超聲波檢測(cè)原理
超聲波特點(diǎn)：
1.在空氣中不能傳播，遇到空氣100%反射。
2.超聲波在行經(jīng)介質(zhì)時(shí)，若遇到不同密度或彈性系數(shù)物質(zhì)時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生反射回波的特性，而此種反射回波強(qiáng)度會(huì)因材料密度不同而有所差異。
超聲波檢測(cè)原理：
C-SAM檢測(cè)（超聲波檢測(cè)）即最利用此特性來檢出材料內(nèi)部的缺陷并依所接收之訊號(hào)變化將之成像。
因此，只要被檢測(cè)的IC上表面或內(nèi)部晶片構(gòu)裝材料的界面有離層、空洞、裂縫等缺陷時(shí)，即可由C-SAM影像得知缺陷相對(duì)位置。
超聲波檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)：
1.適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無損檢測(cè)
2.缺陷定位較準(zhǔn)確
3.對(duì)面積型缺陷的檢出率較高
4.靈敏度高，可檢測(cè)試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷
5.對(duì)人體及環(huán)境無害
6.不破壞樣品
超聲波常檢測(cè)到的缺陷：
超聲波檢測(cè)的局限性：
1.對(duì)試件中的缺陷進(jìn)行精確的定性、定量仍須作深入研究；
2.對(duì)具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的試件進(jìn)行超聲檢測(cè)有困難；
3.缺陷的位置、取向和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定影響；
4.材質(zhì)、晶粒度等對(duì)檢測(cè)有較大影響；
5.以常用的手工A型脈沖反射法檢測(cè)時(shí)結(jié)果顯示不直觀，且檢測(cè)結(jié)果無直接見證記錄。
超聲波檢測(cè)缺陷判斷
01缺陷的定量:缺陷的定量指已測(cè)定缺陷的大小和數(shù)量，缺陷大小包括缺陷的面積、長(zhǎng)度和深度。
由于缺陷的大小主要根據(jù)熒光屏上缺陷波的高度來確定，而缺陷波的高度又受著缺陷的方向、距離、起點(diǎn)及儀器的工作狀態(tài)等多種因素影響，因而不易準(zhǔn)確地判斷缺陷大小。
1.1當(dāng)量法缺陷定量
當(dāng)量法缺陷定量是以對(duì)比試塊上人工缺陷（如平底孔）來衡量缺陷大小，即實(shí)際缺陷相當(dāng)于多大面積的人工缺陷。
試塊比較法
在相同的探測(cè)條件下，將工件中缺陷小組高度、位置與材質(zhì)相同的試塊上人工缺陷（平底孔或橫通孔）反射波進(jìn)行比較，當(dāng)兩者位置相同、高度相等或相近時(shí)，則工件中缺陷大小相當(dāng)于該人工缺陷的直徑大小，稱作當(dāng)量直徑。直探頭探傷常以平底孔試塊比較，斜探頭以橫通孔試塊比較。
“距離-波幅”曲線和“面積-波幅”曲線當(dāng)量法
缺陷波的高低與缺陷的面積（大小）及距離（深度）有關(guān)，距離相等的缺陷，面積越大，反射波愈高；面積相等的缺陷，距離越近，反射波愈高。
因此，可通過數(shù)組距離相同、面積不同和距離不同、面積相同的人工缺陷試塊，作出“面積-波幅”曲線和“距離-波幅”曲線。
探傷時(shí)根據(jù)缺陷波的高度及缺陷波在時(shí)間掃描線上的位置通過曲線確定缺陷大小。
如果利用衰減器將人工缺陷反射波高度全部調(diào)到熒光屏滿幅的80%，讀出衰減器讀數(shù)（增加或減小的分貝值dB）并以此作出的曲線稱用“面積-分貝”曲線和“距離-分貝”曲線，實(shí)際探測(cè)缺陷時(shí)，調(diào)節(jié)衰減器使缺陷波高也達(dá)滿幅的80%，則根據(jù)缺陷的距離和衰減器上分貝讀數(shù)直接從曲線上查出缺陷當(dāng)量大小。
“距離波幅”曲線在焊縫斜角探傷中應(yīng)用較廣。
實(shí)際探傷使用“距離波幅”曲線由評(píng)定線、定量線和判廢線三條組成，評(píng)定線與定量線之間（包括評(píng)定線）為I區(qū)，定量線與判廢線之間（包括定量線）為II區(qū)，判廢及其以上為III區(qū)。
RL全稱reference level，SL全稱recording level，EL全稱evaluation level，定義可以參考ISO 11666。下圖來自CBT 4559-2011。
圖1 DAC曲線簇
1.2 以波束指向性為基礎(chǔ)的定量法
當(dāng)缺陷面積大于聲束面積時(shí)，無法用當(dāng)量法判斷缺陷大小（即無法根據(jù)反射波高低判斷缺陷大小），如圖2所示。
雖然A、B兩缺陷大小不同，但缺陷反射波高度卻相同，這是由于缺陷面積大于聲束面積后，隨著缺陷面積的增大，缺陷反射波不再增高的緣故，因此無法根據(jù)波高判斷其大小。
以波束指向性為基礎(chǔ)的定量法是通過移動(dòng)探頭探測(cè)大缺陷的邊緣（根據(jù)熒光屏上缺陷波高度變化）確定缺陷大小的一種方法，當(dāng)探頭聲束中心位于缺陷中心時(shí)，缺陷波最高；當(dāng)聲束中心偏離缺陷中心時(shí)，缺陷波降低；當(dāng)聲束不與缺陷相遇時(shí)，缺陷波消失。
具體有以下兩種：
圖2 測(cè)定缺陷當(dāng)量的誤差
半波高度法
此方法就是文獻(xiàn)中提到的6dB Drop method無論縱波探傷還是橫波探傷，發(fā)現(xiàn)缺陷后首先找出最高波的探頭位置，如圖3所示位置4，然后移動(dòng)探頭，直至聲束中心恰好在缺陷的邊緣（聲束只有一半射在缺陷上），此時(shí)反射波高度降低為原來的一半，即圖中探頭1、2位置，此時(shí)探頭中心之間的距離為b即為缺陷在該方向的尺寸；再將探頭沿不同方向重復(fù)上述操作，由探頭中心各位置構(gòu)成的軌跡所圍面積，即為缺陷的指示大小。
由于受缺陷的取向、形狀及表面狀態(tài)等因素影響，指示大小和缺陷的真實(shí)大小往往有一定誤差。橫波探傷用半波高度法測(cè)定缺陷長(zhǎng)度與之相同，如圖3所示。
圖3 半波高度法測(cè)定缺陷大小
圖4 斜探頭測(cè)定缺陷大小
全波消失法
探傷發(fā)現(xiàn)缺陷后，由缺陷波量最高位置向各方向移動(dòng)探頭，分別記下缺陷波剛剛消失時(shí)探頭的中心位置，這些探頭中心位置圍成的面積為缺陷的大致范圍，再經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算可得缺陷大小。
如圖5所示，探頭在位置3時(shí)缺陷波最高，位置1、2時(shí)缺陷波剛剛消失。
圖5 全波消失法測(cè)定缺陷大小
設(shè)1、2位置探頭中心間距離為L(zhǎng)，探頭半擴(kuò)散角為θ，缺陷深度h，缺陷長(zhǎng)度b，探頭半徑為r，則：
b = L - 2C =L - 2 ( r + htgθ) = L - 2 rhtgθ
θ= arcsin1. 22λ/D
式中 λ：波長(zhǎng)；D：探頭直徑。
1.3 AVG曲線法
AVG曲線又稱“距離-波幅-缺陷當(dāng)量”曲線，它是根據(jù)不同尺寸的人工缺陷在不同聲程處的反射，計(jì)算出反射波高并按一定比例作出的各條缺陷當(dāng)量曲線，通常刻制在有機(jī)玻璃板上，直接在熒光屏上使用，探傷時(shí)根據(jù)被探工件厚度調(diào)節(jié)時(shí)間掃描線，當(dāng)熒光屏上出現(xiàn)缺陷波后，根據(jù)其距離（深度）和波高由曲線板上確定缺陷當(dāng)量大小。
AVG曲線板一般與探傷儀配套，也可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況自行制作。
該法與“距離-波幅”曲線和“面積-波幅”曲線本質(zhì)上沒有什么差別，但使用更方便，定量也比較準(zhǔn)確，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
02缺陷的定性
超聲波探傷除確定缺陷位置及大小外，還必須確定缺陷的性質(zhì)，即定性。
為了定性準(zhǔn)確，探傷前必須對(duì)被探工件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、組織狀態(tài)、加工工藝及制造過程中容易產(chǎn)生的缺陷有所了解，再將實(shí)測(cè)缺陷的位置、大小、方向與理論上可能產(chǎn)生缺陷的位置、大小等情況綜合分析。
對(duì)缺陷的準(zhǔn)確定性要經(jīng)過反復(fù)認(rèn)識(shí)和長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。
主要可從以下幾方面考慮。
2. 1 根據(jù)缺陷的大小、形狀判斷
單個(gè)較小體積缺陷多為氣孔、夾渣；
密集分布的較小點(diǎn)狀缺陷多為白點(diǎn)、氣池；
尺寸較大的線性或條狀缺陷多為裂紋、未焊透；
尺寸較大、形狀不規(guī)則的缺陷多為約定俗成孔、疏松、夾渣等。
2. 2 根據(jù)缺陷所處位置判斷
縮孔、疏松、氣泡、砂眼等多位于鑄件的澆冒口處；
未焊透多在焊縫中或根部；
未熔合在母材與沓縫交界處；
裂紋多在應(yīng)力較大部位；
氣孔、夾渣可存在于焊縫中各部位。
2. 3 根據(jù)缺陷波波形特征判斷
缺陷波波高能夠表明，缺陷密度與工件材料密度相關(guān)愈大，其反射波愈高。
如氣孔、裂紋、未焊透、縮孔、白點(diǎn)等反射波較高，面非金屬夾雜物、夾渣等反射波較低。
Tips總結(jié)
缺陷波的形狀，對(duì)氣孔、未焊透、未熔合等缺陷波形的形狀有影響，其尖銳、陡直、波根部清晰；裂紋的波形尖銳、陡峭，且有波形交錯(cuò)；夾渣、疏松等波形較寬，波低，有明顯樹枝狀。
缺陷波的敏感性，對(duì)白點(diǎn)、氣孔等單個(gè)缺陷，探頭平行移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)缺陷波迅速消失，很敏感，而探頭圍繞缺陷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，缺陷波變化不大；對(duì)裂紋，探頭平行移動(dòng)時(shí)缺陷波陷波波形會(huì)發(fā)生一定變化，探頭移動(dòng)到一定程度缺陷波才逐漸減幅直至消失，而轉(zhuǎn)動(dòng)探頭時(shí)缺陷波會(huì)迅速降低甚至消失，很敏感；對(duì)開頭不規(guī)則的疏松、夾渣等探頭平行移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)缺陷波變化都較遲緩。
缺陷波的清晰度表明，白點(diǎn)、氣孔、裂紋等缺陷小組清晰度較好，而非金屬夾雜物、疏松等波形較寬，高低不同的波峰彼此相連不易分開的、清晰度差。
根據(jù)底波高度變化判斷，單個(gè)白點(diǎn)、氣孔對(duì)底波高度影響較小，非金屬夾雜物會(huì)使底波高度降低，大面積、近表面缺陷（縮孔、疏松、裂紋等）出現(xiàn)很強(qiáng)的缺陷波時(shí)其底波降低甚至消失。
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