1、书书书犐 犆 犛 犑 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准犌 犅犜 代替 无损检测接触式超声斜射检测方法犖 狅 狀 犱 犲 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狏 犲 狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵犘 狉 犪 犮 狋 犻 犮 犲 犳 狅 狉狌 犾 狋 狉 犪 狊 狅 狀 犻 犮犪 狀 犵 犾 犲 犫 犲 犪 犿狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵犫 狔 狋 犺 犲 犮 狅 狀 狋 犪 犮 狋犿 犲 狋 犺 狅 犱 发布 实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发 布书书书前言本标准修改采用 （ ） 接触式超声斜射检测方法 （ 英文版） 。本标准根据 （ ） 重新
2、起草。考虑到我国国情， 在采用 （ ） 时， 本标准做了一些修改。有关技术性差异如下： 删除 标准的 和 ； 将规范性引用文件 改为 ； 将规范性引用文件 改为 ； 将规范性引用文件 改为 ； 将规范性引用文件 改为 和 ； 将规范性引用文件 和 改为 ； 增加规范性引用文件 ； 删除规范性引用文件 和 ； 删除 标准的第 章。为便于使用， 本标准还做了下列编辑性修改： “ 本方法” 一词改为“ 本标准” ； 插入 规定的引导语； 删除英制单位和数据， 仅保留 制单位和数据； 重新编排了部分条号和标题， 以符合 的要求。本标准代替 接触式超声斜射探伤方法 。本标准与 相比主要变化如下： 修改和
3、增加了检测原理和应用举例； 增加了检测项目合同等要求。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国无损检测标准化技术委员会（ ） 归口。本标准起草单位： 上海宝钢工业检测公司、 上海材料研究所、 常州超声电子有限公司。本标准主要起草人： 宁锴、 罗云东、 于宝虹、 潘振新。本标准所代替标准的历次版本发布情况为： 。犌 犅犜 无损检测接触式超声斜射检测方法范围本标准规定了采用接触式超声斜射脉冲回波技术（ 包括超声斜射纵波、 横波、 瑞利波、 莱姆波） 对材料进行超声检测的方法， 同时对系统设备及校准做了适当的规定。规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用
4、文件， 其随后所有的修改单（ 不包括勘误的内容） 或修订版均不适用于本标准， 然而， 鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件， 其最新版本适用于本标准。 无损检测应用导则 无损检测人员资格鉴定与认证（ ， ： ， ） 无损检测术语超声检测（ ， ： ， ） 无损检测超声检测号校准试块（ ， ： ， ） 无损检测通用术语和定义（ ， ： ， ） 接触式超声纵波直射探伤方法 型脉冲反射式超声波系统工作性能测试方法术语和定义 和 确立的术语和定义适用于本标准。要点和应用 将电脉冲施加在压电换能器上即能将电能转变为机械能。在斜射波探头中， 换能器通常发生厚
5、度变化， 产生压缩与扩张。这种纵波（ 压缩波） 将通过斜楔（ 通常为一种塑料） 。换能器表面与斜楔接触面之间的角度等于被检表面法线与入射波束之间的角度。图表示超声波束的入射角和折射角。图折射 当斜探头的检查面与材料耦合时， 超声波将在材料中传播， 如图所示。超声波在材料中的传播犌 犅犜 角度（ 从被检表面的法线量起） 和振动的模式将根据斜楔角度、 斜楔中的超声声速和被检材料中的超声声速而定。当材料厚度大于几个波长时， 材料中传播的波可以是纵波和横波。单纯的横波、 横波和表面波、 单纯的表面波， 在界面上也可能产生全反射（ 见图） 。在薄的材料中（ 最长为几个波长的厚度） ， 从斜探头中来的波可
6、能以不同模式的板波在材料中传播。图波型振动模式图有机玻璃中探头楔块的角度 （） 所有模式的超声振动都可用做材料的斜射法检测。材料结构和不连续可能存在的位置和取向将决定选择波束的方向和振动的模式。如何使用斜射波和选择适当的波型， 需要有关物体几何形状、 预期不连续的可能存在位置、 大小、 取向和反射率， 以及超声波传播的物理定律等方面的知识。必须知道或测定所使用检验系统的特性和被检材料的超声性能。）斜射纵波如图所示， 斜射纵波的折射角为 （ 此时同时存在的斜射横波很弱， 如图所示） ， 它将可用于轴类工件的端面上利用直接反射或角反射探测疲劳裂纹。如图所示的交叉波束的双换能器型探头产生的斜射纵波可
7、用来测厚或检查平行于检查面的反射体， 如分层等不连续（ 如图所示） 。当反射体的主平面与检查面的夹角不超过 时， 将为垂直于反射体主平面的斜射纵波提供最佳反射条件。 的斜射纵波将随着角度的增加而变弱， 与此同时共存的斜射横波也将随之增强。在材料中斜射纵波的幅度在约为 时与 的斜射横波的幅度相等， 将同时存在于材料中（ 如图所示） 。由于两束波以不同速度和不同方向同时传播将引起混乱， 故很少应用此范围内的斜射波。犌 犅犜 图轴类图厚度图纵向角度图同时发生的波束）斜射切变波（ 横波）在 范围内的斜射切变波是最常用的斜射波。斜射横波在下列情况下能探测到材料中的不连续， 即当反射体的平面与材料表面垂直
8、， 则依靠角反射或再辐射现象（ 如图所示） 。当超声波束与反射体平面相互垂直， 则依靠直接反射（ 如图所示） 。平行于检查面的反射体（ 如图 所示钢板中的分层） 很少能被斜射波探测到， 除非同时有另一反射体， 例如在钢板边缘处的分层（ 如图 所示） ， 由于分层和钢板边缘造成的角反射而能被探测出来。通常分层应用直射波探测和评价。斜射横波应用于焊缝检测时， 利用角反射， 可探出未熔合（ 如图 所示） ， 利用柱面反射或角反射而能使之检测出来（ 如图 所示） 。 的斜射横波经常在材料表面上同时产生表面波， 两束波以稍有不同的角度和不同的速度传播将产生混乱， 故此角度范围内的斜射波应用是受到限制的。
9、犌 犅犜 图角反射图法向平面图 叠层图 边缘分层犌 犅犜 图 未焊透图 未熔合图 夹渣或气孔图 裂纹）在表面传播的瑞利波在表面传播的瑞利波以与检查面法线成 方向在检查面上传播。在厚度大于两个波长的材料中， 瑞利波的能量大约穿透到一个波长的深度。但由于能量以指数式分布， 半数能量集中在离表面波长的深度范围内。长度方向与瑞利波传播方向垂直的裂纹能被检出， 其深度可用改变瑞利波频率的犌 犅犜 方法加以估计， 因为波长改变后透入深度也改变， 波长等于速度除以频率， 表面下不连续如在表面下一个波长范围内， 可被瑞利波发现。狏犳）莱姆波莱姆波传播时检查法线成 ， 并在整个材料中产生椭圆形的质点振动。根据材
10、料厚度与检查用频率， 这些振动存在于不同数量的振动层中， 并以低于瑞利波至接近纵波的速度传播。非对称性莱姆波有奇数个椭圆层振动而对称性莱姆波有偶数个椭圆层振动。资质 为了检测工作有效进行， 下列条款要求供需各方达成一致。）检测人员资格参与检测项目的检测人员应具备由国家认可的专业机构认证的作业资质， 使用国家、 行业、 企业或其他认证部门认证的标准或规范（ 如 ） 。所需人员资质以及适用的标准、 规范需签署合同各方认可。）检测企业资质参与检测项目的检测机构需按 资质认证及评估， 所使用 的版本应在合同当中指明。 微观结构特殊的材料（ 如 中所述） ， 检测方法和过程须由相关各方商定。设备 仪器超
11、声检测仪应能产生、 接收、 放大高频电脉冲， 并将其显示在示波管（ ） 或工作在仪器规定频率下的读出装置上。 探头探头应能按校准工艺的规定， 在探测不连续所需的各种频率和能量水平上向被检验材料发射及接收超声波。探头装有斜楔， 以便在需要的角度和工作模式上向被检物体发射超声波。 耦合剂耦合剂通常是液体或半液体， 需将其加在检查表面和探头工作面之间， 以便超声波能从探头投入被检验材料， 典型的耦合剂包括甘油、 水、 纤维塑胶、 机油、 乳化油和牛油等， 也可添加防锈剂或润湿剂或两者同时应用。选择的耦合剂应对产品或工艺无害。耦合介质选择时应使其黏度适用于被检材料的表面粗糙度。检验粗糙表面时通常需用高
12、黏度的耦合剂。材料的表面温度将改变耦合剂黏度。）在较高温度（ 超过 ） 时， 应采用硅油、 硅脂等耐高温耦合材料。然而为避免温度变化而影响楔块材料的超声波传播性能或换能器特性， 探头表面的间隙接触或探头的辅助冷却是需要的。在更高温度时， 将需要某些无机盐类或热塑性有机材料为主的耦合剂以及不会被高温损坏的楔块材料和换能器。）当在大的面积上需要稳定的耦合状态， 如在自动化检测的场合或发现表面粗糙度有显著变化时， 就需要用能提供更好检测效果的其他耦合方法， 如液体间隙耦合法。在此情况下， 探头表面不与检查面接触， 而用整体导轨或固定装置使两者之间的距离保持约为 。经探头流出的液体将充满此间隙。流动的
13、液体能提供耦合的通道， 如检查面较热时有使探头保持低温状态的额外优点。）直接接触的另一种方法是轮式探头， 探头以需要的角度安装在固定轴上， 并有一柔性的， 充满液体的轮胎能绕此轴旋转， 由于弹性的轮胎材料以滚动接触方式与检查面紧密吻合， 少量耦合剂就能使超声波透入被检表面。犌 犅犜 校准用试块已知尺寸的反射体， 人工反射体或特定探头和材料适用的， 由已知大小反射体形成的距离幅度曲线都能用于校准。人工反射体的形状可以是横孔、 槽口或平底孔。参考用材料与生产用材料应有相似的速度、 衰减、 曲线和表面粗糙度。校准 概述如需要得到定量的资料， 仪器的垂直线性或水平线性或两者都应按 或由检测机构和买方同
14、意的其他方法来校准。适用的线性指标也应由检验机构和买方彼此同意。检测前应按产品规范校准检测系统。 斜射纵波和横波 距离校准如要在生产工件中准确地确定反射体位置， 推荐采用按工件尺寸或声程的距离校准方法。可用 的号校准试块提供的同心圆柱面反射来校准扫描范围和延迟。如工件有适当的几何形状则工件本身能提供更为可靠的校准。当检验区域包括平行表面之间的全部体积， 则当以一个方向检测时， 示波屏上至少要标出一个形声程， 当以两个方向检测时至少要标出半个形声程（ 从表面至表面） 。 幅度校准（ 增益） 通常在一个或多个反射体上进行， 例如与被检件主要表面平行并与声程垂直的横孔。按检测声束角度钻的半径相同的平
15、底孔。在某些情况下表面刻槽也能满足要求。反射体信号能用来校准增益控制， 使之达到能检测最小不连续的水平。为进行定量评价， 对特定探头和材料能用电子学方法或在荧光屏上画出距离幅度曲线（ 曲线） ， 或用图表和曲线表示幅度和距离的关系来完成距离幅度校准。除非另有规定， 增益应调整到使参考反射体的最大信号达到满屏高度的 （ 只要在线性极限内） 。 往往同一参考反射体用来做距离和幅度校准， 对低衰减材料的一个例子是图 所示的犜深度的单个横孔。移动探头使反射体通过形声程的、和处。调整延迟使信号出现在扫描刻度处。调整扫描范围使信号出现在扫描刻度处。由于这些控制器调节时会相互影响， 故应重复调节延迟和扫描范
16、围， 直至信号和定位于刻度和处。调节增益控制， 使、或处信号的一个最高信号为满屏高度的 。在此增益调节下， 在示波屏上标出、处反射体信号的最大峰值， 联接这些点做成 曲线或在能等效显示的情况下以电子学方法加以补偿。由横孔与表面生成的角反射信号可能在扫描线及处出现， 这些信号不能用于 曲线。根据探头前沿（ 或从斜楔侧面上声束中心线位置） 至横孔在表面上的投影位置量出反射体在表面的位置。由于横孔在表面下的深度是已知的， 此种校准可作为估计未知反射体位置、 深度和相对信号幅度的手段。 在表面传播的瑞利波 距离校准， 由于这是一种表面检测方法， 需要用表面几何形状的突然变化（ 即转角处、 方形槽等）作
17、为距离校准的参考。荧光屏上的扫描线应按探头至参考反射体的距离校准。 幅度校准瑞利波的透入深度与频率有关， 订货数据中应说明能作为校准参考反射体用的最大允许不连续深度。检查用频率应大约等于材料中瑞利波速度（犞） 除以倍的校准参考深度（犱） ， 即：犳犞犱注：例： 校准参考深度为 （ ）， 材料的瑞利波速度（犞） 为 。犳 （ ）犳 周或 周此频率下的声束有更大的有效检测深度， 对较大深度的反射体有更高的回波幅度。犌 犅犜 莱姆波（ 可在薄板或管壁中产生） 距离校准如将声束的入射角调节（ 使用可变角接触式探头或水浸检验中改变角度） 到使入射纵波的波前截面速度等于特定类型和模式的莱姆波的相速度。则莱
18、姆波就能在薄板或管壁中产生。各种模式非对称性和对称性莱姆波的相速度取决于超声波的频率和材料的厚度。因此， 校准用参考基准必须与被检工件相似， 需要的参考不连续可以是厚度的差别或是不连续反射体。莱姆波以群速度传播， 每个模式都不同， 也不同于相速度。荧光屏上的扫描线应按探头至参考反射体的距离校准。 幅度校准， 订货数据中应说明能作为参考基准的最大允许不连续。为从参考反射体上得到校准信号， 应选择适用的莱姆波类型和模式。图 校准检测方法 概述斜射波检测通常采用斜射纵波或斜射横波。 斜射纵波当因工件几何形状或不连续取向需要用 声束角度时， 应用斜射纵波。通常不应使用 的犌 犅犜 斜射横波， 因为同时
19、存在的斜射纵波幅度较高且会产生干扰。在 声束角度范围内， 斜射纵波将具有比同时存在的小角度斜射横波更高的幅度。在此斜射纵波范围内应用的探头可分为三组， 即单晶探头、 平行声束的双晶探头和交叉声束的双晶探头。）单晶探头预期不连续的主反射面的角度已知时， 检测用声束的角度应与此反射面垂直。在可能存在不连续的区域内， 应在声束与不连续主平面相互垂直的条件下对材料进行扫查。从实心轴类端面上检测其疲劳裂纹时， 如图 所示， 所用的声束角度可按下列公式计算： 犃犅犆进行检测时， 应使声束通过轴的中心线到达被认为有裂纹的区域， 同时将探头顺着检测圆作圆周移动。图 实心轴从空心轴类端面上探测疲劳裂纹时， 如图
20、 所示， 其声束角度可按下列公式计算： 犃犅犆进行检测时， 应使从轴端上的声束射向被怀疑有裂纹的区域， 同时将探头顺着检验圆作圆周移动。图 空心轴犌 犅犜 ）平行声束双晶探头当反射体的声程较近时可采用发射和接收分开的探头或称之为双晶探头， 以消除斜楔中的杂波。在双晶探头中发射晶片及其斜楔与接收晶片及其斜楔之间用隔声材料分开， 以防止串声， 发射声束和接收声束基本上是平行的。除了仪器以一发一收方式工作外， 探头的应用与 ） 所述相似。）交叉声束双晶探头这些探头装配时使声束在被检验表面正下方交叉以改进近表面处的分辨力。这些探头能够检验的深度范围取决于晶片尺寸和声束角度。除了对近表面分辨力有改进（
21、可能会带来探测深度范围上的限制， 因此深度校准时要特别小心） 和仪器以一发一收方式工作外， 这些探头的应用相似于 中的直射法检验。 斜射横波斜射横波检验通常采用单晶片探头方式。此种技术的原理示于图 。横孔给出的圆柱形反射体类似于夹渣。其他不连续和不连续的取向都可能存在。因此必须研究预计的不连续以决定最易产生的取向， 以便使超声波束射向不连续而产生反射。如果不连续的取向是任意的， 则常需要用多个声束方向或将声束转动。气孔类不连续是粗糙而不规则的或是球形的， 将产生多方向性的反射， 故对声束对准的要求也较低。应力裂纹和焊缝中的为熔合等不连续可预期与应力相互垂直或处于焊缝剖口平面上。被辗压、 锻打以
22、及在固态下用其他方法成形的材料将产生与应力方向（ 金属流动方向） 垂直的裂纹或与检查面平行的分层。 扫查操纵置于试件上的探头， 使其需要检验的整个体积都受到超声声束的扫查， 除非另有规定， 通常只需识别最高的回波信号。检测数据的记录在每次检测中下列数据应予记录：）工件名称（ 或编号） 和检测日期；）操作者姓名和资格等级（ 如有证件时） ；）仪器名称、 制造厂、 型号及编号；）布置情况、 耦合剂、 探头电缆长度、 手工或自动扫查；）有关探头的说明、 类型、 频率、 晶片尺寸、 斜楔及声束的振动模式；）为重复检验所需的参考标准及校准数据；）适用规范要求记录的信号资料或检验结果（ 不连续的数量， 特
23、征或可能的类型， 大小和位置） 。 结果评价 应在标准增益下测定反射体位置和幅度。 反射波可能由工件几何形状引起， 例如由于转角， 表面凸起或凹陷以及其他表面轮廓形状超声波反射至探头。因此， 必须识别几何形状引起的反射波。 供需双方应事先商定关于检验结果的解释和需要保存的数据资料。不能识别为几何形状引起的信号而其幅度超过拒收标准时应予拒收， 除非需方同意或从工件图纸上可确定该不连续在加工完成的工件上将不再存在。 报告报告中应包括的资料内容应经需方与制造方双方同意。犌 犅犜 书书书犜犅犌中华人民共和国国家标准无损检测接触式超声斜射检测方法 中 国 标 准 出 版 社 出 版 发 行北京复兴门外三里河北街 号邮政编码： 网址 电话： 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销开本 印张字数 千字 年月第一版 年月第一次印刷书号： 如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话： （ ）
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