无损检测技术讲义.doc

《无损检测技术讲义.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无损检测技术讲义.doc（72页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、无损检测技术目录前言第一章 无损检测的定义与目的1.1 无损检测的定义1.2 无损检测的目的第二章 无损检测技术及其应用简介2.1 利用声学特性的无损检测技术2.1.1 超声波检测技术2.1.2 声发射检测技术2.1.3 声振检测技术2.1.4 声全息法2.2 利用电、磁和电磁特性的无损检测技术2.2.1 磁粉检测2.2.2 漏磁检测2.2.3涡流检测2.2.4电位法检测（电位探针法）2.3 利用放射性辐射特性的无损检测技术2.3.1 射线照相检测2.3.2 X射线实时成像检测 2.3.3 计算机辅助层析扫描射线检测技术2.3.4 CR技术2.4 利用热学特性的无损检测技术2.4.1 热图像法

2、（红外检测）2.4.2 热图法2.4.3 热电法2.4.4 红外热波无损探伤技术2.5 利用渗透现象的无损检测技术2.5.1 着色渗透检验的基本检验程序2.5.2 荧光渗透检验的基本检验程序2.5.3 过滤微粒法检验2.6 利用光学特性的无损检测技术2.6.1 激光全息照相检测2.6.2 激光电子散斑剪切技术2.7 泄漏检测技术2.8 结束语第三章 无损检测人员的技术资格鉴定要求3.1 对无损检测人员技术资格鉴定的理由3.2 对无损检测人员技术资格鉴定的要求第四章 无损检测技术的组织管理、质量控制与技术经济分析4.1 无损检测技术的组织管理4.2 无损检测技术的质量控制附录：特种设备制造、安装

3、、检验中有无损检测规定相关条款的规程、标准：思考题第一章 无损检测的定义与目的前言材料和产品检测一般分为破坏性检测和非破坏性检测，而无损检测即是非破坏性检测中的一种。无损检测的理论基础是材料的物理性质，即利用材料的物理性质会因为存在缺陷或其他变异而发生变化，通过测定这些变化，可以对材料作出评价。因此，无损检测技术的发展是与材料物理性质研究的进展同步的。目前的无损检测技术所利用的材料物理性质已有很多种，如材料受射线辐照时呈现的性质及它们之间的相互影响，弹性波与材料的相互作用及所呈现的性质，材料的电学性质和磁学性质以及在电场、磁场或电磁场中的表现，材料的热力学性质，材料的光学性质以及与光相互作用所

4、呈现的性质，材料表面能量性质等等。无损检测的技术基础则与测试技术、电子技术以及计算机技术等有关，即需要弄清材料的物理性质并测量、分析这些物理性质的微小变化。例如材料内部组织结构或材料几何形状的差异或改变，通常会引起某些或某种物理量的变化，通过测定这些变化可以评估材料内部组织结构或材料几何形状的变化。当然，从理论上讲，这种评估有时未必能完全符合真实情况，因为物理量的变化和材料内部异常并不一定完全对应，而且这些内部异常也未必能使所有的物理量都发生变化，这是必须注意的。因此，往往还需要综合考虑若干种物理量的变化情况，才能对材料的内部异常做出比较正确的判断，亦即有时需要使用多种无损检测方法得到的结果来

5、进行综合的判断与评价，对于这一点，许多无损检测技术应用人员也已经有了充分的认识。另一方面，为了对材料、产品、构件等选择最适合的无损检测方法和确定最适当的检测时机，无损检测人员还必须掌握各种加工方法所可能产生的缺陷以及缺陷在后续加工与使用过程中的变化，缺陷的特征、形成时间与缺陷的成因（形成机理）、缺陷对材料的使用性能影响，以及缺陷的冶金分析方法等，因此，必须对各种生产制造过程和制造工艺，以及使用环境与使用条件、状况等具有广泛的知识和比较充分的、足够的了解。因此，这就意味着无损检测技术人员还应掌握有关材料科学方面的广泛知识。综上所述，作为一名无损检测技术应用人员，他不仅应当熟知有关无损检测技术本身

6、的理论、方法、检测工艺等内容，还必须对有关的设计、制造工艺、材料的应力与强度（包括断裂力学、损伤容限设计等）以及冶金等各方面的知识有较多地了解，才能正确选择无损检测的方法、检测时机与检测工艺，并能根据无损检测的结果正确判断和评价材料、产品、构件等能否满足使用性能的要求，确定适当的无损检测验收标准等等。这些要求尽管对于一名无损检测技术人员来说未免过于苛刻，但是这确实是必需的，否则将难以胜任和适应对无损检测技术日益增长的需求。当然，正是由于需要全面、广泛并尽可能深入地了解和掌握这些知识存在有极大的困难，因此，无损检测人员必须尽可能地与设计人员、生产制造人员、冶金分析与测试人员，以及使用人员、管理人

7、员等取得密切的合作，也必须密切注视无损检测技术和相关学科领域中的研究发展动态。对于非从事无损检测技术专业的技术人员，如设计人员、生产制造人员、使用人员以及冶金分析与测试人员、生产质量管理人员、其它检验人员等，也应该对无损检测技术的物理基础、应用方法、检测工艺以及管理方面有基本的了解，才能在他们自身的工作中很好地考虑如何充分运用无损检测技术来保证设计制造的产品质量和产品使用的可靠性，以及提高劳动生产率，降低制造成本，达到提高经济效益的目的。例如，在设计产品时，考虑如何采用无损检测技术以及使需要检测的部位适合无损检测方法的实施（就不会产生要求对铝合金锻件使用磁粉检测、把铝合金锻件要求按铝合金铸件标

8、准实施X射线照相检测的笑话）；在制造工序的安排上考虑适合无损检测的实施；考虑在役部件实施无损检测的方法与检查周期；选用合理适当的无损检测方法与验收标准；在经济核算、质量管理、生产经营中考虑无损检测的因素，还有计算产品成本时没有把无损检测费用计算进去的情况等等）。对压力容器检验人员耒说，并非要求执行具体的无损检测操作，但要能针对不同检测对象正确选择无损检测方法，评价其工作质量的优劣，并将其工作结果正确应用于设备安全状况的评定。总而言之，正是因为无损检测技术是一门涉及多种技术学科的综合性工程应用学科，所以决不能把它孤立看待，无损检测技术只有在综合应用中才能获得更大更迅速的发展。1.1 无损检测的定

9、义无损检测技术是利用声、光、热、电、磁和射线等与物质的相互作用，在不损伤被检物使用性能及形态的前提下，采用物理或化学的方法为手段，借助先进的技术和器材耒检测和评价被检测的材料、产品和设备构件的内部和表面的性质、状态、质量或内部结构等一种特殊的检测技术。对于特种设备检验常用及需掌握了解的是射线RT、超声UT、磁粉MT、渗透PT、四种方法。现涡流ET、声发射检测AE、热像/红外TIR检测在特种设备检验中也正遂步得到推广应用。1.2 无损检测的目的无损检测的目的大体上可从三个主要方面来阐述。1.2.1 质量管理每一种产品均有其使用性能要求，这些要求通常在该产品的技术文件中规定，例如技术条件、技术规范

10、、验收标准等，以一定的技术质量指标反映。无损检测的主要目的之一，就是对非连续加工（例如多工序生产）或连续加工（例如自动化生产流水线）的原材料、半成品、成品以及产品构件提供实时的工序质量控制，特别是控制产品材料的冶金质量与生产工艺质量，例如缺陷情况、组织状态、涂镀层厚度监控等等，同时，通过检测所了解到的质量信息又可反馈给设计与工艺部门，促使进一步改进设计与制造工艺以提高产品质量，收到减少废品和返修品，从而降低制造成本、提高生产效率的效果。例如，某厂生产的某大型带法兰锻件，对锻件进行磁粉检测发现其存在锻造折叠，使得锻件报废或需要返修而成为次品，折叠出现率达到3040%。通过改进模具设计和模锻前的毛

11、料荒形设计，以及改进模锻时摆放毛料的方式，使折叠出现率下降到0%，杜绝了因为折叠造成的废品和返修品出现，从而大大节约了原材料和能源消耗，节省了返修工时，明显提高了生产效率。又如特种设备在制造过程中的控制：热处理的部件在热处理前的检验，筒体在组装之前的焊接检验，被覆盖部位的焊缝无损检验等等。由此可见，在生产制造过程中采用无损检测技术，及时检出原始的和加工过程中出现的各种缺陷并据此加以控制，防止不符合质量要求的原材料、半成品流入下道工序，避免徒劳无功所导致的工时、人力、原材料以及能源的浪费，同时也促使设计和工艺方面的改进，亦即避免出现最终产品的“质量不足”。另一方面，利用无损检测技术也可以根据验收

12、标准将材料、产品的质量水平控制在适合使用性能要求的范围内，避免无限度地提高质量要求造成所谓的“质量过剩”。利用无损检测技术还可以通过检测确定缺陷所处的位置，在不影响设计性能的前提下使用某些存在缺陷的材料或半成品，例如缺陷处于加工余量之内，或者允许局部修磨或修补，或者调整加工工艺使缺陷位于将要加工去除的部位等等，从而可以提高材料的利用率，获得良好的经济效益。再如焊接试板在机械性能试验前的无损检验就是为避开缺陷部位取样耒保证试验结果的正确性。因此，无损检测技术在降低生产制造费用、提高材料利用率、提高生产效率，使产品同时满足使用性能要求（质量水平）和经济效益的需求两方面都起着重要的作用。1.2.2

13、质量鉴定已制成的产品（包括材料、零部件等）在投入使用或作进一步加工，或进行组装之前，需要进行最终检验，亦即质量鉴定，确定其是否达到设计性能要求，能否安全使用，亦即判别其是否合格，以免给以后的使用造成隐患。例如，某厂从国外进口的WNr2713热作模具钢轧棒，未经无损检验即投入锻造加工，结果出现大约56%的锻件开裂报废，经济损失很大，其原因是该批轧棒中存在严重的白点缺陷。如在特种设备制造、安装、修理过程中均提出了相应的无损检测要求（方法、对象、比例、时机、合格标准等），从而达到保证产品质量和使用安全的要求。又如某汽车制造厂从国外进口的汽车发动机曲轴，在装配前发现曲轴轴颈部位存在若干肉眼可见的白斑，

14、经涡流检测确认属于曲轴轴颈表面的氮化层剥落，从而避免了装配后因轴颈快速磨损甚至卡死造成发动机事故，而且通过索赔挽回了可能造成的经济损失。在许多的产品和制件中，由于例如叶片出现裂纹、齿轮含有夹渣等造成航空发动机试车以及飞行过程中发生损坏，以及特种设备制造质量低劣而在后续使用中早期破损甚至酿成灾难性事故的例子和教训是很多的，这里不予赘述。因此，产品使用前的质量验收鉴定是非常必要的，特别是那些将在高应力、高温、高循环载荷等复杂恶劣条件下以及恶劣环境中工作的零部件或构件等，仅仅靠一般的外观检查、尺寸检查、破坏性抽检等是远远不够的，在这方面，无损检测技术表现出能够百分之百地全面检查材料内外部的无比优越性

15、。1.2.3 在役检测使用无损检测技术对运行期间或正在运行中的设备构件进行经常性的或者定期的检查，或者实时监控（称为在役检测），能及时发现影响设备继续安全运行或使用的隐患，防止事故的发生。例如疲劳损伤，或者产品中原有的微小缺陷在使用过程中扩展成为危险性缺陷等等。特别是对于重要的大型设备，例如锅炉、压力容器、核反应堆、飞机、铁路车辆、铁轨、桥梁建筑、水坝、电力设备、输送管道.等等，防患于未然，更有着不可忽视的重要意义。定期或不定期在役无损检测的目的并不仅仅是尽早发现和确认危害设备安全运行及使用的隐患并予以及时清除，从经济意义上来说，当今对无损检测技术还要求在发现早期缺陷（例如初始疲劳裂纹）后，通

16、过无损检测技术定期或实时（连续）监视其发展，对所探测到的缺陷能够确定其类型、尺寸、位置、形状与取向等，根据断裂力学理论和损伤容限设计、耐久性等对设备构件的状态、能否继续使用、安全使用的极限寿命或者剩余寿命做出评估和判断。综上所述，无损检测技术不仅是产品设计制造过程和最终成品静态质量控制的极重要手段，而且是保障产品安全使用与运行的动态质量控制几乎是唯一的手段。因此，可以说无损检测的必要性贯穿于设计、制造和运行全过程中的各个环节，其目的可以一言以蔽之，即是为了最安全、最经济地生产和使用产品。必须明确的是，尽管无损检测技术在生产设计、制造工艺和质量管理、质量鉴定与控制、经济成本、生产效率等方面都显示

17、了极其重要的作用，但是无损检测技术本身对具体某项产品而言，似乎并未直接增加什么内容，即不是所谓的“成形技术”。对产品所期待的使用性能和质量只能在产品制造中达到而不可能在产品检测中达到。无损检测技术的根本作用只是保证产品的质量或使用性能符合预期的目标，但是它是一种经济效益好的、保证产品质量的、高科技的检测技术。综上所述其目的可以概括为：1、改进制造工艺 ，2、降低制造成本，3、提高使用可靠性。无损检测技术的基础是物质的各种物理性质或它们的组合以及与物质相互作用的物理现象。迄今为止，包括在工业领域已获得实际应用的和已在实验室阶段获得成功的无损检测方法已达五、六十种甚至更多，随着工业生产与科学技术的

18、发展，还将会出现更多的无损检测方法与种类。本章仅能就几个主要方面作简单扼要的介绍。除了对于特种设备检验中已经广泛应用的四大常规无损检测技术（超声波检测、磁粉检测、渗透检测和射线照相检测）给予一定的工艺介绍外，对其他方法仅作概念性介绍。若需对其中某项方法作深入了解时，应查阅相应方法的专业技术介绍资料。第二章 无损检测技术及其应用简介2.1 利用声学特性的无损检测技术2.1.1 超声波检测技术什么是超声波？超声波有什么特性？声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz2KHz。当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于2KHz则称为超声波。一般把频率在2KHz到25MHz范围的声波叫做超

19、声波。它是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波，其实质是以应力波的形式传递振动能量，其必要条件是要有振动源和能传递机械振动的弹性介质（实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体），它能透入物体内部并可以在物体中传播。利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术-超声检测技术。例如用于医疗上的超声诊断（如B超）、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土

20、坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定等等。超声波具有如下特性：1）超声波可在气体、液体、固体等介质中有效传播。2）超声波可传递很强的能量。3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）-从而引出了“功率超声应用”技术-例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。5）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。工业无损检测技术中应用的超声波检测（Ultrasonic Testing，简称UT）是无损检测技术中发展最快、应用最广泛的

21、无损检测技术，占有非常重要的地位。在超声波检测技术中用以产生和接收超声波的方法最主要利用的是某些晶体的压电效应，即压电晶体（例如石英晶体、钛酸钡及锆钛酸铅等压电陶瓷）在外力作用下发生变形时，将有电极化现象产生，即其电荷分布将发生变化（正压电效应即机械振动转换成电振动），反之，当向压电晶体施加电荷时，压电晶体将会发生应变，亦即弹性变形（逆压电效应电振动转换成机械振动）。因此，利用压电晶体制成超声波换能器（探头），对其输入高频电脉冲，则探头将以相同频率产生超声波发射到被检物体中去，在接收超声波时，探头则产生相同频率的高频电信号用于检测显示。除了利用压电效应以外，在某些情况下也利用磁致伸缩效应（强磁

22、材料在磁化时会发生变形的现象，可用作振源或用于应变测量），也有利用电动力学方法（例如本章后面叙述的电磁-声或涡流-声方法）。超声波在弹性介质中传播时，视介质支点的振动型式与超声波传播方向的关系，可以把超声波分为以下几种波型：（1）纵波（Longitudional Wave，简称L波，又称作压缩波、疏密波）-纵波的特点是传声介质的质点振动方向与超声波的传播方向相同（见右图所示）（2）横波（Shear Wave，简称S波，又称作Transverse wave，简称T波，也称为切变波或剪切波）-横波的特点是传声介质的质点振动方向与超声波的传播方向垂直，并且视质点振动平面与超声波传播方向的关系又分为垂

23、直偏振横波（SV波，这是工业超声检测中最常应用的横波）和水平偏振横波（SH波，也称为Love Wave-乐甫波，实际上就是地震波的震动模式）（见下左图所示）纵波横波乐甫波瑞利波（3）表面波（Surface Wave）-在工业超声检测中应用的表面波主要是指超声波沿介质表面传递，而传声介质的质点沿椭圆形轨迹振动的瑞利波（Rayleigh Wave，简称R波，如左图所示），瑞利波在介质上的有效透入深度只有一个波长的范围，因此只能用于检查介质表面的缺陷，不能像纵波与横波那样深入介质内部传播，从而可以检查介质内部的缺陷。此外，水平偏振横波（SH波，也称为Love Wave-乐甫波）也是一种沿表面层传播的

24、表面波，实际上就是地震波的振动模式，不过目前在工业超声检测中尚未获得实际应用。（4）兰姆波（Lamb Wave）-这是一种由纵波与横波叠加合成，以特定频率被封闭在特定有限空间时产生的制导波（guide Wave）。在工业超声检测中，主要利用兰姆波来检测厚度与波长相当的薄金属板材，因此也称为板波（Plate Wave，简称P波）。兰姆波在薄板中传递时，薄板上下表面层质点沿椭圆形轨迹振动，而薄板中层的质点将以纵波分量或横波分量形式振动，从而构成全板振动，这是兰姆波检测的显著特征。根据薄板中层的质点是以纵波分量或横波分量形式振动，可以分为S模式（对称型）和A模式（非对称型）两种模式的兰姆波（如右图所

25、示）。在细棒和薄壁管中也能激发出兰姆波，此时称为扭曲波、膨胀波等。除了上述四种主要的应用波型外，现在已经发展应用的还有头波（Head Wave）和爬波（Creeping Longitudional Wave，又称作爬行纵波），特别是后者能够以纵波的速度在介质表面下传递，适合用于检测表面特别粗糙，或者表面存在不锈钢堆焊层等情况下的近表层缺陷检测。超声波在介质中的传播速度C（与介质、波型等有关）、振动频率f（单位时间内完成全振动的次数，以每秒一次为1个赫兹-Hz）和超声波的波长（超声波完成一次全振动时所传递的距离）三者有如下关系：C=f应当注意在不同介质中以及不同的超声波波型具有不同的传播速度。超

26、声波具有波长短、沿直线传播（在许多场合可应用几何声学关系进行分析研究）、指向性好，能在固体中传播，并能进行波型转换等特点，其传播特性包括反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振、声速等多种变化，因此其适用范围非常广泛，包括了金属、非金属，锻件、铸件、焊接件、型材、胶接结构与复合材料、紧固件等等。超声探伤方法分类：1、按原理分有脉冲反射法、穿透法、和共振法，目前用的最多的是反射法。2、按显示方式分有A型显示、B型和C型显示，目前用的最多的是A型显示。3、按波型分有纵波、横波、表面波、板波、衍射波等。4、按探头数目分有单探头、双探头、多探头等。5、按接触方法分有直接接触法和水浸法。下面以超声波的传播特性

27、为线索来分别叙述其应用。2.1.1.1 超声波的反射与折射特性在弹性介质中传播的超声波遇到异质界面时会发生反射与折射，并有波型转换发生。在超声波检测中利用超声波在界面上的折射特性主要用于达到波型转换的目的，例如把一般压电晶体产生的纵波转换成横波、瑞利波、兰姆波等，以适应不同工件及不同情况下的检测，其转换条件与界面两侧解职的声速比（折射率）和入射、折射角度（正弦函数）相关：sin/C1=sin/C2（见右图所示：为入射角，C1为第一介质中入射超声波的速度；为反射或折射角，C2为在第一介质中反射或者在第二介质中折射超声波的速度。在相同介质中相同波型有相同的波速，因此对于L反的反射角与L的入射角相同

28、，在同一介质中横波的速度小于纵波速度，因此对于反射横波S反的反射角小于L的入射角；从折射情况来看，也同样是由于在同一介质中横波的速度小于纵波速度，因此折射横波S折的折射角小于折射纵波L折的折射角，上面所述的数学式也称为斯涅尔定律-折射定律）。在超声波检测中利用超声波的反射特性主要用于探测材料中的缺陷。下面以最常用的A型显示（波形显示）的超声脉冲反射法探测为例：超声波反射与折射时的波型转换超声脉冲反射法检测原理示意图超声脉冲反射法检测原理及方法：（P276页）超声波探伤仪的高频脉冲电路产生高频脉冲振荡电流施加到超声换能器（探头）中的压电晶体上，激发出超声波并传入被检工件，超声波在被检工件中传播时

29、，若在声路（超声波的传播路径）上遇到缺陷（异质）时，将会在界面上产生反射，反射回波被探头接收转换成高频脉冲电信号输入探伤仪的接收放大电路，经过处理后在探伤仪的显示屏上显示出与回波声压大小成正比的回波波形（图形），根据显示的回波幅度大小可以评估缺陷大小，显示屏上的水平扫描线（时基线）可以调整为与超声波在该介质中传播时间（距离）成正比（俗称“定标”），然后就可以根据回波在显示屏水平扫描线上的位置判定缺陷在工件中的位置。利用工件底面回波在水平扫描线上的位置，还可用于测定工件的厚度（如左图所示）。 超声波所占的空间称为超声场，其结构如下右图所示，它包括近场（N为近场长度）和远场两个部分。在近场区中的声

30、压分布是不均匀的，而在远场区中的声压则随着距离的增大呈单调下降变化。近场区的长度与换能器的晶片直径和超声波的波长有关，在近场区的超声波束呈收敛状态，在近场区末端，亦即从近场区进入远场区的过渡点上声束直径最小（故也将此点称作自然焦点），进入远场区后声束将以一定角度发散，声束边缘的斜度以半扩散角表示，声束的半扩散角同样与换能器的晶片直径和超声波的波长有关。因此，在超声检测中为了能根据回波幅度大小评估缺陷大小，当被检工件尺寸较小，落在近场区范围时，通常需要采用参考对比试块进行比较评定，参考试块的材料、状态（声学特性）应与被检物相同或相近，并且含有已知尺寸的特定人工反射体（例如平底孔、横孔、柱孔、刻槽

31、等），将发现的缺陷回波幅度与相同声程（超声波传播路程）的人工反射体回波幅度比较，得到以人工反射体尺寸表示的缺陷当量大小。 超声场结构示意图在远场检测时，由于工件尺寸较大，要预先制作相应尺寸的试块有困难，而且搬运、使用均很不方便。鉴于远场中的声压随着距离的增大呈单调下降变化，各种人工反射体的回波声压变化是有规律可循的，因此可以采用计算方法或事先测绘制作的距离-波幅曲线（称作AVG法或DGS法）来确定检测灵敏度以及评定缺陷的当量大小。必须指出：超声检测中是以反射波耒评定的，所谓缺陷当量大小，是指缺陷的回波幅度与一定尺寸的人工反射体的回波幅度相同，但是缺陷的实际尺寸与标准人工反射体的尺寸并不相同，这

32、是因为缺陷的回波幅度大小受被检工件的材料以及缺陷本身的性质、大小、形状、取向、表面状态等多种因素的影响，同时还与超声波的自身特性有关，因此引入了“当量”-相当的量这个概念作为定量衡量缺陷大小的标准。例如我们说经过超声检测发现被检工件内的某个位置处存在2mm直径平底孔当量的缺陷，就是指该缺陷的回波幅度与工件内相同位置处2mm直径平底孔（平底孔的孔底面与超声束轴线垂直，并且同轴）的回波幅度相同，然而该缺陷的实际面积尺寸往往大于2mm直径平底孔的底面面积。此外，根据超声检测的结果判断缺陷的性质（定性）问题尚未很好解决，目前还主要是依靠检测人员的实践经验、技术水平以及对被检工件的材料特性、加工工艺特点

33、、使用状况等的了解来进行综合的主观判断。超声脉冲反射法检测工序的一般步骤是：（1）超声检测面的选择-当超声束与工件中缺陷延伸方向垂直，或者说与缺陷面垂直时，能获得最佳反射，此时缺陷检出率最高。因此，在被检工件上应选择能使超声束尽量与可能存在的缺陷其延伸方向垂直的工件表面作为检测面，右图给出了常见工件的超声检测面示意图。（2）检测方法的选择（焊缝、管件、锻件、铸件、轴类等）及检测面的制备-超声波是通过被检工件表面进入工件内部的，检测面光洁度的优劣影响声能的透射效果并可能产生干扰，因而对超声检测结果的准确性与可靠性有很大影响。下面给出了不同超声检测方法对检测面光洁度的一般要求： 方法检测面光洁度要

34、求接触法纵波检测3.2m水浸法纵波检测6.3m接触法横波检测3.2m接触法瑞利波(表面波)检测0.8m接触法兰姆波(板波)检测1.6m如被检件表面光洁度不能满足检测要求时，应进行专门的表面加工制备，或采取特殊的补救措施（例如采用特殊的耦合方法或灵敏度补偿）超声检测面示意图（3）耦合方法的确定-超声探头与被检工件之间存在空气时，超声波将被反射而无法进入被检工件，因此在它们之间需要使用透声性能好的耦合介质，视耦合方式的不同，可以分为：接触法-超声探头与工件检测面直接接触，其耦合剂以机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃（硅酸钠Na2SiO3）或者工业胶水、化学浆糊等作为耦合剂，或者是商品化的超声检测

35、专用耦合剂。水浸法-超声探头与工件检测面之间有一定厚度的水层，水层厚度视工件厚度、材料声速以及检测要求而异，但是水质必须清洁、无气泡和杂质，对工件有润湿能力，其温度应与被检工件相同，否则会对超声检测造成较大干扰。接触法和水浸法是超声检测中最主要应用的两种耦合方式，此外还有水间隙法、喷水柱法、溢水法、地毯法、滚轮法等多种特殊的耦合方式。（4）检测条件的准备-选择适当的超声探伤仪及调试、探伤频率、超声探头选择测试、参考标准试块（或者采用计算法时的计算程序或距离-波幅曲线、AVG或DGS曲线等）确定，以及在检测前对仪器的校准（时基线校正、起始灵敏度设定等）。超声波探头：按波型有纵波（直）、横波（斜）

36、、表面波;按晶片有单晶、双晶、聚焦;试块：标准试块，参考对比试块，人工缺陷试块。试块的作用是确定合适的探伤方法，调节仪器及测试探头性能，确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。标准试块是指本部分规定的用于仪器探头系统性能校准和检测校准的试块，JB4730标准采用的标准试块有：a) 钢板用标准试块：CB、CB；b) 锻件用标准试块：CS、CS、CS；c) 焊接接头用标准试块：CSK-A 、CSK-A、CSK-A、CSK-A。标准试块应采用与被检工件声学性能相同或近似的材料制成，该材料用直探头检测时，不得有大于或等于2mm平底孔当量直径的缺陷。标准试块尺寸精度应符合本部分的要求，并应经计量部门检定合格。标准

37、试块的其他制造要求应符合JB/T 10063和JB/T 79131995的规定。对比试块是指用于检测校准的试块。对比试块的外形尺寸应能代表被检工件的特征，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。如果涉及到两种或两种以上不同厚度部件焊接接头的检测，试块的厚度应由其最大厚度来确定。对比试块反射体的形状、尺寸和数量应符合本部分的规定。（5）检测扫查-在被检工件的检测面上使用超声探头进行扫查，应确保超声束能覆盖所有被检查的区域。在检测中还需考虑 灵敏度补偿 a) 耦合补偿。在检测和缺陷定量时，应对由表面粗糙度引起的耦合损失进行补偿。b) 衰减补偿。在检测和缺陷定量时，应对材质衰减引起的检测灵敏度下降和缺陷定

38、量误差进行补偿。c) 曲面补偿。对探测面是曲面的工件，应采用曲率半径与工件相同或相近的试块，通过对比试验进行曲率补偿。（6）缺陷评定-对发现的缺陷进行定位（缺陷在工件中的埋藏深度与水平位置）、定量（缺陷大小、面积、长度）的评定并作出标记，必要时还需要判定缺陷的性质或种类，亦即定性评定。对缺陷类型主要分为点状缺陷、线性缺陷、体积状缺陷、平面状缺陷和多重缺陷等五类。缺陷类型识别是通过探头从两个方向扫查（即前后和左右扫查），观察其回波动态波形来进行的。缺陷类型只用单个探头或单向扫查识别是不太可能的，宜采用一种以上声束方向作多种扫查，包括前后、左右、转动和环绕扫查，以此对各种超声信息进行综合评定来识别

39、缺陷。回波动态波形反映了超声波束沿平行或垂直焊缝扫查缺陷时，反射信号高度和信号形状相对应的变化形态。（7）记录与判断-记录检测结果，对照技术条件和验收标准作出合格与否的判断，得出检测结论，签发检测报告。（8）处理-将检测发现问题的工件作出标记，隔离待处理，对合格工件给予合格标记转入下道生产工序或周转程序。以上是超声脉冲反射法检测的最基本程序，在实际产品的检测中还应该根据具体的检测规范或检测工艺规程等的要求具体实施检测。超声脉冲反射检测法是超声检测中应用最广泛的方法，不仅是在工业超声检测中，就是在其他领域，例如测厚、鱼群探测、水下声纳、海洋测深、海底形貌及地质构造探测、医用超声诊断等等，也都广泛

40、利用着超声波的反射特性。超声波检测的优点和局限性：优点是在缺陷检测中对危害性较大的裂纹类面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低。适宜检验厚度较大工件，不适宜检验厚度较薄工件。应用范围较广可用于各种工件。检测成本低，速度快，能即时知道检测结果，仪器轻便，现场使用方便。缺点是无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度不高（当量概念），特别是显示的检测结果不直观，因而对操作人员的技术水平有较高要求等等。对缺陷在工件厚度方向上的定位较正确。材质、晶粒度对检测应用有一定影响。工件不规则外形和一些结构会影响检测应用。2.1.1.2 超声波的衍射与散射特性采用端点衍射法测定缺陷自身高度超声衍射波时差

41、法（TOFD）是一种依靠超声波与缺陷端部的相互作用发出的衍射波耒检出缺陷并对其进行定量的检测技术。其所记录的衍射信号传播时差就是缺陷高度的量值。超声波在介质中传播时，遇到异质界面（例如缺陷），根据惠更斯原理，在其边缘会有衍射现象发生，产生新激发的衍射波。或者从表观上看，能使原来的超声波绕过缺陷继续前进，但在缺陷后面会形成声影（没有超声波的空间）。利用这种新生的衍射波，可以用来评定工件的表面裂纹深度或内部裂纹的高度，如右面图左所示。在我国把这种方法称为棱边再生波法，国外称作尖端衍射波法（TOFD法），它是依靠超声波与缺陷端部的相互作用发出的衍射波来检出缺陷并对其进行定量的。所记录的衍射信号传播时

42、差就是缺陷高度的量值,缺陷尺寸是根据衍射信号的传播时间而非幅度耒测量。 从理论上讲,超声TOFD法克服了常规超声波探伤的一些缺点,缺陷的检出和定量不受声束角度、探测方向、缺陷表面粗糙度、试件表面状态及探头压力等因素的影响。利用声影形成的现象，则被用于超声穿透法检测，即根据超声波在其声路上遇到缺陷时，由于有反射、衍射、散射等现象发生，以及因为被检工件材料显微组织异常，将造成超声波传播能量的衰减，使得在声路的另一端接收到的声能低于正常情况下接收到的声能，利用超声探伤仪显示屏或者直接利用电表指示反映这种变化差异，即可用作检测评定的依据，如右面图右所示。超声穿透法检测可用于板材、复合材料或胶接结构等的

43、缺陷检测，如分层、脱粘、未粘合等，也可用于小型电器开关的镀银触点质量检测等等。利用裂纹尖端的超声波衍射(棱边再生波)确定裂纹深度超声穿透法检测示意图其优点是容易实现自动化检测，但是缺点是无法确知缺陷的面积大小及缺陷所处的位置，并且发-收两个探头的相对位置有严格要求。超声波在介质中传播时，其自身的波前扩散会造成随着传播距离的增大而垂直于声束传播方向的单位面积通过的声能减小，即称为扩散衰减，这是超声波自身的特性所决定的，它与声束扩散角2（为超声束的半扩散角）有关。此外，超声波在材料中的晶界、相质点，或者媒介物中的悬浮粒子、杂质、气泡等声阻抗（数值上等于声速与密度的乘积）有差异（哪怕是微小的差异）的

44、区域会有散射现象发生。其散射状态与超声波的波长及散射质点（例如平均晶粒直径）的大小有关。在金属材料中，以波长和晶粒平均直径 之比可以划分为三种散射状况：瑞利散射：时，其散射程度与频率的四次方成正比，这是金属中大多数的情况；随机散射：时，其散射程度与频率的平方成正比，例如通常在粗晶铸件中容易出现这种情况；漫散射：时，其散射程度与 成反比，这往往表现在被检工件检测面表面粗糙的情况下，导致入射声能在界面上的漫散射损失。这种情况的类似比喻可以像在大雾天气中汽车灯光被散射而无法透过雾气照射到前面一样。由于散射现象的存在，使得垂直于声路上的单位面积通过的声能减少，亦即造成散射衰减。尽管在超声脉冲反射法检测

45、中这种散射现象的存在不但使得超声波的穿透能力降低，而且还对回波判别带来干扰，但是也可以利用在金属材料中散射超声波的叠加混响返回到超声探头并被接收后，在超声探伤仪显示屏上以杂草状回波形式（杂波）显示，通过对杂波水平的评定，可以判断和评价金属材料的显微组织状态。特别是在航空工业中，杂波水平的评定已经成为例如钛合金锻件超声检测验收标准中的一项重要指标。2.1.1.3 超声波的衰减特性除了上一节中所述的散射衰减外，超声波在材料中传递时，能量衰减的另一个重要原因是内吸收造成的衰减，它与材料的粘滞性、热传导、边界摩擦、弛豫现象有关，使得超声能量以热和溶质原子迁移等形式被消耗掉，此外，还有位错运动（如位错密

46、度、长度的变化，空穴与杂质的存在）以及磁畴壁运动、残余应力造成声场紊乱.等等，这些都能导致超声能量的衰减，和上节中的散射衰减相对应，我们把这些原因所导致的超声能量衰减统称为吸收衰减。由此可见，超声波在材料中的衰减机理很复杂，我们以综合衰减来考虑，假定距离振源X=0处的声压振幅为P0，经过距离X后的声压振幅为PX，则：PX=P0e-x，式中的称为衰减系数，它可以被分为两部分，即：=s+a，式中的s为散射衰减系数，a为吸收衰减系数。因此，以表示的衰减系数是一个材料的综合性参数，它一般会随超声频率的提高而增大。在超声检测中，可以测定超声波通过材料后声能的减小程度（例如超声脉冲反射法中工件底面反射回波

47、波幅降低程度的评定-称为底波损失评定或简称底反射损失，或者如超声波穿透法检测），可用以评定材料显微组织的性质、形态及分布，例如检测金属材料的粗晶、过热与过烧、魏氏组织（金属锻件中的一种过热组织）、碳化物不均匀度、球墨铸铁的碳化物球化率、碳钢的室温拉伸强度以及应力测定等等。已有资料介绍利用因为散射造成的杂波显示及回波波幅的衰减评定来判断机车车轮（含碳量0.530.61%的珠光体钢）的珠光体组织中渗碳体片层间距，从而辅助判断车轮的屈服极限与耐磨性。还有资料报道把超声衰减特性用于材料的疲劳试验（在疲劳试验中，试件内部的自身摩擦和晶格畸变能导致超声波散射，破断面的局部塑性变形能导致超声能量的被吸收）以及用于钢的断裂韧性评价。把超声衰减特性与声速特性相结合，已经可以用于测定例如钛合金中的含氢量（降低钛合金发生氢脆的危险性）以及评定铝合金的时效质量等等。2.1.1.4 超声波的速度特性及应用同一波型的超声波在不同材料中有不同的传播速度，而在同一材料中，不同波型的超声波也有不同的传播速度。当材料的成分、显微组织、密度、内含物比例、浓度、聚合物转化率、强度、温度、湿度、压强（应力）、流速等等存在差异或发生变化时，其声速也将出现差异。利用专门的声速测定仪或利用普通的超声脉冲反射型探伤仪或测厚仪，将未知声速的材料与已知声速的标准试样比较，从而可以测出材料的