無損檢測超聲波二級考試題庫及答案一、選擇題1.超聲波在介質(zhì)中傳播時，遇到障礙物會發(fā)生反射，反射波的強(qiáng)度與（）有關(guān)。A.障礙物的形狀B.障礙物的大小C.障礙物與超聲波傳播方向的夾角D.以上都是答案：D解析：障礙物的形狀、大小以及其與超聲波傳播方向的夾角都會影響反射波的強(qiáng)度。不同形狀的障礙物對超聲波的反射情況不同，例如平面和曲面反射特性有差異；障礙物大小決定了能反射超聲波的面積大小，進(jìn)而影響反射波強(qiáng)度；而夾角不同，超聲波的入射角不同，反射效果也不同。2.超聲檢測中，縱波在以下哪種介質(zhì)中傳播速度最快（）。A.空氣B.水C.鋼D.有機(jī)玻璃答案：C解析：縱波的傳播速度與介質(zhì)的彈性模量和密度有關(guān)。一般來說，固體的彈性模量較大，縱波傳播速度較快。在空氣、水、鋼和有機(jī)玻璃中，鋼是固體，其彈性模量相對較大，所以縱波在鋼中的傳播速度最快?？諝馐菤怏w，彈性模量小，縱波傳播速度最慢；水是液體，傳播速度介于氣體和固體之間；有機(jī)玻璃的彈性模量小于鋼，傳播速度也比鋼慢。3.以下哪種探傷方法對檢測內(nèi)部氣孔缺陷最有效（）。A.磁粉探傷B.滲透探傷C.超聲波探傷D.射線探傷答案：C解析：磁粉探傷主要用于檢測鐵磁性材料表面和近表面的缺陷，對于內(nèi)部氣孔無法檢測，所以A選項錯誤。滲透探傷只能檢測表面開口缺陷，內(nèi)部氣孔屬于內(nèi)部缺陷，滲透探傷無法檢測，B選項錯誤。射線探傷對于檢測體積型缺陷如氣孔有一定效果，但對于微小氣孔的檢測靈敏度可能不如超聲波探傷。超聲波探傷可以檢測內(nèi)部缺陷，并且對于氣孔等缺陷能通過反射波的特征來準(zhǔn)確判斷其位置和大小，所以對檢測內(nèi)部氣孔缺陷最有效，C選項正確。4.超聲檢測中，探頭的頻率越高，則（）。A.波長越長，穿透能力越強(qiáng)B.波長越短，穿透能力越強(qiáng)C.波長越長，穿透能力越弱D.波長越短，穿透能力越弱答案：D解析：根據(jù)公式\(v=fλ\)（其中\(zhòng)(v\)是波速，\(f\)是頻率，\(λ\)是波長），在同一介質(zhì)中波速\(v\)基本不變，頻率\(f\)越高，波長\(λ\)越短。而頻率越高，超聲波在介質(zhì)中傳播時衰減越快，所以穿透能力越弱。因此D選項正確。5.超聲檢測時，若檢測面比較粗糙，為了保證檢測效果，應(yīng)選用（）。A.較高頻率的探頭B.較低頻率的探頭C.大尺寸探頭D.聚焦探頭答案：B解析：當(dāng)檢測面比較粗糙時，較高頻率的探頭發(fā)出的超聲波更容易被粗糙表面散射和反射，導(dǎo)致信號損失較大，影響檢測效果。而較低頻率的探頭波長較長，對粗糙表面的適應(yīng)性較好，能減少散射和反射損失，保證檢測效果，所以應(yīng)選用較低頻率的探頭，B選項正確。大尺寸探頭主要影響聲束的擴(kuò)散和能量分布等，與適應(yīng)粗糙表面關(guān)系不大；聚焦探頭主要用于特定區(qū)域的聚焦檢測，對于粗糙表面檢測優(yōu)勢不明顯。二、判斷題1.超聲波在介質(zhì)中傳播時，其能量會隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。（）答案：正確解析：超聲波在介質(zhì)中傳播時，會受到多種因素的影響導(dǎo)致能量衰減。主要包括擴(kuò)散衰減、吸收衰減和散射衰減。擴(kuò)散衰減是由于聲束在傳播過程中擴(kuò)散，使單位面積上的聲能減少；吸收衰減是介質(zhì)分子的內(nèi)摩擦等原因?qū)⒙暷苻D(zhuǎn)化為熱能；散射衰減是超聲波遇到介質(zhì)中的微小顆粒等散射而損失能量。所以超聲波的能量會隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。2.磁粉探傷可以檢測所有金屬材料的表面和近表面缺陷。（）答案：錯誤解析：磁粉探傷只能用于檢測鐵磁性材料的表面和近表面缺陷。因為磁粉探傷是利用鐵磁性材料被磁化后，表面和近表面缺陷處產(chǎn)生漏磁場，吸附磁粉來顯示缺陷的。非鐵磁性材料如銅、鋁等，不能被磁化，也就不會產(chǎn)生漏磁場，所以磁粉探傷對非鐵磁性材料無效。3.超聲檢測中，靈敏度越高越好。（）答案：錯誤解析：在超聲檢測中，靈敏度并非越高越好。雖然高靈敏度可以檢測到更小的缺陷，但過高的靈敏度會使儀器對一些微小的干擾信號也產(chǎn)生響應(yīng)，導(dǎo)致出現(xiàn)大量的虛假信號，增加了判斷缺陷的難度，同時也可能會掩蓋一些真正的缺陷信號。所以需要根據(jù)檢測要求和實際情況合理選擇靈敏度。4.射線探傷可以檢測材料內(nèi)部的體積型缺陷和面積型缺陷。（）答案：正確解析：射線探傷是利用射線穿透材料，根據(jù)射線在底片上的成像來判斷內(nèi)部缺陷情況。對于體積型缺陷如氣孔、夾渣等，由于其對射線的吸收與周圍材料不同，會在底片上形成明顯的影像；對于面積型缺陷如裂紋等，當(dāng)射線以合適的角度照射時，也能在底片上顯示出缺陷的影像。所以射線探傷可以檢測材料內(nèi)部的體積型缺陷和面積型缺陷。5.超聲檢測中，斜探頭主要用于檢測與檢測面垂直的缺陷。（）答案：錯誤解析：斜探頭主要用于檢測與檢測面不垂直的缺陷，如焊縫中的未焊透、未熔合等缺陷。斜探頭通過折射使超聲波以一定角度進(jìn)入被檢工件，能夠更好地檢測那些與檢測面成一定角度的缺陷。而檢測與檢測面垂直的缺陷一般使用直探頭。三、簡答題1.簡述超聲波探傷的基本原理。答案：超聲波探傷是利用超聲波在材料中傳播時，遇到缺陷會產(chǎn)生反射波的原理來檢測材料內(nèi)部缺陷的方法。具體過程如下：首先，探傷儀通過探頭向被檢工件發(fā)射超聲波。當(dāng)超聲波在均勻的材料中傳播時，它會以一定的速度和方向直線傳播。如果材料內(nèi)部存在缺陷，如氣孔、裂紋等，超聲波傳播到缺陷界面時，由于缺陷與周圍材料的聲阻抗不同，一部分超聲波會在缺陷界面上發(fā)生反射，形成反射波；另一部分超聲波會繼續(xù)在材料中傳播。反射波被探頭接收后，轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給探傷儀。探傷儀對這些電信號進(jìn)行放大、處理和顯示，根據(jù)反射波的幅度、位置等信息，就可以判斷缺陷的存在、位置、大小和性質(zhì)等。2.簡述超聲檢測中探頭的主要作用。答案：超聲檢測中探頭的主要作用有以下幾點(diǎn)：（1）發(fā)射超聲波：探頭將探傷儀產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號，并向被檢工件中發(fā)射。不同類型的探頭可以發(fā)射不同波形（如縱波、橫波等）和不同頻率的超聲波，以適應(yīng)不同的檢測需求。（2）接收超聲波：當(dāng)超聲波在工件中傳播遇到缺陷產(chǎn)生反射波后，探頭又將反射回來的超聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸給探傷儀進(jìn)行后續(xù)處理和分析。（3）控制聲束特性：探頭的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以控制聲束的形狀、方向、擴(kuò)散角等特性。例如，聚焦探頭可以將聲束聚焦在特定的區(qū)域，提高檢測的靈敏度和分辨率；不同尺寸和形狀的探頭可以產(chǎn)生不同擴(kuò)散程度的聲束，以適應(yīng)不同的檢測部位和缺陷類型。3.簡述超聲檢測中耦合劑的作用及選擇原則。答案：耦合劑的作用主要有以下幾點(diǎn)：（1）排除探頭與工件表面之間的空氣：由于空氣的聲阻抗與工件材料的聲阻抗相差很大，超聲波在空氣與工件界面上會發(fā)生強(qiáng)烈的反射，幾乎無法進(jìn)入工件。耦合劑可以填充探頭與工件表面之間的空隙，排除空氣，使超聲波能夠有效地傳入工件。（2）減少聲能損失：耦合劑可以使探頭與工件表面更好地接觸，減少超聲波在界面處的反射損失，提高檢測的靈敏度。選擇耦合劑的原則如下：（1）良好的耦合性能：耦合劑應(yīng)具有較低的聲阻抗，能夠有效地傳遞超聲波，使聲能盡可能多地傳入工件。（2）對工件無腐蝕：耦合劑不應(yīng)腐蝕工件表面，以免影響工件的質(zhì)量和性能。（3）易于清洗：檢測完成后，耦合劑應(yīng)容易從工件表面清洗掉，不會殘留雜質(zhì)。（4）對人體無害：應(yīng)選擇對人體無毒、無刺激的耦合劑，以保障操作人員的健康。（5）穩(wěn)定性好：在檢測過程中，耦合劑的性能應(yīng)保持穩(wěn)定，不受環(huán)境溫度、濕度等因素的影響。4.簡述超聲檢測中缺陷定量的方法。答案：超聲檢測中缺陷定量的方法主要有以下幾種：（1）當(dāng)量法：將缺陷的反射波高與已知大小的標(biāo)準(zhǔn)反射體（如平底孔、橫孔等）的反射波高進(jìn)行比較，當(dāng)兩者波高相同時，認(rèn)為缺陷的大小與該標(biāo)準(zhǔn)反射體的大小相當(dāng)，以此來確定缺陷的當(dāng)量尺寸。當(dāng)量法簡單易行，但只能給出缺陷的大致尺寸，不能準(zhǔn)確反映缺陷的實際形狀和大小。（2）測長法：對于一些面積型缺陷，如裂紋等，通過移動探頭，測量缺陷反射波高下降到一定程度（如規(guī)定的靈敏度基準(zhǔn)波高的一定百分比）時探頭移動的距離，以此作為缺陷的長度。測長法可以較為準(zhǔn)確地測量缺陷的長度，但對于缺陷的寬度和深度難以準(zhǔn)確確定。（3）投影法：利用超聲成像技術(shù)，如超聲C掃描等，將缺陷的反射信號進(jìn)行處理，得到缺陷在某一平面上的投影圖像，通過對投影圖像的分析來確定缺陷的大小和形狀。投影法可以直觀地顯示缺陷的形態(tài)，但設(shè)備成本較高，操作相對復(fù)雜。5.簡述超聲檢測中可能出現(xiàn)的偽缺陷波及其產(chǎn)生原因。答案：超聲檢測中可能出現(xiàn)的偽缺陷波及其產(chǎn)生原因如下：（1）遲到波：當(dāng)超聲波在工件中傳播遇到特殊的結(jié)構(gòu)或界面時，會產(chǎn)生一些傳播路徑較長的波，這些波到達(dá)探頭的時間比正常反射波晚，形成遲到波。例如，在軸類工件的檢測中，超聲波在軸的圓周面上多次反射后可能會產(chǎn)生遲到波。（2）三角反射波：在工件的直角或近似直角的部位，超聲波會發(fā)生三角反射現(xiàn)象，形成三角反射波。這種波容易被誤認(rèn)為是缺陷反射波。例如，在焊縫的邊緣或工件的棱角處可能會出現(xiàn)三角反射波。（3）輪廓回波：工件表面的不平整或形狀變化會使超聲波在這些部位發(fā)生反射，產(chǎn)生輪廓回波。如工件表面的臺階、溝槽等部位，可能會出現(xiàn)輪廓回波，干擾對缺陷的判斷。（4）草狀回波：當(dāng)工件材料內(nèi)部存在微小的晶粒、雜質(zhì)等不均勻組織時，超聲波在這些部位會發(fā)生散射，形成大量雜亂的小反射波，這些反射波疊加在一起就形成了草狀回波。草狀回波會掩蓋一些小缺陷的反射波，影響檢測的準(zhǔn)確性。四、計算題1.已知超聲波在鋼中的縱波聲速\(C_L=5900m/s\)，探頭頻率\(f=2.5MHz\)，求該超聲波在鋼中的波長\(λ\)。答案：根據(jù)公式\(v=fλ\)（其中\(zhòng)(v\)是波速，\(f\)是頻率，\(λ\)是波長），可得：\(λ=\frac{v}{f}\)已知\(C_L=v=5900m/s\)，\(f=2.5MHz=2.5×10^6Hz\)則\(λ=\frac{5900}{2.5×10^6}=2.36×10^{-3}m=2.36mm\)所以該超聲波在鋼中的波長為\(2.36mm\)。2.用直探頭對厚度\(T=200mm\)的鋼板進(jìn)行超聲檢測，已知底面第一次反射波\(B_1\)的波高為滿刻度的\(80\%\)，當(dāng)缺陷波\(F\)的波高為滿刻度的\(40\%\)時，求缺陷的埋藏深度\(x\)（假設(shè)鋼板中聲衰減可忽略不計）。答案：在超聲檢測中，當(dāng)聲衰減可忽略不計時，根據(jù)反射波聲壓與傳播距離的關(guān)系，對于底面反射波和缺陷反射波有：\(\frac{P_F}{P_{B1}}=\frac{x}{T}\)其中\(zhòng)(P_F\)是缺陷反射波聲壓，\(P_{B1}\)是底面第一次反射波聲壓，\(x\)是缺陷埋藏深度，\(T\)是工件厚度。已知\(P_F\)對應(yīng)的波高為滿刻度的\(40\%\)，\(P_{B1}\)對應(yīng)的波高為滿刻度的\(80\%\)，即\(\frac{P_F}{P_{B1}}=\frac{40\%}{80\%}=0.5\)又已知\(T=200mm\)則\(x=\frac{P_F}{P_{B1}}×T=0.5×200=100mm\)所以缺陷的埋藏深度為\(100mm\)。3.某超聲檢測中，用\(2.5MHz\)的探頭檢測鋼工件，已知鋼中橫波聲速\(C_S=3230m/s\)，求橫波的波長\(λ_S\)。答案：根據(jù)公式\(v=fλ\)，這里\(v=C_S=3230m/s\)，\(f=2.5MHz=2.5×10^6Hz\)則\(λ_S=\frac{C_S}{f}=\frac{3230}{2.5×10^6}=1.292×10^{-3}m=1.292mm\)所以鋼中橫波的波長為\(1.292mm\)。4.用斜探頭檢測焊縫，已知探頭的折射角\(β=45^{\circ}\)，在顯示屏上測得缺陷波的水平距離\(L=100mm\)，求缺陷在焊縫中的深度\(h\)。答案：設(shè)缺陷在焊縫中的深度為\(h\)，水平距離為\(L\)，折射角為\(β\)。因為\(\tanβ=\frac{L}{h}\)已知\(β=45^{\circ}\)，\(L=100mm\)\(\tan45^{\circ}=1=\frac{L}{h}\)所以\(h=L=100mm\)即缺陷在焊縫中的深度為\(100mm\)。5.已知超聲檢測中，探頭的近場區(qū)長度\(N=50mm\)，在近場區(qū)外檢測到一個缺陷，其反射波高與距離探頭\(100mm\)處的平底孔反射波高相同，該平底孔直徑\(d=2mm\)，求缺陷的當(dāng)量尺寸\(d_F\)（假設(shè)聲衰減可忽略不計）。答案：在超聲檢測的遠(yuǎn)場區(qū)，當(dāng)聲衰減可忽略不計時，根據(jù)平底孔反射波聲壓公式\(P=\frac{P_0F_d}{λx}\)（其中\(zhòng)(P\)是反射波聲壓，\(P_0\)是初始聲壓，\(F_d\)是平底孔面積，\(λ\)是波長，\(x\)是距離）。設(shè)缺陷的當(dāng)量尺寸為\(d_F\)，對于缺陷和已知平底孔，當(dāng)反射波高相同時，聲壓相同，則有：\(\frac{F_{dF}}{x_F}=\frac{F_d}{x_d}\)其中\(zhòng)(F_{dF}=\frac{\pid_F^2}{4}\)，\(F_d=\frac{\pid^2}{4}\)，\(x_F\)是缺陷到探頭的距離，\(x_d\)是平底孔到探頭的距離。已知\(x_d=100mm\)，\(d=2mm\)，假設(shè)缺陷在近場區(qū)外，設(shè)缺陷到探頭的距離\(x_F\)，這里可認(rèn)為滿足遠(yuǎn)場區(qū)條件。因為\(\frac{F_{dF}}{x_F}=\frac{F_d}{x_d}\)，即\(\frac{\frac{\pid_F^2}{4}}{x_F}=\frac{\frac{\pid^2}{4}}{x_d}\)，化簡得\(\frac{d_F^2}{x_F}=\frac{d^2}{x_d}\)由于在遠(yuǎn)場區(qū)，可根據(jù)條件計算，假設(shè)缺陷在遠(yuǎn)場區(qū)合適位置，這里直接代入計算\(d_F^2=\frac{d^2x_F}{x_d}\)若假設(shè)缺陷到探頭距離\(x_F=200mm\)（滿足遠(yuǎn)場區(qū)條件且合理假設(shè)）\(d_F^2=\frac{2^2×200}{100}=8\)\(d_F=\sqrt{8}\approx2.83mm\)所以缺陷的當(dāng)量尺寸約為\(2.83mm\)。五、案例分析題某壓力容器焊縫采用超聲檢測，檢測過程中發(fā)現(xiàn)焊縫中存在一些反射波信號。以下是對這些信號的詳細(xì)情況：信號1：反射波幅度較高，波峰尖銳，移動探頭時，反射波信號迅速消失。信號2：反射波幅度較低，呈多個小峰組成的群波，移動探頭時，信號變化緩慢。信號3：反射波幅度中等，波峰較寬，移動探頭時，反射波信號有一定的移動范圍。1.請分析上述三種信號可能對應(yīng)的缺陷類型，并說明理由。答案：（1）信號1：可能是氣孔缺陷。理由是氣孔是體積型缺陷，當(dāng)超聲波垂直入射到氣孔表面時，會產(chǎn)生較強(qiáng)的反射，所以反射波幅度較高，波峰尖銳。由于氣孔尺寸相對較小，當(dāng)探頭稍微移動，超聲波就不再垂直入射到氣孔上，反射波信號會迅速消失。（2）信號2：可能是夾雜缺陷。夾雜通常是由多種不同物質(zhì)組成，分布不均勻，超聲波在夾雜區(qū)域會發(fā)生多次散射和反射，形成多個小峰組成的群波。而且夾雜在焊縫中一般有一定的分布范圍，所以移動探頭時，信號變化緩慢。（3）信號3：可能是裂紋缺陷。裂紋屬于面積型缺陷，其反射波幅度與裂紋的大小、方向等有關(guān)，一般為中等幅度。裂紋有一定的長度和走向，當(dāng)探頭移動時，超聲波與