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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P18

1.5.2 声阻抗Z19

1.5.3 声强I19

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