超声波检测中对缺陷的定性分析

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1、超声波检测中对缺陷的定性分析   超声波检测技术中评定缺陷的三大关键内容是：缺陷的定位、定量和定性。目前，超声波检测技术中对缺陷的定位和定量的研究已比较成熟，然而对缺陷的性质却很少进行评定（超声波检测标准中要求对缺陷进行定位和定量评定，但对缺陷的定性评定由于较困难而未作要求）。这是由于缺陷对超声波的反射特性取决于缺陷的取向、几何形状、相对于超声波传播方向的长度和厚度、缺陷表面的粗糙度、缺陷的内含物以及缺陷的性质和种类等诸多因素而难以准确定性。在实际检测中，由于难以判明缺陷的性质，往往会对一些含有非危险性缺陷的产品进行

2、返修而造成浪费，同时也会忽视一些产品中含有的危险性缺陷（如裂纹），导致其服役过程中存在安全隐患。这样，就使得在超声波检测中对缺陷的定性分析显得尤为重要[1]。   1　缺陷的定性分析   根据超声波的基础理论知识，结合在超声波实践检测工作中对缺陷的定性分析方面的经验体会，认为超声波检测中常用的缺陷定性评定方法主要有以下几种。   1.1　波形判断法   目前，超声波检测中应用最广泛的是A型显示脉冲检测仪，通过长期的超声波检测实践及对材料、制造工艺的充分了解，通过对检测中发现的缺陷进行解剖、分析、验证，以积累经验，可以

3、从显示屏上显示的缺陷回波的静态和动态波形，起波速度，回波前沿的陡峭程度与回波后沿的下降斜度，波峰形状，回波占宽， 移动探头时缺陷回波的波幅、位置、数量及包络形状，多次反射底波的次数与波幅的下降规律，底波高度的损失情况等等；再根据缺陷在被检工作中的位置，分布状况，缺陷的当量大小，延伸情况，结合具体的材料特点、工艺及超声波的基础理论知识作出综合判断，达到较准确地评估缺陷的性质或种类。以下是一些焊缝中常见缺陷的回波特征。   1）气孔   气孔的回波起波速度快，波幅较低，用探头围绕该缺陷检测时可发现其回波具有点状缺陷的特点

4、，无延伸长度。   2）夹渣   夹渣的回波位置无规律，波形较紊乱，移动探头时回波波形变化相对迟缓，反射率较低，起波速度较慢，波峰较园钝，后沿斜率不大，回波占宽较大，当探头声束改变对其延伸方向的垂直度时，波幅变化不太显著，回波表现为形状不规则的长条形缺陷特征。   3）未焊透   未焊透有中间未焊透和根部未焊透，特别是对于根部未焊透，其回波的起波速度较快，反应强烈，在焊缝两侧探查都能发现，且反射波幅大致相同。沿焊道方向移动探头时，可见其有一定延伸长度和位置且回波高度变化不显著，有规则形状的长条形缺陷特征，当声束相对其

5、延伸方向改变角度时，回波的 波幅迅速降低。4）未熔合   未熔合有层间未熔合、坡口未熔合、根部未熔合，探头移动时，未熔合的回波波形较稳定，从两侧探测时反射波幅不同，有时只能从一侧探到，这是由于未熔合部位两侧形状差别大，因此反射波的方向和强度有很大的差别。   5）裂纹   由于裂纹型缺陷的内含物多有气体存在，与基体材料声阻抗差异大，故裂纹的超声波回波反射率高，起波速度快，回波前沿陡峭，波峰尖锐，回波后沿斜率很大，探头扫查时可见其有一定延伸长度，在裂纹两端起波迅速，消失也迅速。   1.2　相位判别法   超声波的声压

6、反射率公式：   RP=（Z2cosα-Z1cosβ）/（Z2cosα+Z1cosβ）其中：Z1为第一介质（被检材料）的声阻抗；Z2为第二介质（缺陷）的声阻抗；α为入射角；β为反射角；当声波垂直入射时：cosα=cosβ=1则：RP=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）根据上述公式，超声波在被检材料中投射到缺陷上时，界面上超声反射的大小取决于两者的声阻抗差，当Z2Z1时，反射波与入射波的相位相同。因此，可以利用回波与入射波的相位关系识别缺陷种类。   如图1所示：缺陷声阻抗（钨、

7、钼等夹杂物）大于金属基体的声阻抗，缺陷回波与底波相位相反。   如图2所示：缺陷声阻抗（裂纹、非金属夹杂物）小于金属基体的声阻抗，缺陷回波与底波相位相同。   1.3　测定回波判别法持续时间t2和脉冲后沿的下降时间t3以分析判断缺陷性质的方法。如图3所示：   示波屏首先以时间定标（可以用已知声速的试块来实现），在测试时应使缺陷回波高度为100%满刻度，然后读取90%满刻度、20%满刻度线与回波包络线交点所对应的t1、t2和t3。   对于裂纹类缺陷，其回波t1小，而t2则比非平面缺陷的t2要小；对于疏松夹杂类缺陷，

8、由于缺陷周围不规则界面的弥散特性，使得回波t3较大，其t1和t2也比裂纹类的缺陷要大。   测定缺陷回波法与波形判断法判断含气体的裂纹类缺陷（回波前沿陡峭，回波占宽小，回波后沿斜率大）的特点是相应的，但用测定缺陷回波法可以更准确地判断缺陷的性质。超声波检测中对缺陷的定性分析还有一些其它方法。如根据缺陷回波的频谱包络形状与缺陷几何形状及取向，以及