西安交通大学实验报告
成绩
第1页（共 9 页）课程：_______近代物理实验_______ 实验日期：年月日
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同组者__________ 教师审批签字：
实验名称：超声波测量及超声探伤
一、实验目的
1、了解超声波产生的原理和波形；
2、理解超声波声速与固体弹性常数的关系；
3、掌握超声波声速等参数的测量方法；
4、掌握超声波探伤技术。
二、实验仪器
超声波发射和接收主机，超声波探头（直探头、斜探头、可变角探头），实
验样品，示波器等。
三、实验原理
在本专题实验中，我们采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换，即压
电换能器，它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收。
1.压电效应
某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生变形，从而使物质本身极化，
在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
，它可物质的压电效应与其内部的结构有关。如石英晶体的化学成分是SiO
2
以看成由+4价的Si离子和-2价O离子组成。晶体内，两种离子形成有规律的六
角形排列，如图1所示。其中三个正原子组成一个向右的正三角形，正电中心在
三角形的重心处。类似，三个负原子对（六个负原子）组成一个向左的三角形，其负电中心也在这个三角形的重心处。晶体不受力时，两个三角形重心重合，六
角形单元是电中性的。整个晶体由许多这样的六角形构成，也是电中性的。
图1 石英晶体的压电效应
当晶体沿x方向受一拉力，或沿y方向受一压力，上述六角形拉长，使得正、负电中心不重合。尽管这是六角形单元仍然是电中性的，但是正负电中心不重合，产生电偶极矩p。整个晶体中有许多这样的电偶极矩排列，使得晶体极化，左右表面出现束缚电荷。当外力去掉，晶体恢复原来的形状，极化也消失。这就是压电效应产生的原因。当外力沿z轴方向（垂直于纸面方向），由于不造成正负电中心的相对位移，所以不产生压电效应。由此可见，石英晶体的压电效应是有方向性的。当一个不受外力的石英晶体受电场作用，其正负离子向相反的方向移动，于是产生了晶体的变形。这一效应是逆压电效应。
2.脉冲超声波的产生及其特点
用作超声波换能器的压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面分别镀上银层作为电极，这样被称为压电晶片。当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时,由于逆压效应，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡,振荡频率与晶片的声速和厚度有关,适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹性波,即超声波。超声波在材料内部传播时与被检对象相互作用发生散射，散射波被同一压电换能器接收,由于正压效应,振荡的晶片在两极产生振荡的电压,电压被放大后可以用示波器显示。
图2中，t
为电脉冲施加在压电晶片的时刻，t1是超声波传播到试块底面，又反射回来，被同一个探头接收的时刻。因此，超声波在试块中的传播到底面的时间为
() 10/2
t t t
=-
如果试块材质均匀，超声波声速c一定，则超声波在试块中的传播距离为
S c t
=?
图2 脉冲超声波在试块中的传播(a)及示波器的接收信号(b)
3.超声波波型及换能器种类
如果晶片内部质点的振动方向垂直于晶片平面，那么晶片向外发射的就是超声纵波。超声波在介质中传播可以有不同的波型，它取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种:
纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。
横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能承受切变变形，因此，当其有剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。
表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快衰减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。
在实际应用中，我们经常把超声波换能器称为超声波探头。实验中，常用的超声波探头有直探头和斜探头两种。
4.超声波声速与材料弹性模量的关系
一般情况下，采用直探头产生纵波，斜探头产生横波或表面波。当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,称为纵波；当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，称为横波。
无论是材料中的纵波还是横波,其速度可表示为：
/c d t =
其中,d 为声波传播距离，t 为声波传播时间。对于同一种材料,其纵波波速和横波波速的大小一般不一样，但是它们都由弹性介质的密度、杨氏模量和泊松比等弹性参数决定。相反,利用测量超声波速度的方法可以测量材料有关的弹性常数。
固体在外力作用下，其长度沿力的方向产生变形。变形时的应力与应变之比就定义为杨氏模量，一般用E 表示。固体在应力作用下。沿纵向有一正应变（伸长），沿横向就将有一个负应变（缩短），横向应变与纵向应变之比被定义为泊松比，记做σ，它也是表示材料弹性性质的一个物理量。
在各向同性固体介质中，各种波型的超声波声速为：
纵波声速：
(1)(1)(12)L E C σρσσ-=+- 横波声速：
()
21S E C ρσ=+ 其中E 为杨氏模量，σ为泊松系数，ρ为材料密度。相应地，通过测量介质的纵波声速和横波声速，利用以上公式可以计算介质的弹性常数。计算公式如下：
杨氏模量：
()222341S C T E T ρ-=- 泊松系数：
()
22221T T σ-=- 其中L S
C T C =，L C 为介质中纵波声速，S C 为介质中横波声速，ρ为介质的密度。 4.1.声速的直接测量方法
根据公式（2），当利用确定反射体（界面或人工反射体）测量声速时，我们只需要测量该反射体的回波时间，就可以计算得到声速。能够直接测量的时间包含了超声波在探头内部的传播时间t 0，即探头的延迟。对于任何一种探头，其延
迟只与探头本身有关，而与被测的材料无关。因此，首先需要测量探头的延迟，然后才能利用该探头直接测量反射体回波时间。在此实验中，我们主要采取的是相对测量方法，故直接测量方法的具体步骤不再赘述，但基本原理是一样的。
4.2.声速的相对测量方法
如果被测试块有两个确定的反射体，那么通过测量两个反射体回波对应的时间差，再计算出试块的声速。这种方法称为声速的相对测量方法。对于直探头，可以利用均匀厚度底面的多次反射回波中的任意两个回波进行测量。对于斜探头，则利用CSK-IB 试块的两个圆弧面的回波进行测量。
5. 声束扩散角的测量
超声探头发射能量的指向性与探头的几何尺寸和波长有直接的关系。一般来讲，波长越小，频率越高，指向性越好；尺寸越大，指向性越好。在实际应用中，通常我们用偏离中心轴线后振幅减小一半的位置表示声束的边界。如图3所示，在同一深度位置，中心轴线上的能量最大，当偏离中线到位置A 、A ’时，能量减小到最大值的一半。其中θ角定义为探头的扩散角。θ越小，探头方向性越好，定位精度越高。
图3超声波探头的指向性
具体的操作步骤为：利用直探头分别找到B Φ1通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，并记录该点的位置x 0及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使
回波幅度减小到最大振幅的一半，并记录该点的位置x 1；同样的方法记录下探头
右移时回波幅度下降到最大振幅一半对应点的位置x 2；则直探头扩散角为： 2112tan 2x x L
θ--=
图4探头扩散角的测量
6.超声探伤
在超声波探测中，可以利用直探头来探测较厚工件内部缺陷的位置和当量大小。把探头按图5位置放置，观察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。
图5 直探头探测缺陷深度
对底面回波和缺陷波对应时间（深度）的测量，利用相对测量方法时，必须有与被测材料同材质试块，并已知该试块的厚度，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的相对测量方法。
四、实验内容与要求
1)测量超声波的中心频率；
2)利用直探头测量铝试块的纵波声速；多次测量，求平均值。
3)利用斜探头测量铝试块的横波声速分别利用直接法和相对法测量，多次测量，
求平均值。
4)计算铝试块的杨氏模量和泊松系数；与理论值比较，分析误差产生原因。
5) 测量超声波探头声束扩散角。
6) 用直探头测量铝试块的缺陷位置。
五、 实验数据记录与处理
实验一：测量超声波的中心频率
当探头置于空气中时，通过示波器上波形读出：
12300t t ns -=
从而可以算得中心频率：
691211 3.31030010
f Hz t t -===?-?
实验二：测量纵波声速 ΔL /cm t 1/μs C L /(m/s) C L 平均值/(m/s) 4.438
14.5 6121.4 6153.4
4.438
14.4 6163.9 5.928
19.2 6175.0 其中， 1
2L L C t ?= 纵波理论值为6.27mm/us ，相对误差6153.4-6270 1.9%6270δ=
≈。
实验三：测量横波声速 R 2/cm R 1/cm ΔL /cm t 1/μs t 2/μs C S /(m/s) C S 平均值/(m/s)
5.936 3.050 2.886 25.8 45.2 2975.3
3038.8
5.948 3.050 2.898 2
6.2 45.2 3050.5
\ \ 2.936 26.2 45.2 3090.5
其中， 21
2S L C t t ?=- 横波理论值为3.10mm/us ，相对误差3038.8-3100 2.0%3100
δ=≈。
实验四：杨氏模量与泊松比的测量 由6153.4==2.0253038.8
L S C T C =，332.710kg/m ρ=?（铝块的密度） 代入()
222341S C T E T ρ-=-和()
22221T T σ-=-可求得： 杨氏模量实验值为106.67610Pa E =?，相对误差为 6.676-6.94 3.8%6.94
δ=≈； 泊松比实验值为0.339σ=，相对误差为0.339-0.33 2.7%0.33
δ=
≈。 实验五：测量超声波探头声束扩散角
实验测得当振幅减小到一半时点之间的距离为： 210.944cm x x -=
此时， 4.942cm L =，则有扩散角为
212arctan
10.9112x x L
θ-=?=? 实验六：超声波探伤
实验中测得： 121
6.8μs 14.4μs 4.438cm t t L =??=??=?
则有
112
2.096cm t L x t ?==
六、 思考题
1) 为什么利用斜探头入射到圆弧面上后，只看到横波而没有纵波？ 根据斯涅尔定律有第一临界角，横波斜探头就是让入射角大于第一临界角，这样不产生纵波。
2)利用铝试块测量得到斜探头的延迟和入射点与在钢试块测量同一探头的延
迟和入射点，结果是否一样？为什么？
探头延迟的测量是与所测样品的材料无关的，因为延迟实质上是指超声波在探头内传播的时间，只与探头本身有关而无关样品。入射点从理论来说也是如此，只与探头有关而与被测工件无关。
七、实验误差
1)声速在液体中传播比固体慢，故水层厚度的不同会导致实验误差出现。
2)测量中需要找到振幅减小一半的位置以及极大值的位置，在示波器上判断的
位置不准确也会引入人为的和仪器的误差。
3)金属内部的杂质和不均匀结构比如缝隙和缺孔等不致密因素，导致了一定的
误差。
八、总结
通过这次实验，以直探头和斜探头为源发出超声波，在一块金属实验块中传播并在内部边界反射，通过测量模块线度距离及超声波的发射和接受到反射波的时间间隔，测的超声波横纵波的速度，并通过横纵波在该介质中传播的速度计算介质的杨氏模量和泊松系数。同时，利用超声波侦测原理进行应用时间，进行缺陷检查。
1.下列材料中声速最低的是（a）：a.空气 b.水 c.铝 d.不锈钢 2.一般来说，在频率一定的情况下，在给定的材料中，横波探测缺陷要比纵波灵敏，这是因为（a） a.横波比纵波的波长短 b.在材料中横波不易扩散 c.横波质点振动的方向比缺陷更为灵敏 d.横波比纵波的波长长 3.超声波探伤用的横波，具有的特性是（a） a.质点振动方向垂直于传播方向，传播速度约为纵波速度的1/2 b.在水中传播因波长较长、衰减小、故有很高的灵敏度 c.因为横波对表面变化不敏感，故从耦合液体传递到被检物体时有高的耦合率 d.上述三种都不适用于横波 4.超过人耳听觉范围的声波称为超声波，它的频率高于（b） a.20赫 b.20千赫 c.2千赫 d.2兆赫 5.频率为2.5MHZ的纵波在探测钢时的波长是(a) a.2.34mm b.1.3mm c.2.6mm d.1.26mm 6.超声波到达两个不同材料的界面上，可能发生（d） a.反射 b.折射 c.波型转换 d.以上都是 7.当某些晶体受到拉力或压力时，产生形变，从而晶体的表面上出现电荷，这种现象称为（a）效应，这一效应是可逆的：a.压电 b.振动 c.逆压电 d.应变 8.波动的形式（波形）可以分为（e） a.球面波 b.平面波 c.柱面波 d.活塞波 e.以上都是 9.超声波通过一定厚度的薄层介质时，若介质两侧的物质声阻抗相等，则薄层厚度为（a）时，将有最大的声压透过率 a.1/2波长的整数倍 b.1/4波长的奇数倍 c.1/4波长的整数倍 d.1/8波长的整数倍 10.超声波由A介质透入B介质时，如果面对入射方向的界面为一个凹面，并且声速C A＜C B,则该曲面将对透过波（a）a.起聚焦作用b.起发散作用c.不起作用d.有时聚焦，有时发散 11.在X≥3N的距离上，声程增加一倍时，横通孔的反射声压为原来的（a） a.1/2.8倍 b.4倍 c.1.42倍 d.1/4倍 e.1/8倍 f.1/2倍 g.2倍 12.用入射角度为52°的斜探头探测方钢，下图中哪一个声束路径是正确的？（斜楔为有机玻璃）（d）
简述全自动超声波无损检测方法 摘要：全自动超声波检测技术（AUT）对于提高无损检测效率、保证无损检测质量，节约工程成本有着重要的意义，通过对AUT检测的特点，与传统检测手段进行了对比分析，阐述工程无损检测中AUT检测的通用做法。 关键词：全自动超声环焊缝检测 引言：AUT检测技术是一种新型的无损检测技术，在近几年的推广使用过程中得到了工程质检方的认可，在使用过程中各公司做法不一，本文通过多年AUT 检测工程应用经验总结归纳了AUT检测通用做法。 1、AUT检测方法适用范围 本文论述了环向焊缝全自动超声检测的要求。在AUT检测所得到结论的基础上分析评定环焊缝。根据工程临界判别法（ECA）来最终确定检测验收标准。 2 AUT检测方法步骤 2.1 外观检查 工程现场所有待检环焊缝在焊接完成后都要进行三方（监理、施工、检测）外观检查并且按照AUT检测相应标准的要求进行评定。 所有坡口应在机加工后进行焊接，并且确保焊接符合焊接工艺的要求，随后AUT全自动超声波检测应结合画参考线一起进行。 2.2 超声波检测 工程现场的所有环焊缝的全自动超声检测都要在整个焊缝圆周方向上进行，并按相应的验收标准进行评定。 3 超声波检测系统 AUT检测系统应该提供足够的检测通道的数量，保证仅扫查环焊缝一周，就可对该焊缝整个厚度上的所有区域进行全面检测。所有被选通道都应能显示一个线性A型扫查显示。检测的通道应该能按照通常如图1所示的检测区域评估被检焊缝。仪器的线性应按照相应标准来确定，每6个月测定一次。仪器的误差应该不大于实际满幅高的5％。这一条件应该适用于对数放大器及线性放大器。每一个检测的通道都应可以选择脉冲反射法或者直射法。每一个检测通道的闸门位置及两个闸门之间的最小跨度和增益都是可选择的。记录电位也是可以选择的，以显示记录的波幅和传播时间位于满幅高0～100％之间的信号。对于B扫查或者图像显示的资料记录也应该为0～100％。对于每个门都有两个可记录的输出信号。无论是模拟信号还是数字信号都包括信号的高度和渡越时间。它们都适于多通道记录仪或计算机数据采集软件的显示。 4 AUT的系统设置 4.1 AUT探头及探头灵敏度的确定 在工程现场的检测中用AUT对比试块选定该检测系统的合适当量。每个AUT 检测探头固定在扫查架相应位置上，保证中心距满足要求。分别调整扫查架上探头的位置、角度和激活晶片数，使所有探头在标准试块上的主反射体的信号都达到最大值。把所有检测探头的峰值信号都设置到仪器满屏的80%，此时显示的灵敏度数值就是该探头检测时的基准灵敏度。 4.2 闸门的设置 4.2.1 熔合区闸门的设置参照AUT对比试块上的标准反射体：闸门起点位置在坡口前大于等于3mm，闸门终点位置应大于焊缝上中心线位置1mm。闸门的起点和长度应记录在工艺文件中。
锻件超声波检测作业指导书 7.1适用范围： 本条适用于碳素钢和低合金钢锻件的超声波检测和缺陷等级评定，不适用于奥氏体粗晶材料的超声检测，也不适用于内外径之比小于80%的环形和筒形锻件的周向横波检测。 7.2检测工艺卡 7.2.1检测工艺卡由具有II级UT资质人员编制，工艺卡的编制应与所执行的技术规范及本检测作业指导书相符。 7.2.2检测工艺卡由具有UTIII资质人员或UT检测责任师审核批准。 7.3检测器材： 7.3.1仪器 选用数字式超声波检测仪或A型脉冲反射式超声波检测仪，其工作频率范围为0.5-10MHz，水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。 7.3.2探头 选用双晶直探头频率为 5 MHz，晶片面积不小于
150mm2；单晶直探头，频率为2-5 MHz，圆晶片直径为14-25mm。 7.3.3试块 采用纵波单晶直探头时采用JB/T4730-2005规定的CSI 试块；采用纵波双晶探头时采用JB/T4730-2005图8-5规定的CSII标准试块；检测面是曲面时采用CSIII试块。 7.3.4耦合剂：化合浆糊或机油。 7.4检测时机：原则上安排热处理后，槽、孔、台阶加工前进行。若热处理后锻件形状不适合超声波检测时，也可在热处理前进行，但在热处理后仍应对锻件进行尽可能完全的检测。 7.5检测方法 7.5.1执行检测工艺卡的规定 7.5.2锻件一般应进行纵波检测，对筒形锻件还应进行横波检测，但扫查部位 和验收标准应根据JB/T4730-2005.3附录C的规定。 7.5.3在纵波检测时，原则上应从两面相互垂直的方向进行检
测，尽可能的检测带锻件的全体积，但锻件厚度超过400mm 时，应从两端面进行100%的扫查。 7.6检测灵敏度确定 7.6.1纵波直探头检测灵敏度的确定 当被检部位的厚度大于或等于3倍进场区时，原则上选用底波计算方法确定基准灵敏度，也可以采用试块法确定基准灵敏度。 7.6.2纵波双晶直探头灵敏度确定 根据需要选择不同直径的平底孔试块，并依次测试一组不同检测深度的平底孔（至少三个），调节衰减器，使其中最高回波达到满刻度的80%。不改变仪器参数，测出其他平底孔回波的最高点，将其标在荧光屏上，连接这些点，即得到对应于不同直径平底孔的双晶直探头的距离—波幅曲线，并以此作为基准灵敏度。 7.6.3检测灵敏度一般不得低于最大检测距离处的φ2mm平底孔当量直径。 7.6.4缺陷当量的确定：
超声波检测笔试试题(含答案)
笔试考卷 单位：姓名： 评分：日期： 一是非判断题（在每题后面括号内打“X”号表示“错误”，画“○”表示正确） （共20题，每题1.5分，共30分） 1.质点完成五次全振动所需要的时间，可以使超声波在介质中传播五个波长的距离(0) 2.超声波检测时要求声束方向与缺陷取向垂直为宜(0) 3.表面波、兰姆波是不能在液体内传播的(0) 4.纵波从第一介质倾斜入射到第二介质中产生的折射横波其折射角达到90°时的纵波入射角称为第一临界角(X) 5.吸收衰减和散射衰减是材料对超声能量衰减的主要原因(0) 6.我国商品化斜探头标称的角度是表示声轴线在任何材料中的折射角(X) 7.超声波探头的近场长度近似与晶片直径成正比,与波长成反比(0) 8.根据公式：C=λ·f 可知声速C与频率f成正比，同一波型的超声波在同一材料中传播时高频的声波传播速度比低频大(X) 9.一台垂直线性理想的超声波检测仪，在线性范围内其回波高度与探头接收到的声压成正比例(0) 10.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是横孔(0) 11.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于0%时的指向角(0) 12.水平线性、垂直线性、动态范围属于超声波探头的性能指标(X) 13.入射点、近场长度、扩散角属于超声波检测仪的性能指标(X) 14.在超声波检测中，如果使用的探测频率过低，在探测粗晶材料时会出现林状回波（X） 15.钢板探伤中，当同时存在底波和伤波时，说明钢板中存在小于声场直径的缺陷(0)
超声波检测基础知识(闭卷) 考生姓名: 分数: 考试日期：2009.12.17 考试时间：100分钟 33553891 178563439 闭卷
一、是非题（每题1分，正确的划“√”，错误的“×”） 1、质点完成五次全振动所需要的时间，可以使超声波在介质中传播五个波长的距离。（） 2、超声波检测时要求声束方向与缺陷取向垂直为宜。 ( ) 3、表面波、兰姆波是不能在液体内传播的。（） 4、纵波从第一介质倾斜入射到第二介质中产生的折射横波其折射角达到90°时的纵波入射角称为第一临界角。（） 5、吸收衰减和散射衰减是材料对超声能量衰减的主要原因。（） 6、我国商品化斜探头标称的角度是表示声轴线在任何材料中的折射角。（） 7、超声波探头的近场长度近似与晶片直径成正比,与波长成反比。（） 8、根据公式：C=λ·f 可知声速C与频率f成正比，同一波型的超声波在同一材料中传播时高频的声波传播速度比低频大。（）9、一台垂直线性理想的超声波检测仪，在线性范围内其回波高度与探头接收到的声压成正比例。（）10、在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是横孔。（） 11、。（） 12、水平线性、垂直线性、动态范围属于超声波探头的性能指标。（） 13、超声波检测方法所能检测的最小缺陷尺寸大约是λ/2。（） 14、C型显示能展现工件中缺陷的埋藏深度。（） 15、两声压或波高之比取常用对数后的单位是分贝。（） 16、探测工件侧壁附近的缺陷时，探伤灵敏度往往会明显偏低，这是因为有侧壁干扰所致。（） 17、聚焦探头的主要优点是声束细，指向性好，能量集中，定位精度高。（） 18、耦合剂的用途是消除探头与工件之间的空气以利于超声波的透射。（） 19、钢板探伤中，当同时存在底波和伤波时，说明钢板中存在小于声场直径的缺陷。（）20、在超声波检测中，如果使用的探测频率过低，在探测粗晶材料时会出现林状回波。（）
超声无损检测仪器的发展 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代，新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krauthammer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。 丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声无损检测技术的发展 超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术, 体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书
第1章绪论 1.1超声检测的定义和作用 指使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。 作用：质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率 1.2超声检测的发展简史和现状 利用声响来检测物体的好坏 利用超声波来探查水中物体1910‘ 利用超声波来对固体内部进行无损检测 1929年，前苏联Sokolov 穿透法 1940年，美国的Firestone 脉冲反射法 20世纪60年代电子技术大发展 20世纪70年代，TOFD 20世纪80年代以来，数字、自动超声、超声成像 我国始于20世纪50年代初范围 专业队伍理论及基础研究标准超声仪器 差距 1.3超声检测的基础知识 次声波、声波和超声波 声波：频率在20～20000Hz之间次声波、超声波 对钢等金属材料的检测，常用的频率为0.5～10MHz 超声波特点： 方向性好 能量高 能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换 穿透能力强 超声检测工作原理 主要是基于超声波在试件中的传播特性 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件； 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； 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； 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。 超声检测工作原理 脉冲反射法： 声源产生的脉冲波进入到试件中——超声波在试件中以一定方向和速度向前传播——遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射——检测设备接收和显示——分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。 通常用来发现和对缺陷进行评估的基本信息为： 1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度； 2、入射声波与接收声波之间的传播时间； 3、超声波通过材料以后能量的衰减。 超声检测的分类 原理：脉冲反射、衍射时差法、穿透、共振法 显示方式：A 、超声成像（B C D P） 波型：纵波、横波、表面波、板波
无损探伤常见问题汇总 资料整理：无损检测资源网 沧州市欧谱检测仪器有限公司
物理探伤就是不产生化学变化的情况下进行无损探伤。 一、什么是无损探伤? 答：无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。 二、常用的探伤方法有哪些? 答：常用的无损探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。 三、试述磁粉探伤的原理? 答：它的基本原理是：当工件磁化时，若工件表面有缺陷存在，由于缺陷处的磁阻增大而产生漏磁，形成局部磁场，磁粉便在此处显示缺陷的形状和位置，从而判断缺陷的存在。 四、试述磁粉探伤的种类? 1、按工件磁化方向的不同，可分为周向磁化法、纵向磁化法、复合磁化法和旋转磁化法。 2、按采用磁化电流的不同可分为：直流磁化法、半波直流磁化法、和交流磁化法。 3、按探伤所采用磁粉的配制不同，可分为干粉法和湿粉法。 五、磁粉探伤的缺陷有哪些? 答：磁粉探伤设备简单、操作容易、检验迅速、具有较高的探伤灵敏度，无损检测资源网可用来发现铁磁材料镍、钴及其合金、碳素钢及某些合金钢的表面或近表面的缺陷;它适于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验，也能显露出一定深度和大小的未焊透缺陷;但难于发现气孔、夹碴及隐藏在焊缝深处的缺陷。 六、缺陷磁痕可分为几类? 答：1、各种工艺性质缺陷的磁痕; 2、材料夹渣带来的发纹磁痕; 3、夹渣、气孔带来的点状磁痕。
七、试述产生漏磁的原因? 答：由于铁磁性材料的磁率远大于非铁磁材料的导磁率，根据工件被磁化后的磁通密度B=μH来分析，在工件的单位面积上穿过B根磁线，而在缺陷区域的单位面积上不能容许B根磁力线通过，就迫使一部分磁力线挤到缺陷下面的材料里，其它磁力线不得不被迫逸出工件表面以外出形成漏磁，磁粉将被这样所引起的漏磁所吸引。 八、试述产生漏磁的影响因素? 答：1、缺陷的磁导率：缺陷的磁导率越小、则漏磁越强。 2、磁化磁场强度(磁化力)大小：磁化力越大、漏磁越强。 3、被检工件的形状和尺寸、缺陷的形状大小、埋藏深度等：当其他条件相同时，埋藏在表面下深度相同的气孔产生的漏磁要比横向裂纹所产生的漏磁要小。 九、某些零件在磁粉探伤后为什么要退磁? 答：某些转动部件的剩磁将会吸引铁屑而使部件在转动中产生摩擦损坏，如轴类轴承等。某些零件的剩磁将会使附近的仪表指示失常。因此某些零件在磁粉探伤后为什么要退磁处理。 十、超声波探伤的基本原理是什么? 答：超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。 十一、超声波探伤与X射线探伤相比较有何优的缺点? 答：超声波探伤比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点;缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性;超声波探伤适合于厚度较大的零件检验。 十二、超声波探伤的主要特性有哪些? 答：1、超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如
毕业设计（论文） 题目超声波无损检测技术 的理论研究 系（院）物理与电子科学系 专业电子信息科学与技术 班级2006级4班 学生姓名李荣 学号2006080927 指导教师吴新华 职称讲师 二〇一〇年六月十八日
独创声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二〇一〇年六月一十八日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二〇一〇年六月一十八日
超声波无损检测技术的理论研究 摘要 本文首先针对波无损检测技术进行理论研究，简明扼要的介绍了超声波无损检测技术的研究意义和发展现状,超声波无损检测技术是当前一种较为先进的检测技术,应用领域更广,适用范围更宽。然后细致的分析了超声波无损检测技术的工作原理特性，基于超声波的优良特性，和传播机理，进行器件或工程的无损检测，并分析了超声波无损检测系统的噪声干扰来源，提出了降低噪声的方法。尝试用计算机模拟系统通过仿真软件来处理超声波无损检测过程中的庞大的数据信息。直观准确地定位缺陷的位置和类型。最后介绍了超声波在无损检测领域的两种典型应用，建筑方面，可以通过超声探头，利用声波的反射的折射来检测混凝土路基的厚度，电力系统方面，利用超声波无损检测技术确定次绝缘子的寿命定位绝缘子中缺陷的类型的具体位置，快速有效的解除安全隐患。 关键词：超声波；无损检测；计算机仿真；瓷绝缘子
超声波探伤仪的知识问答 1、超声波探伤的基本原理是什么？ 答：超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。 目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如，在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射(见图1 )，反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。 2、超声波探伤的主要特性有哪些？ 答：（1）超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在
缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来；如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过射线而不能反射； （2）波声的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置。 （3）超声波的传播能量大，如频率为1MHZ（100赫兹）的超生波所传播的能量，相当于振幅相同而频率为1000HZ（赫兹）的声波的100万倍。 3、超声波探伤选择探头K值有哪三条原则？ 答：（1）声束扫查到整个焊缝截面； （2）声束尽量垂直于主要缺陷； （3）有足够的灵敏度。 4、什么是无损探伤/无损检测？ 答：(1)无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。 (2)无损检测：Nondestructive Testing（缩写 NDT） 5、常用的探伤方法有哪些？ 答：无损检测方法很多据美国国家宇航局调研分析，认为可分为六大类约70余种。但在实际应用中比较常见的有以下几种：（1）常规无损检测方法有： －超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）； －射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT）； －磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）；
1、超声检测方法分类与特点（第五章） 2、脉冲反射法超声检测通用技术（第六章） 复习题 一、是非题 1、脉冲反射式和穿透式探伤，使用的探头是同一类型.( × ) 2、声束指向角较小且声束截面较窄的探头称作窄脉冲探头.( × ) 3、在液浸式检测中，返回探头的声能还不到最初值的1%.( ○ ) 4、垂直探伤时探伤面的粗糙度对反射波高的影响比斜角探伤严重.( ○ ) 5、超声脉冲通过材料后，其中心频率将变低.( ○ ) 6、串列法探伤适用于检查垂直于探侧面的平面缺陷.( ○ ) 7、“灵敏度”意味着发现小缺陷的能力，因此超声波探伤灵敏度越高越好.( × ) 8、所谓“幻影回波”，是由于探伤频率过高或材料晶粒粗大引起的 .( × ) 9、当量法用来测量大于声束截面的缺陷的尺寸.( × ) 10、半波高度法用来测量小于声束截面的缺陷的尺寸.( × ) 11、串列式双探头法探伤即为穿透法.( × ) 12、厚焊缝采用串列法扫描时，如焊缝余高磨平，则不存在死区.( × ) 13、曲面工件探伤时，探伤面曲率半径愈大，耦合效果愈好.( ○ ) 14、实际探伤中，为提高扫描速度减少的干扰，应将探伤灵敏度适当降低.( × ) 15、采用当量法确定的缺陷尺寸一般小于缺陷的实际尺寸.( ○ ) 16、只有当工件中缺陷在各个方向的尺寸均大于声束截面时，才能采用测长法确定缺陷长度.( ×) 17、绝对灵敏度法测量缺陷指示长度时，测长灵敏度高，测得的缺陷长度大.( ○)
18、当工件内存在较大的内应力时，将使超声波的传播速度及方向发生变化.( ○) 19、超声波倾斜入射至缺陷表面时，缺陷反射波高随入射角的增大而增高.(×) 二、选择题 1、采用什么超声探伤技术不能测出缺陷深度？（ D ） A．直探头探伤法 B．脉冲反射法 C．斜探头探伤法 D．穿透法 2、超声检验中，当探伤面比较粗糙时，宜选用（ D ） A．较低频探头 B．较粘的耦合剂 C．软保护膜探头 D．以上都对3、超声检验中，选用晶片尺寸大的探头的优点是（ c ） A．曲面探伤时可减少耦合损失 B．可减少材质衰减损失 C．辐射声能大且能量集中 D．以上全部 4、探伤时采用较高的探测频率，可有利于（ D ） A．发现较小的缺陷 B．区分开相邻的缺陷 C．改善声束指向性 D．以上全部 5、工件表面形状不同时耦合效果不一样，下面的说法中，哪点是正确的（ A ） A．平面效果最好 B．凹曲面居中 C．凸曲面效果最差 D．以上全部 6、缺陷反射声能的大小，取决于（ D ） A．缺陷的尺寸 B．缺陷的类型 C．缺陷的形状和取向 D．以上全部 7、声波垂直入射到表面粗糙的缺陷时，缺陷表面粗糙度对缺陷反射波高的影响是：（C ）
超声波无损检测概述
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 超声波无损检测概述
2.2 国内研究情况 20 世纪50 年代，我国开始从国外引进模拟超声检测设备并应用于工业生产中。上世纪80 年代初，我国研制生产的超声波探伤设备在测量精度、放大器线性、动态范围等主要技术指标方面已有很大程度的提高[3]。80 年代末期，随大规模集成电路的发展，我国开始了数字化超声检测装置的研制。近年来，我国的数字化超声检测装置发展迅速，已有多家专业从事超声检测仪器研究、生产的机构和企业（如中科院武汉物理研究所、汕头超声研究所、南通精密仪器有限公司、鞍山美斯检测技术有限公司等）[1]。目前，国内的超声超声检测装置正在向数字化、智能化的方向发展并且取得了一定的成绩。另外，国内许多领域（如航空航天、石油化工、核电站、铁道部等）的大型企业通过引进国外先进的成套设备和检测技术（如相控阵超声检测设备与技术和TOFD 检测设备与技术），既完善了国内的超声检测设备，又促进了超声无损检测技术的发展[5]。 2.3 超声波无损检测技术发展趋势 超声检测技术的应用依赖于具体检测工件的检测工艺和方法，同时，超声检测还存在检测的可靠性，缺陷的定量、定性、定位以及缺陷检出概率、漏检率、检测结果重复率等问题，这些对超声检测仪器的研制提出了更高要求。 为克服传统接触式超声检测的不足，人们开始探索非接触式超声检测技术，提出了激光超声、电磁超声、空气耦合超声等。为提高检测效率，发展了相控阵超声检测。随着机械扫描超声成像技术的成熟，超声成像检测也得到飞速发展。目前，超声检测仪器已明显向检测自动化、超声信号处理数字化、诊断智能化、多种成像技术的方向发展[5-7]。 3.超声波检测的基本原理 3.1超声波无损检测基本介绍 超声检测（UT）是超声波在均匀连续弹性介质中传播时，将产生极少能量损失；但当材料中存在着晶界、缺陷等不连续阻隔时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，从而损失比较多的能量，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就
无损探伤原理、无损检测原理、常用方法、相关问题 什么是无损探伤？ 答：无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。 二、常用的探伤方法有哪些？ 答：常用的无损探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。 三、试述磁粉探伤的原理？ 答：它的基本原理是：当工件磁化时，若工件表面有缺陷存在，由于缺陷处的磁阻增大而产生漏磁，形成局部磁场，磁粉便在此处显示缺陷的形状和位置，从而判断缺陷的存在。 四、试述磁粉探伤的种类？ 1、按工件磁化方向的不同，可分为周向磁化法、纵向磁化法、复合磁化法和旋转磁化法。 2、按采用磁化电流的不同可分为：直流磁化法、半波直流磁化法、和交流磁化法。 3、按探伤所采用磁粉的配制不同，可分为干粉法和湿粉法。 五、磁粉探伤的缺陷有哪些？ 答：磁粉探伤设备简单、操作容易、检验迅速、具有较高的探伤灵敏度，可用来发现铁磁材料镍、钴及其合金、碳素钢及某些合金钢的表面或近表面的缺陷；它适于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验，也能显露出一定深度和大小的未焊透缺陷；但难于发现气孔、夹碴及隐藏在焊缝深处的缺陷。 六、缺陷磁痕可分为几类？ 答：1、各种工艺性质缺陷的磁痕； 2、材料夹渣带来的发纹磁痕； 3、夹渣、气孔带来的点状磁痕。 七、试述产生漏磁的原因？ 答：由于铁磁性材料的磁率远大于非铁磁材料的导磁率，根据工件被磁化后的磁通密度B ＝μH来分析，在工件的单位面积上穿过B根磁线，而在缺陷区域的单位面积上不能容许B 根磁力线通过，就迫使一部分磁力线挤到缺陷下面的材料里，其它磁力线不得不被迫逸出工件表面以外出形成漏磁，磁粉将被这样所引起的漏磁所吸引。 八、试述产生漏磁的影响因素？ 答：1、缺陷的磁导率：缺陷的磁导率越小、则漏磁越强。 2、磁化磁场强度（磁化力）大小：磁化力越大、漏磁越强。 3、被检工件的形状和尺寸、缺陷的形状大小、埋藏深度等：当其他条件相同时，埋藏在表面下深度相同的气孔产生的漏磁要比横向裂纹所产生的漏磁要小。 九、某些零件在磁粉探伤后为什么要退磁？ 答：某些转动部件的剩磁将会吸引铁屑而使部件在转动中产生摩擦损坏，如轴类轴承等。某
关于锻件超声波探伤的标准及规程 1.1.1筒形锻件----轴向长度L大于其外径尺寸D的轴对称空心锻件如图1(a) 所示.t为公称厚度. 环形锻件----轴向长度L小于等于其外径尺寸D的轴对称空心件如图1(a)所 示.t为公称厚度. 饼形锻件----轴向长度L小于等于其外径D的轴对称形锻件如图1(b)所示.t 为公称厚度. 碗形锻件----用作容器封头,中心部份凹进去的轴对称形锻件如图1(c)所示.t 为公称厚度. 方形锻件----相交面互相垂直的六面体锻件如图1(d)所示. 三维尺寸a、b、c中最上称厚度. 底波降低量GB/BF(dB) 无缺陷区的第一次底波高度(GB)和有缺陷区的第一次底波高度(BF)之比.由缺陷 引起的底面反射的降低量用dB值表示. 密集区缺陷 当荧光屏扫描线上相当于50mm的声程范围内同时有5个或者5个以上的缺陷反射信号;或者在50mm×50mm的探测面上发现同一深度范围内有5个或5个以上的 缺陷反射信号. 缺陷当量直径 用AVG方法求出的假定与超声波束相垂直的平底孔的直径,称为缺陷当量直径, 或简称为当量直径. AVG曲线 以纵座标轴表示相对的反射回波高度,以横座标轴表示声程,对不同直径且假定与超声波束相垂直的圆平面缺陷所画出的曲线图叫AVG曲线,亦称为DGS曲线. ２探伤人员 锻件探伤应由具有一定基础知识和锻件探伤经验,并经考核取得国家认可的资格 证书者担任. ３探伤器材
探伤仪 应采用A型脉冲反射式超声波探伤仪,其频响范围至少应在1MHz～5Mhz内. 仪器应至少在满刻度的75%范围内呈线性显示(误差在5%以内),垂直线性误差 应不大于5%. 仪器和探头的组合灵敏度:在达到所探工件最大程处的探伤灵敏度时,有效灵敏 度余量至少为10dB. 衰减器的精度和范围,仪器的水平线性、动态范围等均应队伍ZBY230-84《A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》中的有关规定. 探头 探头的公称频率主要为,频率误差为±10%. 主要采用晶片尺寸为Φ20mm的硬保护膜直探头. 必要时也可采用2MHzs或25MHz,以及晶片尺寸不大于Φ28mm探头. 探头主声束应无双峰,无偏斜. 耦合剂 可采用机油、甘油等透声性能好,且不损害工件的液体. ４探伤时机及准备工作 探伤时机 探伤原则上应安排在最终热处理后,在槽、孔、台级等加工前,比较简单的几何形状下进行.热处理后锻件形状若不适于超声波探伤也可在热处理前进行.但在热处理后,仍应对锻件尽可能完全进行探伤. 准备工作 探伤面的光洁度不应低一地5,且表面平整均匀,并与反射面平等,圆柱形锻件其端面应与轴线相垂直,以便于轴向探伤.方形锻件的面应加工平整,相邻的端面 应垂直. 探伤表面应无划伤以及油垢和油潜心物等附着物. 锻件的几何形状及表面检查均合格后,方可进行探伤. 重要区
高级超声检测培训复习题汇编 计算题
计算题1.用折射角60°的斜探头探测坡口角为60°的钢板对接焊缝,如下图所示,计算在探头一侧坡口面发现坡口面未熔合缺陷处所有反射波型的反射角(CL=5900m/s,CS=3200m/s)（标准答案从略） 2.用2.5MHz20mm直探头对钢材进行超声波探伤，求此探头的近场区长度和指向角的角度 解：设钢中纵波波速5900米/秒，则该探头在钢中波长λ=5.9/2.5=2.36mm，近场区长度N=D2/4λ=202/4*2.36=42.37mm 由指向角θ=arcsin(1.22λ/D)=8.27° 3.用水浸法聚焦探头垂直探伤法检验Φ36x3mm钢管，已知水层距离为15mm时，声束焦点与钢管轴心重合，求有机玻璃声透镜的曲率半径？ 答：有机玻璃声透镜的曲率半径=15.3mm 4.设某合金与钢完全结合，当超声纵波从合金垂直入射到钢时，结合界面的声压反射率是多少？钢底面（与空气接触）的声压反射率是多少？已知合金厚度30毫米，声阻抗 24.2x106Kg/m2s，钢板厚度20毫米，声阻抗45.6x106Kg/m2s 解：合金-钢界面的声压反射率 rp合金=P合/P0=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)=(24.2-45.6)/(24.2+45.6)=-0.303 取-30%，负号表示入射声波与反射声波相位差180°（相位相反） 合金-钢界面的声压透射率tp=2Z2/(Z2+Z1)=2x45.6/(24.2+45.6)=1.3 钢底面声压反射率r p钢=P钢/P t=[(Z气-Z钢)/(Z气+Z钢)] [(Z2+Z1)/2Z2]=0.765=76.5% 5.如下图所示，探头为tgβ=2，用仪器与钢试块比较，测得探头中S=10mm，计算探头中a和b的长度。 解：因为仪器中测得的S值是相当于钢中的S值，所以要将S钢换算成S 有机玻璃,即: S有机玻璃/CL有机玻璃=S钢/CS钢，S有机玻璃=S钢?CL有机玻璃/CS钢=10x2.7/3.2=8.4 另外t gβ=2，β=63.4°，s i nα=C L有机玻璃?s i nβ/C S钢=2.7?sin63.4°/3.2=0.754，α=48.97°，因此：a=cosα?S有机玻璃=cos48.97°?8.4=5.5mm b=sinα?S有机玻璃=sin48.97°?8.4=6.3mm 答：a=5.5mm，b=6.3mm
分析超声波探伤仪常见八大缺陷的波形特征 疏松 锻件中的疏松，在低灵敏度时伤波很低或无伤波，提高灵敏度后才呈现典型的疏松波形，中心疏松多出现心部，一般疏松出现始波与底波之间。疏松对底波有一定影响但影响不大，随着灵敏度提高，底波次数有明显增加。铸件中的疏松对声波有显著的吸收和散射作用，常使底波显著减少，甚至使底波消失，严重的疏松既无底波又无伤波，探头移动时会出现波峰很低的蠕动波形。 白点 缺陷波为林状波，波峰清晰，尖锐有力，伤波出现位置与缺陷分布相对应，探头移动时伤波切换，变化不快，降低超声波探伤灵敏度时，伤波下降较底波慢。白点对底波反射次数影响较大，底波1~2 次甚至消失。提高灵敏度时，底波次数无明显增加。圆周各处探伤波形均相类似。纵向探伤时，伤波不会延续到锻坯的端头。 内裂纹 1、横向内裂纹轴类工件中的横向内裂纹直探头探伤，声速平行于裂纹时，探伤仪既无底波又无伤波，提高灵敏度后出现一系列小伤波，当探头从裂纹处移开，则底波多次反射恢复正常。斜探头轴向移动探伤和直探头纵向贯穿入射，都出现典型的裂纹波形即波形反射强烈，波底较宽，波峰分枝，成束状。斜探头移向裂纹时伤波向始波移动，反之，向远离始波方向 移动。 2、中心锻造裂纹伤波为心部的强脉冲，圆周方向移动探头时伤波幅度变化较大，时强时
弱，底波次数很少或者底波消失。 3、纵向内裂纹轴类锻件中的纵向内裂，直探头圆周探伤，声束平行于裂纹时，既无底波 也无伤波，当探头转动90°时反射波最强，呈现裂纹波形，有时会出现裂纹的二次反射，一般无底波。底波与伤波出现特殊的变化规律 缩孔 伤波反射强烈，波底宽大，成束状，在主伤波附近常伴有小伤波，对底波影响严重，常使底波消失，圆周各处伤波基本类似，缩孔常出现在冒口端或热节处。 缩孔残余 伤波幅度强，出现在工件心部，沿轴向探伤时伤波具有连续性，由于缩孔锻造变形，圆周各处伤波幅度差别较大，缺陷使底波严重衰减，甚至消失。 夹杂物 1、单个夹渣单个夹渣伤波为单一脉冲或伴有小伤波的单个脉冲，波峰园钝不清晰，伤波幅度虽高，但对底波及其反射次数影响不大。 2、分散性夹杂物分散性夹杂物，伤波为多个，有时呈现林状波，但波顶园钝不清晰，波形分枝，伤波较高，但对底波及底波多次反射次数影响较小。移动探头时，伤波变化比白点为快。 偏析 1、锭型偏析锭型偏析在通常探伤灵敏度常常无伤波，提高灵敏度后才有环状分布的伤波出现，它对底波反射次数无明显影响，随着探伤灵敏度提高，底波次数明显增加。 2、点状偏析点状偏析的声学反射特性较好，波形界于草状之间，伤波出现
无损检测超声波二、三级考试 复习题库 1、超声波是一种机械震动波，描述机械震动波的特征量是（e） a.频率； b.周期； c.波速； d.波长； e.以上都是 2反映超声波特征的重要物理量是（d） a.声压； b.声强； c.声阻抗； d.以上都是 3、波动的形式（波形）可以分为（e） a.声压； b.声强； c.声阻抗； d.以上都是 4、声波在无限大且各向同性的介质中传播时，同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所联成的面称为（a）。 a.波振面； b.波前； c.波线； d.以上都不是 5、声波在无限大且各向同性的介质中传播时，某一时刻振动所传到的距离最远的各点所联成的面称为（b） a.波阵面； b.波前； c.波线； d.以上都不是 6、两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向彼此相同传播时会产生（c）现象 a.叠加； b.干涉； c.驻波； d.以上都不是 7、产生明显驻波的条件是（d） a. 介质厚度有限； b. 介质厚度等于半波长； c. 介质厚度为半波长的整数倍； d.以上都是 8、单位时间内通过超声波传播方向垂直截面单位面积上，并且与声压的振幅平方成正比的声能称为（b） a. 声压； b.声强； c.声强； d.声能 9、在有声波传播的介质中，某一点在某一瞬间所具有的压强与没有声波存在时该点的静压强之差称为（a）。 a. 声压； b.声强； c.声强； d.声能 10、声压P与声强I的关系式是（c） a.I=P/2Z； b. I=P2/Z2； c. I=P2/2Z； d. I=P2/4Z(式中Z为传声介质的声阻抗) 11、声压P、介质ρ、声速C、质点振动速度V之间的关系是（d） a. P=ρ2CV； b. P=ρC2V； c. P=ρ2CV2； d. P=ρCV
锻件超声波探伤记录和报告（南通友联专用）大平底 准考号: 评分: 试件编号 X 试件名称 锻件 试件材质 45# 试件规格 φ70×225 探头规格 2.5P φ14 探头型式 单晶直探头 仪器型号 PXUT-350C 型 扫查比例 深度1:1 扫查方式 全面扫查 探测灵敏度 φ2灵敏度 执行标准 NB/T47013.3-2015 探 伤 结 果 一.检测内容：对锻件T=225mm 进行超声检测,如何利用150mm 大平底调节工件φ2当量灵敏度. 二.检测步骤： (1) 扫描比例调节; 将纵波直探头放置150mm 大平底上,找出一次(B1)和二次(B2)底面反射波，分别将两波对准水平刻度150和300处, 此时, 深度1:1比例调好. (2).计算步骤 方法A. ①计算150大平底与工件同声程处（150/φ2）回波分贝差; dB X B Bf 352150 36.22lg 202lg 202 2=???=Φ=?ππλ ②计算150/φ2与工件225/φ2回波分贝差 dB X X 71502225 2lg 40lg 401221=??=ΦΦ=? 先增益35dB 调节好150/φ2当量灵敏度，再增益7dB 工件225/φ2灵敏度调节完毕 方法B. 计算150大平底与工件225/φ2回波分贝差; 已知Xf =225 XB =150
db X D X B f 42)150214.322536.22lg(202lg 202 2 22=????==?πλ (3)灵敏度调节;探头放在150大平底试块上,使平底回波达到最高,调至基准高度(80%), 然后增益42dB,此时工件225/φ2灵敏度调好. (4).锻件检测;将探头放置225mm 锻件上进行全面扫查,距锻件表面200mm 发现一缺陷 波,波高比225/φ2灵敏度基准波高高9dB.求缺陷当量. 已知X1=200 φ2=2 X2=225 △=9 求; φX )5625.0lg(402002225lg 40lg 409122X X X X X Φ=??Φ=ΦΦ==? X Φ=5625.0lg 225.0 mm X 3=Φ 三.结论; 对该锻件垂直方向进行超声全面扫查,发现距锻件表面 200mm 处有一缺陷,缺陷当量为3mm. 根据NB/T47013-2015标准,该钢板评为Ⅰ级,合格 报告日期 年 月 日
超声波检测复习题（第6、7、8、9章） 一、判断题 4.4.串列法探伤适用于检查垂直于探测面的平面缺陷（） 4.5“灵敏度”意味着发现小缺陷的能力，因此超声波探伤灵敏度越高越好。（） 4.6所谓“幻影回波”是由于探伤频率过高或材料晶粒粗大引起的。（） 4.7当量法用来测量大于声束截面的缺陷尺寸。（） 4.8半波高度法用来测量小于声束截面的缺陷的尺寸。（） 4.9串列式双探头法探伤即为穿透法。（） 4.11曲面工件探伤时，探伤面曲率半径愈大，耦合效果愈好。（）4.12实际探伤中，为个提高扫查速度减少杂波的干扰，应将探伤灵敏度适当的降低。（） 4.13采用当量法确定的缺陷尺寸一般小于缺陷的实际尺寸。（）4.14只有当工件中缺陷在各个方向的尺寸均大于声束截面时，才能采用测长法确定缺陷长度。（） 4.15绝对灵敏度法测量缺陷指示长度时，侧长灵敏度高，测得的缺陷长度大。（） 4.16当工件内存在较大的内应力时，将使超声波的传播速度及方向发生变化。（） 4.17超声波倾斜入射至缺陷表面时，缺陷反射波高随入射角的增大而增高。（） 5.1钢板探伤时，通常只根据缺陷波情况判定缺陷。（）
5.2当钢板中缺陷大于声束截面时，由于缺陷多次反射波互相干涉容易产生“叠加效应”（） 5.3厚钢板探伤中，若出现缺陷的多次反射波，说明缺陷的尺寸一定较大。（） 5.4较薄钢板中采用底波多次法检测时，如出现“叠加效应”则说明缺陷一定较大（） 5.5复合钢板探伤时，可从母材一侧探伤，也可从复合材料一侧探伤。（） 5.9钢管做手工接触法周向探伤时，应从顺、逆时针两个方向各探伤一次。（） 5.10钢管水浸探伤时，水中加入适量活性剂是为了调节水的声阻抗，改善透声性。（） 5.12用斜探头对大口径钢管做接触法周向探伤时，其跨距比同厚度平板大。（） 6.1对轴类锻件，一般来说以纵波直探头从径向探测效果最佳。（）6.2使用斜探头对轴类锻件作圆柱面轴向探测时，探头应从正、反两个方向扫查。（） 6.3对饼形锻件，采用直探头作径向探测是最佳的探伤方法。（）6.5锻件探伤中，如缺陷引起底波明显下降或消失时，说明锻件中存在较严重的缺陷。（） 6.6锻件探伤时，如缺陷被探伤人员判定为白点，则应按密集缺陷评定锻件等级。（） 6.7铸钢件超声波探伤，一般以纵波直探头为主。（）