超声波检测焊缝的几种常用方法
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超声波检测焊缝的几种常用方法
超声波检测方法按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法、共振法和TOFD法。1.脉冲反射法& & 超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。（1）缺陷回波法& & 根据仪器示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。该方法是反射法的基本方法。（2）底波高度法& & 当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的。如果试件内存在缺陷，底面回波高度会下降甚至消失，这种依据底面回波的高度变化判断试件缺陷情况的检测方法，称为底波高度法。底波高度法的特点在于同样投影大小的缺陷可以得到同样的指示，而且不出现盲区，但是要求被探试件的探测面与底面平行，耦合条件一致。由于该方法检出缺陷定位定量不便，灵敏度较低，因此，实用中很少作为一种独立的检测方法，而经常作为一种辅助手段，配合缺陷回波法发现某些倾斜的和小而密集的缺陷，锻件探伤中常用：如由缺陷引起的底波降低量。（3）多次底波法& & 当透入试件的超声波能量较大，而试件厚度较小时，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底波B1、B2、B3??。如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次衰减的规律，并显示出缺陷回波。这种依据底面回波次数而判断试件有无缺陷的方法，即为多次底波法。2.穿透法& & 穿透法是依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷时情况的一种方法。穿透法常采用两个探头，一个作发射用，一 个作接收用，分别放置在试件的两侧进行探测。3.共振法& & 若声波（频率可调的连续波）在被检工件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率，用相邻的两个共振频率之差。当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时，将改变试件的共振频率。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。共振法常用于试件测厚。通常常用的测厚仪为双晶直探头脉冲反射法，与A型脉冲反射式超声波探伤仪原理相同。4.TOFD法& & TOFD是Time &of &Flight &Diffraction 的第一个英文字母的缩写，中文简称衍射时差法。是上世纪七十年代由英国哈威尔无损检测中心根据超声波衍射现象首先提出来的，检测时使用一对或多对宽声束纵波斜探头，每对探头相对焊缝对称布置（一发一收）。声束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射波和衍射波。探头同时接收反射波和衍射波，通过测量衍射波传播时间，利用三角方程来确定出缺陷的尺寸和位置。
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超声波检测的基本方法-a
超声波检测的基本方法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，可以应用于无损地测知物体的几何尺寸、表面与内部缺陷、显微组织的变化等多种应用。在工业超声波检测中，主要利用纵波、横波、瑞利波、兰姆波、爬波以及新型的导波等各种不同波型的超声波，例如利用纵波检测锻铸件及型材、复合板材的内部缺陷，利用横波检测焊缝、管材以及在工件内倾斜取向的缺陷，利用瑞利波检测工件的表面缺陷，利用兰姆波检测薄金属板材、细棒和薄壁管，利用爬波检测工件表面下的近表层缺陷，利用导波进行长距离管线检测等等。因此，超声波检测的适用范围非常广泛，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。超声波检测的优点是穿透力强、设备轻便、检测成本低、检测效率高，能即时知道检测结果（实时检测），能实现自动化检测和实现永久性记录，在缺陷检测中对危害性较大的裂纹类缺陷特别敏感等等。超声波检测的缺点是通常需要耦合介质使声能透入被检物，需要有参考评定标准，特别是显示的检测结果不够直观，因而对操作人员的技术水平有较高要求等等，此外，对于小而薄或者形状较复杂，以及粗晶材料等的工件检测还存在一定困难。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、使用状况等的了解来进行综合的主观判断。工业超声波检测方法的一般原理与分类一.根据采用超声波的种类分类（一）脉冲波法：超声波探头激发的是脉冲超声波，这是具有一定持续时间、按一定重复频率间歇发射的超声波，通常具有较大的频带宽度。（1）脉冲波反射法：在超声波检测时，向被检对象发射脉冲超声波，利用超声波的反射特性，根据有无缺陷回波或工件底面反射回波、回波幅度的大小、回波信号数量、回波在示波屏时基线上的位置以及回波包络形状变化等对被检对象的质量情况进行评价。超声波脉冲反射法是目前应用最广泛的超声波检测方法，包括一次脉冲反射法和多次脉冲反射法，前者利用一次回波脉冲，后者则利用超声波脉冲波在工件中多次反射形成的多次回波脉冲来进行评价。（2）脉冲波穿透法：在超声波检测时，由一个探头向被检对象发射脉冲超声波，用另一个探头在适当位置接收穿越材料的超声波，根据接收的超声信号强弱来评价被检对象有无缺陷及缺陷严重程度等情况。在利用脉冲波穿透法时，甚至可以将仪器简化成电表指示（或者更简单的是声音-声调变化指示）而省掉示波管显示系统。（二）连续波法：超声波探头激发的是连续地、不停歇振动的超声波，通常具有单一的频率。（1）谐振法：利用超声波的谐振特性以及在工件中形成驻波的条件，可以用来测定被检工件的厚度，检查胶接结构与复合材料以及薄板电阻点焊或滚焊等的接合质量情况。在超声波检测时，可以通过连续改变超声波的振荡频率来寻找共振点，以示波器、电流计或甚至是蜂鸣器的最大响应来显示。必须注意：对于不均匀腐蚀、表面严重凹凸不平，以及形状复杂的工件是不适宜采用谐振法检测的。（2）穿透法：连续波穿透法与脉冲波穿透法相似，通过观察穿越工件材料后的超声波能量（波幅）的变化来进行检测评价。二.根据所利用的超声波波型分类目前工业超声波检测常用的超声波波型有：纵波、横波、瑞利波（表面波）、兰姆波（板波）以及爬波（表面下纵波），还有最新发展的导波以及相控阵所激发出来的复合波型。应用不同超声波波型进行检测时，各自有不同的适用范围与检测工艺。三.根据超声波进入被检工件的方式分类（一）接触法：超声波探头通过薄层的液体或流体耦合介质直接与被检工件的探测面接触。（二）液浸法：主要是指采用水作为耦合介质，俗称为水浸法，超声波探头发出的超声波经过一定厚度的水层再进入被检工件，超声波探头不与被检工件接触。在水浸法中，按照作为耦合介质的水的施加方式，还分为全浸没法（被检工件与超声波探头都完全浸没在水中）、局部水浸法（仅是被检工件上需要检测的部位局部浸没在水中，通常超声波探头是全浸没或半浸入水中）、溢水法（被检工件上的检测面与超声探头之间通过溢水耦合）、喷水柱法（被检工件上的检测面与超声波探头之间通过喷流水柱耦合）、水层或水间隙法（超声波探头与被检工件的检测面之间通过薄层水耦合）等等。接触法和水浸法是超声波检测中最主要应用的两种耦合方式，此外还有地毯法、滚轮法等多种特殊的耦合方式。（三）空气耦合法：目前主要应用于飞机复合材料的低频超声检测。四.根据所用超声探头的形式种类分类主要分为：单直平探头法（含接触法与液浸法）、单斜探头法（接触法用，包括横波、瑞利波、兰姆波、爬波探头）、单直聚焦探头法（含接触法与液浸法，点聚焦与线聚焦）、单斜聚焦探头法（接触法用）、组合双晶探头法（含组合双晶直探头与组合双晶斜探头）、双斜探头法、小角度单斜探头法以及众多的专用探头检测方法（例如铁轨专用探头、小径管焊缝探伤专用探头，以及导波探头、相控阵探头）等等。五.根据超声波进入被检工件时声束轴线与入射面的角度关系分类：垂直入射（声束轴线与探测面垂直）和倾斜入射（声束轴线与探测面法线有一定交角，可以对被检工件进行倾斜入射纵波检测、横波检测、瑞利波检测、兰姆波检测、爬波检测…等等）。六.根据超声波检测系统发射与接收信号的通道数量分类最常见的是单通道法，还有用于自动化与半自动化检测的多通道法（可达到2通道、4通道、8通道、10通道甚至上百通道）。纵波检测的基本问题纵波（Longgitudinal Wave）是超声波检测技术中应用最广泛的波型，其特点是利用压电换能器的厚度振动模式直接激发，根据纵波传播方向与工件入射界面法线夹角的关系，可以分为垂直入射纵波法（简称垂直法）和小角度入射纵波法以及特殊检测中应用的纵波斜入射法（例如用于奥氏体不锈钢焊缝的检测）。纵波法检测中涉及的许多具体工艺操作方面的问题也是其他超声波波型检测方法的基础。 垂直入射纵波法：纵波的传播方向与工件入射界面垂直（与工件入射界面法线夹角为零）时，超声波穿越界面后将仍与界面垂直地向前传播，没有折射现象发生，这是最简单也是最广泛应用的方法。当超声波在被检工件内遇到异质界面时，由于声阻抗不同，将有超声波的反射，亦即有反射回波产生，超声波的反射状态与垂直入射条件下的声压反射率、声压透过率或往复透过率等相关。垂直入射纵波法检测条件的确定因素主要有以下几个方面：（一）工作频率的选择在选择检测工作频率时，主要考虑以下几个方面：1.缺陷检出能力（检测灵敏度）的要求按照连续波理论，一般认为能对超声波产生有效反射的缺陷面线度（垂直于声束方向的延伸长度）应大于等于超声波长的二分之一（此时衍射现象对反射能量的干扰尚不致对检测产生明显影响），而沿声束方向的缺陷厚度应大于等于缺陷（内含物）中超声波长的四分之一（根据多层介质透射特性规律）。在实际应用中采用的是脉冲波，具有一定的频带宽度，因此实际上能检出更小更薄的缺陷。不过，在一定的频带宽度范围内，各频率分量的能量不同，因此在确定工作频率时，通常以能量最大的中心频率来考虑，但要注意由于制造工艺上的因素，超声探头的名义中心频率往往存在一定的误差，应以实际中心频率来考虑（如通过对超声波探头的回波频率测定来确定，探头制造厂的探头出厂指标中也应该给出其中心频率误差）。此外，超声波仪器与探头的组合性能（如分辨率、电噪声等）、缺陷与基体（工件）材料的声阻抗差异、缺陷自身的形状与取向，以及缺陷本身的表面粗糙度等等多种因素也会对实际反射回波的频率（频谱）存在影响，应当予以综合考虑。就一般而言，频率高时检测灵敏度高，容易检出较小的缺陷。例1：已知某钢制工件中的纵波声速为4000m/s，采用纵波垂直入射法检测，要求检出直径2mm平底孔面积（孔底面与声束轴线垂直）大小的缺陷（不考虑缺陷厚度），此时应考虑采用何种工作频率为宜？解：根据已知条件有：缺陷面线度d=2mm，d≥λ/2；CL=4000m/s，根据选择原则可求出λ≤4mm的频率应能满足要求，亦即f=CL/λ=(mm/s)/4mm=1MHz，这只是意味着最低频率要求。目前商品化超声探头的名义中心频率常见系列为0.5、1、1.25*、2、2.5*、4、5*、6、10*、15和25MHz（带*号的是国产超声波探头名义中心频率系列），因此可以选择1.25或2.5MHz，为了考虑留有一定的灵敏度余地，确定选用2.5MHz。例2：铝合金锻件中有一种重要的常见缺陷是氧化膜夹杂，其成分为三氧化二铝，特点是面积较大而厚度很薄，现若要求发现厚度在0.2mm左右的氧化膜夹杂，并已知三氧化二铝中的纵波声速约为10000m/s，应考虑采用何种工作频率为宜？解：根据缺陷沿声束轴线方向的厚度t=0.2mm和t≥λ/4,CL=10000m/s，根据选择原则可求出λ≤0.8mm时的频率应能满足要求，亦即：f≥CL/λ=(mm/s)/0.8mm=12.5MHz，则应选用15MHz的中心频率为宜。在实际的工业超声波检测中，一般使用5~15MHz的中心频率，这是考虑到了脉冲超声波的频带宽度与超声波探头的可应用性。在实际应用中，如果不知道缺陷中的声速时，也可以近似地按工件中的声速来考虑。2.衰减因素的考虑在检测大型工件时，要考虑到超声波的传播距离长，以及材料晶粒粗大、工件表面粗糙等因素都会对超声波能量有较大的衰减并降低信噪比。频率越高，衰减越大（后面将要述及关于材质衰减问题），信噪比越低。在这种情况下，宜考虑选用较低的检测频率。相反，如果工件厚度不大、材料晶粒较细、工件表面光洁度较好，对超声波能量衰减不大，则可以选择较高的检测频率，以保证有较高的缺陷检出能力，亦即有较高的检测灵敏度。3.指向性方面的考虑超声波探头激发的超声场，其指向性（集束性）角度与材料中的超声波长成正比，与压电晶片直径成反比，指向角（扩散角）越大，指向性越差，对缺陷的准确定位是不利的。在一般情况下，波长λ，圆形晶片（直径D）的0dB半扩散角θ0=arcsin(1.22λ/D)或近似为θ0=70(λ/D)，其负3dB半扩散角θ-3dB=29(λ/D)，负6dB半扩散角θ-3dB=arcsin(0.51λ/D)；对于边长a的方形晶片，则有θ0=57(λ/a)，负3dB半扩散角θ-3dB=25(λ/D)。在晶片尺寸一定时，选用较高的检测频率可因波长较短而获得较好的指向性（半扩散角小），从而提高检测时对缺陷的定位准确性。不过，在某些特殊情况下，有时也考虑选用小晶片、低频率的探头，利用其声束扩散特性探测倾斜取向的缺陷。4.分辨率方面的考虑低频脉冲波的频带范围较小，而且受阻尼衰减影响小，故其脉冲宽度（脉冲持续时间）较宽，会影响检测分辨率。相反，高频脉冲波的频带范围大，受阻尼衰减影响大，其脉冲宽度较窄，因而有较高的检测分辨率。5.近场长度的考虑根据连续波理论，近场长度N=(D2-λ2)/4λ，λ为传声介质中的超声波长，D为晶片直径。当晶片直径一定时，随着检测频率的提高，波长变短，近场长度加大。由于近场区内的声压分布变化是不均匀的，因此在需要准确评定缺陷大小，特别是利用声压反射规律计算评估缺陷大小时，必须尽可能避开近场。在选择检测频率时也要考虑近场长度的大小，这需要视具体工件尺寸及检测方法而定。例：对某钢制工件进行超声纵波垂直入射法检测，已知钢中纵波速度为5850m/s，工件厚度40mm，由于没有适当的对比参考试块，现欲利用声压反射规律计算评估缺陷大小，并要求能够发现直径2mm平底孔面积大小的缺陷，应选用何种探头为宜？解：根据缺陷检出能力要求，可选择2MHz以上的检测频率，但考虑到利用声压反射规律进行计算时，应处在大于三倍近场长度的远场区范围，故探头的近场长度应在13mm以下。根据近场长度公式可计算出晶片直径：N≤13mm，λ=c/f，CL=5850m/s，f选用2.5MHz，则λ=2.34mm，可计算出D≤11mm。根据我国国产商品化探头的系列，可选2.5P10直探头，或者在f=5MHz时选用5P8直探头（我国国产商品化探头系列的晶片直径常见为5、6、8、10、12、14、20、25、30mm）。此例结合了检测频率与晶片尺寸进行综合考虑，当然，由于超声波检测使用的是脉冲波，在叠加效应影响下，实际的近场长度要比按连续波公式计算的近场长度小一些，有资料介绍在脉冲波的情况下，实际近场长度约为计算值的0.7倍左右。总之，检测频率的选择必须综合考虑以上五个方面的因素，尽可能选取较高的检测频率以保证获得较高的检测灵敏度、指向性和分辨率，从而保证检测质量与可靠性。除了选择检测频率外，也要注意超声波仪器脉冲重复频率（注意：超声波检测频率与超声波脉冲重复频率不是一个概念）的选择，避免脉冲重复频率过高时出现幻影波、假信号等干扰（目前有些商品化便携式超声波探伤仪将脉冲重复频率值固定而无法选择，故应仔细了解其说明书中给出的脉冲重复频率值作为超声波探伤仪选型时的一个重要参考指标）。（二）探头型式的选择在确定探头型式时，主要考虑以下因素：1.探头种类-与采用的检测方法有关根据检测对象确定了检测方法和检测频率后，也就基本确定了探头的种类，当然我们还必须事先了解各种探头的特点。例如，普通直探头的底面分辨率优于近表面分辨率（一般来说，下盲区约为上盲区的一半，而且与超声波探伤仪的灵敏度和发射功率有关，如5P14直探头的底面分辨率一般为4-5mm，近表面分辨率一般为6-10mm，又如2.5P20直探头的近表面分辨率一般为10-15mm，底面分辨率一般为5-6mm），而组合双晶直探头的近表面分辨率优于底面分辨率（一般来说，下盲区约为上盲区的一倍，如曾试验过5MHz10x10x2 7°的组合双晶直探头在厚度25mm的45#钢平面试块上按Φ1mm平底孔灵敏度测得近表面分辨率为2.5mm，而底面分辨率却是4mm）。此外，瑞利波探头、兰姆波探头和横波探头也有各自不同的盲区大小。因此，当检测对象的加工余量较小，或者对近表面分辨率有较高要求等情况下，需要根据探头特点修订检测方法（例如探测面的确定），或者选择合适的探头型式。不同的探头有不同的距离振幅特性（声场特性），在评定缺陷大小时也必须考虑这方面的影响。2.探头尺寸探头尺寸的确定主要根据检测对象的具体情况和检测效率的要求。压电晶片的尺寸大，则辐射功率大、检测距离（深度）大，适合检测大尺寸工件，其指向性好，允许的扫查间距较大（声束一次覆盖范围大），可以获得较高的检测效率。不过，晶片尺寸大，其声场的近场长度也大，还因为辐射功率大而使得始波占宽较大，降低了近表面分辨率。另外，声束直径大，声束覆盖范围大，当材料组织粗大引起较大的散射时，大晶片接收到的杂波也较多（散射叠加混响效应较明显）而容易导致信噪比降低，其远场分辨率也不如小尺寸晶片。相反，当晶片尺寸较小时，近场长度短、始波占宽小、近表面分辨率较高，在杂波较大的情况下受散射叠加混响效应影响较小，接收到的杂波较少，信噪比较高，远场分辨率也较好。但是，由于其辐射功率较小，适合检测的距离小，只适合检测尺寸较小的工件，其指向性也变得较差，扫查间距小，检测效率较低。（三）超声波探伤仪的选择超声波探伤仪可分为大型和中型（主要指多功能、大辐射功率等类型）以及小型、便携式（相对而言其辐射功率较小、功能较少或较简单，但是目前随着数字式超声波探伤仪的发展，功能已经大有增长）。在选用超声波探伤仪时，首先应考虑仪器的性能指标和功能是否满足检测要求，但是还需要考虑检测现场条件与环境的具体情况。例如，现场无电源时，需要选用以电池供电的仪器，还要考虑电池可连续工作的时间等；在高空作业情况下，要考虑选用重量轻的便携式仪器；在环境温度较高或较低的情况下，需要考虑仪器的允许工作环境温度范围，在海拔较高的地区还要考虑仪器电子元器件的适用性等等。在需要使用超声波检测的辅助装备时，还要考虑相关的因素，例如水浸探伤装置的水槽容积、机械操纵装置的机构稳定性与运动机构精度，运动方式是否合适，调整操纵的难易性，水质要求等，又如自动化超声波探伤设备的性能适应性、检测效率，机械控制装置、记录或报警装置的适应性等等。（四）耦合条件的选择超声波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，为了使超声波能顺利透射进入被检工件，在超声波探头与被检工件检测面之间需要施加能透声的耦合介质，并且要排除此间的空气。视耦合方式的不同，可以分为：1.接触法：超声波探头与工件检测面直接接触，其间施以耦合剂。耦合剂一般为液体或流质，它的作用是填平表面上的凹凸不平，便于探头在工件检测面上移动扫查，并且排除（取代）探头与检测面之间的空气。耦合剂的选用原则主要有以下六个方面：1）耦合剂的声阻抗应尽量与工件的声阻抗接近以提高透声性；2）润湿性好，在工件表面易于铺展并与工件表面结合，以利排除空气与异物的干扰；3）粘度适当，便于探头在检测面上的移动扫查，也要易于清洗或清除；4）对工件无腐蚀，对操作人员无毒、无损害；5）价格便宜；6）来源方便；工业超声波检测中常用的耦合剂有：1）机油：多使用20~40号机油，呈液体状，易流动，应当注意不同编号的机油有不同的粘度（编号越大，粘度越高），当环境温度不同时其粘度也有一定变化。用机油作耦合剂，多用于一般的毛糙表面和机械加工零部件的超声检测。由于机油的价格相对比较便宜，来源方便，对工件无腐蚀，对操作人员无害，因此是最广泛应用的耦合剂。但是，利用机油作耦合剂的缺点是对声接触压力比较敏感，即施加在探头上的压力不同时，接收到的超声回波幅度变化比较显著，因此对操作人员的操作技能（保持接触耦合力度的稳定性）要求高一些。2）润滑油：这里特指如压缩机润滑油、蒸汽机润滑油、锭子油、工业凡士林、黄油、润滑脂等粘度较高的、流动性较差的润滑油，适用于表面较粗糙的工件以及用于仰探或立探（侧探）等场合。：这是一种透声效果很好，并且对声接触压力不敏3）甘油（丙三醇，C3H5(OH)3）感的耦合介质，以化学分析纯的等级为最好，适用于表面光洁度较高的工件。缺点是价格较高，而且它所具有的吸水性强的特点容易导致在敞开的容器中放置一段时间后就会因为吸收空气中的水分而使本身浓度发生变化-粘度变化，影响作为耦合剂的性能一致性。应当注意正是它所具有的这种吸湿性，使得被检验过的工件需要用水及时清洗，防止残留的甘油吸湿引起工件的锈蚀，浓度高的甘油也会对操作人员的皮肤吸湿导致皮肤干裂，因此应戴塑胶手套或者工作后及时用清水洗净。此外，甘油对工件表面的润湿性不够好也是其缺点。：水玻璃的透声效果也是较好的，而且价格较便宜，4）水玻璃（硅酸钠，Na2SiO3）但是和甘油具有相同的吸水性强的特点，在敞开的容器中放置一段时间后就会因为吸收空气中的水分而使浓度容易发生变化。在实际应用中为了保持声耦合效果的稳定，要求在每个工作班使用前用波美比重计测试其比重，在必要时进行浓度调整以保持最佳耦合效果时的比重。水玻璃有弱碱性，对操作人员的皮肤及被检工件（特别是铝、镁合金）有一定的腐蚀性，使用后必须及时用清水冲洗干净。水玻璃主要用于表面粗糙的工件，特别是可以采用所谓“地毯法”耦合，即在被检工件粗糙的检测表面上先均匀涂布一层浓度较高的水玻璃，待其干涸后即已将粗糙表面填平为平整表面，再在上面涂布较稀的水玻璃或机油耦合进行检测，可以获得较好的耦合效果。5）专用的超声波检测耦合剂：这是综合考虑了耦合剂所需要的透声性（声阻抗）、润湿性、粘度等要求而专门配制的超声波检测耦合剂，目前已有商品化产品出售，耦合效果较好，但价格较高。6）化学浆糊（羧甲基纤维素，又称强力CMC、糊精或化学浆糊）：这是一种由淀粉（如玉米等）提炼而成的食品添加剂，其应用范围极广，如食品增稠剂，药物辅料等。它是优良的水溶性胶料，一般可以1:10左右的比例与自来水调配成“工业胶水”用作超声波检测的耦合剂，适用于一般粗糙度表面的工件，价格很便宜（工业纯的等级即可），对工件无腐蚀，对人体无害，但是由于其干涸后黏附在工件表面会影响工件外观以及后续表面处理，因此检测后也要求及时用清水冲洗干净。7）高温耦合剂：这也是专门配制的商品化超声波检测耦合剂，具有较好的隔热性能，适用于处在较高温度（例如100℃甚至更高）的工件的在役超声波检测。在采用接触法检测表面粗糙的工件时，还可以在检测表面铺放细棉布或的确良布，甚至纱布等，用干净的水浸润，探头则在布上移动扫查，也能得到较好的耦合效果（相当于水间隙耦合）。对毛糙表面的接触法检测中的耦合方法还有采用润滑油作底层，上面铺设胶片（如废的X光胶片）或金属箔，再涂布机油，或者用机油作底层，上面铺设塑料薄膜等等，不过这些耦合方法的检测灵敏度通常较低。在以接触法检测时，要特别注意考虑工件的表面光洁度，表面光洁度越高，界面上因漫散射造成的声能损失越少，透入工件的声能就越多，检测灵敏度也就越高，越有利于发现较小的缺陷，这时的耦合剂粘度可不必太大。当工件表面粗糙时，毛糙界面对入射超声波的漫散射干扰使得透入工件的声能减小，而且始波占宽加大，降低了近表面分辨率和检测灵敏度，为此而需要提高仪器的增益和发射强度，牺牲信噪比，而且也需要采用粘度较大的耦合剂为宜。此外，被检工件的表面应该是清洁的，没有妨碍检测的污物、浮锈（松动的氧化皮）等，至于锻件上常见的致密细薄的氧化层，以及像精密铸件、冷轧钢板表面所呈现的黑皮状态等，由于它们与基体结合很紧密而且比较平整，在接触法超声波检测时基本上不会影响耦合效果，有时甚至比经过机械粗加工状态还好，因此不必除去。还有一个要考虑的因素是耦合层的厚度，因为耦合层的存在构成了中间透声层，为了提高透声效果，不仅要考虑声能在耦合层中的衰减和多次反射干扰造成的始波占宽加大、近表面分辨率降低，还要考虑超声波在多薄层介质中透过时的匹配，这与耦合剂、被检介质、探头的压电晶片、保护膜，或者斜探头的斜楔材料的声阻抗，以及耦合层中的超声波长等诸多因素有关。在连续波理论中推导的匹配层厚度（λ/2）是指单一波长（单一频率）的情况，工业超声波检测中使用的是有一定频带宽度的脉冲波，因此应主要考虑声能衰减及多次反射干扰的影响，通过实验证明，在满足检测灵敏度要求的条件下应使耦合层越薄越好。这也是接触法探伤时要求探头对检测面的接触压力达到1.5~2.5kg的原因。在用平面探头探测曲表面工件时，应当注意到耦合剂在边缘形成厚度不均匀的情况，相当于形成斜楔，有可能会产生变型波（特别是变型表面波）的干扰。2.水浸法：超声波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，对水的要求是对工件有润湿能力，其温度应与被检工件相同，否则会对超声波检测造成较大干扰，水质必须清洁无杂质、无气泡，以防止这些微小的悬浮体成为超声波的散射体造成干扰，或者附着在探头辐射面上阻碍超声波的发射与接收，附着在被检工件的表面上阻碍超声波的透射。为此，对于用作耦合介质的水（通常是自来水）可以采取静置24小时以上，必要时还可加入例如明矾等净水剂，使水中杂质自然沉淀以及排气，或者对水加热以加速排气。为了提高水对超声波探头和工件表面的润湿性，可在水中适当加入润湿剂（如洗涤剂、洗衣粉、洗洁精等），还可适当加入防锈剂（如油酸、三乙醇胺混合液，四硼酸钠-俗称硼砂等），以防止水对被检工件产生的锈蚀作用。例如可按每吨水加入1公斤硫代硫酸钠和1公斤亚硝酸钠，可以消除水中气泡和提高防腐蚀能力。在水浸法检测时，应注意下面几个主要问题：1）在水中垂直入射或倾斜入射（用于在工件中激发折射横波或小角度折射纵波等）时，应特别注意入射角度的准确性。因为水的纵波声速约为钢中纵波声速的四分之一左右，当水中入射角有1°的变化时，在钢制工件中将有约4°的变化，这是必须注意的。此外，水的声速会随温度变化，以及有温差存在时，水会发生对流，也将会影响检测灵敏度并导致声路弯曲。2）用水浸法检测曲面工件时，由于水和工件的声速差异较大，因此将会有明显的声束收敛或扩散现象出现，因此，水浸法检测时，被检工件声场的距离振幅特性需要采用对比试块法校验。3）水距的选择：一般的水浸法检测是指探头发出的超声波经过一定厚度的水层再进入被检工件。理想的情况是将近场区置于水中，使灵敏度最高且声压分布有规律的区域落入被检工件内，并应保证被检工件的第二次界面回波落在工件第一次底面回波之后，以免造成干扰。水浸法检测的最佳水距确定原则是：①最佳水距应为水中距离-振幅曲线上近场末端N点左边下降6分贝处到探头辐射面的距离，即图中的OA段，此时声压最高的区域将落在被检工件内，从而可以保证较高的检测灵敏度；②为了保证工件上第二次界面回波落在第一次底面回波之后，水距的大小h应至少满足：h≥(C水/C工件)ot，式中t为工件厚度，C水为水中纵波速度，C工件为工件中纵波声速。在使用水浸聚焦探头检测时，由于水中声速低于工件中的声速，在水中聚焦的声束进入工件后将会再次聚焦（二次聚焦），故其水距的选择应按下式计算： H=F-δ(C工件/C水)，式中F为探头在水中的焦距，δ为工件中二次聚焦焦点到工件探测面（界面）的距离。兹证明如下：∵C水/sinα=C工件/sinβ，即sinβ/sinα=C工件/C水∴按正弦定理有b/sinα=S2/sin[180°-α-(β-α)]=S2/sinβ∵(F-H)/S2=cosα，δ/b=cosβ∴S2=(F-H)/cosα，b=δ/cosβ∴b/sinα=S2/sinβ变成δ/sinα·cosβ=(F-H)/sinβ·cosα，即H=F-δ(sinβ·cosα/sinα·cosβ)=F-(C工件/C水)δ(cosα/cosβ)∵α角很小，故cosα≈1，cosβ≈1，∴cosα/cosβ≈1原式变成H=F-δ(C工件/C水)（近似式）其他水浸检测方法还有局部水浸法，如喷水柱法、溢水法、水间隙法等。综上所述，声耦合的方式方法是多种多样的，具体选用何种耦合方式，要视具体条件、要求和情况决定，概括起来有以下选择原则：①应能保证满足检测灵敏度的要求；②便于操作；③应考虑满足检测效率的要求，特别是在大批量检测时更要重视这一问题； ④能够减轻检测人员的劳动强度；⑤具有低廉的成本。（五）表面声能损失补偿由于被检工件表面状态而导致入射声能损失的情况主要有以下几个方面：1.表面清洁度：工件表面的污物、浮锈（松动的氧化皮）、外来物（如砂土）以及表面涂层（如油漆）等均会妨碍超声波探头与工件表面的良好接触，并对入射超声波有吸收衰减作用，造成入射声能损失。因此，被检工件的表面应预先经过清理，如进行喷砂、酸洗、除漆等。2.表面光洁度：粗糙的表面状态能对入射超声波产生漫散射效果，减少透射声能，降低检测灵敏度，而且漫散射造成的杂波干扰还导致始波占宽加大，降低近表面分辨率。因此，对被检工件的表面光洁度应有一定要求，如进行打磨或机械加工。一般对于纵波接触法检测要求的表面光洁度为等于优于3.2微米，而采用横波、瑞利波和兰姆波时则有更高要求。在水浸法检测时，对表面光洁度的要求可适当降低（一般降低一个等级左右）。若采用机械加工的方法进行表面制备时，应注意不要存在刀具尖端留下的沟槽纹路，这将引起显著的漫散射干扰，因此最好能用圆头刀具加工。如果因为条件限制而无法达到超声波检测所需要的表面光洁度时（这在生产现场是经常遇到的情况），则应从耦合条件方面考虑，亦即俗称的“黑皮探伤”，例如选择适当的耦合剂、采用水浸法检测等。3.曲表面引起的入射声能损失：在接触法检测时，如果使用平接触面的超声波探头与凸曲面呈线性（圆柱体）或点（球体）接触，有效晶片面积将显著减小，使得辐射功率降低并且指向性恶化（扩散角增大）。不同曲率半径的凸曲面接触的情况不同，对入射声能的损失情况也不同。一般可以认为曲率半径大于180mm后，对于一般的商品化平面直探头，其曲面影响可以忽略不计。在曲率半径小于180mm时，如果使用曲面对比试块，半径误差在±10mm以内的曲面可以认为其影响相近似。对于凹曲面，探头平面无法与工件表面接触，则往往需要在探头上增设过渡匹配座（硬匹配或软匹配）或改用水浸法检测。综上所述，当工件表面光洁度达不到要求而又无法解决时，或者在曲面的情况下，都必须考虑表面声能损失补偿问题，特别是曲表面引起的入射声能损失补偿问题比较复杂，在检测时最好采用同曲率的对比参考试块进行校验以保证检测中定量评定的准确性。具体的表面声能损失补偿方法可见后面第四篇关于工件超声波检测章节中的叙述。（六）探测面的选择：即是声束投射方向的选择，或者说是探测方向的选择。超声波脉冲反射法检测的基本原则是尽可能使超声波束与工件中缺陷的延伸方向垂直，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波束轴线尽量与可能存在的缺陷其延伸方向垂直，或者说与缺陷面相垂直的工件表面作为检测面以求获得最佳反射条件，有利于发现缺陷。超声检测面示意图因此，首先必须分析被检工件中可能存在缺陷的取向，然后据此选择合适的声束投射方向，必要时还需要考虑多方向投影（多探测面或多角度入射）。此外，还应使声束能通过扫查面覆盖全部检查区域。然而，要预先分析被检工件中可能存在的缺陷及其取向，则必须和对被检工件的材料、加工工艺与制造过程等方面的了解结合起来。使用超声波探头在被检工件的检测面上进行扫查时，应确保超声波束能覆盖所有被检查的区域。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。（七）材质衰减：超声波在工件中传播时，随着声程的增加，声能会逐渐减弱，即有衰减现象存在，其产生原因主要有扩散衰减、吸收衰减（又称为内耗）和散射衰减三个方面，扩散衰减不属于材料特性，因此在超声波检测中关注的是被检测材料的吸收衰减和散射衰减两部分，以超声波的材质衰减系数表示。在实际应用中，多采用在工件上进行多次底波法测定材料的视在衰减系数来表示，这要求工件具有上下平行的表面，然后按下式计算：α=([Bm-Bn]-20lg[n/m]-[n-m]B')/(2[n-m]T) dB/mm (T≥3N)式中：α-视在衰减系数，dB/mm，表示超声波在介质中每传播1mm距离时超声能量损失的分贝值；[Bm-Bn]-示波屏上显示第m次底波高度与第n次底波高度相差的分（m、n为正整数，n＞m）；20lg[n/m]-贝值，例如第1、2次底波高度差则为[B1-B2]在远场中，第m、n次底波间扩散损失修正，以分贝计算，如第1、2次底波间的扩散损失即为20lg(2/1)=6dB；[n-m]B'-第m、n次底波间因为在工件上下表面之间往返时在界面上的声能损失修正，称作往返损失修正，B'为声能在上下表面之间往返一次的损失量（dB），这里面包括了表面粗糙引起的反射损失和声波返回到上表面被探头接收用于显示的那部分能量。在被检工件上下表面平行并磨光的状态下进行接触法检测时，通常有B'≤0.5dB，例如冷轧钢板表面的状态下，则有B'≤1dB，对于锻造表面状态下，B'通常有1.5~2dB；2[n-m]T-超声波往返传播的实际声程，T为工件厚度（上下表面间的距离）。在实际检测时，由于探测面不可能太大（不是无限大平面），为了避免扩散声束达到侧壁或端面引起例如波导效应或反射叠加干涉而影响测量的准确性，通常多采用第1、2次底波进行测定，则上式简化为：α=([B1-B2]-6dB-B')/(2T) dB/mm (T≥3N)，为了避免侧壁或端面干扰，要求探测面的横向尺寸L满足L≥0.65T。当工件厚度T处于近场区时，由于声束尚未扩散，故式中的扩散修正项（6dB）可以省略。当工件表面光洁，或用水浸法检测时，则可省略往返损失修正项B'。要注意的是：这种测量方法还受到耦合条件、材料表面状态、上下表面的平行度等因素的影响，因此所测得的衰减系数只是一个相对数值，并不是绝对值。在超声波检测的实际应用中，在评定缺陷大小时为了方便计算衰减损失补偿和修正，还常常采用双声程衰减系数，亦即：α双=([B1-B2]-6dB-B')/T dB/mm，这或者工件每1mm厚度对超声波的衰减分里的α双表示超声波在材料中每往返1mm，贝值。对于轴类、棒材，其超声衰减系数的测量方法与上述相同，但一般在圆周面上作径向测量。例1：用2.5P20直探头测定厚度200mm钢锻件，使第一次底波B1高度为80%满刻度，然后调节衰减器使第二次底波B2高度也达到80%满刻度，所释放的分贝值为（B1-B2）=17dB，令B'=1dB，则其单声程和双声程衰减系数各是多少？ 解：设锻件CL=5850m/s，则λ=2.34mm，N=D2/4λ=42.7mm，T=200mm≥3N，故：α单=(17-6-1)/2x200=0.025dB/mm；α双=(17-6-1)/200=0.05dB/mm 例2：用2.5P20直探头在厚度100mm钢锻件上测得(B1-B2)=5dB，令B'=1dB，则双声程衰减系数是多少？解：设锻件CL=5850m/s，则λ=2.34mm，N=D2/4λ=42.7mm，T=100mm＜3N，故：α双=(5-1)/100=0.04dB/mm另一种表示超声波衰减的方法称为相对衰减表示法。这是在一定的试验条件下测定和比较被检工件衰减量的相对变化从而进行定性的比较。试验时应保持试件形状、仪器、探头、耦合条件以及测量位置等因素不变，以工件与试块，或各工件之间的第一次底波幅度作相互比较--即为一次底波损失评定，以第m次底波幅度作相互比较--即为m次底波损失评定；观察底波次数多少及幅度变化情况作相互比较--即为多次底波法或多次脉冲反射法。在进行这种比较试验时，要求试件有一定的体积和探测面积以避免侧壁或端面的反射干扰。以上七项是垂直入射纵波法检测时确定检测条件所必须考虑的因素。实际上，对于其他波型的检测方法，其检测条件的考虑因素也大体与此相同，只不过还有它们各自的一些特点而已。小角度入射纵波法脉冲反射法的超声波检测技术要求超声波束的投射方向尽量与可能存在缺陷的取向相垂直，以获得最佳的反射条件。在某些情况下，需要通过斜楔把入射纵波倾斜一个较小的角度，使进入被检工件中的折射波仍以纵波为主但有一定的折射角，以利于发现某些取向的缺陷。这种方法可以适应投射角度的需要，同时因为采用纵波而在工件中的衰减较之横波要小得多而能够保证所需要的检测灵敏度。小角度入射纵波法从端面探测铁路车辆 往复透过率与入射角α的关系曲线实线为透射纵波，虚线为透射横波的车轴或高承载应力螺栓的疲劳裂纹αI为第一临界角小角度入射纵波法检测的入射角角度调节范围一般取在第一临界角的一半以内，此时折射纵波声压仍很强，折射横波分量明显较弱，一旦超出此范围后，折射纵波分量迅速减弱，而折射横波分量迅速增强。由于在检测时两种折射波型的同时存在容易造成干扰并影响检测中对缺陷的定位定量判断。因此，一般小角度入射纵波法的入射角范围在以有机玻璃为斜楔时，是在0~12°，在水浸法时为0~5°。如果直接用被检材料制作斜楔时，由于声速没有发生变化，自然就不存在上述折射纵波与折射横波的干扰，而直接就是纯纵波倾斜入射检测了。横波检测的基本问题超声波检测中通常使用厚度振动模式的压电换能器，它激发出来的是纵波，通过有机玻璃或合成树脂（环氧树脂、丙烯酸树脂等）制成的斜楔，或在水浸法中改变入射角度，如果入射角度在第一、二临界角之间时，将在工件中激发出纯折射横波（此时的折射纵波已经全反射掉了），可以用于探测与界面倾斜取向较大的缺陷。横波检测中所应用的横波通常是垂直偏振横波，主要用于焊缝、板材、管材检测，以及棒材、轴类工件等的表面与近表面缺陷，在一些锻件或铸件中也被用于检测倾斜取向的缺陷。横波法检测条件的选择考虑因素（一）工作频率、探头型式与尺寸、超声仪器等条件的选择原则与纵波检测法基本相同。不过，在同一材料中，横波速度约为纵波速度的一半，因此对于同一频率的超声波，其波长也约减小一半，故而指向性更好、分辨率更高、检测灵敏度更高，但是超声衰减会更大，穿透力降低（通常钢中横波速度约为钢中纵波速度的0.55倍，铝中横波速度约为纵波速度的0.49倍）。在选用横波斜探头时，应当注意压电晶片的有效尺寸与在介质中的近场长度问题。根据投影后的图形，在被检介质中的声束似乎是从De发出来的，此即晶片的有效直径：Do=Abcosα，De=ABcosβ=(cosβ/cosα)·Do，晶片面积Ao=πD2/4，有效晶片面积Ae=πDo2/4，斜楔中的近场长度S2=0.5Detgβ，根据N=D2/4λ，有N=De2/4λ，则可知Ne=N-S2例：已知斜探头型号为2.5P12K2，有机玻璃斜楔中声程S1=10mm，求在钢中折射横波声束的近场长度Ne与晶片有效直径设有机玻璃C有=2730m/s，钢中CL=5850m/s，解：已知f=2.5MHz，Do=12mm，CS=3230m/s，则λ钢=1.292mm，K=2=tgβ，可求出β=63.435°，反算出入射角α=49.11°，则De=(cosβ/cosα)·Do=8.2mm，N=De2/4λ=13mm， S2=0.5Detgβ=8.2mm，最后得到Ne=N-S2=4.8mm当晶片为矩形时，可按晶片入射平面上的边长作类似计算。由于采用的是脉冲超声波，因此实际检测时横波探头的实际近场长度最好以实测为准，即准备一系列以横孔为人工反射体但具有不同埋藏深度的试块，通过测定探头的距离-振幅特性曲线，即可判断N点所在位置，确定出工件中折射声束的近场区范围。（二）耦合条件由于在相同频率下的横波其波长比纵波波长短一半左右，因此工件表面粗糙度的影响比纵波的情况大将近一倍，更容易产生表面干扰，如始波占宽加大、杂波增多等。在接触法检测时，实施横波检测的被检工件表面光洁度应至少比纵波检测时的要求提高一个级别，所用的耦合剂则一般与纵波检测相同。水浸法横波检测是以水为耦合介质和传声介质，使探头发射的纵波倾斜进入工件，从而激发出横波，故而对水质的要求与纵波检测相同。应当注意的是：水中的声速仅为钢中纵波声速的四分之一左右，水中入射角变化1°，在钢中的折射角将会引起约4°的变化，因此无论是水浸法纵波检测还是横波检测，对入射角的控制精度要求都是很严格的。（三）横波斜探头的折射角选择：折射角越大，晶片的有效直径De（或有效面积Ae）就越小，导致指向性变差，远区检测灵敏度下降，而且折射角越大，折射声束上边缘将可能达到探测面附近，有可能激发出表面波造成干扰。此外还有一个问题是要注意的，折射横波投射到工件底面并反射时，存在有反射点滑移现象，这是在平面波束产生全内反射时出现的，它和工件底面与空气的声速差异有关。在钢中折射角正切值大于1（K＞1）的斜探头使用时,在工件底面上都会存在横波底面反射的水平滑移。水平滑移的大小与折射角β有关，折射角越大，水平滑移量也将越大，从而引起横波检测时对缺陷的定位评定发生误差。具体水平滑移量大小的计算相当复杂，有资料介绍采用下式计算：△=λStgβ/[π(sin2β-n2)1/2]，式中△为一次反射的水平滑移量；λS为横波波长；n为折射率，n=CS/CL；β为底面反射时的入射角，在工件上下面平行时即等于折射角。当横波在工件上下表面之间多次反射时，其累积的反射点总位移量将为：Σ△=T△，式中T为反射次数。另外一个情况要注意的是，斜楔中声程S1通常不会大于该材料中的近场长度，因此声束在斜楔中呈稍有收敛的形态，声束上下边缘相对于探测面的入射角与声轴线入射角稍有不同，因此折射声束将不是相对于声轴线对称的，折射声束上半部下倾（上边缘声束的折射角度较小），折射声束下半部上抬（下边缘声束的折射角度较大）。从原则上讲，应当根据工件形状及其截面厚度、可能产生的缺陷取向等因素，尽量以最短的声路进行探测，并据此确定横波折射角。还应当提醒注意的是，斜楔材料多为有机玻璃或其他合成树脂类材料制成，其声速随每批产品会有一定差异，加上环境温度变化、探头制作误差以及检测对象的声速不同，还有斜探头使用一段时间后必然发生的斜楔磨损、磨偏等，都会影响改变斜探头原来的入射点与入射角，导致斜探头在工件中的折射角、声束轴线方向发生变化，从而影响检测评定的准确性。因此斜探头的入射点（探头前沿）、折射角、声轴线偏移应该是需要经常校验的参数。（四）表面声能损失补偿：由于同一材料中横波的波长约为同频率纵波的一半，因此它受表面粗糙度影响造成的表面声能损失也比纵波要大，在检测时必须注意补偿问题。对于曲面工件，最好将斜楔接触面磨制成与工件曲面吻合的型面以保证接触稳定（否则在操作过程中，斜楔的平面接触面在工件曲面上前倾或后仰都会导致折射角度的变化），在磨制时特别要注意由此引起的入射点位置变化和折射角度变化，既要保证磨制的斜楔接触面能与工件曲面良好吻合，又要保证准确确定入射点位置和折射角符合检测要求。此外，还要考虑声束在曲面上被分散而造成的声能损失补偿，具体的补偿方法视具体工件而有不同，通常需要通过实际测定来确认补偿量。 横波检测方法横波检测方法一般可分为：（一）直射法：探头发出的声束倾斜进入工件后，在到达工件底面之前就直接投射到缺陷上，称为直射波法、直射法或一次波法。直射法检测时，声程在半跨距以内，缺陷的埋藏深度、缺陷到探头入射点的距离（声程）以及缺陷在探测面上投影点至探头入射点的距离（水平距离）恰好形成直角三角形关系，有X=Y·tgβ=K·Y（令K=tgβ）。在横波检测中应尽可能采用直射法，这种方法的声程最短，声衰减最小，受声束扩散影响最小，也没有水平滑移等影响，定位较为准确。（二）一次反射法：探头发出的声束倾斜进入工件后，经过工件底面一次反射后投射到缺陷上，其声程在0.5~1跨距内，称为一次反射法，也称二次波法，可以证明有以下关系：Y=2T-Y'和X=K·Y'，式中Y'是超声波探伤仪示波屏以深度校正（定标）时基线上读得的深度数值，Y为缺陷实际埋藏深度。这种方法存在一次底面反射，声束有发散和前移（水平滑移）以及底面反射损失，结果会损失检测灵敏度并在缺陷定位评定时影响准确性。（三）二次反射法（又称三次波法）和多次反射法：进入工件的折射声束经过工件上下表面两次反射或多次反射后才投射到缺陷上，这种方法存在的界面反射损失、声束发散、声束前移等累积影响更大。在二次反射法时有：Y=Y'-2T和X=K·Y'，对于更多次的反射情况也可按同理类推，求出缺陷的埋藏深度和水平距离。（四）其他方法：为了避免声束在工件内多次反射时的声束扩散影响，可以采用横波聚焦声束检测。在有些特殊工件形状条件下，还可以采用纵波入射，经工件形状界面反射产生波型转换，激发出横波投射到特定的检测区域（这种方法称为纵横波法），例如用于厚壁管类的工件检测。此外，视工件形状不同、材料不同或其他的具体情况，还可以采用不同方式的横波检测，在此不一一列举。超声波检测应用的标准试块与对比试块在超声波脉冲反射法检测中，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，落在超声场的近场区范围时，由于近场区内的声压分布变化不均匀的，声压反射无规律，因此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。在超声场的远场检测时，由于工件尺寸较大，要预先制作相应尺寸的对比试块有困难，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：超声检测中评定的缺陷当量大小，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波检测发现被检工件内的某个位置处存在Φ2mm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Φ2mm直径平底孔（平底孔的孔底面与超声束轴线垂直，并且与超声束轴线同轴）的回波幅度相同，然而该缺陷的实际面积尺寸往往大于Φ2mm直径平底孔的底面面积。超声波脉冲反射法检测中最常用的试块：名称:IIW1，DIN54120，STB-A1，ZBY232-84 (俗称荷兰试块)名称: CSK-IA名称: IIW2，DIN54122(俗称牛角试块)名称: CSK-II A (俗称长横孔试块)名称: CSK-IIIA (俗称短横孔试块)名称: CS-1CS-1试块的系列尺寸(mm)序号 L D1 752 1003 1254 1756 2255 757 1008 1259 17510 22511 7512 10013 12514 17515 225 h 40 50 45 75 50 100 60 150 70 200 40 50 45 75 50 100 60 150 70 200 40 50 45 75 50 100 60 150 70 200 H φ 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 2516 290 80 25017 75 40 5018 100 45 75 40 25 252525 4 6 6 6 6 19 125 50 100 20 175 60 15021 22522 29023 12524 17525 22526 290名称: CS-2序号1 - 252 2 253 3 25 φ70 200 25 6 80 250 40 6 50 100 25 8 60 150 25 8 70 200 25 8 80 250 40 8 CS-2试块的系列尺寸(mm) L2 图别 - (a) 50 (b) 50 (b) L14 4 25 50 5 6 25 50 6 8 25 50 7 - 50-(b) (b) (b) (a) (b) 8 2 50 75 9 3 50 50 50 50 7575 75 75 75 75 75 75 75 75 --(b) (b) (b) (b) (a) (b) (b) (b) (b) (b) (a) (b) (b) (b) (b)10 4 11 6 12 8 13 - 14 2 100 15 3 100 16 4 100 17 6 100 18 8 100 19 - 10020 2 100 125 21 3 100 125 22 4 100 125 23 6 100 12524 8 100 125 25 - 125-(b) (a) (b) (b) (b) 26 2 125 150 27 3 125 150 28 4 125 150 29 6 125 30 8 125 31 - 15032 2 150 33 3 150 34 4 150 35 6 150 36 8 150 37 - 20038 2 200 39 3 200 40 4 200 41 6 200 42 8 200 43 - 250150 150 -175 175 175 175 175 -225 225 225 225 225 -(b) (b) (a) (b) (b) (b) (b) (b) (a) (b) (b) (b) (b) (b) (a)44 2 250 275 45 3 250 275 46 4 250 275 47 6 250 275 48 8 250 275 (b) (b) (b) (b) (b) 49 - 30050 2 300 51 3 300 52 4 300 53 6 300 54 8 300 55 - 40056 2 400 57 3 400 58 4 400 59 6 400 60 8 400 61 - 50062 2 500 63 3 500 -325 325 325 325 325 -425 425 425 425 425 -525 525(a) (b) (b) (b) (b) (b) (a) (b) (b) (b) (b) (b) (a) (b) (b)64 4 500 525 65 6 500 525 66 8 500 525 名称：HB/Z59-81距离-振幅试块(b) (b) (b)HB/Z59-81工作试块系列尺寸(mm)平底孔系直径列A±0.01 1 0.8 2 1.2 3 2.0 4 3.2名称：英国近表面分辨率试块(MSRR9985-79)平底孔径有：Φ1.27±0.013(0.05英寸)/Φ0.62±0.013(0.0244英寸)两种2.5/5.0/7.5/10/15/20/25/30 /35/40/45/50/60/70/80/90/100/110/120C=B+15平底孔埋深B±0.1柱高C±0.4名称：JB/T5《承压设备无损检测 第3部分：超声检测》 板材超声检测-组合双晶直探头用CBI标准试块板材超声检测-单晶直探头用CBII标准试块试块编号 被检钢板厚度 mm 检测面到平底孔距离 s mm CBII-1 CBII-2 CBII-3 CBII-4 CBII-5 CBII-6＞20~40 ＞40~60 ＞60~100 ＞100~160 ＞160~200 ＞200~25015 30 50 90 140 190试块厚度 T mm≥20 ≥40 ≥65 ≥110 ≥170 ≥220无缝钢管对比试样对比试样上人工缺陷尺寸级别长度 L mm深度 t 占壁厚的百分比%5（0.2mm≤t≤1mm）8（0.2mm≤t≤2mm） 10（0.2mm≤t≤3mm）焊缝检测用CSK-IVA试块注1：L-试块长度，由使用的声程确定。注2：尺寸误差不大于±0.5mm。CSK-IVA试块尺寸CSK-IV被检工件厚度mmNo.1 No.2 No.3＞120~150 ＞150~200 ＞200~250对比试块厚度 Tmm 135 175 225T/4、（1/4in）T/4、（5/16in）T/4、（3/8in）标准孔位置 b 标准孔直径 dNo.4 No.5 No.6＞250~300 ＞300~350 ＞350~400275 325 375T/4、（7/16inT/4、（1/2in）T/4、（9/16in超声波检测技术应用的方法是多种多样的，并且还在不断探索和发展新的应用方法和开拓新的应用领域，如现在已经发展的超声频谱分析法，这是根据超声波反射回波的频谱特性分析，用以检查评估材料的显微组织形态，评估缺陷的形状、种类和性质，以及评定胶接结构的胶接质量等等。此外还有超声波计算机层析扫描技术、超声全息技术等等。特别应该指出，随着计算机技术的飞跃发展，超声波检测信号的数字化处理、分析与显示，更为超声波检测技术的应用与拓展提供了更大的空间，具有很大的发展潜力。本文由()首发，转载请保留网址和出处！
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