1 超聲波探傷的原理 超聲波檢測可以分為超聲波探傷和超聲測厚及超聲測晶粒度、測應(yīng)力等。在超聲波探傷中，有根據(jù)缺陷的回波和底面的回波來進(jìn)行判斷的脈沖反射法;有根據(jù)缺陷的陰影來判斷缺陷情況的穿透法;還有由被檢物產(chǎn)生駐波來判斷缺陷情況或者判斷板厚的共振法。目前用得多的方法是脈沖反射法。脈沖反射法在縱波探傷時(shí)用縱波，在斜入射探傷時(shí)用橫波。把超聲 波射入被檢物的一面，然后在同一面接收從缺陷處反射回來的回波，根據(jù)回波情況來判斷缺陷的情況。脈沖反射法的縱波和橫波探傷原理如下：

垂直探傷法當(dāng)把脈沖振蕩器發(fā)生的電壓加到晶片上時(shí)，晶片振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波脈沖。如果被檢物是鋼質(zhì)工件的話，超聲波以5900m/s的固定速度在鋼工件內(nèi)傳播，超聲波碰到缺陷時(shí)，一部分從缺陷反射回到晶片，而另一部分未碰到缺陷的超聲波繼續(xù)前進(jìn)，一直到被檢物底面才反射回來。因此，缺陷處反射的超聲波先回到晶片，底面反射后回到晶片?；氐骄系某暡ㄓ址催^來被轉(zhuǎn)換成高頻電壓，通過接收、放大進(jìn)入示波器，示波器將缺陷回波和底面回波顯示在熒光屏。因此，在示波管上的圖形可以看出有沒有缺陷、缺陷的位置及其大小。對于脈沖反射式超聲波探傷儀，熒光屏的時(shí)基線和激勵(lì)脈沖是被同時(shí)觸發(fā)的，即處于同步狀態(tài)下工作。當(dāng)探頭被激勵(lì)而向工件發(fā)射超聲波時(shí)，激勵(lì)脈沖也被饋至接收電路，同時(shí)時(shí)基電路也開始掃描，因此在時(shí)基線的始端出現(xiàn)一個(gè)很強(qiáng)的脈沖波，這個(gè)波稱為“始波”，用 表示;當(dāng)探頭接收到底面反射回來的聲波時(shí)，時(shí)基線上右邊相應(yīng)呈現(xiàn)一個(gè)表示底面反射的脈沖波，稱為“底波”，用 表示。時(shí)基線由 掃描到曰所需的時(shí)間正好等于超聲脈沖從探頭到底面又返回探頭的傳播時(shí)間，因此，可以說從 到曰之間的距離代表了工件的厚度。如果工件中有缺陷、，探頭接收到缺陷反射回來的聲波時(shí)基線 相應(yīng)呈現(xiàn)出一個(gè)代表缺陷的脈沖波，稱為“缺陷波”或“傷波”，用F表示。顯然，缺陷波所經(jīng)時(shí)間短于底波所經(jīng)時(shí)間，故缺陷波F應(yīng)處于丁與 之問。如果探傷儀的時(shí)基線良好，就可以利用 ， ’，B之問的距離關(guān)系，對缺陷定位? 另外，因缺陷 波高度日是隨缺陷的增大而增高的。所以可山缺陷回波高度 來估計(jì)缺陷大?。?當(dāng)缺陷很大時(shí)，可以移動(dòng)探頭，按顯示缺陷的范圍來求出缺陷的延伸尺寸：

　　斜射探傷法超聲波的垂直入射縱波探傷和傾斜入射的橫波探傷是超聲波探傷中兩種主要探傷方法，兩種方法的用途互為補(bǔ)充，縱波探傷主要能發(fā)現(xiàn)與探測面平行或稍有傾斜較大的缺陷，主要用于鋼板，鍛件、鑄件的探傷，而斜射的橫波探傷，主要能發(fā)現(xiàn)垂直于探測面或傾斜較大的缺陷，主要If干j于焊縫的探傷一在斜射法探傷中，由于超聲波在被檢物中是斜向傳播的，超聲波是斜向射到底面，所以不會(huì)有底面回波 因此，不能再用底面叫波調(diào)節(jié)來對缺陷進(jìn)干亍定位：而要知道缺陷位置，需要用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)試塊來把示波管橫坐標(biāo)調(diào)整到適當(dāng)狀態(tài) 為了這個(gè)目的，可采用CSK—IA和CSK一ⅢA試塊 j

超聲波探傷的試塊

試塊的用途在無損檢測技術(shù)中，常常采用與已知量相比較的方法來確定波檢物的狀況。例如在射線探傷中，是以透度計(jì)(像質(zhì)計(jì))的影像作為比較的依據(jù)。 超聲波探傷中是以試塊作為比較的依據(jù) 試塊上有各種已知的特flf=，例如它具有特定的 寸，以造成固定的聲學(xué)特性，或者它帶有人工缺陷(某一尺寸的平底孔、凹槽、狹縫等)：用試塊作為調(diào)= 儀器、定量缺陷的參考依據(jù)，是超聲波探傷的一個(gè)特點(diǎn)。超聲波探傷的發(fā)展，與試塊的研制、使用足分不開的。 ，試塊在超聲波探傷中的用途主要有3方面：

　　確定合適的探傷方法。在超聲波探傷中，可以應(yīng)用在某個(gè)部位有某種人工缺陷(平底孔、槽等)的試塊來摸索探傷方法 在這種試塊上摸到了探傷規(guī)律和方法，也可應(yīng)用到與試塊同材質(zhì)、同形式、同 寸的] 件探傷 中去。

　　確定探傷靈敏度和評價(jià)缺陷大小。對于不同種類，不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探傷靈敏度。為了確定探傷時(shí)的靈敏度，就需要帶有各種人工缺陷的試塊，用人工缺陷波的波高來表示探傷靈敏度，這是試塊常用的一種方法。為了評價(jià)工件中某一深度處缺陷大小，用試塊中同一深度各種尺寸大小人工缺陷相比較，同深度、同波高的人工缺陷與同深度，同波高的缺陷相當(dāng)，這就是垂直探傷中應(yīng)用的缺陷當(dāng)量法。

　　校驗(yàn)儀器和測試探頭性能。用電子儀器來測量超聲波儀的性能，往往測的是儀器的電氣性能，而超聲波探傷是用聲波來探傷的，聲學(xué)性能和超聲波探傷的實(shí)際性能怎樣，往往需要采用試塊來分別測試儀器、探頭的性能，或者是測試儀器和探頭連接在一起的綜合性能。

　　試塊的種類根據(jù)試塊的用途，作為常用的試塊有三大類：

　　調(diào)節(jié)儀器及測試探頭的試塊，如CSK一1A試塊;

　　縱波探傷用試塊;

　　橫波探傷用試塊。

　　超聲波探傷的操作現(xiàn)以超聲脈沖反射法A顯示單探頭、直接接觸縱波探傷法的操作要點(diǎn)敘述如下。

　　選定探傷時(shí)間。根據(jù)要達(dá)到的檢測目的，選擇適當(dāng)?shù)奶絺麜r(shí)間，為了估計(jì)鍛造后可能產(chǎn)生的鍛造缺陷，應(yīng)在鍛造后對鍛件進(jìn)行單探頭垂直探傷。

　　選定探傷方法。根據(jù)工件情況，選定探傷方法，如對軸類鍛件探傷，選用單探頭垂直探傷法。

　　探傷儀器的選定。這是操作的第3步，探傷方法確定后，根據(jù)探傷 方法及工件情況，選定能滿足工件探傷要求的探傷儀去探傷。

　　探傷方向的選定。進(jìn)行超聲波探傷時(shí)，探傷方向很重要，探傷方向應(yīng)以能發(fā)現(xiàn)缺陷為準(zhǔn)。應(yīng)由缺陷的種類和方向來決定，如軋制鋼板中，鋼板內(nèi)的缺陷是沿軋制方向伸展的，缺陷在板厚方向看到的投影面積大。因此，鋼板用垂直探傷時(shí)，沿鋼板表面進(jìn)行探傷，使超聲波束垂直投射在缺陷大的面積上，這樣缺陷回波大。

　　頻率的選擇。根據(jù)工件的厚度和材料的晶粒大小，合理的選擇探傷頻率，例如對粗晶的探傷，不宜選用高頻，因?yàn)楦哳l衰減大，往往得不到足鐵道機(jī)車車輛工人夠的穿透力。

　　晶片直徑，折射角的選定。根據(jù)探傷的目的，合理選用晶片尺寸和折射角。如焊縫的單斜探頭探傷主要用35。～70。的折射角。在板厚大或沒有加強(qiáng)層時(shí)，用小折射角，板厚小或有加強(qiáng)層時(shí)，用大折射角。

　　探傷面及其修整。不符合探傷要求的探傷表面，須進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，以免不平整的探傷面影響探傷靈敏度和探傷結(jié)果。

　　耦合劑和耦合方法的選擇。為使探頭發(fā)射的超聲波傳人試件，應(yīng)使用合適的耦合劑。例如對粗糙表面進(jìn)行探傷時(shí)，應(yīng)選用粘性大的水玻璃或漿糊作耦合劑;手工探傷時(shí)，為保持耦合穩(wěn)定，要用手或重物加上1～2 kg 的力，為使耦合穩(wěn)定，在曲面上探傷時(shí)，探頭可裝上弧形導(dǎo)塊。

　　確定探傷靈敏度。用標(biāo)準(zhǔn)試塊將人工缺陷試件或無缺陷底面調(diào)節(jié)到一定的波高，確定探傷靈敏度。

　　進(jìn)行粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)，以規(guī)定的探傷靈敏度或高一倍的靈敏度進(jìn)行粗探傷。對粗探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行定性、定量、定位，就是精探傷。

(寫出檢驗(yàn)報(bào)告。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，塒探傷結(jié)果進(jìn)行分級、評定，寫出檢驗(yàn)報(bào)告。

　　超聲探傷特點(diǎn)

　　超聲波探傷的應(yīng)用范圈超聲波探傷應(yīng)用范圍很廣，不但應(yīng)用于板、管材原材料的探傷，也應(yīng)用于加工產(chǎn)品鍛件、鑄件、焊接件的探傷。在探傷時(shí)，要注意選擇探頭的掃描方法，要使聲波盡可能垂直地射向缺陷面。根據(jù)被榆物加工情況，一般可以估計(jì)出缺陷的方向和大致部位。因此，可以根據(jù)缺陷的部位和方向，探傷前就應(yīng)研究選擇合適的探傷方法。

　　超聲波探傷的特點(diǎn)

　　對面狀缺陷超聲波探傷對于平面狀缺陷，不管其厚度怎么薄，只要超聲波是垂直地射向它，就可以取得很高的缺陷回波。但對于球形缺陷，如缺陷不是相當(dāng)大，或者不是較密集的話，就不能獲得足夠的缺陷回波。因此，超聲波對鋼板的分層及焊縫中的裂紋、未焊透等缺陷的檢出率較高，而對于單個(gè)氣孔則檢出率較低。

　　探測距離大。在超聲波探傷中，如果被檢物金屬組織晶粒細(xì)的話，超聲波可以傳到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，因此對直徑為幾米的大型鍛件也能進(jìn)行內(nèi)部探傷，這是別的無損檢測方法所不能比擬的。

　　探傷裝置小型、輕便、探傷費(fèi)用低。超聲波攜帶型裝置，體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場探傷，檢測速度較快，探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費(fèi)用較低。

　　探傷結(jié)果不直觀，無客觀性記錄，對缺陷種類的判斷需要有高度熟練的技術(shù)。超聲波探傷是根據(jù)熒光屏上波形進(jìn)行判斷的，缺陷的顯示不直觀，探傷結(jié)果是探傷人員通過波形分析后判斷出來的，而且這些探傷波形圖像，隨著探頭的移動(dòng)，圖像也跟著變化，不能作為持久記錄。超聲波探傷的這個(gè)缺點(diǎn)，限制了它的應(yīng)用。目前各國都在發(fā)展圖像化超聲波探傷，但還未取得突破性進(jìn)展，期待不久的將來一種直觀性強(qiáng)，可以記錄的圖像的超聲波探傷儀誕生。

　　超聲波探傷在鐵道機(jī)車車輛工藝中的應(yīng)用鐵道行業(yè)開展超聲波檢測始于2O世紀(jì)5O年代。幾代無損檢測人員通過半個(gè)多世紀(jì)的努力，超聲波檢測技術(shù)已成為鐵道機(jī)車車輛關(guān)鍵零部件質(zhì)量檢測至關(guān)重要的手段。 超聲波檢測裝備由過去的模擬儀器發(fā)展為自動(dòng)存儲、具打印功能的數(shù)字儀器，而且自動(dòng)化超聲波檢測裝備逐漸替代手工操作;由過去的工藝試驗(yàn)逐步應(yīng)用于機(jī)車車輛所有關(guān)鍵零部件，如：新造車軸超聲波檢測、檢修輪軸 (廠修和段修)超聲波檢測、焊接構(gòu)件焊縫超聲波檢測、鑄鋼搖枕、側(cè)架超聲 波檢測、鍛造曲軸超聲波檢測、鑄鐵制動(dòng)盤超聲波檢測、車輪及輪箍超聲波檢測、軸瓦粘接質(zhì)量超聲波檢測、高磷閘瓦超聲波檢測、動(dòng)車空心軸超聲波檢測和鋼軌超聲波檢測等等。正是由于超聲波檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用及快速發(fā)展，保證了鐵道機(jī)車車輛的運(yùn)輸安全。