设备表面及内部缺陷检测

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1、开放实验室实验讲义（设备表面及内部缺陷检测）实验一内部缺陷检测-超声波检测(一)、超声波探伤1.超声波探伤原理超声波探伤是利用人耳无法感觉到的高频声波(＞20000Hz)射入被检物并用探头接收信号从而检测出材料内部或表面缺陷的方法。探伤用超声波频率一般在0.5-25MHz之间。超声波波长与频率f和传播速度c的关系为：入＝c/f(1-1)在气体和液体中只有纵波，纵波声速c：为：CL=(K/ρ)1/2(1-2)式中ρ-密度(kg／m3);K-体积弹性模量(N／m2)。声阻抗Z为：Z＝ρ·C(1-3)当声波由介质1垂直入射到介质2时，声能反射率

2、只为：Z=(Z2-Z1)2/(Z1+Z2)2(1-4)式中Z1与Z2--介质1与介质2的声阻抗。声能透射率T为：式中αl-纵波入射角；βl与βs队-纵波折射角与横波折射角；γL与γS-纵波反射角与横波反射角；cl1与cl2-两种介质户纵波声速；cs1与cs2-两种介质中横波声速。若入射波为横波，有(1-7)式中αs-横波入射角。第一临界角为使纵波折射角等于90。时的纵波入射角(αlI)有(1-8)第二临界角为使横波折射角等于90。时的纵波入射角(o，n)，有；(1-9)超声波近场区(Fresuel区)长度N为N=D2/4λ(1-10)式中

3、D-发射体(晶片)直径；λ-波长。远场区(Franhofer区)声束发散，强度与距离平方成反比。发射体为圆形时，声束在远场区之半扩散角60(指向角)由下式决定:sinq0=1.22λ/D(1-11)超声波在介质中传播会发生声强的衰减，、规律为：I=I0e-2αδ(1-12)式中I。-超声波初始强度；I-超声波透过厚度为6(cm)的介质时的强度；α-线衰减系数(Np/cm，1Np/cm＝868.6dB/m)；用分贝值Kp(KH)表示衰减变化或放大率，即：Kp＝201gP／PoKH＝201gH／H。(dB)(1-13)式中Po或H。-声压或波

4、高基准值；P或H-声压或波高的测量值(或要求值)。材料厚度等于半波长或其整数倍时，将发生共振，有t=n·c/2f(1-14)式中t-共振厚度；c-声速；f-频率；n-整数。表1-1为超声波探伤按不同方式分类简表。A型脉冲反射法探伤是目前使用的主要方法。表1-1超声波探伤分类简表按原理分类连续探伤(共振式、调频式及穿透式)与脉冲探伤按显示方式分类声响显示与光电显示(A型、B型、C型与3D型)按探头数分类单探头、双探头及多探头探伤按接触方式分类直接接触法与水浸法探伤2.脉冲反射法探伤过程与探伤条件脉冲反射探伤法按超声波在介质中传播方式分类及用

5、途列于表1-2。表1-2脉冲反射法分类探伤方法波型主要用途垂直探伤法纵波铸件、锻件及轧件等的内部缺陷检测，有时也用于焊缝及管件内部缺陷检测斜角探伤法横波焊缝及管件等的内部缺陷检测表面波探伤法表面波表面缺陷检测颁标准板波探伤法板波薄板缺陷检测越低。(2).探头晶片尺寸的选用影响晶片尺寸选用的因素列于表1-3(3).折射角的选用横波探伤用斜探头主要采用35º-70º的折射角。管材探伤时，探头折射角β的选定应满足下式：表1-3与晶片尺寸有关的因素名称状况影响因素工件厚度可测距离探侧面状况探测面曲率近距离覆盖范围远距离覆盖范围缺陷反射波／底面反射

6、波小小不平整、不光洁大小大大大大平整、光洁小大小小选用晶片尺寸小大β＜arcsin(1-)(1-15)式中t-管材壁厚；φ-管材外径。(4).耦合剂的选用耦合剂的选择以保证良好的透声性为准则，应尽量选用其声阻抗与试件声阻抗相近的介、质为耦合剂。(5).灵敏度的选择与调节探伤灵敏度是指“在规定范围内对名称利用试决的方式利用底面回波的方式确定步骤选择试块→探头在试决上放置、藕合→探伤仪灵敏度调节控制→收标准规定的dB值或计算的dB值(当量法)增益或衰减试块人工缺陷回波达到规定高度优缺点可直观比较相互探伤的结果当采用材质、厚度或表面粗糙度与试件

7、不同之试块时需进行灵敏度调节修正不用试块；厚度不足近场长度三倍、倾斜凹凸不平底面及截面小于波束截面的试件均不宜采用此法应用范围用于难以找到底面回波的探伤，斜角探伤用于银件等工件探伤，垂直探伤底面反射波与同深度平底孔反射波分贝差值为：(1-16)式中L-波长；s-声程；φ-要求发现的平底孔型缺陷的最小直径。若要求发现横通孔型缺陷，则。(1-17)式中φ-要求发现的核通孔型缺陷的最小直径。3.缺陷定位缺陷在工件中h-缺陷在试件中的位置。斜角探伤法缺陷定位基本公式如下：h＝s·cosβ(1-19)P＝s·sinβ(1-20)式中s-声程；β-折

8、射角；k-缺陷至探测面垂直距离；P-缺陷至入射点水平距离。斜角探伤，当缺陷位于半跨距以远，则按下述公式定位：h1＝2T一S1·cosβ(1-21)h1,5＝S1,5cosβ-2T(1-22)h