超声检测方法分类与特点

探头移动范围较小、检测范围较深的一些部件; 粗晶材料 ; TOFD
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5.3.2 横波法
将纵波倾斜入射至试件探测面，利用波型转换得到横波进行 检测的方法，称为横波法。由于入射声束与探测面成一定夹 角，所以又称斜射法。
产生的两种方式
横波法主要用于焊接接头和管材的检测，是目前特种设备行 业中应用最多的一种方法。检测其它试件时，则作为一种有 效的辅助手段，用以发现与检测面有一定倾角的缺陷。
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1．B、C、D扫描成像
B、C、D扫描成像设备较简单、操作容易，已成为最普及的三种超声成
像方法。其中的B扫描广泛用于医疗诊断，俗称B超。现在用于无损检测
也取得了良好的效果。
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2. P扫描成像
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3. ALOK超声成像
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4 相控阵和S扫描成像 相控阵技术(2009年3级复试）.ppt
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荷兰焊接协会的对比试验
POD 缺陷检出率 FCR 误报率 R可靠性
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TOFD局限性
（1）由于TOFD的直通波和底面反射波均有一 定的宽度，处于此范围的缺陷波难以被发现， 因此在扫查面和底面存在几毫米的表面盲区；
（2）TOFD信号较弱，易受噪声影响； （3）倾向于“过分夸大”中壁缺陷和部分良性
当缺陷与波Байду номын сангаас轴线倾斜时，则根据倾斜角度的大小， 能够收到部分回波或者因反射波束全部反射在探头 之外而无法检出。
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5.4.2 双探头法
使用两个探头（一个发射，一个接收）进行检测的方法称为 双探头法。主要用于发现单探头法难以检出的缺陷。
双探头法又可根据两个探头排列方式和工作方式进一步分为 并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式等。
此时，示波管的电子束是振幅调制的。换言之，A型显示的内容是探头 驻留在工件上某一点时，沿声束传播方向的回波振幅分布。
结合脉冲放射法的A型显示超声检测是目前用的最多的一种方法，目前 特种设备行业常用的JB/T 4730.3－2005标准规定的就是A型脉冲反射法 超声检测，采用该方法时，检测结果受检测人员的素质、经验等人为因 素影响较大。
直通波
底面发射波 底面发射波
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反射波
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TOFD检测图像——灰度图
幅度 +
白
时间
-
黑
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将每一个A扫描信号转化为灰度线， 沿探头的运动方向拼接成二维灰度图
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时间
TOFD扫查方式
焊缝
焊缝
焊缝
发射探头
接收探头 探头架
移动方向 Y－
X Y+
非平行扫查
发射探头 移动方向
接收探头 探头架 X
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5.6 手工检测和自动检测
按人工干预的程度分类，超声检测可分为手工检测和自动检测。 5.6.1 手工检测
手工检测一般指由操作者手持探头进行的A型脉冲反射式超 声检测。 手工检测方便易操作，大量应用，JB/T 4730.3-2005主要的 适用范围即为手工检测。 检测结果受操作者的人为因素影响是较大的 检测过程中的超声信号无法连续记录 检测结果的可靠性、复现性难以保证。
共振法测厚的原理见4.1.6，目前已很少使用 共振法测厚。
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5.2 A型显示和超声成像
按超声信号的显示方式，可将超声检测方法分为A 型显示和超声成像方法，其中超声成像显示按成像 方式的不同又可再分为B、C、D、S、P型显示等。
5.1.1 A型显示
如4.1.1中所述，A型显示是一种波形显示，是将超声信号的幅度与传播 时间的关系以直角坐标的形式显示出来，横坐标代表声波的传播时间， 纵坐标代表信号幅度。A型显示是最基本的一种信号显示方式。
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5.1.2 超声成像方法
超声成像就是用超声波获得物体可见图像的方法。由于声波 可以穿透很多不透光的物体，故利用声波可以获得这些物体 内部结构声学特性的信息，超声成像技术将这些信息变成人 眼可见的图像，即可以获得不透光物体内部声学特性分布的 图像。物体的超声图像可提供直观和大量的信息，直接显示 物体内部情况，且可靠性、复现性高，可以对缺陷进行定量 动态监控。一般而言，超声成像方法是基于A型显示形成的 工件不同截面的图像显示，大都具有自动数据采集、自动数 据处理和自动作出评价的功能。 超声成像的研究历史 超声成像方法发展到现代，主要采用扫描接收信号、再进行 图像重构的方式，因此又称为超声扫描成像技术，起初主要 为B、C扫描成像，随后为检测焊缝而开发出D、P扫描（投 影扫描成像）；因为相控阵技术的出现，又出现S扫描（扇 形扫描成像）等。而对应的，A型显示又可称为A扫描显示。
4．影响表面波传播的其他因素
油
表面光洁度和材料组织
圆柱曲面
5．表面波检测的应用
（1）强度法检测表面裂纹
扫描速度调整
灵敏度调整和定量
直角棱边反射波
（2）时延法测量表面裂纹的纵向尺寸
特点：利用裂纹开口处的反射信号和裂纹尖端处的反射信号在传播时间 上的差值作为测定裂纹纵向尺寸的信息，而不是裂纹反射信号的强度。
第5章 超声检测方法分类与特点
5.1.2 衍射时差法
定义：Time Of Flight Diffraction
衍射时差法超声检测
TOFD 方法利用缺陷端点的衍射波信号探测和测量 缺陷的尺寸 TOFD基本结构：一发一收双探头
宽角度纵波斜探头（通常）
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2、TOFD检测设备举例
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Y－
Y+
平行扫查
发射探头
接收探头 探头架
移动方向
X
Y－
Y+
偏置非平行扫查
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1、表面开口裂纹
1 2
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1
2
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2、X形坡口根部未焊透
1 2
3 4
1
2 13
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3、V形坡口根部未焊透
1
2 3
1
2 3
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根部未焊透
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4、密集气孔
1
2
1
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上端点 下端点
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发射探头
扫查面开口缺陷的检测原理
直通波中断
接收探头
无直通波
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底面反射波 底面反射波
缺陷下尖端
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发射探头
底面开口缺陷的检测原理
直通波
接收探头
直通波
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底面反射波中断
缺陷上尖端
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无底面反 射波
发射探头
层间缺陷的检测原理
直通波
接收探头
反射信号
板波充塞于整个试件，可以发现内部的和表面的缺陷。但是检出灵敏度
除取决于仪器工作条件外，还取决于波的形式。
根据质点振动情况分类
根据边界条件分类 根据板的变形分类 2．板波的产生
sinl
A Cl B Cp
选择不同的板波型式 ——探头入射角
入射角可根据被探测工件的板厚乘所用频率
和选用的波型，由特定的曲线图上查出
9、根部凹陷
Root Concavity defect
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TOFD technique
10、根部过厚
Over penetration defect
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TOFD优点
与脉冲反射法超声检测和射线检测相比，TOFD的 主要优点在于： （1）能探测不利取向的缺陷，缺陷检出率高； （2）超声波束覆盖区域大； （3）缺陷高度测量精确； （4）实时成像，快速分析； （5）非基于波幅，波幅影响小； （6）快速、安全、方便。
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5.3.3 表面波检测
使用表面波进行检测的方法，称为表面波法。
1．表面波的性质
传播
运动状态
速度
能量分布
2、表面波的产生
（1）Y切石英法
（2）纵波折射法
3．人工反射体的反射特点
（1）柱孔
（2）横孔
（3）沟槽
（2042）0/5棱/5 边的反射
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表面、近表面缺陷
5.3.3 表面波检测
双探头法
单探头法
只适用于测量表面开口缺陷
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5.3.4 板波检测
使用板波进行检测的方法，称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状 简单的试件检测。板波充塞于整个试件，可以发现内部的和表面的缺陷。 但是检出灵敏度除取决于仪器工作条件外，还取决于波的形式。
1．板波的种类
使用板波进行检测的方法，称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状 简单的试件检测。
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5.4.3 多探头法
使用两个以上的探头组合在一起进行检测的方法，称为多探 头法。 多探头法的应用，主要是通过增加声束来提高检测速度或发 现各种取向的缺陷。 通常与多通道仪器和自动扫查装置配合
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5.5 按探头接触方式分类的检测方法
接触法、液浸法和电磁耦合法。
5.5.1 接触法和液浸法 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，这种检测方法称为直接接触法，或简称接触法。 将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行检测的方法，称为 液浸法。耦合剂可以是水，也可以是油。当以水为耦合剂时，称 为水浸法。 液浸法检测，探头不直接接触试件，所以此方法适用于表面粗糙 的试件，探头也不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好，便于 实现自动化检测。
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5.3.5.爬波法 产生：第一临界角附近入射
概念
优点
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5.4 按探头数目分类的检测方法
5.4.1 单探头法 使用一个探头兼作发射和接收超声波的检测方法称 为单探头法。
对于与波束轴线垂直的片状缺陷和立体型缺陷的检 出效果最好。
与波束轴线平行的片状缺陷难以检出。
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5.5.1 接触法和液浸法
接触法和液浸法特点比较： （1）接触法优点： （2）接触法缺点： （3）液浸法优点： （4）液浸法缺点： 在实际检测时，应根据应用的对象、目的和 场合，结合两种方法的优缺点综合选择。
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5.5.2 电磁耦合法
采用电磁超声探头激发和接收超声波的检测 方法，通常称为电磁超声检测（EMAT）。探头 与工件之间无耦合剂，也不相互接触。电磁超 声探头结构及工作原理见4.2.3。 1、电磁超声产生的机理 2、电磁超声激发和接收 3、电磁超声的特点和现状
2
3
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5、横向裂纹
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1
3
2
3
4
3
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6、根部未焊满
1
2 3
1 2
3
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7、层间未熔合
1 2
3
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TOFD technique
8、根部未熔合
Lack of root fusion defect
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TOFD technique
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3、TOFD检测显示示例
A扫描显示 TOFD图像
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4、物理基础－衍射
入射波
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缺陷上的每一点形成 新的子波源称为衍射
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入射波
衍射（续）
衍射波
反射波
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缺陷
衍射波
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特点：
1、全方位 2、低能量
发射探头
埋藏缺陷的检测原理
直通波
接收探头
直通波
底面反射波 底面反射波
缺陷，比如气孔、夹层等；
（4）TOFD数据分析对检测人员要求高。
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5.1.3 穿透法
穿透法是采用一发一收双探头分别放置在试 件相对的两端面，依据脉冲波或连续波穿透 试件之后的能量变化来检测试件缺陷的方法。
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5.1.4 共振法
依据试件的共振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。常用于试 件测厚。
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5.3 按波型分类的超声检测方法
纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等 5.3.1 纵波法
使用纵波进行检测的方法，称为纵波法。 1．纵波直探头法
单晶直探头脉冲反射法、双晶直探头脉冲反射法和穿透法 垂直法主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的检测
2. 纵波斜探头法 将纵波倾斜入射至试件探测面，利用折射纵波进行检测的方法
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5.6.2 自动检测
自动检测指使用自动化超声检测设备，在最少的人工干预下进行并完成 检测的全部过程。一般指采用自动扫查装置，或在检测过程中可自动记 录声束位置信息、自动采集和记录数据的检测方式。在自动检测中，检 测结果受人为因素影响较小。 若满足如下任何一个条件，可称为自动检测： 1）采用自动扫查装置。探头固定于机械扫查装置上，扫查装置或工件按照 设定的方式运动，从而完成超声检测全过程。 2）自动记录声束位置信息、自动采集和记录数据。为跟踪和记录探头位置， 自动超声设备必须配备位置传感器，一般采用编码器或声定位技术，但 相控阵方法是个例外，因为相控阵可以采用电子扫描以替代机械扫描。 在扫查过程中，自动超声设备应能够自动采集超声信号以及相对应的位 置信息，并以不可更改的方式记录下来。一般也使用扫查装置，按照驱 动扫查装置的动力而言，可分为马达驱动和人驱动。若采用马达驱动， 称为全自动；若采用人驱动，则称为半自动。全自动和半自动均简称为 自动检测。 超声成像技术涉及二维或三维成像，成像算法中需要超声信号以及相对 应的位置信息，因此都属于自动超声检测。
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5.3.4 板波检测
3．兰姆波的传播特点 （1）衰减的非单调变化 （2）反射时兰姆波波型的变化 （3）板波回波信号的宽度
4．板波检测的一般程序 a、尽可能选用宽的发射脉冲 b、制作一个与被测板材料相同的对比试块 c、选择合适的波型 根据波型、频率乘板厚的数值，从 相应的图中查得入射角 d、根据入射角选择合适的探头，在试块上调整扫描速度 e、根据人工缺陷的反射，选择合适的探测灵敏度 f、检测时注意点