2.5　超声波检测方法

2.5.1　超声波反射法

2.5.1.1　原理

反射法指超声波脉冲在试件内传播的过程中，遇有声阻抗相差较大的两种介质的界面时，发生反射的原理进行检测的方法。采用一个探头兼做发射和接收器件，接收信号在探伤仪的荧光屏上显示，并根据缺陷及底面反射波的有无、大小及其在时基轴上的位置来判断缺陷的有无、大小及其方位。超声波通过工作时，在界面和底部分别形成始波和底波的反射波，由波峰大小看出能量衰减的程度。在遇到缺陷时，由于能量衰减较多，反射波的波峰较低，据此分辨有无缺陷。原理如图2-10所示。

2.5.1.2　优点

① 检测灵敏度高，能发现较小的缺陷；

② 当调整好仪器的垂直线性和水平线性后，可得到较高的检测精度；

③ 适用范围广，可适当改变耦合方式、选择一定的探头以实现预期的探测波型和检测灵敏度，或者说可实现用多种不同的方法对试件进行检测；

④ 操作简单、方便、容易实施。

2.5.1.3　缺点

① 单探头检测往往在试件上留有一定盲区；

② 由于探头的近场效应，故不适用于薄壁试件和近表面缺陷的检测；

③ 缺陷波的大小与被检缺陷的取向关系密切，容易有漏检现象发生；

④ 因声波往返传播，故不适用于衰减太大的材料。

2.5.1.4　脉冲反射法

脉冲反射法已经在工业中广泛使用，分为直接接触法和液浸法，各自又有不同类别，如图2-11所示。

直接接触法：方便灵活、耦合层薄、声能损失小；检测精度易受对探头所施加压力大小、耦合层的厚薄、接触面积大小和对工件表面凹坑的填充程度等影响因素；探头容易磨损，探测速度低。

液浸法：在探头和工件之间设置一层一定厚度的液体传声层，使超声波经过液层后再进入工件的探伤方法。一般用水做耦合剂，通常又称为“水浸法”探伤。

2.5.2　超声波透射法（穿透法）

2.5.2.1　原理

透射法是将发射探头和接收探头分别置于试件的两个相对面上，根据超声波穿透试件后的能量变化情况，来判断试件内部质量的方法。如试件内无缺陷，声波穿透后衰减小，则接收信号较强；如试件内有小缺陷，声波在传播过程中部分被缺陷遮挡，使之在缺陷后形成阴影，接受探头只能收到较弱的信号；若试件中缺陷面积大于声束截面时，全部声束被缺陷遮挡，接收探头则收不到发射信号。原理如图2-12所示。

2.5.2.2　优点

① 透射法简单易懂、便于实施，不需考虑反射脉冲幅度，而且裂纹的遮蔽作用不受缺陷粗糙度或缺陷方位等因素的影响（这通常是造成检测结果变化的主要原因）。

② 在试件中声波只做单向传播，适合检测高衰减的材料。

③ 对发射和接收探头的相对位置要求严格，需专门的探头支架。当选择好耦合剂后，特别适用于单一产品大批量加工制造过程中的机械化自动检测。

④ 在探头与试件相对位置布置得当后，即可进行检测，在试件中几乎不存在盲区。

2.5.2.3　缺点

① 一对探头单收单发的情况下，只能判断缺陷的有无和大小，不能确定缺陷的方位。

② 当缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低。若用探伤仪上透射波高低来评价缺陷的大小，则仅当透射声压变化20%以上时，才能将超声信号的变化进行有效区分。若用数据采集器采集超声波信号，并借助于计算机进行信号处理，则可大大提高探测灵敏度和精度。

③ 往往需要专门的扫查装置。

2.5.3　超声波横波检测法

利用横波进行探伤的方法，称为横波法探伤。目前产生横波的主要方法是，利用透声楔使纵波倾斜入射至界面，在被检材料中产生折射横波。利用这种方法在被检材料中获得单一的横波，就要求纵波的入射角必须在第一临界角与第二临界角之间。如透声楔采用有机玻璃（纵波声速2730m/s），被检材料为钢（纵波5900 m/s，横波3230 m/s），则第一临界角为27°36'，第二临界角为57°48'。实用的折射角范围为38°～80°之间。利用这种方式产生和接收横波的探头就是通常所说的“斜探头”。因此，横波探伤也叫斜角探伤。原理如图2-13所示。