超声波检测技术在缺陷定位、定性和定量方面的应用

超声波检测中缺欠的定位、判断缺欠的性质（定性）和判断缺欠的大小（定量），称为缺欠的“三定”。

1.缺欠定位

（1）纵波计算法 纵波检测一般采用直探头，探头发射的超声脉冲垂直于工件，透过界面在底部或缺欠处反射仍然被探头接收而放大显示。探头压电晶片表面平行于工件表面，如图7-65所示。T₀、T可以从荧光屏上测出，则缺欠的深度l可以通过计算得出。

图7-65 纵波检测缺欠定位示意图

（2）横波三角块比较法 超声横波是由倾斜入射的超声纵波经界面时发生波形转换产生的。当入射角等于或大于第一临界角时，将产生纯横波。选择一相应的直角三角试块，其材料与被检测工件相同。如果采用入射角为50°斜探头时，则三角试块的两锐角分别为69°和21°，使用时根据声程大小（超声波传播距离）来确定缺欠位置。

检测时，将荧光屏上发现的缺欠位置标好，然后将探头置于三角试块斜边并逐步移动，如图7-66所示。由于三角试块一锐角（69°）恰好等于声波折射角，故声束将平行底边而垂直对边。从垂直于声束的对边上将反射一脉冲，并在荧光屏上与探头做相应的移动。当反射脉冲与缺欠脉冲位置重合时，记下探头中心位置，并量出图示的h和l值，就可以算出缺欠的实际位置。

图7-66 横波检测缺欠定位示意图

（3）表面波的检测定位 表面波探测工件表面缺欠时，其缺欠定位方法比纵波检测定位更为简单直观。由于表面波的波动是在工件表面或近表面传播的，所以移动探头观察脉冲在扫描线上的游离位置，就可以知道有无缺欠及缺欠的位置。探头接近缺欠时，缺欠脉冲与始脉冲距离减小。

2.缺欠定性

各种缺欠的反射波形有所不同，可以从波形上大致判断缺欠的性质。

（1）气孔 气孔一般是球形，反射面较小，对超声波反射不大。因此，在荧光屏上单独出现一个尖波，波形也比较单纯。当探头绕缺欠转动时，缺欠波高度不变，但探头原地转动时，单个气孔的反射波迅速消失；而链状气孔则不断出现缺欠波，密集气孔则出现数个此起彼伏的缺欠波。单个气孔的波形如图7-67所示。

（2）裂纹 裂纹的反射面积和平面度大，用斜探头检测时荧光屏上往往出现锯齿较多的波，如图7-68所示。若探头沿缺欠长度平行移动时，波形中锯齿变化很大，波高也发生变化。探头平移一段距离后，波高才逐渐减低直至消失；但当探头绕缺欠转动时，缺欠波迅速消失。

图7-67 气孔波形

图7-68 裂纹波形(www.xing528.com)

（3）夹渣 夹渣本身形状不规则，表面粗糙，其波形是由一串高低不同的小波合并而成的，波根部较宽，如图7-69所示。当探头沿缺欠平行移动时，条状夹渣的波形会连续出现，转动探头时，波形迅速降低；而块状夹渣在较大的范围内都有缺欠波，且在不同方向探测时，能获得不同形状的缺欠波。

图7-69 夹渣波形

（4）未焊透 未焊透的波形基本上和裂纹波形相似，当未焊透伴随夹渣时，与裂纹区别才比较显著，因为这时兼有夹渣的波形。当斜探头沿缺欠平移时，在较大的范围内存在缺欠波。当探头垂直焊缝移动时，缺欠波消失的快慢取决于未焊透的深度。

（5）未熔合 未熔合多出现在母材与焊缝的交界处，其波形基本上与未焊透相似，但缺欠范围没有未焊透大。

3.缺欠定量

缺欠的大小是指缺欠对声束反射的面积，根据缺欠大小与缺欠在同深度下声束截面的不同，可以确定缺欠的大小。当量高度法适用于缺欠反射面小于声束截面的情况，脉冲半高度法适用于缺欠反射面大于声束截面的情况。

（1）当量高度法 测定缺欠之前，先做一批试块，在试块内做不同大小和深度的人为缺欠（平底孔），然后测出同一深度下不同大小的人为缺欠的反射波高，以及同样缺欠大小而深度不同的反射波高；再制作出人为缺欠直径-缺欠波高度曲线以及埋藏深度-缺欠波高度曲线，如图7-70所示。检测时，发现工件有缺欠，应立即调整检测条件与所作曲线时的条件相同，然后根据荧光屏上的缺欠波高度及其与始波的距离，即可由图7-70中的曲线查出相应的缺欠面积和缺欠埋藏深度。

图7-70 缺欠当量曲线

a）人为缺欠面积-缺欠波高度曲线 b）埋藏深度-缺欠波高度曲线

（2）半波高度法 超声脉冲在缺欠边缘反射时，反射脉冲能量减为原来的1/2。无论是纵波检测还是横波检测，应先找出其最大反射脉冲幅度A，再向四周继续移动探头进行检测，直到声束中心恰到缺欠边缘时，使脉冲幅度降为A/2时，记下探头中心位置。脉冲幅度为A/2的相距最大两点的距离，就是缺欠的实际大小，如图7-71所示。

图7-71 半波高度法示意图

由于缺欠埋藏深度不一，以及探头扩散角等影响，检测值与实际缺欠值有一定误差。因此，这种方法只适合缺欠反射界面较规则、距检测面不太深且缺欠尺寸较大时使用。对于分散性缺欠，很难检测出来。

测量缺欠大小的方法除以上两种方法外，还有脉冲消失法、底波百分比法、声压比法和指定灵敏度法等。