超聲波探傷

超聲波在介質中傳播時有多種波型，檢驗中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的製件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層等缺陷；用橫波可探測管材中的周向和軸向裂縫、划傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；用表面波可探測形狀簡單的鑄件上的表面缺陷；用板波可探測薄板中的缺陷。

超探儀是一種攜帶型工業無損探傷儀器，它能夠快速便捷、無損傷、精確地進行工件內部多種缺陷（裂紋、夾雜、摺疊、氣孔、砂眼等）的檢測、定位、評估和診斷。既可以用於實驗室，也可以用於工程現場。本儀器能夠廣泛地應用在製造業、鋼鐵冶金業、金屬加工業、化工業等需要缺陷檢測和質量控制的領域，也廣泛應用於航空航天、鐵路交通、鍋爐壓力容器等領域的在役安全檢查與壽命評估。它是無損檢測行業的必備。

（1）超聲波在介質中傳播時，在不同質界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等於或大於超聲波波長時，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來；如缺陷的尺寸甚至小于波長時，聲波將繞過缺陷而不能反射。

（2）波聲的指向性好，頻率越高，指向性越好，以很窄的波束向介質中輻射，易於確定缺陷的位置。

（3）超聲波的傳播能量大，如頻率為1MHZ（1兆赫茲）的超聲波所傳播的能量，相當于振幅相同而頻率為1000HZ（赫茲）的聲波的100萬倍。

①穿透能力強，探測深度可達數米；

②靈敏度高，可發現與直徑約十分之幾毫米的空氣隙反射能力相當的反射體；可檢測缺陷的大小通常可以認為是波長的1/2；

③在確定內部反射體的位向、大小、形狀及等方面較為準確；

④僅須從一面接近被檢驗的物體；

⑤可立即提供缺陷檢驗結果；

⑥操作安全，設備輕便。

①要由有經驗的人員謹慎操作；

②對粗糙、形狀不規則、小、薄或非均質材料難以檢查；

③對所發現缺陷作十分準確的定性、定量表徵仍有困難；

④不適合有空腔的結構；

⑤除非拍照，一般少有留下追溯性材料。

人耳能夠感受到頻率高於20赫茲，低於20000赫茲的彈性波，所以在這個頻率範圍內的彈性波又叫聲波。頻率小於20赫茲的彈性波又叫次聲波，頻率高於20000赫茲的彈性波叫做超聲波。次聲波和超聲波人耳都不能感受。

利用材料及其缺陷的聲學性能差異對超聲波傳播的影響來檢驗材料內部缺陷的無損檢驗方法。廣泛採用的是觀測聲脈衝在材料中反射情況的超聲脈衝反射法，此外還有觀測穿過材料后的入射聲波振幅變化的穿透法等。常用的頻率在0.5～5MHz之間。

常用的檢驗儀器為 A型顯示脈衝反射式超聲波探傷儀。根據儀器示波屏上反射信號的有無、反射信號和入射信號的時間間、反射信號的高度，可確定反射面的有無、其所在位置及相對大小。儀器的基本結構和原理見圖1。

在A型探傷儀的基礎上發展而成的 B型、C型探傷儀，可得到不同方向反射面的信號，也可將B型、C型顯示組合以得到材料的內部反射面的三維顯示圖。上述各種探傷儀均利用脈衝電信號激勵壓電換能器發射超聲波，但也可用渦流聲換能器來檢驗導電材料。這種換能器的換能過程在被探傷件表面進行，無須與材料接觸，也不需要耦合劑，就可檢驗表面粗糙和溫度高至500℃以上的金屬材料，在冶金工業中應用較多。

超聲波在材料中傳播，由於吸收和散射等，強度會衰減，因此測量在諸如真空自耗爐中熔煉的合金材料中的衰減，有可能無損地了解材料組織均勻性的情況。

鋼閘門在水利工程中大量使用，主要以優質鋼板為基材，通過焊接手段製做而成，表面採用橡膠止水、防腐方式為表面進行噴沙除銹及熱噴鋅，廣泛應用於水電站、水庫、排灌、河道、環境保護、污水處理、水產養殖等水利工程。鋼閘門的焊接質量直接關係到閘門下遊人民群眾生命、財產的安全，因此剛閘門的焊接質量和焊接檢測方法至關重要。超聲波探傷作為無損檢測檢測方法之一，是在不破壞加工表面的基礎上，應用超聲波儀器或設備來進行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內部缺陷，也可以大大提高檢測的準確性和可靠性。

超聲波是一種機械波，有很高的頻率，頻率比超過20千赫茲，其能量遠遠大于振幅相同的可聞聲波的能量，具有很強的穿透能力。用於探傷的超聲波，頻率為0.4- 25 兆赫茲，其中用得最多的是1- 5兆赫茲。由於能夠快速便捷、無損傷、精確地進行工件內部多種缺陷的檢測、定位，並且超聲波探傷具有探測距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便於攜帶到現場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費用較低等特點，所以它的應用越來越廣泛。

利用超聲波探傷，主要有穿透法探傷和反射法探傷兩種方式。穿透法探傷使用兩個探頭，一個用來發射超聲波，一個用來接收超聲波。檢測時，兩個探頭分置在工件兩側，根據超聲波穿透工件后能量的變化來判別工件內部質量。反射法探傷高頻發生器產生的高頻脈衝激勵信號作用在探頭上，所產生的波向工件內部傳播，如工件內部存在缺陷，波的一部分作為缺陷波被反射回來，發射波的其餘部分作為底波也將反射回來。根據發射波、缺陷波、底波相對於掃描基線的位置可確定缺陷位置；根據缺陷波的幅度可確定缺陷的大小；根據缺陷波的形狀可分析缺陷的性質；如工件內部無缺陷，則只有發射波和底波。

探傷過程中，首先要了解圖紙對焊接質量的技術要求。鋼結構的驗收標準是依據GB50205- 2001《鋼結構工程施工質量驗收規範》來執行的。標準規定：對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規範規定要求做100%超聲波探傷；對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規範規定要求做20%超聲波探傷；對於圖紙要求焊縫焊接質量等級為三級時不做超聲波內部缺陷檢查。

在此值得注意的是超聲波探傷用於全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數計算，並且不小於200mm。

如果發現有不允許的缺陷時，應在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加長度不應小於該焊縫長度的10%且不應小於200mm，當仍有不允許的缺陷時，應對該焊縫進行100%的探傷檢查。另外還應該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的準備工作。

在每次探傷操作前都必須利用標準試塊（CSK- IA、CSK- ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的準確性。

（1）探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及鏽蝕等，光潔度一般低於▽4。焊縫兩側探傷面的修整寬度一般為大於等於2KT+50mm， （K：探頭K值，T：工件厚度）。一般的根據焊件母材選擇K值為2.5 探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm，那麼就應在焊縫兩側各修磨100mm。

（2）耦合劑的選擇應考慮到粘度、流動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

（3）由於母材厚度較薄因此探測方向採用單面雙側進行。

（4）由於板厚小於20mm所以採用水平定位法來調節儀器的掃描速度。

（5）在探傷操作過程中採用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分佈狀態、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前後掃查、轉角掃查、環繞掃查等幾種掃查方式以便於發現各種不同的缺陷並且判斷缺陷性質。

（6）對探測結果進行記錄，如發現內部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內部缺陷分級應符合現行國家標準GB/T 11345- 2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術、檢測等級和評定》的規定，來評判該是否合格。如果發現有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改後進行復驗直至合格。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質進行準確的評判，只是根據熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。

1）氣孔。單個氣孔回波高度低，波形為單峰，較穩定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。產生這類缺陷的原因主要是焊材未按規定溫度干，焊條葯皮變質脫落、焊芯鏽蝕，焊絲清理不幹凈，手工焊時電流過大，電弧過長等。防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質及焊芯鏽蝕的焊條，生鏽的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應按規定溫度烘乾，坡口及其兩側清理乾淨，並要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

2）夾渣。點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾。渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。這類缺陷產生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不幹凈，其本金屬和焊接材料化學成分不當，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理乾淨，多層焊時必須層層清除焊渣；併合理選擇運條角度焊接速度等。

3）未焊透。反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩定，在焊縫兩側探傷時均能得到大致相同的反射波幅。其產生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和採用正確的焊接工藝等。

4）未熔合。探頭平移時，波形較穩定，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。其產生的原因：坡口不幹凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理乾淨，正確操作防止焊偏等。

5）裂紋。回波高度較大，波幅寬，會出現多峰，探頭平移時反射波連續出現波幅有變動，探頭轉時，波峰有上下錯動現象。熱裂紋產生的原因是：焊接時熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產生拉應力。防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的鹼度，以降低雜質含量，改善偏析程度；改進焊接結構形式，採用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時的自由度。

（1）超聲波的聲束能集中在特定的方向上，在介質中沿直線傳播，具有良好的指向性；

（2）超聲波在介質中的傳播過程中，會發生衰減和散射；

（3）超聲波在異種介質的界面上將產生反射、折射和波型轉換。利用這些特性，可以獲得從缺陷界面反射回來的反射波，從而達到探測缺陷的目的；

（4）超聲波的能量比聲波大得多；

（5）超聲波在固體中的傳輸損失小，探測深度大。由於超聲波在異質界面上會發生反射、折射等現象，尤其不能通過氣體與固體的界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層之類的缺陷（缺陷中有氣體）或夾渣之類的缺陷（缺陷中有異種介質），超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處，就會全部或部分被反射。反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內部的電路處理，在儀器的熒光屏上就顯示出不同高度和有一定間距的波形。探傷人員則根據波形的變化特徵，判斷缺陷在工件中的深度、大小和類型。

超聲波探傷的優點是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進行定位和定量。然而，超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀，探傷技術難度大，容易受到主、客觀因素的影響，以及探傷結果不便保存等，使超聲波探傷也有其局限性。

超聲檢測方法有哪些？

通常有穿透法、脈衝反射法、串列法等。

超聲檢測有哪些應用？

水浸（噴水）法檢測鋼管、鍛件；單（雙）探頭檢測焊縫；多探頭檢測大型管道；板材超聲波探傷；複合材料超聲探傷；非金屬材料檢測等應用。