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超声波探伤培训教材

一、引言

（一）超声波探伤的重要性

在工业生产中，材料和工件内部的缺陷可能导致严重的安全事故和经济损失。超声波探伤作为一种高效、准确的无损检测方法，能够在不破坏被检测物体的前提下，发现内部缺陷，为产品质量控制、设备安全运行提供关键保障。尤其在酒厂设备制造、维护中，对金属容器、管道等进行超声波探伤，可及时排查隐患，确保生产安全。

（二）培训目标

使学员全面理解超声波探伤的基本原理，掌握相关物理知识。

熟悉超声波探伤设备、器材的性能、操作及维护方法。

能够依据标准规范，正确执行超声波探伤操作流程，准确判断缺陷。

培养学员分析和解决探伤过程中常见问题的能力，提升实际工作技能。

二、超声波探伤基础

（一）超声波的定义与特性

定义：超声波是频率高于20kHz的机械波，由物体的机械振动产生。在探伤应用中，常用频率范围为0.5-10MHz。

特性：

方向性好：因其频率高、波长短，类似光波能定向发射，便于精准定位缺陷。

能量高：声强与频率平方成正比，能量远超普通声波，可有效穿透材料并检测微小缺陷。

反射、折射和波型转换：遇不同介质界面时，会发生反射、折射，还能产生波型转换，如纵波转换为横波等，为检测复杂结构提供可能。

穿透能力强：在多数介质中传播能量损失小，能穿透较厚材料，如在金属中可穿透数米。

（二）超声波的波型

纵波（L波）：介质质点振动方向与波传播方向相同。传播速度快，易产生和接收，常用于厚度较大、形状简单工件的探伤。

横波（S波）：质点振动方向垂直于波传播方向。传播速度比纵波慢，对缺陷的分辨力较高，适用于检测与探测面成一定角度的缺陷，如焊缝探伤。

表面波（瑞利波，R波）：沿介质表面传播，质点在垂直于表面方向作椭圆运动。只能检测表面或近表面缺陷，对表面状态敏感。

板波（兰姆波）：在薄板状介质中传播，存在多种模式，可检测薄板内部及分层等缺陷。

（三）超声波的传播特性

声速：在不同介质中传播速度不同，与介质的弹性模量、密度等有关。如在钢中纵波声速约为5900m/s，横波约为3200m/s。探伤时需准确测量或知晓声速，以精确计算缺陷位置。

反射与透射：超声波遇介质界面时，部分能量反射回原介质，部分透射到另一介质。反射和透射能量比例取决于两种介质的声阻抗差异。声阻抗（Z）等于介质密度（ρ）与声速（c）的乘积，即Z=ρc。当两介质声阻抗相差越大，反射越强，透射越弱。

折射：斜入射时，在界面处会发生折射，遵循斯涅尔定律。折射角与入射角、两介质声速有关，利用折射可实现不同波型的转换和特定角度的探伤。

波的衰减：在传播过程中，超声波能量会逐渐减弱，原因包括介质吸收、散射及波束扩散。衰减程度影响探伤灵敏度和可检测深度，需在探伤中考虑并补偿。

三、超声波探伤设备与器材

（一）超声波探伤仪

类型与原理：

A型显示探伤仪：最常用，通过波形显示反射波信息。屏幕横坐标表示声波传播时间（与距离成正比），纵坐标表示反射波幅度。根据反射波位置确定缺陷深度，幅度估算缺陷大小。工作原理是探伤仪产生高频电脉冲激励探头，探头发射超声波进入工件；工件中缺陷和底面反射的超声波被探头接收，转换为电信号经放大等处理后在屏幕显示。

B型显示探伤仪：以图像形式显示工件纵截面信息。横坐标为探头扫查位置，纵坐标为声波传播深度，可直观呈现缺陷分布和深度。

C型显示探伤仪：显示工件内部缺陷平面图像。横坐标和纵坐标均为探头在工件表面位置，接收信号幅度以光点辉度表示，无法显示缺陷深度。

主要性能指标：

水平线性：探伤仪扫描线的水平刻度与反射波传播时间或距离成正比的程度，影响缺陷定位精度。

垂直线性：探伤仪荧光屏上反射波高度与接收信号幅度成正比的程度，关系到缺陷定量准确性。

动态范围：探伤仪荧光屏上能分辨的最大与最小反射波幅度之比，决定仪器对不同大小缺陷的检测能力。

灵敏度余量：仪器在最大增益时，发现规定大小缺陷的能力，反映探伤仪的灵敏程度。

分辨力：探伤仪区分相邻两个缺陷的能力，包括距离分辨力和频率分辨力。

（二）超声波探头

工作原理：基于压电效应，压电晶片在高频电脉冲激励下，产生逆压电效应，将电能转换为声能发射超声波；接收超声波时，发生正压电效应，把声能转换为电能。

类型与应用：

直探头：发射和接收纵波，用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤。

斜探头：通过纵波斜入射产生横波，用于检测与探测面成一定角度的缺陷，如焊缝探伤。根据折射角不同有多种K值探头，K=tanβ（β为折射角）。

表面波探头：专门用于激发和接收表面波，检测表面或近表面缺陷。

双晶探头：由两个晶片组成，一个发射，一个接收，适用于检测近表面缺陷或薄壁工件。

聚焦探头：能使超声波聚焦，提高检测灵敏度和分辨力，常用于检测微小缺陷或特定部位。

探头的选择：根据工件材质、形状、