超声检测的灵敏度及其影响因素

§7—6超声检测的灵敏度和影响因素

在超声波探伤中，在垂直波束的方向上，能检测到缺陷的面积愈小，则灵敏度就愈高。

一、超声检测中灵敏度的概念

CT的灵敏度主要反应在缺陷有效面积的大小、厚度和缺陷介质的成分三个方面。

1、 缺陷有效面积的大小 （1） CT能检测到的缺陷

1）裂纹 当波束与裂纹平面垂直； 2）夹层 轧制材料中常见的缺陷； 3）折叠 锻造中常见的宏观缺陷；

4）未焊透 焊缝中未焊合部分形成的缺陷。 （2）有效反射面积

缺陷在垂直波束的方向上的面积。显然，能探测到该面积的尺寸愈小，仪器的灵敏度就愈高。

（3）影响有效反射面积的因素 1）理论因素

波的绕射的影响。 研究发现波在传播中，遇到障碍物的尺寸与其波长相近时，无明显的反射，即发生波绕过障碍物继续传播。如下图所示。图见马备课稿复印件P-3；

当d＝λ/2时，CT探不出障碍物。当障碍物稍大于波长时，一部分波绕射，一部分反射。

因此，要探出尺寸较小的缺陷，就要选择λ≤d的超声波；即f要高；但是过高的f会使回波变得很少。这对探伤时不利的。故一般采用f＝2～5MHZ，这由探头决定。

2）操作因素

实际探伤时，要根据探伤标准，通过调整仪器的增益，抑制、输出和补偿等，将仪器调整到所需的灵敏度。超声波探伤仪，发现的缺陷尺寸愈小，则仪器的灵敏度就愈高。。

仪器和探头的灵敏度余量及其测定（教材P45）

不难理解，仪器和探头、工件或试块共同组成了一个测试系统。它们分别是系统中的一部分，即子系统。每个子系统的许多因素，都会影响检测结果。为了保证检测结果的准确性。就必须保证每个子系统都准确可靠。这就要求，在一定的条件下，准确的标定出仪器和探头的衰减量；同时，在一定的条件下，准确的标定出试块的衰减量；并定义出二者之差为仪器和探头的灵敏度余量。实验证明，该值愈小，灵敏度愈高。

（用机械组合件的公差来理解这一道理，并不难。）灵敏度就类似于机械设备

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的加工精度一样。产品的公差范围愈小，说明机器的加工精度愈高。

一般要求仪器和探头的灵敏度余量为≥30 dB。 2、 缺陷在与声束垂直方向的厚度

当缺陷在与声束垂直方向的厚度愈大时，如气孔、裂纹等，其中含有气体时，反射波很强，仪器的灵敏度就愈高；反之亦然。这类缺陷对于锻件探伤尤为重要。 3、 缺陷介质的化学成分

缺陷中的化学成分，对CT灵敏度有很重要的影响。当基体材料与缺陷中介质的声阻抗差别很大时，并且后者对于声波吸收很少时，反射的波愈强；灵敏度就愈高。如金属材料中的夹杂反射率就比空气的低，所以后者的灵敏度高。

二、影响CT灵敏度的因素

影响CT灵敏度的因素很多。此处只讲主要因素。 1、 仪器质量的影响

仪器的增益、抑制、补偿、输出等直接都对灵敏度有影响。因此，仪器线路中元器件的质量及其衰减和老化，都对仪器的灵敏度有影响。 2、探头效能的影响

探头的压电效应的强弱，直接影响探头的灵敏度。并且使用一段后会衰老。因此，使用开始时，要校验探头的灵敏度。使用一段时间后还要校验。若达不到要求就要更换。 还要注意，只有探头愈仪器的输出信号频率相匹配，且使二者处于共振状态，才能达到应有的灵敏度。

不难理解，探头的设计愈制造质量对灵敏度有直接的影响。如设计好的探头，能使探头与工件接触面的杂波尽量被吸收掉；压电晶体和保护模之间接触良好，不能有气体存在，否则会出现假信号，造成误判；降低探头的灵敏度。故常采用其间充满凡士林、油等以利于传声。 3、仪器工作频率的选择

为了保证仪器的高灵敏度。必须选择合适的工作频率。在探伤前，要根据工件的材质、加工的工艺、可能存在的缺陷、及其以往的经验；选择合适的工作频率。如粗大晶粒的铸件、奥氏体组织、要用低频率；细晶锻件用高频率。 4、 声接触好坏的影响

声接触指工件本身表面的粗糙度；采用的耦合剂；探头的移动方式、压力和速度等。声接触状态好时，工件与探头之间的空气少，或者无有空气；这样声能的消耗少；灵敏度就高。反之亦然。 5、 声投影方向的选择

从反射定律和灵敏度的概念可知，同样尺寸的缺陷，其方向与波束的方向垂直程度愈好，反射的声波愈多；灵敏度就愈高。

因此，在未知缺陷的状态情况下，采用多面探伤，力求使有效反射面积大于λ/2，对于提高灵敏度十分有重要。而当缺陷被发现后，力求使波束与缺陷垂直；对判断缺陷面积的大小更为有利。

作业：1、名词解释 压电效应 极化处理 耦合剂 始波 回波 缺陷波 灵敏度 2、判断题

（1） 当d＝λ/2时，CT探不出障碍物。当障碍物稍大于波长时，一部分波绕

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射，一部分反射。因此，要探出尺寸较小的缺陷，就要选择λ≤d的超声波；即f要高；但是过高的f会使回波变得很少。这对探伤时不利的。故一般采用f＝2～5MHZ，这由探头决定。

（2） 从反射定律和灵敏度的概念可知，同样尺寸的缺陷，其方向与波束的方

向垂直程度愈好，反射的声波愈多；灵敏度就愈高。

（3）通常用压电陶瓷（PZT）作发射探头；用Li2SO4作接受探头。

（4）超声波仪能检测到的缺陷有：裂纹 当波束与裂纹平面垂直；夹层 轧制材料中常见的缺陷；折叠 锻造中常见的宏观缺陷；未焊透 焊缝中未焊合部分形成的缺陷。 。

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