超声导波检测技术

超声导波(Ultrasonic Guided Wave)检测技术利用低频扭曲波(Torsinal Wave)或纵波(Longitudinal Wave)可对管路、管道进行长距离检测，包括对于地下埋管不开挖状态下的长距离检测。

超声导波(也称为制导波)的产生机理与薄板中的兰姆波激励机理相类似，也是由于在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。但是对于管道检测，在一般管壁厚度下要产生适当的波型，则需要使用比通常超声波探伤低得多的频率，导波通常使用的频率f<100KHz，因此导波对单个缺陷的检出灵敏度与通常使用频率在MHz级别的超声检测相比是比较低的，但是导波检测的优点是能传播20~30米长距离而衰减很小，因此可在一个位置固定脉冲回波阵列就可做大范围的检测，特别适合于检测在役管道的内外壁腐蚀以及焊缝的危险性缺陷。低频导波长距离超声检测法用于管道在役状态的快速检测，内外壁腐蚀可一次探测到，也能检出管子断面的平面状缺陷。

超声导波应用的主要波型包括-扭曲波(Torsinal Wave，也简称为扭波)和纵波(Longitudinal Wave)。

扭曲波的特点是能够一边沿管子周向振动，一边沿管子轴向传播，声能受管道内部液体影响较小(在导波检测时，液体在管道中流动是允许的)，回波信号能包含管轴方向的缺陷信息，通常能得到清晰的回波信号，信号识别较容易，在应用中需要换能器数量少，重量轻、费用省、因管内液体介质而产生的扩散效应较小，波型转换较少，检测距离较长，对轴向缺陷灵敏度高。

纵波特点是一边沿管子轴向振动，一边沿管子轴向传播，回波幅度与缺陷性状关系不大，回波信号不如扭波清晰，因为受管内流体流动的影响，也受探头接触面的表面状态影响较大(油漆、凹凸等)受被测管内液体介质流动的影响很大。

超声导波检测装置主要由固定在管子上的探伤套环(探头矩阵)、检测装置本体(低频超声探伤仪)和用于控制和数据采样的计算机三部分组成。

探头套环由一组并列的等间隔的环能器阵列组成，组成阵列的换能器数量取决于管径大小和使用波型，换能器阵列绕管子周向布置。

探伤套环的结构按管道尺寸采用不同节环-可以是一分为二，用螺丝固定以便于装拆(多用于直径较小的管道)，或者充气式环(柔性探头套环)，靠空气压力紧套在管子上(多用于直径较大的管道)。接触探头套环的管子表面需要进行清理但无须耦合剂，亦即除安放探头环的位置外，无需在**和复原大面积包覆层或涂层上花费功夫，这也是超声导波检测的优点之一。超声导波探头套环上的探头矩阵架在一个探测位置，就可向套环两侧远距离发射和接收100KHz以下的回波信号，从而可对探头环两侧各20~30米的长距离进行**检测，可对整个管壁作100%检测，可检测难以接近的区域，如有管夹、支座、套环的管段，也可检测埋藏在地下的暗管，以及交叉路面下或桥梁下的管道等，因而减少因接近管道进行检测所需要的各项费用

常规做法是在经过表面清理的管道外表面逐点逐点地进行超声测厚、抽检，而超声导波检测(又称长距离超声遥探法)让声波从一个探头环位置发射，沿管壁内外向远处传播，就能覆盖长距离的管壁，在一定范围内100%检测管壁，从而对**、经济具有重大价值，目前已经广泛应用于直径50~1200mm的管道现场检测。

超声导波检测的工作原理：探头阵列发出一束超声能量脉冲，此脉冲充斥整个圆周方向和整个管壁厚度，向远处传播，导波传输过程中遇到缺陷时,缺陷在径向截面上有一定的面积,导波会在缺陷处返回一定比例的反射波,因此可由同一探头阵列检出返回信号-反射波来发现和判断缺陷的大小。管壁厚度中的任何变化，无论内壁或外壁，都会产生反射信号，被探头阵列接收到，因此可以检出管子内外壁由腐蚀或侵蚀引起的金属缺损(缺陷)，根据缺陷产生的附加波型转换信号，可以把金属缺损与管子外形特征(如焊缝轮廓等)识别开来。

导波的检测灵敏度用管道环状截面上的金属缺损面积的百分比评价(测得的量值为管子断面积的百分比)，导波设备和计算机结合生成的图像可供专业人员分析和判断

超声导波检测得到的回波信号基本上是脉冲回波型，有轴对称和非轴对称信号两种，检测中以法兰、焊缝回波做基准，根据回波幅度、距离、识别是法兰或管壁横截面缺损率的缺陷评价门限等以及轴对称和非轴对称信号幅度之比可以评价管壁减薄程度，能提供有关反射体位置和近似尺寸的信息，确定管道腐蚀的周向和轴向位置，目前超声导波检测灵敏度可达到截面缺损率3%以上，即一般能检出占管壁截面3~9%以上的缺陷区以及内外壁缺陷。

缺陷的检出和定位借助计算机软件程序显示和记录，减少操作判断的依赖性(避免了操作者技能对检测结果的影响)，能提供重复性高、可靠的检测结果。

应当注意超声导波检测不提供壁厚的直接量值，但对任何管壁深度和环向宽度范围内的金属缺损都较敏感，在一定程度上能测知缺陷的轴向长度，这是因为沿管壁传播的圆周导波会在每一点与环状截面相互作用，对截面的减小比较灵敏。

超声导波检测的局限性：

需要通过实验选择*佳频率，需要采用模拟管壁减薄的对比试样管;(据目前*新技术资料介绍，采用扫频技术，即在设定频率范围内进行全频扫查，通过比较后确定*合适的实验频率，可以大大提高缺陷的检出率);

因为在检测中是以法兰、焊缝回波做基准，因此受焊缝余高(焊缝横截面)不均匀而影响评价的准确程度;

多重缺陷会产生叠加效应;

对于外壁带有涂防锈油的防腐包覆带或浇有沥青层等的管道，超声导波可检范围将明显缩短，这是因为防腐带(层)能引起导波有较大的衰减;

导波通过弯头后使回波信号的检出灵敏度和分辨力受到影响，因为导波在圆周方向声程发生变化或者由于壁厚有变化而发生散射、波型转换和衰减，因此在一次检测距离段不宜有过多弯头;

对于有多种形貌特征的管段，例如在较短的区段有多个T字头，就不可能进行可靠的检验;

*小可检缺陷、检测范围随管子状态而异，对于有严重腐蚀的管道，检测的长度范围有限;

导波检测数据的解释要由训练有素、特别是对复杂几何形状的管道系统有丰富经验的技术人员来进行。

因此，*好把超声导波检测用作识别怀疑区的快速检测手段，对检出缺陷的定量只是近似的，因此在有可能的条件下还应采用更**但速度较慢的NDT方法进行补充评价确认。亦即采用两步法：先用导波快速检测管子，发现腐蚀减薄区，然后用普通直探头纵波法进行定量测定，取决于需要的精度以及壁厚减薄的局部性或普遍性，也可直接用导波遥控法定量测定壁厚。

对管道进行超声导波检测的缺陷圆周方向位置定位是以象限划分的，过去以四象限，目前*新采用的聚焦技术能够选择性地对重点区域进行进一步检测，已能达到8~16象限，从而更明确缺陷在管道环向上的分布，采用聚焦技术更有利于确定缺陷的尺寸和形状。

不同的超声波模式(导波技术中使用的三种主要波型为纵向波、扭转波和弯曲波)对管道的腐蚀缺陷特征有不同的灵敏度，因此新发展的超声导波技术采用多模式(多探头模块)检测，即同时进行例如纵向波和扭转波操作，可以收集到被检测管道更**的信息而不致发生漏检。

对于长距离管道超声导波检测，每次可以检测多长的管线，这要考虑超声导波在管道中传输的距离，它取决于管道的表面状况(例如是否为裸管、保温层、防腐层以及埋地情况等)、管道的几何形状(分支、弯管、支撑和法兰的情况)、管道中流通的介质(气体、液体或固体)，还有管道本身的腐蚀情况等，这些都会造成超声波传播的能量损失，减少其传播距离。据目前*新技术资料介绍，在理想状态下的单点双向可以检测到360米，典型情况下单点双向可检测60米。

长距离管道超声导波检测系统的检测精度一般是指管道横截面积的损失量，包括可达到精度(也称检测精度，但是是指可以部分检出，不能达到100%检出)和可靠精度(100%可以检出)，两者是有重要区别的。

目前已见报道的关于超声导波检测技术应用的实例包括：带有保温层的氨水管道、埋地水管、无保温层的输送CO与H合成烃类的淤浆管道、石油化工厂的交叉管路、储槽坝壁的管道、道路交叉口地下管道、天然气管道、炼油厂火焰加热器中的垂直管路、带岩棉保温介质和漆层的架空液化气管道等。

超声导波检测的回波信号显示示意图

英国超声导波仪 Wavemaker SE16及柔性探头套环

目前制造超声导波检测装置的厂家例如英国超声导波应用公司(GUL Co.)的管道专用超声导波检测装置(检测频率自动设定，电池工作)，另外还有韩国MKC CHINA公司采用磁致伸缩传感器(MsS)技术的MsSR-2020 AD 制导波检验系统(多用途)。

MsSR-2020 AD 制导波检验系统利用磁致伸缩换能器与相应仪器在钢管中产生与探测用的低频制导波(5~250 kHz)：

*高灵敏度(比正常状态下发现缺陷提高2~3%)

*用于检验碳钢和合金钢管材可达40英寸直径，壁厚可达1.5英寸

*可在高温下工作(居里温度在钢中770℃，镍中354℃，在管道系统检验中应用带式线圈可达105℃)

*传感器与被检验材料表面距离2英寸

*该技术是把一个带式线圈传感器围绕在大的圆柱结构上，或者是用棒型探头放置在平板构件上，通过线圈的电流脉冲使被检验构件中感应产生超声波传播，当超声波遇到裂纹或缺陷时，部分信号反射并由传感器拾取

**适于长射程的球形构件检验和监视大型结构，仪器可容易地检验位于包括含水或弯曲的,或者埋入混凝土或地下的构件中的缺陷，例如输气管线，可从一个暴露端起检验100米。检验范围取决于构件的形状与埋入状态，当用于检验热交换器管时，可检验整个管长度，包括U形部分。平板金属或埋藏在混凝土或地下的工字梁和H梁也可以使用棒型探头进行检验。对于钢缆，可检验100mm2的钢缆达100米

*也可以监视运送有毒或酸性介质的危险管道的腐蚀，它们常常是隐藏在绝缘材料下而难以接近，带式传感器或板型传感器可以固定安装在管道周围并通过多路器连接到MsSR仪器上，可实时监视管道状况

MsSR-2020 AD 制导波检验系统

声波探头的构造分类

1.直探头: 单晶纵波直探头 双晶纵波直探头

2.斜探头: 单晶横波斜探头a1

单晶纵波斜探头 aL

aL在a1附近为爬波探头

爬波探头;沿工件表面传输的纵波，速度快、能量***长长探测深度较表面波深，对工件表面光洁度要求较表面波松。(频率2.5MHZ波长约2.4mm，讲义附件11、12、17题部分答案)。

3.带曲率探头: 周向曲率 径向曲率。

周向曲率探头适合---无缝钢管、直缝焊管、筒型锻件、轴类工件等轴向缺陷的检测。工件直径小于2000mm时为保证耦合良好探头都需磨周向曲率。

径向曲率探头适合---无缝钢管、钢管对接焊缝、筒型锻件、轴类工件等径向缺陷的检测。工件直径小于600mm时为保证耦合良好探头都需磨径向曲率。

4.聚焦探头: 点聚焦 线聚焦。

5.表面波探头:(当纵波入射角大于或等于**临界角,既横波折射角度等于90形成表面波).

沿工件表面传输的横波，速度慢、能量低、波长短探测深度较爬波浅，对工件表面光洁度要求较爬波严格。

超声波探头

一.以构造分类

1.直探头: 单晶纵波直探头 双晶纵波直探头

2.斜探头: 单晶横波斜探头a1

单晶纵波斜探头 aL

aL在a1附近为爬波探头

爬波探头;沿工件表面传输的纵波，速度快、能量***长长探测深度较表面波深，对工件表面光洁度要求较表面波松。(频率2.5MHZ波长约2.4mm，讲义附件11、12、17题部分答案)。

3.带曲率探头: 周向曲率 径向曲率。

周向曲率探头适合---无缝钢管、直缝焊管、筒型锻件、轴类工件等轴向缺陷的检测。工件直径小于2000mm时为保证耦合良好探头都需磨周向曲率。

径向曲率探头适合---无缝钢管、钢管对接焊缝、筒型锻件、轴类工件等径向缺陷的检测。工件直径小于600mm时为保证耦合良好探头都需磨径向曲率。

4.聚焦探头: 点聚焦 线聚焦。

5.表面波探头:(当纵波入射角大于或等于**临界角,既横波折射角度等于90形成表面波).

沿工件表面传输的横波，速度慢、能量低、波长短探测深度较爬波浅，对工件表面光洁度要求较爬波严格。

**章“波的类型”中学到：表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。(频率2.5MHZ波长约1.3mm，讲义附件11、12题部分答案)。

二.以压电晶体分类:

三.压电材料的主要性能参数:

1.压电应变常数d33:

d33=Dt/U在压电晶片上加U这么大的应力,压电晶片在厚度上发生了Dt的变化量,d33越大,发射灵敏度越高(82页*下一行错)。

2.压电电压常数g33:

g33=UP/P在压电晶片上加P这么大的应力.在压电晶片上产生UP这么大的电压,g33越大,接收灵敏度越高。

3.介电常数e:

e=Ct/A[C-电容、t-极板距离(晶片厚度)、A-极板面积(晶片面积)];

C小→e小→充、放电时间短.频率高。

4.机电偶合系数K:

表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。

对于正压电效应:K=转换的电能/输入的机械能。

对于逆压电效应:K=转换的机械能/输入的电能.

晶片振动时,厚度和径向两个方向同时伸缩变形,厚度方向变形大,探测灵敏度高,径向方向变形大,杂波多,分辨力降低,盲区增大,发射脉冲变宽.(讲义附件16、19题部分答案)。

声 速: 3240 M/S 工件厚度: 16.00MM 探头频率: 2.500MC

探头K值: 1.96 探头前沿: 7.00MM 坡口类型: X

坡口角度: 60.00 对焊宽度: 2.00MM 补 偿: -02 dB

判 废: +05dB 定 量: -03dB 评 定: -09 dB

焊口编号: 0000 缺陷编号: 1. 检测日期: 05.03.09

声 速: 3240 M/S 工件厚度: 16.00 MM 探头频率: 5.00 MC

探头K值: 1.95 探头前沿: 7.00 MM 坡口类型: X

坡口角度: 60.00 对焊宽度: 2.00 MM 补 偿: -02 dB

判 废: +05 dB 定 量: -03 dB 评 定: -09 dB

焊口编号: 0000 缺陷编号: 1. 检测日期: 05.03.09

5.机械品质因子qm:

qm=E贮/E损,压电晶片谐振时,贮存的机械能与在一个周期内(变形、恢复)损耗的能量之比称……损耗主要是分子内摩擦引起的。

qm大,损耗小,振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。

qm小,损耗大,振动时间短,脉冲宽度小,分辨力高。

6.频率常数Nt:

Nt=tf0,压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,晶片材料一定,厚度越小,频率越高. (讲义附件16、19题部分答案)。

7.居里温度Tc:

压电材料的压电效应,只能在一定的温度范围内产生,超过一定的温度,压电效应就会消失,使压电效应消失的温度称居里温度(主要是高温影响)。

8.超声波探头的另一项重要指标：信噪比---有用信号与无用信号之比必须大于18 dB。(为什么?)

四.探头型号(应注意的问题)

1.横波探头只报K值不报频率和晶片尺寸。

2.双晶探头只报频率和晶片尺寸不报F(菱形区对角线交点深度)值。

例：用双晶直探头检12mm厚的板材，翼板厚度12mm的T型角焊缝，怎样选F值?

讲义附件(2题答案)。

五.应用举例:

1.斜探头近场N=a´b´COSb/plCOSa。 λ =CS/¦.

直探头近场N=D/4l。 λ=CL/¦.

2.横波探伤时声束应用范围:1.64N-3N。

纵波探伤时声束应用范围:³3N。

双晶直探头探伤时,被检工件厚度应在F菱形区内。

3.K值的确定应能保证一次声程的终点越过焊缝中心线，与焊缝中心

线的交点到被检工件内表面的距离应为被检工件厚度的三分之一。

4.检测16mm厚的工件用5P 9×9 K2、2.5P9X9K2、2.5P13X13K2那一种探头合适(聚峰斜楔).以5P9X9K2探头为例。

(1).判断一次声程的终点能否越过焊缝中心线?

(焊缝余高全宽+前沿)/工件厚度

(2).利用公式：

N׳(工件内剩余近场长度)=N(探头形成的近场长度)—N״(探头内部占有的近场长度) =axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,计算被检工件内部占有的近场长度。讲义附件(14题答案)。

A. 查教材54页表:

材料

K值

1.0

1.5

2.0

2.5

3

有机玻璃

COSb/ COSa

0.88

0.78

0.68

0.6

0.52

聚砜

COSb/ COSa

0.83

0.704

0.6

0.51

0.44

有机玻璃

tga /tgb

0.75

0.66

0.58

0.5

0.44

聚砜

tga /tgb

0.62

0.52

0.44

0.38

0.33

COSb/COSa、tga/tgb与K值的关系

查表可知cosβ/cosα=0.6, tgα/tgβ=0.44, 计算可知α=41.35°.

B. λ=Cs/ƒ=3.24/5=0.65mm

C.

参考图计算可知：

tgα=L1/4.5, L1=tg41.35°X4.5=0.88X4.5=3.96mm.

cosα=2.5/L2, L2=2.5/cos41.5°=2.5/0.751=3.33mm,

L=L1+L2=7.3mm, Ltgα/tgβ=7.3×0.44=3.21mm,(N״)

由(1)可知，IS=35.8mm, 2S=71.6mm

N=axbxcosβ/pxλxcosa=9×9×0.6/3.14×0.65=23.81mm,

1.64N=39.1mm, 3N=71.43mm.

工件内部剩余的近场(N׳)=N-N״=20.6mm(此范围以内均属近场探伤).

(1.64N-N״)与IS比较, (3N-N״)与2S比较,

使用2.5P13X13K2探头检测16mm厚工件,1.64N与3N和5P9X9K2探头基本相同,但使用中仍存在问题，2.5P9X9K2探头存在什么问题?

一.探伤过程中存在的典型问题:

不同探头同一试块的测量结果

反射体深度

1#探头

2#探头

横波折射角

声程

横波折射角

声程

mm

( )

mm

( )

mm

20

21.7

21.7

32.8

24.3

40

24.4

45.0

32.5

49.8

60

25.8

70

30.9

75.6

80

28.9

101.8

29.1

102.0

注:1.晶片尺寸13´13 2.晶片尺寸10´20.

试验中发现:同一探头(入射角不变)在不同深度反射体上测得的横波折射角不同,进一步试验还发现,折射角的变化趋势与晶片的结构尺寸有关,对不同结构尺寸的晶片,折射角的变化趋势不同,甚至完全相反,而对同一

晶片,改变探头纵波入射角,其折射角变化趋势基本不变,上表是两个晶片尺寸不同的探头在同一试块上测量的结果.

1#探头声束中心轨迹 2#探头声束中心轨迹

1.纵波与横波探头概念不清.

**临界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbL/CL2,当CL2>CL1时,bL>aL,随着aL增加,bL也增加,当aL增加到一定程度时,bL=90,这时所对应的纵波入射角称为**临界角aI,

aI=SinCL1/CL2=Sin2730/5900=27.6,当aL

**临界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbS/CS2, 当Cs2>CL1时,bS>aL,随着aL增加,bS也增加,当aL增加一定程度时,bS=90,这时所对应的纵波入射角称为**临界角aⅡ.aⅡ=SinCL1/CS2=Sin2730/3240=57.7.当aL=aI--aⅡ时,**介质中只有折射横波S,没有折射纵波L,常用横波探头的制作原理。

利用折射定律判断1#探头是否为横波探头。

A. 存横波探伤的条件:Sin27.6/2730=Sinb/3240,

Sinb=Sin27.6´3240/2730=0.55,b=33.36,K=0.66。

B.折射角为21.7时：

Sina/2730=Sin21.7/3240,Sina=Sin21.7´2730/3240,a=18.15,

小于**临界角27.6。

折射角为28.9时：

Sina/2730=Sin28.9/3240,Sina= Sin28.9´2730/3240,a=24,也小于**临界角27.6。

C.如何解释1#探头随反射体深度增加,折射角逐渐增大的现象,由A、B

可知,1#探头实际为纵波斜探头,同样存在上半扩散角与下半扩散角,而且上半扩散角大于下半扩散角。(讲义附件9题答案)。

纵波入射角aL由0逐渐向**临界角aI(27.6)增加时,**介质中的纵波能量逐渐减弱,横波能量逐渐增强,在声束的一定范围内,q下区域内的纵波能量大于q上区域内的纵波能量,探测不同深度的孔,实际上是由q下区域内的纵波分量获得反射回波*高点。

由超声场横截面声压分布情况来看,A点声压在下半扩散角之内,B点声压在上半扩散角之内,且A点声压高于B点声压。再以近场长度N的概念来分析,2.5P 13´13 K1探头N=36.5mm,由此可知反射体深度20mm时,声程约21.7mm,b=21.7时N=40.07mm为近场探伤。

在近场内随着反射体深度增加声程增大,A点与B点的能量逐渐向C点增加,折射角度小的探头角度逐渐增大,折射角度大的探头角度逐渐减少。

2.盲目追求短前沿:

以2.5P 13´13 K2探头为例,b=15mm与b=11mm,斜楔为有机玻璃材料;

(1).检测20mm厚,X口对接焊缝,缺陷为焊缝层间未焊透.

(2).信噪比的关系:有用波与杂波幅度之比必须大于18dB.

(3).为什么一次标记点与二次标记点之间有固定波?

由54页表可知：COSb/COSa=0.68，K2探头b=63.44°，

COS63.44°=0.447，COSa=0.447/0.68=0.66，

COSa=6.5/LX，前沿LX=6.5/0.66=9.85mm。(讲义附件6题答案)。

3.如何正确选择双晶直探头:

(1).构造、声场形状、菱形区的选择;

(2).用途:为避开近场区,主要检测薄板工件中面积形缺陷.

(3).发射晶片联接仪器R口,接收晶片联接T口(匹配线圈的作用).

4.探头应用举例:

二.超声波探头的工作原理:

1.通过压电效应发射、接收超声波。

2.640V的交变电压加至压电晶片银层，使面积相同间隔一定距离的两块金属极板分别带上等量异种电荷形成电场，有电场就存在电场力，压电晶片处在电场中，在电场力的作用下发生形变，在交变电场力的作用下，发生变形的效应，称为逆压电效应，也是发射超声波的过程。

3.超声波是机械波，机械波是由振动产生的，超声波发现缺陷引起缺陷振动，其中一部分沿原路返回，由于超声波具有一定的能量，再作用到压电晶体上，使压电晶体在交变拉、压力作用下产生交变电场，这种效应称为正压电效应，是接收超声波的过程。正、逆压电效应统称为压电效应。

※以仪器的电路来说，只能放大电压或电流信号，不能放大声信号。

四.试块：※强调等效试块的作用。

1.常用试块的结构尺寸、各部位的用途，存在问题;(讲义附件8、10、13、18题答案)。

2.三角槽与线切割裂纹的区别; 3.立孔与工件中缺陷的比较：、

4.几种自制试块的使用方法;

A.奥氏体试块：

B.双孔法校准(主要用于纵波斜探头探伤,如螺栓)(讲义附件5、7题答案)。

计算公式：令h2/h1=n;

a=[n(t1+f/2)-(t2+f/2)]/(n-1) …… 1式

t1与t2为一次声程分别发现h1与h2孔时的声程(包含a);

COSb=h1/(t1+f/2-a)，b=COSh1/(t1+f/2-a);

tgb=K，K=tgCOSh1/(t1+f/2-a) …… 2式

b=(L2-nL1)/(n-1) …… 3式

C.外圆双孔法校准原理(外径f>100mm的工件周向探伤用)：

计算公式：q=( - )180/Rp …… 1式

…… 2式

j=Sin[Sinq(R-h2)/A¢B] …… 3式

b=Sin(R-h1)Sinj/R …… 4式

tgb=K=tgSin(R-h1)Sinj/R …… 5式

=ÐeR/57.3- …… 6式

Ðe=Ðj-Ðb.

D.双弧单孔法校准(外径Φ<100mm的工件周向探伤用):

(1)距离校准同CSK-ⅠA校圆弧;

(2).K值校准 b=COS[R2+(S+f/2)-(R-h)]/2R2(S+f/2) tgb=K

(讲义附件3、15题答案)。

五.常用的两种探伤方法:

1.曲线法;

2.幅值法.

对材料表面保护、装饰形成的覆盖层，如涂层、镀层、敷层、贴层、化学生成膜等，在有关国家和国际标准中称为覆层(coating)。

覆层厚度测量已成为加工工业、表面工程质量检测的重要一环，是产品达到优等质量标准的必备手段。为使产品国际化，我国出口商品和涉外项目中，对覆层厚度有了明确的要求。

覆层厚度的测量方法主要有：楔切法，光截法，电解法，厚度差测量法，称重法，X射线荧光法，β射线反向散射法，电容法、磁性测量法及涡流测量法等。这些方法中前五种是有损检测，测量手段繁琐，速度慢，多适用于抽样检验。

X射线和β射线法是无接触无损测量，但装置复杂昂贵，测量范围较小。因有放射源，使用者必须遵守射线防护规范。X射线法可测极薄镀层、双镀层、合金镀层。β射线法适合镀层和底材原子序号大于3的镀层测量。电容法仅在薄导电体的绝缘覆层测厚时采用。

随着技术的日益进步，特别是近年来引入微机技术后，采用磁性法和涡流法的测厚仪向微型、智能、多功能、高精度、实用化的方向进了一步。测量的分辨率已达0.1微米，精度可达到1%，有了大幅度的提高。它适用范围广，量程宽、操作简便且价廉，是工业和科研使用*广泛的测厚仪器。

采用无损方法既不破坏覆层也不破坏基材，检测速度快，能使大量的检测工作经济地进行。

测量原理与仪器

一. 磁吸力测量原理及测厚仪

**磁铁(测头)与导磁钢材之间的吸力大小与处于这两者之间的距离成一定比例关系，这个距离就是覆层的厚度。利用这一原理制成测厚仪，只要覆层与基材的导磁率之差足够大，就可进行测量。鉴于大多数工业品采用结构钢和热轧冷轧钢板冲压成型，所以磁性测厚仪应用*广。测厚仪基本结构由磁钢，接力簧，标尺及自停机构组成。磁钢与被测物吸合后，将测量簧在其后逐渐拉长，拉力逐渐增大。当拉力刚好大于吸力，磁钢脱离的一瞬间记录下拉力的大小即可获得覆层厚度。新型的产品可以自动完成这一记录过程。不同的型号有不同的量程与适用场合。

这种仪器的特点是操作简便、坚固耐用、不用电源，测量前无须校准，价格也较低，很适合车间做现场质量控制。

二. 磁感应测量原理

采用磁感应原理时，利用从测头经过非铁磁覆层而流入铁磁基体的磁通的大小，来测定覆层厚度。也可以测定与之对应的磁阻的大小，来表示其覆层厚度。覆层越厚，则磁阻越大，磁通越小。利用磁感应原理的测厚仪，原则上可以有导磁基体上的非导磁覆层厚度。一般要求基材导磁率在500以上。如果覆层材料也有磁性，则要求与基材的导磁率之差足够大(如钢上镀镍)。当软芯上绕着线圈的测头放在被测样本上时，仪器自动输出测试电流或测试信号。早期的产品采用指针式表头，测量感应电动势的大小，仪器将该信号放大后来指示覆层厚度。近年来的电路设计引入稳频、锁相、温度补偿等地新技术，利用磁阻来调制测量信号。还采用**设计的集成电路，引入微机，使测量精度和重现性有了大幅度的提高(几乎达一个数量级)。现代的磁感应测厚仪，分辨率达到0.1um，允许误差达1%，量程达10mm。

磁性原理测厚仪可应用来**测量钢铁表面的油漆层，瓷、搪瓷防护层，塑料、橡胶覆层，包括镍铬在内的各种有色金属电镀层，以及化工石油待业的各种防腐涂层。

三. 电涡流测量原理

高频交流信号在测头线圈中产生电磁场，测头靠近导体时，就在其中形成涡流。测头离导电基体愈近，则涡流愈大，反射阻抗也愈大。这个反馈作用量表征了测头与导电基体之间距离的大小，也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。由于这类测头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度，所以通常称之为非磁性测头。非磁性测头采用高频材料做线圈铁芯，例如铂镍合金或其它新材料。与磁感应原理比较，主要区别是测头不同，信号的频率不同，信号的大小、标度关系不同。与磁感应测厚仪一样，涡流测厚仪也达到了分辨率0.1um，允许误差1%，量程10mm的高水平。

采用电涡流原理的测厚仪，原则上对所有导电体上的非导电体覆层均可测量，如航天航空器表面、车辆、家电、铝合金门窗及其它铝制品表面的漆，塑料涂层及阳极氧化膜。覆层材料有一定的导电性，通过校准同样也可测量，但要求两者的导电率之比至少相差3-5倍(如铜上镀铬)。虽然钢铁基体亦为导电体，但这类任务还是采用磁性原理测量较为合适。