。探測(cè)條件：頻率一般常用2--5MHz。當(dāng)餅厚度很大，表面很粗糙時(shí)，可用低于2 MHz的頻率；反之

70、，如再加上餅的質(zhì)量要求高時(shí)，則可采用5--10 MHz，甚至更高的頻率。探測(cè)靈敏度，動(dòng)態(tài)下工作的一般餅類(lèi)鍛件，探測(cè)靈敏度常要求能保證檢出當(dāng)量于Φ2平底孔的缺陷，航空、航天用發(fā)動(dòng)機(jī)的盤(pán)件，探測(cè)靈敏度還要更高。對(duì)于封頭類(lèi)靜態(tài)下工作的盤(pán)件，常用探測(cè)靈敏度為Ф4平底孔。2、精坯的檢測(cè)。已作最終熱處理的餅類(lèi)鍛件可你為精坯。此時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，是評(píng)價(jià)它合格與否的檢查性檢測(cè)，除以縱波直探頭、橫波斜探頭在端面上進(jìn)行探測(cè)外，還要用聯(lián)合雙晶探頭垂直法、瑞利波