2.5　超聲波檢測方法

2.5.1　超聲波反射法

2.5.1.1　原理

反射法指超聲波脈沖在試件內傳播的過程中，遇有聲阻抗相差較大的兩種介質的界面時，發生反射的原理進行檢測的方法。采用一個探頭兼做發射和接收器件，接收信號在探傷儀的熒光屏上顯示，并根據缺陷及底面反射波的有無、大小及其在時基軸上的位置來判斷缺陷的有無、大小及其方位。超聲波通過工作時，在界面和底部分別形成始波和底波的反射波，由波峰大小看出能量衰減的程度。在遇到缺陷時，由于能量衰減較多，反射波的波峰較低，據此分辨有無缺陷。原理如圖2-10所示。

2.5.1.2　優點

① 檢測靈敏度高，能發現較小的缺陷；

② 當調整好儀器的垂直線性和水平線性后，可得到較高的檢測精度；

③ 適用范圍廣，可適當改變耦合方式、選擇一定的探頭以實現預期的探測波型和檢測靈敏度，或者說可實現用多種不同的方法對試件進行檢測；

④ 操作簡單、方便、容易實施。

2.5.1.3　缺點

① 單探頭檢測往往在試件上留有一定盲區；

② 由于探頭的近場效應，故不適用于薄壁試件和近表面缺陷的檢測；

③ 缺陷波的大小與被檢缺陷的取向關系密切，容易有漏檢現象發生；

④ 因聲波往返傳播，故不適用于衰減太大的材料。

2.5.1.4　脈沖反射法

脈沖反射法已經在工業中廣泛使用，分為直接接觸法和液浸法，各自又有不同類別，如圖2-11所示。

直接接觸法：方便靈活、耦合層薄、聲能損失小；檢測精度易受對探頭所施加壓力大小、耦合層的厚薄、接觸面積大小和對工件表面凹坑的填充程度等影響因素；探頭容易磨損，探測速度低。

液浸法：在探頭和工件之間設置一層一定厚度的液體傳聲層，使超聲波經過液層后再進入工件的探傷方法。一般用水做耦合劑，通常又稱為“水浸法”探傷。

2.5.2　超聲波透射法（穿透法）

2.5.2.1　原理

透射法是將發射探頭和接收探頭分別置于試件的兩個相對面上，根據超聲波穿透試件后的能量變化情況，來判斷試件內部質量的方法。如試件內無缺陷，聲波穿透后衰減小，則接收信號較強；如試件內有小缺陷，聲波在傳播過程中部分被缺陷遮擋，使之在缺陷后形成陰影，接受探頭只能收到較弱的信號；若試件中缺陷面積大于聲束截面時，全部聲束被缺陷遮擋，接收探頭則收不到發射信號。原理如圖2-12所示。

2.5.2.2　優點

① 透射法簡單易懂、便于實施，不需考慮反射脈沖幅度，而且裂紋的遮蔽作用不受缺陷粗糙度或缺陷方位等因素的影響（這通常是造成檢測結果變化的主要原因）。

② 在試件中聲波只做單向傳播，適合檢測高衰減的材料。

③ 對發射和接收探頭的相對位置要求嚴格，需專門的探頭支架。當選擇好耦合劑后，特別適用于單一產品大批量加工制造過程中的機械化自動檢測。

④ 在探頭與試件相對位置布置得當后，即可進行檢測，在試件中幾乎不存在盲區。

2.5.2.3　缺點

① 一對探頭單收單發的情況下，只能判斷缺陷的有無和大小，不能確定缺陷的方位。

② 當缺陷尺寸小于探頭波束寬度時，該方法的探測靈敏度低。若用探傷儀上透射波高低來評價缺陷的大小，則僅當透射聲壓變化20%以上時，才能將超聲信號的變化進行有效區分。若用數據采集器采集超聲波信號，并借助于計算機進行信號處理，則可大大提高探測靈敏度和精度。

③ 往往需要專門的掃查裝置。

2.5.3　超聲波橫波檢測法

利用橫波進行探傷的方法，稱為橫波法探傷。目前產生橫波的主要方法是，利用透聲楔使縱波傾斜入射至界面，在被檢材料中產生折射橫波。利用這種方法在被檢材料中獲得單一的橫波，就要求縱波的入射角必須在第一臨界角與第二臨界角之間。如透聲楔采用有機玻璃（縱波聲速2730m/s），被檢材料為鋼（縱波5900 m/s，橫波3230 m/s），則第一臨界角為27°36'，第二臨界角為57°48'。實用的折射角范圍為38°～80°之間。利用這種方式產生和接收橫波的探頭就是通常所說的“斜探頭”。因此，橫波探傷也叫斜角探傷。原理如圖2-13所示。