《超声波探伤原理》课件

超声波探伤原理欢迎学习《超声波探伤原理》课程本课程将深入探讨超声波探伤的基本原理、设备操作及实际应用，帮助您全面掌握这一重要的无损检测技术超声波探伤作为现代工业检测的重要手段，广泛应用于航空航天、石油化工、电力、冶金等行业，对保障工业安全生产和产品质量具有不可替代的作用通过系统学习，您将了解从基础理论到先进应用的全过程，培养理论与实践相结合的专业能力课程概述课程目标学习内容掌握超声波探伤的基本原理和课程涵盖超声波基础知识、探方法，能够独立操作超声波探伤原理、设备使用、探伤方法、伤设备，分析判断常见缺陷类应用技术、标准规范、结果分型，编写规范的探伤报告，为析与评定、新技术发展及安全工业无损检测工作打下坚实基注意事项等九大模块础考核方式考核包括平时作业（）、实验操作（）和期末考试（）三30%30%40%部分要求学生掌握理论知识并具备实际操作能力，能够解决实际工程问题本课程注重理论与实践结合，通过典型案例分析和实验操作，培养学生的实际应用能力和问题解决能力，为将来从事相关工作奠定基础第一章超声波基础知识超声波传播与特性方向性、穿透性、反射折射特性声学参数基础频率、波长、声速、声阻抗超声波产生原理压电效应与磁致伸缩效应本章将详细介绍超声波的基本概念与物理特性，这是理解超声波探伤技术的基础我们将从声波的本质出发，探讨超声波的产生机制、传播规律及其在不同介质中的行为特征声学参数对超声波探伤至关重要，它们直接影响到探测能力和精度掌握这些基础知识，为后续章节的学习打下坚实基础什么是超声波？超声波定义人耳听觉范围超声波是指频率高于20kHz（20,000人类耳朵能够感知的声波频率范围通常赫兹）的声波，超出了人类听觉的上限在20Hz至20kHz之间，低于20Hz的频率范围，具有波长短、能量集中、穿称为次声波，高于20kHz的称为超声波，透能力强等特点二者均无法被人耳直接感知工业应用范围工业探伤常用的超声波频率范围为

0.5MHz至25MHz，不同频率适用于不同材料和检测要求，频率越高分辨率越好但穿透能力越弱超声波作为一种特殊的机械波，与我们日常听到的声波本质相同，只是频率更高这种高频特性使其在传播过程中表现出独特的物理特性，为工业检测提供了独特优势在自然界中，某些动物如蝙蝠和海豚能够感知和利用超声波进行导航和捕猎，而科学家则将其应用于医学诊断、工业探伤等众多领域超声波的特性方向性好穿透能力强反射与折射超声波可以形成指向性超声波能够穿透金属、超声波在不同声阻抗介较强的声束，能够集中非金属等多种材料，探质界面上会发生反射和能量指向特定区域，减测内部结构和缺陷穿折射现象，反射波的强少能量的散失，提高检透深度与频率成反比，度与两种介质声阻抗差测的准确性和灵敏度低频超声波穿透深度大，异密切相关，这是超声这一特性对精确定位缺高频超声波分辨率高波探伤的基本原理依据陷尤为重要超声波的这些特性使其成为工业无损检测的理想工具通过分析超声波在材料中的传播行为和反射特性，可以有效地检测出材料内部的缺陷、裂纹、夹杂物等质量问题，而不需要破坏被检测物体超声波的产生方法压电效应磁致伸缩效应压电效应是目前最常用的超声波产生方法当对某些特殊晶体磁致伸缩效应是指铁磁性材料在磁场作用下发生形变，当施加交（如石英、锆钛酸铅等压电材料）施加机械压力时，晶体表面会变磁场时，材料会产生机械振动并发出超声波这种方式主要用产生电荷；反之，当给这些晶体施加交变电场时，晶体会产生机于产生大功率、低频率的超声波械振动，从而发出超声波磁致伸缩换能器具有功率大、机械强度高等优点，但体积较大，压电换能器具有体积小、效率高、频率范围宽等优点，是现代超效率较低，频率受限，主要应用于大型工件检测和超声清洗等领声波探伤设备的核心部件常用的压电材料包括压电陶瓷（PZT）、域常用材料包括镍、铁镍合金、稀土合金等压电单晶和压电复合材料等无论是压电效应还是磁致伸缩效应，都是将电能转换为机械能的过程探头中的换能器能够实现电信号与超声波之间的相互转换，同时担任发射器和接收器的双重角色，这是超声波探伤设备的工作基础超声波的传播纵波粒子振动方向与波传播方向平行的波，也称为压缩波或P波纵波在固体、液体和气体中均能传播，传播速度最快，是超声波探伤中最常用的波型横波粒子振动方向与波传播方向垂直的波，也称为剪切波或S波横波只能在固体中传播，不能在液体和气体中传播，速度约为纵波的一半表面波沿着物体表面传播的波，也称为瑞利波表面波的穿透深度约为波长的一个波长，主要用于检测表面及近表面缺陷在实际探伤过程中，超声波在传播过程中会发生模式转换，即一种波型可能会转变为另一种波型，特别是在界面处例如，当纵波斜射到界面时，可能会产生反射纵波、反射横波、透射纵波和透射横波了解不同波型的特性及其传播规律，对于选择合适的探伤方法和解释探伤结果至关重要在特定应用中，可能需要利用特定波型的优势来检测特定类型的缺陷声波参数频率波长单位时间内完成的振动周期数，单位为赫兹相邻两个相位相同点之间的距离，λ=c/f（c为探伤常用频率为频率越高，声速，为频率）波长决定了可检测的最小缺Hz

0.5-25MHz f分辨率越好，但穿透能力越弱陷尺寸，一般要求缺陷尺寸不小于半波长振幅声速声波振动的最大位移，反映声波能量大小在探超声波在介质中传播的速度，与介质的弹性模量伤中，缺陷回波与参考回波的振幅比用于评估缺和密度有关不同材料中声速不同，钢中纵波约陷大小5900m/s，横波约3200m/s这些参数之间存在着密切的关系，理解它们对于超声波探伤至关重要在选择探头和设定探伤参数时，需要综合考虑这些因素，以达到最佳的检测效果例如，对于细小缺陷的检测，需要选择高频探头以获得较短的波长和较高的分辨率；而对于深部缺陷的检测，则需要选择低频探头以获得较强的穿透能力声阻抗声阻抗定义声阻抗是描述声波在介质中传播阻力的物理量，是介质密度与声速的乘积计算公式（为声阻抗，为介质密度，为声速）Z=ρ×c Zρc对探伤的影响界面两侧声阻抗差异决定了声波反射与透射的比例声阻抗是超声波探伤中的关键参数，它直接影响超声波在不同介质界面处的反射和透射行为当声波从一种介质传播到另一种介质时，如果两种介质的声阻抗差异较大，则会产生强烈的反射；如果差异较小，则大部分能量会透射通过在实际探伤中，材料内部缺陷（如气孔、裂纹、夹杂物等）与基体材料之间存在声阻抗差异，导致超声波在缺陷处发生反射，形成缺陷回波探伤时，耦合剂的使用就是为了减小探头与被检测材料之间的声阻抗差异，提高声能的传递效率第二章超声波探伤原理发射超声波波与缺陷相互作用探头产生超声波并传入被检材料在缺陷处发生反射、散射或透射信号处理与分析接收回波信号根据信号特征判断缺陷情况探头接收反射波并转换为电信号本章将深入讲解超声波探伤的基本原理，包括反射法和透射法两大类方法超声波探伤技术的核心在于利用超声波在材料内部传播时与缺陷相遇所产生的声学效应来检测材料内部的不连续性通过分析接收到的超声信号的时间、强度、相位等特征，可以确定缺陷的位置、大小、形态及性质理解这些基本原理，是掌握超声波探伤技术的关键超声波探伤的基本原理反射法透射法反射法是利用缺陷对超声波的反射作用来检测缺陷当超声波遇透射法是利用缺陷对超声波的阻挡作用来检测缺陷发射探头和到缺陷时，由于缺陷与基体材料之间存在声阻抗差异，部分声能接收探头分别放置在被检工件的两侧，当超声波路径上存在缺陷会被反射回来，形成缺陷回波时，接收到的声能会减弱通过分析缺陷回波的到达时间、强度和形态，可以确定缺陷的位通过测量透射波的能量变化，可以判断缺陷的存在和大小透射置、大小和性质反射法是目前最常用的超声波探伤方法，适用法对缺陷定位精度较低，但对检测分层、大面积缺陷较为有效，于大多数探伤场合常用于板材、薄壁管等检测无论是反射法还是透射法，都是基于超声波在不同声阻抗介质界面处的传播行为而设计的在实际应用中，通常根据被检工件的形状、材料特性和可能存在的缺陷类型来选择合适的探伤方法反射法原理脉冲发射探头发射短时间的超声脉冲进入被检材料，并开始计时波束传播超声波在材料中传播，遇到背壁或缺陷时发生反射回波接收探头接收反射回波，转换为电信号显示在屏幕上信号分析根据回波到达时间计算缺陷深度，根据波幅判断缺陷大小反射法是超声波探伤中最广泛应用的方法，其中脉冲反射法（或称回波法）是最常用的技术在回波法中，同一个探头既作为发射器又作为接收器，大大简化了操作流程缺陷深度计算公式D=c×t/2，其中D为缺陷深度，c为声速，t为回波时间波幅与缺陷的大小、形状、取向以及声阻抗差异有关，通常通过对比试块进行定量评估透射法原理连续波透射法发射探头连续发射超声波，接收探头测量透射能量的变化，适用于在线自动化检测脉冲透射法发射探头发射超声脉冲，接收探头检测透射脉冲，可实现更精确的时间测量透射法的基本原理是利用缺陷对超声波的阻挡或散射作用而导致透射能量的减弱在无缺陷区域，接收探头接收到的信号强度最大；当超声波通过的路径上存在缺陷时，接收到的信号强度会明显降低，通过这种强度变化可以判断缺陷的存在透射法需要两个探头分别置于被检工件的两侧，操作较为复杂，且对缺陷的定位精度较低但它对于某些特殊类型的缺陷（如分层、大面积夹杂等平行于表面的缺陷）具有较高的检出能力，在复合材料、蜂窝结构等检测中有独特优势透射法的主要缺点是无法准确确定缺陷的深度位置，且对小缺陷的敏感度较低因此，它通常作为反射法的补充手段，或用于特定类型工件的检测超声波的衰减散射吸收当超声波遇到材料中的晶界、晶粒、材料内部分子振动时的内摩擦会将声夹杂物等不均匀结构时，会发生散射，能转化为热能，导致超声波能量损失导致能量以各个方向分散散射损耗吸收损耗与频率的平方成正比，在低与频率的四次方成正比，是高频超声频情况下较为显著不同材料的吸收波衰减的主要因素特性差异很大衍射超声波在传播过程中会发生声束扩散，使得能量密度降低衍射损耗与波长成正比，频率越高的超声波衍射越小，方向性越好超声波在材料中传播时的衰减是影响探伤深度和灵敏度的重要因素衰减程度与材料的晶粒大小、均匀性、温度以及超声波频率密切相关一般来说，晶粒越粗大、频率越高，衰减越严重在实际探伤中，需要根据被检材料的特性和缺陷要求，选择合适的频率来平衡穿透深度和分辨率对于粗晶材料如铸钢、奥氏体不锈钢等，通常选择较低频率的探头以减少衰减；而对于细晶材料如锻钢、铝合金等，则可选择较高频率的探头以提高分辨率声束的特性近场区远场区声束扩散也称菲涅尔区，是声束从探头出射后的一也称菲涅尔区，是声束在超过近场长度后声束在远场区的扩散程度由探头频率和直段距离内，声压分布不均匀，存在多个极的区域，声压沿轴线逐渐减小，声束开始径决定，频率越高或直径越大，扩散越小，大值和极小值，声束几乎不发散发散，声场分布较为均匀方向性越好近场长度N=D²/4λ，其中D为探头直径，远场区是进行探伤的理想区域，声束发散斜探头的声束扩散比直探头更为复杂，受λ为波长在近场区进行探伤，灵敏度波角θ=

0.61λ/D声束发散越小，方向性折射角、楔块材料等因素影响，横波的扩动大，不利于缺陷评估越好，但近场长度会增加散角通常小于纵波理解声束特性对于正确解释探伤信号至关重要在实际探伤中，一般将探头置于使被检区域位于远场区的位置，以获得稳定的灵敏度和较好的方向性对于需要检测较近表面的缺陷，可以使用双晶探头或聚焦探头来改善近场区的声场分布缺陷回波特性平面反射体球面反射体圆柱面反射体如分层、裂纹等缺陷，当超声波垂直入射时，产生如气孔、夹杂物等缺陷，向各个方向散射超声波，如焊缝中的未熔合、管材中的纵向裂纹等，在垂直较强的镜面反射回波回波强度与缺陷面积成正比，只有一小部分能返回探头回波强度与缺陷直径的于轴线的平面内向各个方向散射超声波与缺陷厚度关系不大三次方成正比•在垂直于轴线的平面内具有较弱的方向性•方向性强，只有当声束垂直于缺陷表面时才能•方向性弱，在较大角度范围内都能接收到回波•沿轴线方向具有较强的方向性获得最大回波•回波强度与缺陷直径的平方成正比•回波波形与底面回波相似，呈尖锐的脉冲形式•回波波形较为平缓，幅度相对较小不同形状的缺陷产生的回波特性差异很大，这为缺陷类型的识别提供了重要依据在实际探伤中，通常需要从多个角度对缺陷进行扫查，综合分析回波特性，才能准确判断缺陷的类型和形态第三章超声波探伤设备本章将详细介绍超声波探伤所需的各类设备及其工作原理，包括超声波探伤仪、探头、耦合剂和试块等了解这些设备的特性、选择原则和使用方法，是开展探伤工作的基础现代超声波探伤设备正朝着数字化、智能化、小型化和多功能化方向发展，不断提高检测精度和效率掌握这些设备的操作技能，对于保证探伤质量至关重要超声波探伤仪1-3MHz

0.1-600mm常用频率范围检测深度工业探伤中最常用的频率范围钢材中典型检测范围

0.1-

0.5mm最小可检缺陷理想条件下可检出的裂纹尺寸超声波探伤仪是超声波探伤系统的核心设备，主要功能是产生激励脉冲、接收和处理回波信号、显示探伤结果根据显示方式的不同，可分为A型、B型和C型探伤仪A型探伤仪显示回波振幅与时间关系，是最常用的类型；B型探伤仪显示缺陷剖面图像；C型探伤仪显示缺陷平面分布图像现代数字超声波探伤仪通常具备多种功能，如距离-波幅校正、波峰记忆、数据存储、缺陷自动评估等，大大提高了探伤效率和准确性选择探伤仪时，应考虑其频率范围、动态范围、分辨率、稳定性、操作便利性等因素超声波探头直探头斜探头双晶探头声波垂直于探头表面射出，主要用于检测平声波以一定角度射入被检材料，主要用于检包含发射和接收两个独立晶片，中间由声屏行于表面的缺陷，如分层、夹杂等直探头测垂直或倾斜于表面的缺陷，如焊缝中的裂蔽材料隔开具有盲区小、分辨率高的特点，结构简单，由压电晶片、保护层、背衬等组纹、未熔合等斜探头由直探头和有机玻璃适用于检测近表面缺陷和材料厚度测量，但成，探测深度大，但难以检测近表面缺陷楔块组成，常用折射角有45°、60°、70°等探测深度受限，一般不超过200mm此外，还有聚焦探头、表面波探头、穿透波探头等特殊用途的探头选择合适的探头是获得良好探伤效果的关键，需要综合考虑被检工件的材料、厚度、预期缺陷类型等因素探头的选择频率选择频率决定了探伤的分辨率和穿透深度，二者相互制约高频（5-10MHz）适用于薄材料、细晶粒材料和小缺陷检测，分辨率高但穿透能力弱；低频（

0.5-

2.5MHz）适用于厚材料、粗晶粒材料，穿透能力强但分辨率低尺寸选择探头尺寸影响声束宽度和近场长度大尺寸探头灵敏度高、方向性好，但盲区大、扫查适应性差；小尺寸探头盲区小、扫查灵活，但灵敏度较低一般直径选择范围为6-24mm，根据工件厚度和表面状况选择角度选择斜探头的角度选择与缺陷取向和位置有关对于垂直于表面的缺陷，宜选择45°斜探头；对于倾斜缺陷，应使声束尽量垂直于缺陷面常用角度有45°、60°、70°等，特殊情况可定制其他角度探头选择还需考虑工件材料、表面状况、预期缺陷类型等因素例如，对于粗糙表面或曲面，应选择较小直径的探头；对于高衰减材料如铸铁、奥氏体不锈钢等，应选择较低频率的探头；对于蜂窝或复合材料，可能需要特殊设计的探头在实际探伤中，往往需要使用多种探头互相配合，全面检测可能存在的各类缺陷探头的正确选择和使用，直接影响探伤的质量和可靠性耦合剂作用填充探头与被检表面之间的空气间隙，提高声能传递效率，减少反射损失类型常见耦合剂包括水、机油、甘油、专用耦合膏等，不同用途选择不同类型选择原则考虑声阻抗匹配性、润湿性、粘度、腐蚀性、清洗难度等因素耦合剂的选择应根据探伤条件和要求确定水是最基本的耦合剂，成本低但易蒸发；机油润湿性好但可能引起环境污染；甘油粘度适中、稳定性好，是常用的通用型耦合剂；专用耦合膏具有良好的声阻抗匹配性和使用寿命，适合各种复杂表面在特殊环境下，如高温表面可使用高温耦合剂；垂直或倾斜表面可使用高粘度耦合剂；对表面有防腐要求的可使用非腐蚀性耦合剂耦合剂的均匀涂抹和厚度控制对探伤结果有重要影响，应根据探伤经验确定最佳用量探伤后应及时清除残留的耦合剂，防止对被检材料表面造成长期影响，尤其是对于易腐蚀的材料如不锈钢、铝合金等试块标准试块对比试块参考试块用于探伤仪器校准和性能验证的标准化样用于确定探伤灵敏度的参考样块，材质、用于特定工件探伤的参考样块，尺寸和形块，如CSK-IA、CSK-IIA、CSK-IIIA表面状况和热处理状态应与被检工件相同状与被检工件相似或相同，便于进行探伤等，具有规定的形状和人工缺陷CSK-或相近对比试块上加工有与实际缺陷相前的调试和验证参考试块可以是无缺陷IA主要用于纵波探头的校准，CSK-IIA似的人工缺陷，如平底孔、侧平底孔、横的合格品，也可以是含有典型缺陷的废品和CSK-IIIA主要用于横波探头的校准通孔等通过对比试块上的人工缺陷回波与实际缺在复杂形状工件的探伤中，参考试块尤为国际通用的标准试块还包括IIW试块、V1陷回波进行比较，可以评估实际缺陷的大重要，可以帮助确定最佳探伤参数和扫查试块、V2试块等，用于不同参数的标定和小和性质对比试块是探伤灵敏度调节和路径，提高探伤的可靠性和效率参考试验证这些试块的材质、尺寸和人工缺陷缺陷评估的重要工具块通常由使用单位根据需要自行制作都有严格的规范要求试块是超声波探伤中不可或缺的辅助工具，正确使用试块对于保证探伤质量至关重要在实际探伤中，应根据检测要求和工件特点，选择合适的试块进行校准和参比第四章超声波探伤方法基本方法脉冲反射法、透射法、共振法特殊技术水浸法、表面波、衍射波技术先进方法相控阵技术、导波技术、激光超声本章将详细介绍各种超声波探伤方法的原理、特点、适用范围和操作技术不同的探伤方法有其特定的应用场景和技术优势，了解这些方法的异同点，对于选择最适合的检测方案至关重要随着科技的发展，超声波探伤方法不断创新和完善传统方法如脉冲反射法、透射法等仍是工业检测的主力，而相控阵、导波等新兴技术则在特定领域展现出巨大潜力掌握这些方法的技术特点和应用限制，是成为专业探伤人员的必备素质脉冲反射法原理适用范围与技术特点脉冲反射法是最常用的超声波探伤方法，其基本原理是探头发射脉冲反射法适用于大多数金属和部分非金属材料的检测，特别适短时间的超声脉冲进入被检材料，当超声波遇到界面（如缺陷或合于厚度较大的工件和需要精确定位缺陷的场合它能检测到各底面）时产生反射，反射波返回探头被接收并转换为电信号显示种类型的缺陷，如裂纹、气孔、夹杂、未熔合等在屏幕上该方法只需要工件的一侧可接触，操作方便，定位准确，是工业通过测量反射波的到达时间，可以计算缺陷的深度位置；通过测探伤的首选方法但存在盲区问题，即表面附近的区域难以检量反射波的幅度，可以估计缺陷的大小和性质同一个探头既是测；对于小缺陷和不利取向的缺陷（如平行于声束的裂纹），检发射器又是接收器，大大简化了操作流程出能力有限脉冲反射法的优点包括设备简单、操作方便、定位准确、只需单面接触等；缺点包括存在盲区、对缺陷取向敏感、探伤解释经验要求高等为克服这些缺点，通常需要配合使用不同类型的探头和多角度扫查技术在使用脉冲反射法时，关键参数包括脉冲重复频率、增益、衰减、扫描范围等，这些参数的设置直接影响探伤的质量和效率熟练掌握这些参数的调整方法，是成为专业探伤人员的基础透射法原理适用范围透射法使用两个探头分别放置在工件的两透射法特别适用于检测平行于表面的缺陷，侧，一个作为发射器，另一个作为接收器如层状缺陷、分层、大面积夹杂等，以及当超声波的传播路径上存在缺陷时，接收复合材料、蜂窝结构等特殊材料的检测到的声能会减弱，通过测量透射波的能量对于形状复杂、表面粗糙或高衰减材料的变化，可以判断缺陷的存在和大小检测也具有优势优缺点优点无盲区问题，对平行于表面的缺陷敏感，抗干扰能力强，适合自动化在线检测缺点需要双面接触，缺陷定位精度低，无法确定缺陷的深度位置，操作相对复杂在使用透射法时，探头的对准是关键，必须确保两个探头在声学轴线上精确对准，否则会导致接收信号减弱，影响判断为了提高对准精度，可以使用特殊的探头固定装置或导向机构透射法通常采用连续波或低重复频率的脉冲，以获得更稳定的信号由于透射法只能检测到缺陷的存在而难以确定其具体位置和形态，因此在实际应用中常与反射法结合使用，互为补充，全面评估工件的质量状况共振法发射连续可变频波产生驻波探头发出频率连续变化的超声波当厚度为半波长整数倍时形成驻波2判断缺陷4检测共振频率通过共振频率变化发现异常记录共振频率并计算厚度或层间距离共振法的基本原理是利用超声波在工件内的多次反射形成驻波现象当入射波的频率使得工件厚度恰好等于超声波半波长的整数倍时，会出现共振，此时工件对超声能量的吸收达到最大通过测量共振频率，可以计算出工件的厚度；通过分析共振曲线的形状和频率分布，可以检测出工件内的缺陷共振法特别适用于薄板、薄壁管和复合材料的检测，主要用于精确测量厚度和检测层间缺陷其优点是精度高、操作简单；缺点是需要双面光滑、平行，无法准确定位缺陷深度，且对较厚工件不适用随着脉冲反射技术的发展，共振法在工业探伤中的应用逐渐减少，但在特定领域如薄材料厚度测量仍有独特优势水浸法原理适用范围水浸法是将被检工件和探头一起浸入水中，利用水浸法特别适用于形状复杂、表面不规则或需要水作为耦合介质进行超声波探伤的方法超声波高精度扫查的工件，如航空发动机叶片、轮毂、先在水中传播，再进入被检工件，水与工件之间异形件等同时也适合于需要自动化、高效率检的界面会产生一个界面回波测的场合水浸法可以采用直接浸入式（工件完全浸没）或对于薄板、小型精密零件、复合材料等传统接触局部浸入式（只有检测区域浸没），也可以使用法难以检测的工件，水浸法具有明显优势但不水柱式（水通过管道喷射到工件表面）适用于不能沾水或有腐蚀风险的材料优缺点优点耦合条件稳定，声束路径可控，可实现精确扫查，适合自动化，可使用聚焦探头提高分辨率，特别适合C扫描成像缺点需要专用水浸设备，操作相对复杂，工件需要防腐处理，检测后需要干燥处理，不适合现场检测和大型工件水浸法是现代超声波探伤中重要的技术手段，尤其在航空航天、核工业等高精度要求领域应用广泛随着自动化程度的提高，水浸法与机器人技术、计算机图像处理技术相结合，发展出了更高效、更可靠的检测系统相控阵超声技术相控阵超声技术是一种革命性的先进探伤方法，它使用由多个独立可控制的压电元素组成的探头阵列，通过控制各元素的发射和接收时序，实现声束的电子扫描、聚焦和偏转与传统单晶探头相比，相控阵技术能够在不移动探头的情况下改变声束角度和焦点，大大提高了检测的灵活性和效率相控阵技术的核心优势在于其多角度、多聚焦点检测能力，能够获取缺陷的全面信息，并通过先进的成像处理实现缺陷的直观显示目前，相控阵技术已广泛应用于焊缝检测、复杂构件探伤、航空发动机零部件检测等领域，成为现代无损检测的重要手段第五章超声波探伤技术高级技术应用波束偏转、聚焦技术、特殊扫查方法缺陷评估与定位缺陷定位、尺寸测量、特征分析灵敏度调节曲线、曲线、标准试块对比DAC DGS本章将深入探讨超声波探伤的核心技术要素，包括灵敏度调节、探伤参数设定、缺陷定位与评估等关键环节这些技术是将超声波探伤理论转化为实际应用能力的桥梁，掌握这些技术对于提高探伤质量和效率至关重要现代超声波探伤不仅要求检出缺陷，还需要准确评估缺陷的性质、位置和尺寸，为工程决策提供科学依据这就要求探伤人员不仅了解基本原理，还要精通各种探伤技术和数据分析方法本章将通过理论讲解和实例分析，帮助学习者系统掌握这些关键技术灵敏度调节4基准灵敏度设置DAC曲线制作DGS曲线应用评定标准确定使用标准试块和对比试块，设定基采集不同深度相同大小反射体的回利用理论计算的距离-增益-尺寸关根据相关标准确定缺陷评定阈值准回波高度波幅度，绘制距离-幅度曲线系图评估缺陷距离-幅度曲线（DAC）是补偿声波在材料中衰减的重要方法，通过在不同深度处测量相同尺寸反射体的回波幅度，绘制出回波高度随深度变化的曲线在实际探伤中，将缺陷回波与DAC曲线比较，可以评估缺陷的等效尺寸DAC曲线制作通常使用具有相同直径平底孔的对比试块，按规范要求采集至少3个不同深度的回波距离增益补偿（DGS）是一种基于理论计算的方法，利用圆盘反射体的回波幅度与距离、增益和反射体尺寸之间的关系，直接评估缺陷的当量尺寸DGS法需要特殊的DGS探头和专用曲线图，操作相对复杂但评估更为客观在高精度要求的场合，如航空航天领域，DGS法应用较为广泛探伤灵敏度灵敏度定义影响因素调节方法探伤灵敏度是指超声波探伤系统检测到特探伤灵敏度受多种因素影响，包括设备因灵敏度调节是探伤的关键步骤，通常分为定尺寸缺陷的能力它通常用探伤系统能素（探头频率、晶片尺寸、探伤仪性能）、三个层次一是通过电气参数（如增益、够可靠检出的最小缺陷尺寸或参考反射体材料因素（材质、结构、表面状况、衰减衰减、脉冲能量等）调节；二是通过声学的最小当量尺寸来表示灵敏度越高，能特性）和操作因素（耦合条件、扫查速度、参数（如探头选择、频率选择等）调节；检出的缺陷越小操作技巧）等三是通过操作参数（如耦合条件、扫查方式等）调节在实际探伤中，灵敏度通常表示为探伤系一般来说，高频探头灵敏度高但穿透能力统对某一特定反射体（如平底孔、侧平底弱；大尺寸探头灵敏度高但近场长、扫查常用的灵敏度调节方法包括使用标准试块孔或横通孔）的检出能力，用反射体的直灵活性差；表面粗糙或材料衰减大会降低设定基准灵敏度，然后根据实际工件和缺径来量化例如，Φ2mm灵敏度表示系统灵敏度；良好的耦合和适当的扫查速度有陷特点进行调整在规范化探伤中，通常能可靠检出等效于直径2mm平底孔反射助于提高灵敏度采用DAC曲线或DGS曲线来补偿深度对灵体的缺陷敏度的影响探伤灵敏度的选择需要权衡检出率和误报率灵敏度过高会增加误报率，导致大量无害的小缺陷被检出，增加后续评估工作量；灵敏度过低则可能遗漏危险缺陷，降低探伤可靠性因此，灵敏度应根据工件重要性、服役条件和相关标准合理设定缺陷定位深度测量通过声程计算缺陷到表面的垂直距离，直探头深度d=c×t/2，斜探头深度d=c×t×cos/2水平定位确定缺陷在平面内的位置，利用三角函数计算，斜探头x=d×tanθ+探头前沿到出射点距离缺陷尺寸估算利用波束宽度和扫查范围估算，常用6dB降落法、20dB降落法或比较法三维定位结合水平和深度位置确定缺陷的空间坐标，通过多角度扫查获取更全面信息准确的缺陷定位是评估缺陷危害程度的基础在实际探伤中，通常需要使用标记和坐标系统记录缺陷位置，便于后续复检和评估对于重要工件，往往需要进行多角度、多位置的扫查，交叉验证缺陷位置信息，提高定位准确性缺陷尺寸的测量是探伤难点之一，因为超声波的声束宽度和发散角会导致测量误差常用的尺寸测量方法有最大振幅法（缺陷回波达到最大值时的位置）、半值法（回波降至最大值一半时的位置）和临界法（回波刚刚消失时的位置）等这些方法各有优缺点，应根据缺陷类型和精度要求选择合适的方法扫查技术1直线扫查网格扫查沿一条直线方向移动探头，适用于焊缝、探头按照预定的网格路径移动，覆盖整个管道等线性结构的检测通常沿垂直于焊检测区域通常采用行距为探头直径的缝方向进行，同时保持探头与被检表面的1/2或2/3，以确保完全覆盖网格扫查稳定接触和适当的耦合直线扫查简单高适用于板材、锻件等大面积检测，能全面效，但可能遗漏非正向的缺陷发现各种取向的缺陷螺旋扫查探头沿螺旋路径移动，常用于圆柱形工件如轴、管等的检测扫查节距通常为探头直径的1/2或2/3，以确保完全覆盖螺旋扫查可实现对圆周表面的均匀检测，效率高除了基本扫查方式外，还有多角度扫查（从不同角度对同一区域进行扫查）、扇形扫查（改变入射角进行扫查）等特殊技术在实际探伤中，往往需要结合使用多种扫查方式，以确保检测的全面性和可靠性扫查速度对探伤结果有重要影响速度过快可能导致缺陷漏检，速度过慢则降低工作效率一般建议的扫查速度为50-150mm/s，具体应根据探伤仪的脉冲重复频率、被检材料特性和灵敏度要求来确定高质量的探伤工作需要稳定的扫查速度和良好的耦合条件波束偏转原理应用与注意事项波束偏转是指超声波在被检材料中传播时，由于材料特性或几何形状的波束偏转现象在某些情况下可以被有意利用，如利用双折射现象检测材影响，声束的实际传播方向与理论方向产生偏差的现象波束偏转主要料的织构特性；利用特定角度的偏转来检测特殊方向的缺陷；通过计算出现在以下情况一是超声波从一种介质斜射入另一种介质时发生的折波束偏转量来推断材料的各向异性程度等这些应用需要对材料声学特射；二是在各向异性材料中传播时的偏转；三是声束遇到曲面界面时的性有深入了解偏转在探伤实践中，需要考虑和补偿波束偏转的影响主要注意事项包括在各向异性材料中，如奥氏体不锈钢焊缝、复合材料等，声速在不同方选择合适的探头角度和频率，以减小偏转影响；使用特殊设计的探头来向上不同，导致波束传播方向与能量传播方向不一致，产生偏转这种适应特定材料的声波传播特性；通过试块验证校正实际声束路径；建立偏转会导致声束路径改变，影响缺陷定位和评估的准确性修正曲线补偿定位误差等波束偏转是超声波探伤中的重要现象，尤其在高级专业探伤中需要充分考虑对于常规材料如碳钢等均质材料，波束偏转影响较小；但对于复杂材料如铸钢、双相钢、奥氏体不锈钢等，偏转效应显著，必须在探伤设计和结果分析中予以充分重视随着相控阵等先进技术的发展，通过电子控制声束方向和聚焦，可以在一定程度上克服波束偏转带来的问题，提高探伤的准确性和可靠性第六章超声波探伤应用焊缝检测锻件检测复合材料检测焊缝是工业结构中最常见也最易产生缺陷的连大型锻件内部可能存在疏松、裂纹等缺陷，超航空航天领域广泛使用的复合材料结构，需要接方式，超声波探伤是焊缝质量控制的主要手声波探伤能有效检出这些缺陷，保证锻件质量特殊的超声波探伤技术来检测层间剥离等独特段之一缺陷本章将详细介绍超声波探伤技术在各个工业领域的具体应用，包括焊缝、锻件、铸件、管道和复合材料等不同工件的检测方法、常见缺陷类型及评定标准通过了解这些实际应用，学习者可以将前面所学的理论知识与实践相结合，提高分析和解决实际问题的能力不同类型的工件由于材料特性、制造工艺和服役条件的差异，其常见缺陷类型和分布规律也各不相同，因此需要采用针对性的探伤技术和评定标准掌握这些专业知识，是成为合格的超声波探伤人员的关键焊缝检测适用范围检测方法超声波探伤适用于各种金属焊缝的检测，包括焊缝检测主要采用斜探头脉冲反射法，常用折对接焊缝、角焊缝、T型焊缝等特别适合检射角为45°、60°、70°，根据焊缝类型和厚测板厚大于8mm的中厚板焊缝，对于薄板焊度选择合适角度扫查方式通常包括平行于焊缝，则可能需要特殊技术焊缝材料方面，碳缝的纵向扫查和垂直于焊缝的横向扫查，以覆钢、低合金钢焊缝最为常见；对于奥氏体不锈盖各种取向的缺陷对于厚焊缝，需要采用多钢等特殊材料焊缝，需要采用特殊探头和技术层扫查技术，确保全厚度覆盖常见缺陷类型焊缝中的常见缺陷包括裂纹（热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹等）、未熔合（边缘未熔合、层间未熔合等）、未焊透、气孔（单个气孔、成串气孔、蜂窝状气孔等）、夹渣（单个夹渣、成串夹渣、分散夹渣等）不同类型缺陷的超声波特征不同，通过分析回波特性可进行缺陷类型判断焊缝探伤面临的主要挑战包括焊缝表面粗糙、几何形状复杂、焊缝金属与母材声学性能差异、焊缝组织粗大导致衰减增加等为克服这些困难，需要选择合适的探头频率和角度，使用特殊的扫查技术，并结合丰富的经验进行判断近年来，相控阵技术在焊缝检测中的应用日益广泛，通过电子扫查和聚焦，可以更全面地检测各种取向的缺陷，并通过断层成像直观显示缺陷位置和形态，大大提高了检测效率和准确性锻件检测适用范围检测方法与常见缺陷超声波探伤是锻件内部质量检测的主要方法，适用于各种大中型锻件，锻件检测主要采用直探头脉冲反射法，检测平行于表面的缺陷；必要时如轴类、盘类、环类、轮毂类等对于小型锻件或形状复杂的锻件，可辅以斜探头检测垂直或倾斜于表面的缺陷扫查方式通常采用网格扫查能需要采用水浸法或特殊探头锻件材料方面，碳钢、合金钢、不锈钢、或螺旋扫查，覆盖全部检测区域对于大型锻件，常需分区域进行检测，钛合金、高温合金等各类金属锻件均可采用超声波方法检测并采用多频率探头以兼顾穿透深度和分辨率锻件中的常见缺陷包括疏松（中心疏松、分散疏松）、白点、裂纹锻件超声波探伤通常作为成品检测，也可在锻造工艺的中间阶段进行，（锻造裂纹、热处理裂纹）、偏析、夹杂（非金属夹杂、金属夹杂）、以及早发现和处理缺陷对于重要零部件锻件，如航空发动机盘、轴，折叠等不同缺陷产生的回波特征不同，如疏松多表现为弱散射回波，核电设备零件等，往往要求100%体积的超声波检测裂纹通常产生较强的镜面反射回波锻件探伤的主要挑战包括材料衰减大、晶粒粗大导致信噪比低、形状复杂难以全面覆盖、材质不均匀导致声速变化等为克服这些困难，通常采用较低频率探头提高穿透能力，使用聚焦探头提高分辨率，应用距离波幅校正补偿深度影响，以及利用多角度扫查增加检出率-对于特殊要求的锻件，如航空航天用关键零部件，通常采用更严格的检测标准和更先进的技术手段，如相控阵超声、浸没式扫描等，以确保检测的C全面性和可靠性铸件检测适用范围检测方法超声波探伤适用于各种铸钢件、可锻铸铁件和球铸件检测主要采用直探头或双晶探头的脉冲反射墨铸铁件的内部缺陷检测普通灰铸铁由于石墨法，检测平行于表面的缺陷；对于特定取向的缺片的强散射作用，超声波衰减严重，一般不适合陷，如冷隔等，需要辅以斜探头检测由于铸件超声波探伤铸件形状多样，从简单的板状、柱衰减大，通常选择较低频率（

0.5-

2.5MHz）的状到复杂的阀体、泵壳等，检测方法需根据形状探头以提高穿透能力特点灵活调整扫查方式根据铸件形状确定，平面区域采用网格铸件超声波探伤通常用于重要部位或关键零部件，扫查，圆柱区域采用螺旋扫查对于复杂形状铸如压力容器、阀门、泵壳等，一般不进行100%件，可能需要制作特殊的耦合装置或采用水浸法，检测，而是针对易产生缺陷的关键区域进行重点以确保良好的耦合条件检查常见缺陷类型铸件中的常见缺陷包括气孔（单个气孔、成串气孔、缩孔）、夹渣（非金属夹杂、熔渣夹杂）、收缩裂纹、热裂纹、冷隔、疏松等这些缺陷的形态、大小和分布规律与铸造工艺密切相关不同缺陷的超声特征有所不同气孔通常产生离散的点状回波；缩孔产生较大范围的散射回波；裂纹产生较强的镜面反射回波；冷隔产生带状回波通过分析回波特征，可初步判断缺陷类型铸件探伤面临的主要挑战是材料衰减大、组织不均匀、表面粗糙，以及形状复杂导致的探测死角等为克服这些困难，需要选择合适的探头频率和类型，使用特殊的耦合装置，以及采用多角度、多位置的扫查策略管道检测横向缺陷检测纵向缺陷检测1使用轴向超声波检测环向缺陷使用周向超声波检测轴向缺陷焊缝检测壁厚减薄检测使用斜探头检测焊缝区域缺陷使用直探头测量腐蚀减薄区域管道是工业设施中的关键组成部分，其完整性直接关系到安全生产超声波探伤是管道检测的重要手段，既可用于制造阶段的质量控制，也可用于在役阶段的定期检验管道超声波检测主要包括两大类一是管体和焊缝的缺陷检测，二是壁厚测量评估腐蚀状况对于大型固定管道，通常采用手动扫查或半自动扫查装置进行检测；对于长距离管道，则可使用管内检测器（PIG）进行自动化在线检测管内检测器装配有多个超声探头，可全方位检测管壁缺陷和测量壁厚，数据通过内置存储系统记录，检测后进行分析评估管道常见缺陷包括制造缺陷（如焊缝未熔合、未焊透、夹渣等）和服役缺陷（如应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹、腐蚀减薄等）对这些缺陷的及时发现和评估，对预防管道事故至关重要复合材料检测适用范围超声波探伤适用于各种纤维增强复合材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料等检测方法主要采用脉冲反射法、透射法，以及特殊的水浸法、局部水柱法等，常用C扫描成像直观显示缺陷常见缺陷类型主要检测层间剥离、分层、脱粘、孔隙、夹杂、层内裂纹、纤维断裂等缺陷复合材料因其高强度、轻质量、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、风力发电、汽车等领域但复合材料结构的多层异质特性，使其探伤面临特殊挑战一是材料各向异性，声速在不同方向上不同；二是层间界面多，产生多重反射；三是衰减大，尤其是多孔材料；四是表面可能粗糙或有涂层针对这些挑战，复合材料超声探伤通常采用高频（5-15MHz）探头以提高分辨率，使用水浸或局部水柱技术改善耦合条件，采用相控阵技术实现灵活的声束控制，并广泛应用C扫描技术进行平面成像在航空航天领域，还发展了特殊的扫描系统，如机器人自动扫查系统，以提高大面积复合材料构件的检测效率和准确性第七章超声波探伤标准和规范国际标准ISO、ASTM等国际组织制定的通用标准国家标准各国制定的国家级标准，如中国的GB/T系列行业标准特定行业制定的专业标准，如石油、电力等企业标准企业内部制定的更严格或特殊要求的标准本章将介绍超声波探伤领域的各类标准和规范，包括国际标准、国家标准、行业标准和企业标准这些标准和规范是开展规范化探伤工作的基础，也是判定工件质量是否合格的依据标准和规范涵盖了探伤设备的性能要求、校准方法、探伤工艺参数、缺陷评定标准、人员资质要求等各个方面了解和掌握这些标准和规范，对于确保探伤工作的质量和可靠性至关重要同时，不同行业和应用场景可能采用不同的标准，探伤人员需要熟悉相关领域的特定要求国际标准ISO标准ASTM标准国际标准化组织（）制定的超声波探伤相关标准主要包括美国材料与试验协会（）制定的超声波探伤相关标准主要ISO ISO ASTM《无损检测超声检测灵敏度和范围设置》、包括《钢材焊缝超声波接触法检测标准实践》、16811--ISO16823ASTM E164《无损检测超声检测透射技术》、《无损检测超声《金属棒材超声波检测标准实践》、--ISO16826-ASTM E213ASTM E587检测-缺陷检测与尺寸测定》等《超声波角度射束检测用仪器和系统表征标准实践》等标准具有广泛的国际认可度，为各国标准提供了基础框架其标准体系完善，涵盖了各种材料和构件的检测方法，在北ISOASTM中《无损检测人员资格鉴定与认证》规定了人员美地区应用广泛，也被许多其他国家采纳特别是ISO9712-NDT ASTME1316的培训、考核和认证要求，是国际通用的人员资质标准《无损检测术语标准》为行业提供了统一的专业术语参考此外，还有一些重要的国际组织发布的相关标准，如欧洲标准化委员会（）的系列标准、国际电工委员会（）关于超声检测设CEN ENIEC备的标准等这些国际标准共同构成了超声波探伤技术的全球性规范体系国际标准的主要优势在于促进了全球贸易和技术交流，减少了技术壁垒对于出口产品和国际合作项目，通常需要遵循相关国际标准进行检测然而，不同国际标准之间可能存在一些差异，实际应用中需要根据具体要求选择合适的标准国家标准GB/T标准GB标准JB/T标准中国国家推荐性标准，如GB/T11345《钢质压中国国家强制性标准，如GB9445《特种设备中国机械行业标准，如JB/T4730《超声波探伤力容器无损检测》、GB/T12604《超声探伤仪无损检测人员资格鉴定规则》等强制性标准必方法焊缝探伤》、JB/T10061《超声波测厚仪》通用技术条件》、GB/T3559《钢锭、锻件超须严格执行，尤其是涉及安全、健康和环境保护等这些标准针对机械制造行业的特定需求，对声检测方法》等这些标准规定了各类材料和构的领域在特种设备检验、重要工程检测等领域，通用国家标准进行了细化和补充，为机械行业的件的超声波检测方法、设备要求和检测评定标准，必须遵循相关强制性标准的要求超声波检测提供了更具体的指导是中国工业领域超声波探伤的基本依据中国的超声波探伤标准体系不断完善，既吸收了国际先进标准的经验，也结合了中国工业实际情况随着科技发展和工业升级，标准也在不断更新，近年来新修订的标准更加注重与国际标准的接轨，同时提高了检测精度和可靠性要求在实际应用中，通常需要参考多个相关标准，如设备标准、检测方法标准、评定标准等，共同构成完整的检测规范体系探伤人员应当熟悉最新的标准要求，并根据具体检测对象和要求，正确选择和应用相关标准行业标准石油化工行业标准如SY/T4065《承压设备无损检测》、SH/T3548《石油化工设备焊缝超声波探伤及质量分级法》等这些标准针对油气管道、压力容器、储罐等石油化工设备的特殊要求，规定了更为具体的检测方法和评定标准航空航天行业标准如HB5226《航空锻件超声波检测方法》、HB5789《航空发动机叶片超声波检测》等航空航天领域对材料和零部件的质量要求极高，相关标准通常规定了更严格的检测参数和更低的缺陷允许门限电力行业标准如DL/T820《火电厂焊接质量检验及验收规程》、DL/T674《水轮机关键部件无损检测技术规程》等电力设备的特殊工作条件和长期可靠性要求，决定了其检测标准的特殊性此外，还有铁路行业（TB）、船舶行业（CB）、核工业（HAF、EJ）等各行业的专业标准这些行业标准通常基于国家标准，但根据行业特点进行了调整和细化，更具针对性和实用性在特定行业的检测工作中，行业标准往往是首选的技术依据不同行业标准对同类缺陷的评定标准可能不同，这反映了不同工况条件下对产品质量的差异化要求例如，核电设备由于其特殊的安全要求，检测标准通常比常规工业设备更为严格；而航空航天领域则更注重疲劳性能，对特定类型缺陷的容许程度可能更低探伤人员需要熟悉特定行业的标准要求，以确保检测结果的准确性和适用性企业标准制定原则标准内容企业标准是企业根据自身产品特点和质量管理需求，在国家标准和行业企业超声波探伤标准通常包括以下内容标准基础上制定的更具针对性的内部技术规范企业标准的制定应遵循•适用范围明确规定标准适用的产品类型、材料和检测阶段科学性、实用性和可操作性原则，既不能低于国家和行业强制性标准的•设备要求规定探伤仪、探头和辅助设备的技术参数要求，又要结合企业实际情况，制定合理的技术参数和评定标准•校准方法详细说明灵敏度调节和系统校准的程序•探伤工艺规定扫查方法、覆盖率、扫查速度等参数优秀的企业标准通常体现了企业的技术实力和质量追求，是企业技术竞争力的重要组成部分许多高端制造企业的内部标准往往高于通用标准，•评定标准制定缺陷评定的具体标准和允收准则以确保产品质量的一致性和可靠性•记录和报告规定检测记录和报告的格式和内容要求企业标准的优势在于其高度的针对性和实用性通过系统分析产品失效模式、生产工艺特点和服役条件，企业可以制定出最适合自身产品的检测标准，既确保产品质量，又避免过度检测造成的资源浪费例如，对于关键受力部位，可采用更严格的检测标准；对于非关键部位，则可适当放宽要求随着质量管理体系的完善，企业标准正成为企业质量控制的重要工具许多企业不仅制定了检测标准，还建立了完整的无损检测体系，包括人员培训、设备管理、检测过程控制和结果评价等环节，形成闭环管理，持续提升检测能力和产品质量第八章超声波探伤结果分析与评定信号采集与识别获取超声波信号并识别有效回波缺陷特征分析分析回波特征确定缺陷类型和形态缺陷定量评估测量缺陷位置、尺寸和分布质量等级评定根据评定标准判定缺陷允收性报告编制记录探伤结果并编写规范报告本章将深入探讨超声波探伤结果的分析与评定方法，包括缺陷类型识别、尺寸测量、定性分析、定量分析以及探伤报告编写等内容结果分析与评定是超声波探伤过程的最后也是最关键的环节，直接关系到对工件质量的最终判断准确的缺陷分析要求探伤人员不仅掌握超声波理论和检测技术，还需要了解材料科学、制造工艺和失效机理等相关知识，综合分析缺陷的类型、位置、尺寸和分布，评估其对工件性能的影响通过系统学习本章内容，将提高探伤结果分析的准确性和可靠性缺陷类型识别气孔夹渣裂纹气孔是材料中的球形或近球形空洞，主要由铸造或焊接夹渣是材料中的非金属杂质，主要由焊接过程中熔渣未裂纹是材料中的线性分离，可能由热应力、冷却不均、过程中气体未能及时逸出形成超声波特征产生离散及时清除或金属提炼过程中杂质未完全去除形成超声过载或疲劳等原因引起超声波特征产生强烈的镜面的点状回波，幅度较小，多呈群体分布回波宽度窄，波特征产生较强的孤立回波或连续成串回波，回波宽反射回波，回波幅度对方向极为敏感，需要多角度扫查振幅随气孔直径的三次方变化气孔通常不是严重缺陷，度中等，形态不规则夹渣回波振幅较稳定，扫查时回才能完全检出回波形状尖锐，扫查时回波振幅变化迅除非密集成群波变化缓慢大型夹渣可能导致应力集中和疲劳破坏速裂纹是最危险的缺陷类型，即使很小也可能导致灾难性失效除上述常见缺陷外，还有未熔合（界面间结合不良，产生平直的线性回波）、未焊透（焊根未完全熔化，位置固定在焊缝根部）、分层（材料内部平行于表面的层状分离，产生与底面回波相似的稳定回波）等多种缺陷类型缺陷类型识别通常需要综合考虑多种因素，包括回波特征（振幅、宽度、形态）、位置特征（深度、分布）、方向敏感性（不同角度扫查的回波变化）以及材料和工艺背景知识准确的缺陷类型识别是评估缺陷危害程度和制定处理方案的基础缺陷尺寸测量6dB法20dB法也称为半波高法，是测量缺陷长度的常用方法也称为十分之一波高法，测量原理与6dB法类操作时，将探头置于缺陷回波最高点，然后移似，但移动探头直到回波高度降至最大值的十动探头直到回波高度降至最大值的一半（即下分之一（下降20dB）20dB法测得的尺寸降6dB），记录此点位置；向另一方向移动探比6dB法大，通常用于小缺陷或需要更高测量头至回波高度再次降至一半处，记录此点位置灵敏度的场合20dB法测量结果需要乘以特两点间距离即为缺陷的表观长度6dB法适用定修正系数才能得到实际尺寸于大于波长的缺陷，小缺陷会测量偏大DGS法基于距离-增益-尺寸关系的定量评估方法，通过比较缺陷回波与标准反射体回波的关系，确定缺陷的当量尺寸DGS法具有理论基础坚实、评估客观的优点，但需要特殊的校准和专用图表，操作相对复杂DGS法主要用于评估类球形缺陷，对不规则形状缺陷评估精度有限除了以上方法外，还有临界衍射法、波前衍射法（TOFD）等专门用于测量裂纹高度的技术，以及基于相控阵成像的尺寸测量方法缺陷尺寸测量的准确性受多种因素影响，包括超声波波长、声束宽度、缺陷形状、取向以及材料特性等在实际应用中，常需要结合多种测量方法，从不同角度对同一缺陷进行测量，以获得更全面准确的尺寸信息对于复杂形状的缺陷，可能需要将其分解为多个简单几何形状，分别测量后综合评估高精度的缺陷尺寸测量对于后续的工程力学评估和剩余寿命预测至关重要缺陷定性分析回波特征分析包括回波振幅、宽度、形态和相位特征分析，不同类型缺陷产生的回波特征差异明显缺陷形态推断2根据多角度扫查回波变化和位置信息，推断缺陷的形状、尺寸和空间取向位置分布分析分析缺陷的深度位置和分布规律，结合材料和制造工艺知识判断缺陷产生原因4危害程度评估综合缺陷类型、位置、尺寸和工况条件，评估缺陷对构件性能的影响缺陷定性分析是超声波探伤结果评价的重要环节，旨在确定缺陷的类型、性质和危害程度准确的定性分析需要探伤人员具备丰富的理论知识和实践经验，能够从复杂的声学信号中提取关键特征，并结合材料科学和制造工艺知识进行综合判断在定性分析过程中，通常需要考虑多种因素的综合影响，例如回波的方向敏感性可能指示缺陷的平面特性；回波的连续性可能反映缺陷的延展程度；回波的相位特征可能揭示缺陷的声阻抗性质此外，缺陷的位置和分布往往与特定的制造工艺有关，例如焊缝热影响区的裂纹可能是热裂纹或氢致裂纹，锻件中心区域的疏松可能是由于冶金过程控制不当缺陷定量分析±

0.5mm±20%尺寸测量精度面积估算误差理想条件下的长度测量精度常规方法的缺陷面积估算误差±30%体积估算误差三维缺陷体积估算的典型误差范围缺陷定量分析是对缺陷进行量化描述的过程，主要包括等效缺陷尺寸确定、缺陷面积估算和缺陷体积估算等方面等效缺陷尺寸是指将实际缺陷等效为标准反射体（如平底孔、侧平底孔等）的直径或尺寸，通常通过比较缺陷回波与标准反射体回波的关系确定常用的等效方法包括当量直径法、等效反射面积法等缺陷面积估算通常基于扫查范围和回波特性，可采用网格法（将检测区域划分为网格，统计缺陷占据的网格数）、轮廓法（描绘缺陷边界，计算包络面积）等方法对于三维缺陷，体积估算则更为复杂，可能需要结合多角度、多方位的扫查数据，或使用专门的三维成像技术定量分析的准确性受多种因素影响，包括探头参数、材料特性、缺陷形态和探伤工艺等在工程应用中，通常需要结合断口分析、金相检验等其他方法进行验证和校正，以提高评估的可靠性近年来，随着计算机断层成像、相控阵聚焦技术等先进方法的应用，缺陷定量分析的精度和可靠性有了显著提高探伤报告编写报告内容格式要求完整的超声波探伤报告应包含以下主要内容检测对探伤报告的格式应符合相关标准规定和单位要求，通象信息（名称、规格、材质、图号等）；检测依据常采用表格形式，清晰列出各项内容报告应使用规（参照标准、规范）；检测设备（仪器型号、探头参范的专业术语，数据记录准确完整，单位一致缺陷数、耦合剂）；检测参数（频率、增益、扫描范围描述应客观详细，避免模糊表述对于多个缺陷，应等）；检测结果（缺陷位置、尺寸、类型、分布）；按一定顺序编号并分别描述评定结论（合格与否、缺陷级别）以及检测人员信息现代探伤报告越来越多地采用数字化格式，包含波形和日期等图片、扫描图像、三维模型等多媒体信息，便于存档对于重要工件，报告中还应包括缺陷分布图、典型缺和分析部分先进设备支持自动生成报告，但仍需专陷的A扫描波形、参考试块的校准记录等附加信息，业人员审核和解释以便后续分析和追溯注意事项编写探伤报告时应注意客观描述事实，不添加主观判断；严格按照评定标准给出结论，不擅自放宽或加严；对可疑结果应记录原始数据，必要时采用其他方法复检确认；重要零部件的探伤结果应有第二人复核；报告应及时完成并妥善保存，作为质量记录的重要组成部分探伤报告具有法律效力，可能作为事故分析、质量争议的证据，因此必须真实、准确、完整，任何伪造或篡改都可能导致严重后果优质的探伤报告不仅是检测工作的总结，也是工件质量的重要凭证，对于生产、验收、使用和维修等环节都有重要参考价值随着质量管理体系的完善，探伤报告的规范化和标准化程度不断提高，许多企业建立了专门的报告管理系统，实现报告的电子化存储、检索和分析第九章超声波探伤新技术发展本章将介绍超声波探伤领域的最新技术发展，包括相控阵超声技术、导波技术、非线性超声技术、激光超声技术以及超声成像技术等这些新兴技术不断拓展超声波探伤的应用边界，提高检测精度和效率，解决传统方法难以应对的检测挑战随着材料科学、电子技术、计算机技术和信号处理技术的快速发展，超声波探伤正经历深刻变革，朝着数字化、智能化、可视化和便携化方向发展了解这些新技术的原理、特点和应用前景，对于把握行业发展趋势、提升技术能力具有重要意义相控阵超声技术原理优势与应用相控阵超声技术利用由多个独立控制的压电元件组成的探头阵列，通过相控阵技术相比传统超声探伤具有多项显著优势能够在不移动探头的控制各元件的激发时序（相位和幅度），实现超声波束的电子扫描、偏情况下进行多角度检测，提高缺陷检出率；可实现声束聚焦和动态深度转和聚焦其基本原理是波的相干叠加和干涉，通过精确控制每个元件聚焦，提高分辨率和信噪比；支持多种先进成像方式，如扇形扫描（S发射超声波的时间延迟，使波前在特定方向上加强，在其他方向上减弱扫描）、线性扫描（L扫描）、断层成像等，使缺陷显示更加直观；数字化程度高，支持数据存储、后处理和远程分析相控阵技术可实现三种基本扫描模式线性扫描（移动声束不改变角相控阵技术广泛应用于多个领域焊缝检测（特别是异形焊缝、厚壁焊度）、扇形扫描（固定位置改变角度）和组合扫描（同时改变位置和角缝）；复杂形状部件检测（如涡轮叶片、铸锻件）；特殊材料检测（如度）此外，还可通过调整相位实现动态聚焦，提高特定深度的分辨率粗晶材料、复合材料）；在役设备检测（如管道、压力容器）等随着技术成熟和成本降低，相控阵设备正逐步替代传统超声设备，成为高端无损检测的主流方向目前，相控阵技术仍在快速发展，主要趋势包括探头小型化和多元化（、甚至更多通道）；全矩阵捕获技术（）和全聚焦方法（）64128FMC TFM的应用，进一步提高成像质量；与机器学习和人工智能的结合，实现自动缺陷识别和分类；与其他无损检测方法（如射线、涡流等）的融合，实现多模态检测导波技术导波原理长距离检测1利用边界引导的特殊超声波模式进行长距离传播单点激发可检测数十米甚至上百米范围2模式选择全截面覆盖通过频率和激发方式控制导波模式提高检测灵敏度3能够检测管道或板材的整个截面包括隐蔽区域导波技术是利用在有边界介质中传播的特殊超声波模式进行检测的方法与常规体波不同，导波在材料边界的约束下传播，能量衰减小，可实现长距离传播导波主要包括兰姆波（Lamb波，在板材中传播）、横向波（Shear Horizontal波，在板材中传播）和管导波（在管道中传播）等类型每种导波又有多种模式，如对称模式、反对称模式等，不同模式对不同类型缺陷的敏感度不同导波技术的最大优势是效率高，一次检测可覆盖大范围，特别适合管道、板材等大型结构的快速筛查它能检测绝热层、混凝土穿越段等传统方法难以接触的区域，对腐蚀、裂纹等常见缺陷具有良好检出能力主要应用领域包括长距离管道检测（石油、天然气、水等管道）；绝热管道和埋地管道检测；大型储罐底板检测；大型金属结构如桥梁、建筑结构的健康监测等导波技术也面临一些挑战，如信号解释复杂、对微小缺陷检出能力有限、复杂结构中传播行为难以预测等针对这些问题，研究人员正在开发更先进的导波激发方法、接收技术和信号处理算法，以提高检测灵敏度和准确性非线性超声技术原理利用材料微结构变化引起的声学非线性效应检测早期损伤，能发现常规线性超声无法检测的微观损伤优势对微裂纹、疲劳损伤和微观结构变化极为敏感，可在宏观缺陷形成前发现早期损伤征兆应用领域主要用于高端装备早期损伤检测、疲劳寿命评估和材料退化监测等关键领域非线性超声技术是基于材料声学非线性响应的先进检测方法当超声波在材料中传播时，如果材料存在微观损伤（如疲劳微裂纹、塑性变形区域、晶界弱化等），会产生非线性声学效应，如谐波生成、次谐波生成、混频现象等通过检测和分析这些非线性现象，可以评估材料的微观损伤状态，实现早期损伤检测常用的非线性超声技术包括谐波测量法（测量二次谐波与基频信号的比值）；次谐波法（分析低于激励频率的分量）；共振频移法（分析振幅变化引起的共振频率偏移）；混频法（使用两种频率超声波产生和分析混频成分）等与传统线性超声相比，非线性超声对材料早期损伤极为敏感，可以检测出累积疲劳损伤、辐照损伤、热老化等传统方法难以发现的问题非线性超声技术已在航空航天、核工业、电力等高端装备领域得到应用，用于关键构件的疲劳寿命评估、材料退化监测和剩余寿命预测随着设备精度提高和理论研究深入，这一技术有望在更广泛的工业领域发挥作用，为设备健康监测和预防性维护提供重要技术支持激光超声技术原理优势与应用激光超声技术是一种非接触式超声检测方法，利用脉冲激光产生超声波，激光超声技术具有多项独特优势完全非接触，无需耦合剂，可检测高并用激光干涉技术接收超声信号其工作原理包括两个过程一是超声温、粗糙、复杂形状、运动或难以接近的物体；宽频带特性，可获取更波的产生，通过高能激光瞬间照射被检材料表面，引起局部热膨胀或烧丰富的频谱信息；易于实现自动化和高速扫描，检测效率高；适用范围蚀效应，产生超声波；二是超声波的接收，通过探测激光和干涉仪测量广，几乎可检测所有固体材料，包括金属、陶瓷、复合材料等材料表面微小位移，重建超声信号激光超声可产生多种波型，包括纵波、横波、表面波和导波等，频率范主要应用领域包括航空航天复合材料检测（如碳纤维复合材料、蜂窝围宽（从KHz到GHz），能满足不同检测需求接收系统灵敏度高，可结构）；高温部件在线检测（如钢轧制过程中的实时检测）；薄膜和涂检测纳米级表面位移，精度远超传统压电传感器层厚度测量；微电子器件和精密零部件检测；高精度材料表征等随着激光和光电技术的发展，激光超声设备正逐步小型化和实用化，应用范围不断扩大激光超声技术虽有诸多优势，但也面临一些挑战，如设备成本高、对表面反射率敏感、信噪比受限等目前研究的重点方向包括开发更高效的超声激发方式，如光栅激发、阵列激发等；改进接收系统，提高信噪比和灵敏度；结合先进信号处理算法，增强缺陷识别能力；开发专门针对特定应用的集成系统，降低成本和复杂度随着技术的成熟和成本的降低，激光超声有望成为未来超声检测的重要发展方向，特别是在高端制造和特殊环境检测领域具有不可替代的优势超声成像技术TOFD技术时间飞行衍射技术（Time ofFlight Diffraction）是一种基于超声波衍射原理的高精度成像方法它利用缺陷尖端产生的衍射波测量缺陷位置和尺寸，克服了传统脉冲反射法对缺陷取向敏感的缺点TOFD系统通常由发射探头和接收探头组成，两探头平行放置，采用纵波在被检材料中传播TOFD成像直观、定量精确，特别适合测量裂纹高度，测量精度可达±

0.2mm目前广泛应用于焊缝检测、压力容器检验等领域，是EN、ASME等国际标准认可的检测方法其局限性在于近表面和远表面盲区，以及对小缺陷和平行于表面缺陷的检出能力有限超声CT技术超声计算机断层成像（Ultrasonic ComputedTomography）是将CT原理应用于超声检测的先进技术它通过多角度采集超声信号，利用重建算法生成被检对象的横截面或三维图像超声CT克服了常规超声的二维显示限制，提供了缺陷的三维分布信息超声CT技术有多种实现方式，包括反射式CT（基于反射信号重建）、透射式CT（基于透射信号重建）和复合式CT（综合利用反射和透射信号）高级系统可实现

0.1mm的空间分辨率，能够清晰显示缺陷的三维形态主要应用于高值零部件无损评价、复杂结构检测和医学诊断等领域除TOFD和超声CT外，超声成像技术还包括相控阵扇形扫描成像（S-scan）、全聚焦方法（Total FocusingMethod,TFM）、合成孔径聚焦技术（SAFT）等这些技术各有特点，适用于不同的检测场景，共同构成了现代超声成像的技术谱系超声成像技术的发展趋势包括提高图像分辨率和信噪比；缩短数据采集和处理时间，实现实时成像；开发针对特定材料和缺陷类型的优化成像算法；与人工智能技术结合，实现自动缺陷识别和分类；多模态融合成像，综合利用不同物理机制的检测信息随着计算能力的提升和算法的进步，超声成像技术将实现更高的精度和效率，为材料和结构的无损评价提供更可靠的工具第十章超声波探伤安全与注意事项人身安全操作者个人防护与健康保障设备安全仪器设备的安全使用与维护环境安全3工作环境风险防控与管理本章将重点讨论超声波探伤过程中的安全问题和注意事项，包括电气安全、辐射安全、环境安全以及探伤过程中的操作规范虽然超声波探伤相比其他无损检测方法（如射线）危险性较低，但仍存在一定的安全隐患，必须引起足够重视安全是一切工作的前提，良好的安全意识和规范的操作习惯不仅能保障人身安全，还能延长设备寿命，提高工作效率和质量本章内容将帮助学习者树立正确的安全理念，掌握必要的安全知识和技能，为开展超声波探伤工作提供安全保障操作安全电气安全超声波探伤设备通常需要接入电源，存在一定电气安全风险应确保设备良好接地，定期检查电源线和插头是否破损；在潮湿环境中操作时，应使用防水电源和漏电保护装置；更换探头或连接附件前应关闭电源；严禁私自拆卸设备进行维修操作者应接受基本电气安全培训，了解触电急救措施辐射安全虽然超声波不是电离辐射，危害性远低于射线，但高强度超声波仍可能对人体造成影响长期直接接触高能量超声探头可能导致局部组织发热或微泡效应操作时应避免长时间直接接触工作状态的探头；不得将探头直接对准人体进行实验；使用高功率超声设备时，注意控制暴露时间，必要时采取隔音防护措施环境安全探伤环境的安全至关重要高处作业需佩戴安全带并确保脚手架稳固；狭窄空间探伤应保持良好通风，必要时监测氧气浓度；在危险环境（如易燃易爆区域）工作时，应使用防爆型设备并遵循特殊操作规程；现场临时用电应符合安全标准；冬季野外探伤注意防寒保暖，夏季高温环境注意防暑降温除上述安全事项外，还应注意耦合剂使用安全某些耦合剂可能含有刺激性或有害成分，应避免长时间皮肤接触；使用挥发性耦合剂时确保通风良好；对于特殊材料检测，应选择不会腐蚀或污染被检材料的耦合剂；使用后及时清洗双手，避免交叉污染良好的工作习惯是安全的基础操作前应检查工作环境和设备状态；严格按照操作规程进行操作，不得随意简化流程；保持工作场所整洁有序，防止绊倒或划伤；设备不用时应妥善放置并断开电源；定期进行设备维护和安全检查；发现安全隐患应立即报告并采取措施培养安全意识，遵守安全规范，是每位探伤人员的基本职责总结与展望课程回顾系统学习了超声波基础、探伤原理、设备使用、技术应用和结果分析等内容技术发展趋势相控阵、导波、非线性超声等先进技术将引领行业发展方向学习建议理论与实践相结合，持续学习新知识和技能，提升专业素养通过本课程的学习，我们系统掌握了超声波探伤的基本原理、方法和技术，建立了从理论到实践的完整知识体系超声波探伤作为无损检测的重要方法，在确保工业安全、提高产品质量方面发挥着不可替代的作用随着科技的发展和应用需求的提升，超声波探伤技术正朝着更加精确、高效、智能的方向不断发展未来，数字化和智能化将成为超声波探伤的主要发展趋势人工智能和大数据技术的应用将大幅提高缺陷识别的准确性和效率；便携式和远程操作设备将拓展超声波探伤的应用场景；多种无损检测方法的融合将提供更全面的检测结果作为超声波探伤领域的从业者或学习者，应当保持开放的学习态度，不断更新知识结构，掌握新技术、新方法，才能在未来的职业发展中保持竞争力希望本课程为您的专业成长奠定坚实基础，祝愿大家在超声波探伤领域取得优异成绩！。