第四章焊缝超声波探伤第三节焊缝超声波探伤定位超声波探伤定位的方法是利用已知尺寸的试块（或工件）作为反射体来调节探伤仪的时间轴，然后根据反射波出现在时间轴上的位置，确定缺陷的位置。一、斜探头定位与直探头定位的区别纵波探伤时定位比较简单，如探测100mm厚的工件，可把底面回波调在10格，则每格代表工件中 的声程（或垂直距离）为100/1010 （mm）。（因耦合层极薄，可忽略不计）。探伤时，若在6格出 现缺陷波，则缺陷离工件表面的距离为6x1060mm。横波探伤时的定位比较复杂（见图57所示），与纵波探伤相比有三点区别图4-7横波探伤左位示意图 超声波射到底面时无底面回波（故时间 轴需在试块上预先调节）； 有机玻璃斜楔内一段声程00 （称斜探 头本体声程）在中薄板焊缝探伤定位时不能忽略，必须加以考虑。
超声波的传播路线为00AB （或00B）折线，定位时，必须得用三角公式进行计算。二、斜探头探伤定位基本原理焊缝探伤前，一般先进行斜探头入射点和折射角的测定，以及时间轴的调节。故入射点0和折射角是已知的，示波屏上扫描线每格所代表的距离（可以是水平距离、垂直距离或声程）也是可知的。这样，在直角三角形中，知道一只角、一条边、则其他两条边也可求出，故缺陷位置（缺陷离探头入射点的水平距离和深度）便可确定。根据时间扫描线调节方法的不同，可分三种定位法1 水平定位法即时间扫描线与水平距离成相应的比例尖系。2.垂直定位法即时间扫描线与深度距离成相应的比例尖系。3.声程定位法即时间扫描线与声程距离成相应的比例尖系。一般板厚w 24mm时，用水平定位法、板厚32mm时用垂直定位法。时间轴的调节，其最大测定范 围应在151.55之间（1S为一个跨距的声程距离）。三、焊缝超声波探伤定位的常用方法多年来，不少厂矿企业中的检测人员根据自己产品的特点，经过不断摸索、反复实践，已总结出了好多简便、有效的定位方法，下面仅介绍几种常用的定位方法。1 计算法计算法定位是应用得比较早的一种方法。由于采用计算法定位比较麻烦，故目前已 很少应用。但此法是探伤定位的基础，掌握其 原理图4 - 8计算法定位原理后，在实际探伤中将有很大帮助，故作为一种方法介绍。其定位原理见图图中A 横孔；一孔深；0入射点；一折射角；I横波在钢中声程；Io有机玻璃本体声程；Si入射点到横孔的水平距离；X。一探头中纵波声程在示波屏上所占格数；Xi钢中横波声程在示波屏上所占格数；X整个声程所占的格数I o 有机玻璃中本体声程转换成相当于钢中横波声程。_3230根据声速比则有Io121。2700则示波屏上每格所代表的水平距离为 注半Sx 二4 4x当使用探头折射角So sin - 1.21 oS值，见表43从图中可看出S tg R 0表4 -3不同板厚时的Sx值板厚Tmm12141618202224262830Smm8.39.210.211.212.113.014.014.915.916.3探伤时，若已知缺陷波在波屏上的格数X，则缺陷离探头入射点的水平距离为S Si - x -x Sx同理，当采用深度定位法时，则每格所代表的垂直距离Sy为4 5心丄 cos 1.2loX当采用声程定位法时则每格所代表的声程距离为 a4 - 6 S1 3X计算法水平定位步骤如下 测入射点O；测折射角；扫射孔深等于板厚的横孔A,找到最高回波，调至5格x5按式44计算sX 值，或查表S值；探伤中出现缺陷波其缺陷 水平距S S - x - x Sx缺陷深度HtgP4格出现一个缺例如用上述探头探测板厚T为20mm的焊缝，探伤中在示波屏陷波，求缺陷到探头入射点的水平距离。解缺陷到探头入射点的水平距离xx Sx式中St T tg 20 2.36 47mmx5 ,X 4 ；贝 U S47 - 5-4 XI2.1 化 35 mm答缺陷离探头入射点的水平距离为35 mm。计算法定位具有如下优点a.定位原理比较清楚；b.底波位置明确；c.一次底波调到5格时，示波屏最大测定范围肯定大于1S ；d.调节时间轴可用试块，也可在工件上进行调节；e.对于厚度较大的工件如T200mm以上，则斜探头本体声程I。可忽略其定位方法和直探头相似。例如工件厚度T200mm,W一次底波调到10格，则每格就代表深度20mm。探伤时 若5格出现缺陷波，则缺陷的深度即为100mm。2.圆弧面试块比较法由于此法调节时间轴比较简便，故目前应用最普遍。时间扫描线调节可利用下述圆弧面试块IIW试块的Rioo圆弧面和圆心槽口 ；IIW2试块的R25和R50圆弧面；CSKIA的Rso、Rioo圆弧面，以及半圆试块的两个圆弧面等。调节时只要将探 头入射点对准圆心，通过调节仪器的水平和细调，将圆弧面反射波（和圆心处槽口的反射波）调到所需要的位置。时间轴调节方法举例如下例题1要求用探头在CSK - IA试块上以水平1 1调节时间轴。调节方法如下 探头入射点对准圆心（见图49所示）； 分析可能产生的圆弧面反射波（R5o、Fhoo）； 计算圆弧面的水平距离；0KSiR5o sin63.444.7mm ,SAReo sin63.489.4mm 或 S._..1 K2,c 100KS22S。J K2 要求水平1 1,表示每格代表水平距离10mm,则将两圆弧面反射波通过水平、447细调分别调到4.47格和空8.94格；10 1010mmR50R1DBQ44.47水平L图4 - 9水平和垂直1 1调节法 此时，斜探头本体声程已移出，从入射点开始/示波屏每格代表水平距离例题2要求斜探头在CSKIA试块上，以垂直1 1调节时间轴。调节方法如下 探头入射点对准圆心； 分析可能产生的圆弧面反射波（R5。、Re。）； 计算圆弧面的垂直距离；COS63.4 汨 22.3mm，出Rioocos63.4 44.7mm 或 H,二J K2100H2Ze1K2 要求垂直1 1，表示每格代表垂直距离10mm，则将两圆弧面反射波通过水平22 344 7和细调分别调到 2.23格和 竺工4.47格（见图49所示）；10 10 此时，斜探头本体声程已移出，从入射点开始，示波屏每格代表垂直距离10mm。例题3要求斜探头在R33.3的半圆试块上，以水平1 1调节时间轴。调节方法如下 探头入射点对准圆心； 分析可能产生的圆弧面反射波（R33.3和R33.3X3）； 计算圆弧面的水平距离Si R33.3 sin63.4 30mm ；3Si3R33.3 sin 63.4r 90mm； 将两个回波分别调到3格和9格（见图410所示）； 此时，斜探头本体声程已移出，从 入射点开始示波屏每格代表水平距离 10mm。各种试块调节时间轴的方法见图4- 11所示。a.声程1 2 （或测定范围为200mm）每格代表声程20mmb.声程1 1 （或测定范围为100mm）每格代表声程10mmc.测定范围125mm声程1 1.25d.垂直1 1 （每格代表垂直距离10mm）例题1 用斜探头，以水平1 1调节时间轴探测厚度为20mm的工件，探伤时，在3格和6格出现两个缺陷波，求这两个缺陷的位置。解 因为是水平1 1调节时间轴，缺陷波在3格，即表示缺陷离探头入射点的水平距离为30mm，缺陷距探测面深度为30301 omm 2缺陷波在6格，表示缺陷离探头入射点的水平距离为60mm ，则缺陷深度为30mm 。显然HT，表示超声波经过底面反射到缺陷，此时，缺陷离工件表面的深度为2T-H2X20.3010mmRIOO10a声程1 2或测定范围为200mm第格代表声程20mmb声程1 1或测定范围为100mm第格代表声程10mm150图4 - 12薄板试块及其时间轴的调节c测定范围125mm声程1 1.25d垂直1 1第格代表垂直距离10mm图4门各种试块调节时间轴的方法示意图例题2用斜探头，以垂直1 1调节时间轴，探测厚度为40mm的工件，探伤时，在3格和6格出现两 个缺陷波，求这两个缺陷的位置。解因为是垂直1 1，故缺陷波1在3格出现，表示缺陷深度为30mm。缺陷1离探头入射点的水平距离为|iK H2 x3060mm。缺陷波2在6格出现，表示缺陷2 的计算深度为60mm ,此时，HT，则缺 陷2的实际深度为2T- H2 禅 0-6020mmo缺陷2离探头入射点的水平距离为|2K H2 0120mm 3.薄板试块1 1法薄板试块的尺寸及时间轴调节方法 见图412所示。薄板试块的尺寸为3电0 xl50mm，距试块两端30mm，各钻了一个r的柱孔和一个h的横孔。时间轴调节方法如下将探头前沿与试块i柱孔对齐，适当提高灵敏度，此时荧光屏上会同时出现两个反射波，前面一个是i 柱孔回波，后面一个是板边反射回波。通过调节水平和细调旋钮将这两个反射回波分别解在3格和6格 上，这时，时间轴就调成水平11尖系，即示波屏每一格代表水平距离10mm （3格开始，从前沿算起）。对于一般规格的斜探头，其探头前沿距离和本体声程相加，基本接近钢的水平距离30mm 此时始波接近零位。对于大尺寸斜探头，其探头前沿距离和本体声程相加，大于钢中水平距离30mm,此时始波不在零位，而是偏左。对于小尺寸斜探头，则始波在零位右边。定位方法举例用斜探头（前沿距离为18mm）以薄板试块1 1调节时间轴，探测工件厚度为16mm的焊 缝，若在6格出现一个缺陷回波，求此缺陷离探头入射点的水平距离和垂直距离。解缺陷波在6格出现一个缺陷回波，表示缺陷离探头前沿的水平距离为30mm,则缺陷离探头入射点的水平距离为1301848mm缺陷深度为24mm T,K2缺陷离工件表面深度为2T - H2 16 - 248mm。答此缺陷离探头入射点的水平距离为48mm ;离工件表面的深度为8mm。4.横孔试块比例法横孔试块比例法是用两个不同孔深的横孔作为反射体来调节时间轴，使水平距离或被探测深度与示波屏刻度板上反射波位置成一定比例，前者为水平定位法，后者为垂直定位法，见图413所示。用横孔试块比例调节时间轴时，由于A孔和B孔反射回波不会同时出现在示波屏上，所以需前后反复校验。从以上介绍的几种不同定位方法来看，圆弧面试块比例法比较简便，故应重点掌握。要求能够在给定任何型式试块、任何探头时，均能调到指定要求的比例，同时，还要求在探测不同声速材料时，能进行正确定位。例题1 用斜探头，要求在IIW试块上以水平1 1调节时间轴解根据圆弧面试块比例法的调节方法如下 探头入射点对准圆心 分析可能产生的反射回波（Rioo和圆心槽口）； 计算反射回波的水平距离Si R100 sin63.4 89.4mm ,S22 Rioo sin63.4178.8mm ； 要求水平11,表示每格代表水平距离10mm，则应将两个反射回波分别调在89.4178.88.94 格和17.88 格；10 10 由于示波屏只有10格，无法看到17.88格，为此，需借助仪器的延迟开尖先将Reo的圆弧面反射波调到0格，槽口反射波调在8.94格，然后，通过延迟开尖将Rwo圆弧面反射波调到8.94格，这样，槽口反射波就在17.88格；见图414所示。
此时斜探头本体声程已移出，从入射点开始，示波屏每格代表水平距离10mm,即达到水平1 1的要求。S94 100mut伙044二沖朋I nII flrf I图4 - 13横孔试块比例法图4 - 14延迟法调节时间例题2仪器测距标度已校准为每格相当于钢Cs3230m/s的横波声程20mm，现用斜探头探测厚度为 40mm，横波声速为4100m/s的板材，发现一缺陷回波显示于标度6格上，求此缺陷的声程、水平距离 和垂直距离各为多少解由于声速改变，斜探头折射角也跟着变化-41004100sin 二 sin0.7070.89832303230板中的折射角为63 54且板材中每格所代表的声程也跟着变化，4100A4100||6 20152 mm。32303230板材中的声程为152mm，这样，缺陷的水平距为Psin 152 sin63 54 136mm。缺陷深度 I cos 152 cos 6354.67mm T缺陷离工件表面的深度为2T -67mm13mm。答缺陷的声程距离为152mm 水平距离为136mm，缺陷离工件表面的深度为13mm。