钢轨探伤1章理论 - 图文(8)

来源：网络收集时间：2026-02-04

导读：二、超声波探伤方法超声波探伤方法可从多个角度来对其进行分类 1．按原理分类共振法、穿透法、脉冲反射法、衍射时差法（TOFD）。 2．按显示方式分类 A型显示和超声成像显示（可细分为B、C、 D、S、P型显示等）。

二、超声波探伤方法

超声波探伤方法可从多个角度来对其进行分类

1．按原理分类共振法、穿透法、脉冲反射法、衍射时差法（TOFD）。 2．按显示方式分类 A型显示和超声成像显示（可细分为B、C、 D、S、P型显示等）。

3．按波型分类纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。 4．按探头数目分类单探头法、双探头法、多探头法。

5．按探头与工件的接触方式分类接触法、液浸法、电磁耦合法。 6．按人工干预的程度分类手工检测、自动检测。

每一个具体的超声检测方法都是上述不同分类方式的一种组合，如最常用的单探头横波脉冲反射接触法（A型显示）。每一种检测方法都有其特点和局限性，针对每个检测对象所采用的不同的检测方法，是根据检测目的及被检工件的形状、尺寸、材质等特征来进行选择的。

以下简述超声波探伤按原理分类情况（一）共振法

若声波（频率可调的连续波）在被检工件内传播，当被检工件的厚度（δ）为声波半波长（λ/2）的整数倍，由于入射波和反射波的相位相同，在试件内可形成驻波，试件产生共振。如图1－24所示。

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图1－24（1T12）共振法测厚示意图

仪器可显示出共振频率，用相邻两个共振频率之差计算出工件厚度，则：

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??C

2(fn?fn?1)式中：δ——试件的厚度；

C——被检试件的声速；ｆｎ——第 n 点的共振频率。

像这种应用共振现象来检验工件的方法称为共振法。共振法所用设备简单，测量精确，常用于壁厚测量。此外，还可用来测量复合材料的胶合质量、板材点焊质量、均匀腐蚀量和板材内部夹层等缺陷。

（二）穿透法

它是最早采用的超声波探伤法，也叫透射法。其基本原理是：先将两个探头分别置于被测工件的两个相对面，一个探头发射超声波，超声波即透射过被测工件而被另一面的探头所接受，若被测件内有缺陷存在，由于缺陷可引起超声波的衰减，因此透射过的超声波的能量减少。根据能量减少的程度可判断缺陷的大小。穿透法分为连续穿透法和脉冲穿透法两种。脉冲穿透法如图1－25所示。其优点是：不存在探测盲区，判定缺陷方法简单，适用于连续的自动化探测较薄的工件。缺点是：探伤灵敏度低，分辨率差，不能确定缺陷的深度位置，一般需要专用的探头夹持装置。

图1－25（1T13图修改）脉冲穿透法

（三）脉冲反射法

超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，当遇到缺陷和底面就会产生反射，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法称为脉冲反射法。它是目前应用最广泛

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的一种超声波探伤法。探伤结果一般用A型显示。脉冲反射法可分为垂直探伤法和斜角探伤法两种。

1．垂直探伤法

垂直探伤时，探头垂直地或以小于第一临界角的入射角度耦合到被测件上，在被测件内部只产生纵波。垂直探伤法在板材、锻件、铸件、复合材料等探伤中广泛应用。它又分一次脉冲反射法和多次脉冲反射法。

（1）一次脉冲反射法。如图1－26所示，当被测件无缺陷时，示波屏上只有始波（T）和底波（B），当被测件中有小缺陷时，示波屏上除始波和底波外，还有缺陷波（F），当被测件中的缺陷大于声束直径时，示波屏幕上只有始波和缺陷波，底波消失。

图1－26（1T14图修改）一次脉冲反射法

（2）多次脉冲反射法。如图1－27所示，该法是以多次底面脉冲反射信号为依据进行探伤的一种方法。探伤时，示波屏上出现波高逐次递减的多次底波。这种探伤方法可用于检测吸收性缺陷（如疏松等）。声波穿过这些缺陷不引起反射，但声波衰减很大，声波经几次底面反射并多次穿过缺陷，使声能逐渐耗尽，因而底波逐渐消失。

图1－27（1T15图修改）多次脉冲反射法

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2．斜角探伤法

在脉冲反射探伤法中，用不同角度的斜探头在被测件中可产生横波、表面波和兰姆波的探伤法称为斜角探伤法。该方法的突出优点是可对直探头探测不到的缺陷进行探伤；可用改变入射角的方法发现不同方位的缺陷；用表面波可测得形状复杂的缺陷；兰姆波可对薄板进行探伤等。如图1－28 所示为横波探伤法，前述已提及，探头晶片入射时，若入射角大于第一临界角而小于第二临界角，则被测件中只有折射横波传播。横波斜角探伤法特别适合对焊缝中缺陷的探伤。

图1－28（1T16图修改）横波斜角探伤法

（四）衍射时差法

衍射时差法（Time Of Flight Diffraction，简称TOFD），是利用缺陷部位的衍射波信号来检测和测定缺陷尺寸的一种超声检测方法，通常使用纵波斜探头，采用一发一收模式。该方法最早于20世纪70年代由英国原子能管理局国家无损检测研究中心的哈威尔实验的M·G·Silk根据超声波衍射现象首先提出来的。缺陷处的衍射现象如图1－29所示。

图1－29 衍射现象

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TOFD方法一般将探头对称分布于焊缝两侧。在工件无缺陷部位，发射超声脉冲后，首先到达接收探头的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在时，在直通波和底面反射波之间，接收探头还会接收到缺陷处产生的衍射波。除上述波外，还有缺陷部位和底面因波型转换产生的横波，因为声速小于纵波，因而一般会迟于底面反射波到达接收探头。工件中超声波传播路径如图1－30所示，缺陷处A扫描信号如图1－31所示。

TOFD检测显示包括A扫描信号和TOFD图像，其中A扫描信号使用射频波形式。而TOFD图像则是将每个A扫描信号显示成一维图像线条，位置对应声程，以灰度表示信号幅度，将扫查过程中采集到的连续的A扫描信号形成的图像线条沿探头的运动方向拼接成二维视图，一个轴代表探头移动距离，另一个轴代表扫查面至底面的深度，这样就形成TOFD图像。

图1－32所示为含埋藏缺陷的平板对接焊接接头的TOFD检测显示示意图，图中右下方为TOFD图像，右上方为从TOFD图像中缺陷部位提取的一个A扫描信号，其中包括直通波、上端点衍射波、下端点衍射波和底面反射波。

图1－33所示为X形坡口根部连续夹渣的平板对接接头的TOFD检侧显示图像。在平板工件中，为了计算缺陷的深度与高度，可以假定探头中心间距为2S，缺陷深度为d1，缺陷距焊缝中心线的偏移量为x，如图1－34所示。

根据几何关系，有：

M?L?C?T?2to??d12??S?x??21/2??d12??S?x??21/2?

式中 C－声速；

T－超声波传播的总时间；

t0－超声波在探头楔块中传播的时间。

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