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1 超声波检测概述 1

1.1 机械振动与机械波 1

1.1.1 机械振动 1

1.1.2 机械波 3

1.1.3 次声波、声波和超声波 5

1.2 波的类型 6

1.2.1 按质点的振动方向分类 6

1.2.2 按波阵面的形状分类 8

1.2.3 按振动的持续时间分类 10

1.3 超声波的传播速度 10

1.3.1 固体介质中的纵波、横波与表面波声速 11

1.3.2 板波声速 14

1.3.3 液体、气体介质中的声速 14

1.4 波的叠加、干涉、衍射和惠更斯原理 15

1.4.1 波的叠加与干涉 15

1.4.2 驻波 15

1.4.3 惠更斯原理 16

1.5 超声场的特征值 18

1.5.1 声压P 18

1.5.2 声阻抗Z 19

1.5.3 声强I 19

1.5.4 贝尔与分贝 20

1.6 超声平面波在大平界面上垂直入射的行为 22

1.6.1 超声波在单一的平面界面的反射和透射 22

1.6.2 多层平面界面垂直入射 27

1.7 超声波倾斜入射到界面时的反射和折射 29

1.7.1 斜入射时界面上的反射、折射和波形转换 29

1.7.2 临界角 32

1.7.3 斜入射时反射系数、折射系数和往复透射率 33

1.7.4 超声波在规则界面上的反射、折射和波形转换规律 36

1.8 超声波的聚焦与发散 39

1.8.1 声压距离公式 39

1.8.2 球面波在平界面上的反射与折射 40

1.8.3 平面波在曲界面上的反射与折射 41

1.8.4 球面波在曲界面上的反射和折射 43

1.9 超声波发射声场及规则反射体的回波声压 46

1.9.1 纵波发射声场 46

1.9.2 横波发射声场 57

1.9.3 聚焦声源发射声场 61

1.9.4 规则反射体的回波声压 64

1.10 超声波的衰减 69

1.10.1 衰减的原因 69

1.10.2 衰减方程与衰减系数 71

1.10.3 衰减系数的测定 72

2 超声波检测设备及器材 75

2.1 超声波检测仪 75

2.1.1 超声波检测仪概述 75

2.1.2 A型脉冲反射式超声波检测仪的一般工作原理 76

2.1.3 仪器主要开关旋钮的作用及其调整 80

2.1.4 数字式检测仪 82

2.2 铁路专用超声波检测设备 84

2.2.1 A型显示超声波自动检测机 84

2.2.2 铁路车辆轮轴B扫描或C扫描超声波自动检测机 85

2.2.3 轮轴相控阵超声波自动检测机介绍 87

2.2.4 车轮轮辋超声波数字成像检测系统 88

2.3 相控阵超声波检测仪 90

2.3.1 相控阵超声波检测技术原理 90

2.3.2 相控阵探头的发射与接收 91

2.3.3 相控阵超声波的扫描方式 91

2.3.4 相控阵检测仪 92

2.4 超声波探头 92

2.4.1 压电效应 92

2.4.2 压电材料的主要性能参数 93

2.4.3 探头的种类和结构 95

2.4.4 探头型号 103

2.5 耦合剂 104

2.5.1 耦合剂的作用 104

2.5.2 耦合剂要求 104

2.5.3 耦合剂及其声阻抗 104

2.5.4 影响耦合的主要因素 105

2.6 试块 106

2.6.1 试块的作用 106

2.6.2 试块的分类 107

2.6.3 国内外常用试块简介 107

2.7 仪器和探头的性能 116

2.7.1 超声波检测仪器的主要性能 117

2.7.2 探头的主要性能 118

2.7.3 超声波检测仪器和探头的组合性能 119

3 超声波检测方法和通用检测技术 121

3.1 超声波检测方法概述 121

3.1.1 按原理分类 121

3.1.2 按波形分类 124

3.1.3 按探头数目分类 126

3.1.4 按探头接触方式分类 127

3.2 仪器与探头的选择 129

3.2.1 检测仪的选择 129

3.2.2 探头的选择 129

3.3 表面耦合损耗的测定和补偿 131

3.3.1 耦合损耗的测定 131

3.3.2 补偿方法 132

3.4 检测仪的调节 132

3.4.1 扫描速度的调节 132

3.4.2 检测灵敏度的调节 136

3.5 缺陷位置的测定 138

3.5.1 纵波（直探头）检测时缺陷定位 138

3.5.2 表面波检测时缺陷定位 138

3.5.3 横波检测平面时缺陷定位 138

3.5.4 横波周向探测圆柱曲面时缺陷定位 140

3.6 缺陷大小的测定 144

3.6.1 当量法 144

3.6.2 测长法 147

3.6.3 底波高度法 150

3.7 缺陷自身高度的测定 150

3.7.1 表面波波高法 151

3.7.2 表面波时延法 151

3.7.3 横波串列式双探头法 152

3.7.4 相对灵敏度20dB法 153

3.7.5 衍射波法 153

3.7.6 端部最大回波法 154

3.8 影响缺陷定位、定量的主要因素 155

3.8.1 影响缺陷定位的主要因素 155

3.8.2 影响缺陷定量的因素 157

3.9 缺陷性质分析 160

3.9.1 根据加工工艺分析缺陷性质 161

3.9.2 根据缺陷特征分析缺陷性质 161

3.9.3 根据缺陷波形分析缺陷性质 161

3.9.4 根据底波分析缺陷的性质 165

3.9.5 缺陷类型识别和性质估判 165

3.10 非缺陷回波的判别 167

3.10.1 迟到波 167

3.10.2 61°反射 168

3.10.3 三角反射 170

3.10.4 其他非缺陷回波 170

3.11 侧壁干涉 172

3.11.1 侧壁干涉对检测的影响 173

3.11.2 避免侧壁干涉的条件 173

3.12 表面波检测 175

3.12.1 表面波的性质 175

3.12.2 表面波的产生 176

3.12.3 人工缺陷对表面波的反射 177

3.12.4 棱边的反射 177

3.12.5 影响表面波传播的其他因素 177

3.13 板波检测 179

3.13.1 板波的种类 179

3.13.2 板波的产生 180

3.13.3 兰姆波的传播特点 181

3.13.4 板波检测的一般程序 181

3.14 AVG曲线 182

3.14.1 AVG方法概述 182

3.14.2 如何理解AVG方法以平底孔作为当量反射体 182

3.14.3 AVG方法的种类 183

3.14.4 AVG曲线的应用 185

3.14.5 AVG曲线板的简述 191

3.14.6 AVG曲线图的限制 194

4 铸、锻件超声波检测 198

4.1 概述 198

4.1.1 铸、锻件的基础知识 198

4.1.2 常见缺陷 199

4.1.3 铸、锻件分类 201

4.1.4 轨道交通装备用车轴相关知识 202

4.1.5 超声波检测目的与时机 204

4.2 铸件超声波检测 204

4.2.1 铸件的特点 204

4.2.2 铸件超声波检测的特点 205

4.2.3 检测技术要点 205

4.3 锻件超声波检测 208

4.3.1 锻件检测方法概述 208

4.3.2 轴类锻件的检测 208

4.3.3 盘类锻件的检测 209

4.3.4 筒类锻件的检测 209

4.3.5 检测技术要点 210

4.3.6 扫查 212

4.3.7 缺陷位置和大小的确定 212

4.3.8 质量评定 213

5 板材、棒材超声波检测 214

5.1 板材超声波检测 214

5.1.1 钢板加工及常见缺陷 214

5.1.2 检测方法 214

5.1.3 探头与扫查方式的选择 217

5.1.4 探测范围和灵敏度的调整 218

5.1.5 缺陷的判别与测量 220

5.1.6 钢板质量分级 220

5.2 棒材超声波检测 220

5.2.1 棒材及棒材中的主要缺陷 220

5.2.2 棒材超声波检测的特点 220

5.2.3 棒材超声波检测技术 223

6 焊接接头超声波检测 225

6.1 焊接基础知识 225

6.1.1 焊接方法 225

6.1.2 焊接接头形式 226

6.1.3 焊接坡口形式 228

6.1.4 常见焊接缺陷 229

6.2 焊接接头超声波检测通用技术及要求 230

6.2.1 检测方法和检测等级 230

6.2.2 检测区域和检测移动区域 231

6.2.3 探头 232

6.2.4 耦合剂 234

6.2.5 超声波检测仪扫描速度的调节 234

6.2.6 参考灵敏度的设定方法和距离-波幅曲线（DAC） 234

6.2.7 扫查方向要求 235

6.2.8 常用的扫查方式 236

6.2.9 传输修正 237

6.2.10 缺陷回波性质判断 238

6.2.11 非缺陷回波的分析 241

6.2.12 缺陷的定量 242

6.3 对接接头检测 242

6.3.1 检测条件的选择 243

6.3.2 扫查 244

6.3.3 质量评定 244

6.4 其他形式接头的超声波检测 247

6.4.1 T形接头、角接接头超声波检测 247

6.4.2 管座接头超声波检测 248

6.5 其他材料焊接接头超声波检测 249

6.5.1 铝合金焊接接头超声波检测 249

6.5.2 奥氏体不锈钢焊接接头超声波检测 250

7 轨道交通装备典型零部件超声波检测应用 253

7.1 车轴超声波检测 253

7.1.1 车轴缺陷的种类及其产生的原因 253

7.1.2 车轴超声波检测技术要求 255

7.1.3 检测工艺方法 256

7.1.4 缺陷波形特征及分析 260

7.1.5 质量控制 264

7.2 轮对压装部位疲劳裂纹超声波检测 265

7.2.1 疲劳裂纹的产生和危害 265

7.2.2 检测方法 266

7.2.3 检测工艺技术 266

7.2.4 常见波形分析 269

7.2.5 质量判定 276

7.3 空心轴超声波检测 276

7.3.1 空心车轴超声波检测方法 277

7.3.2 检测技术要求 277

7.3.3 质量标准 279

7.4 车轴轮座接触不良的超声波检测 280

7.4.1 接触不良的危害 280

7.4.2 接触不良的超声波检测 280

7.4.3 接触不良反射波形分析 282

7.5 车轮超声波检测 283

7.5.1 车轮的生产流程 283

7.5.2 车轮加工和主要缺陷 283

7.5.3 探伤方法概述 283

7.5.4 检测装置 284

7.5.5 探伤系统组成 284

7.5.6 试块 284

7.5.7 质量标准 285

7.6 球墨铸铁曲轴超声波检测 285

7.6.1 球墨铸铁曲轴缺陷的种类及其产生的原因 285

7.6.2 球铁曲轴的超声波检测 287

7.6.3 波形特征 288

7.7 制动盘超声波检测 289

7.7.1 制动盘制造工艺及常见缺陷 289

7.7.2 制动盘失效机理 289

7.7.3 制动盘超声波检测要点 290

7.8 螺栓的超声波检测 291

7.8.1 螺栓的基本知识 291

7.8.2 检测方法概述 292

8 超声波检测工艺及质量控制 295

8.1 工艺文件的管理 295

8.1.1 标准和规范 295

8.1.2 工艺规程、工艺卡（单） 296

8.1.3 无损检测工艺文件 296

8.1.4 记录与报告 299

8.2 质量控制 300

8.2.1 人员的控制 301

8.2.2 无损检测设备与器材的管理 301

8.2.3 工艺文件的管理 302

8.2.4 检测环境的控制 302

8.2.5 检测参数的控制 302

9 超声波检测实验 303

9.1 仪器与直探头的综合性能测定 303

9.2 仪器与斜探头的综合性能测定 306

9.3 直探头（SPK）的应用（一） 310

9.4 传输修正的测定 311

9.5 直探头DAC曲线的制作 313

9.6 直探头（SPK）的应用（二） 314

9.7 双晶探头（SEPK）的应用 315

9.8 焊接接头的超声波检测 316

9.9 实验用试块示意图 317

附录A 国内外常用超声波检测标准目录 320

参考文献 328