超声波耦合与补偿的功能详解

一、耦合剂
    超升耦合是指超声波在探测面上的声强透射率。声强透射率高，超声耦合好。
为了提高偶合效果，在探头与工件表面之间施加的一层透声介质称为耦合剂。耦合剂的作用在于排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件，达到探伤的目的。此外耦合剂还有减少摩擦的作用。一般耦合剂应满足以下要求：
(1)能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，不难清洗。
(2)声阻抗高，透声性能好。
(3)来源广，价格便宜。
(4)对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。
(5)性能稳定，不易变质，能长期保存。
超声波探伤中常用耦合剂有机油、变压器油、甘油、水、水玻璃等。它们的声阻抗Z如下：
  耦合剂          机油     水     水玻璃      甘油
Z×106kg/m2·s      1.28      1.5      2.17        2.46
     由此可见，甘油声阻抗高，耦合性能好，常用于一重要工件的精确探伤，但价格较贵，对工件有腐蚀作用。水玻璃的声阻抗高，耦合性能好，常用于表面粗糙的工件探伤，但清洗不太方便，且对工件有腐蚀作用。水的来源广，价格低，常用于水浸探伤，但使工件生锈。机油和变压器油粘度、流动性、附着力适当，对工件无腐蚀、价格也不贵，因此是目前应用最广的耦合剂。
二、影响声耦合的主要因素
影响声耦合的主要因素有：耦合层的厚度，耦合剂的声阻抗，工件表面粗糙度和工件表面形状。
1.耦合层厚度的影响
如图4.10所示，耦合层厚度对耦合有较大的影响。当耦合层厚度为 的奇数倍时，透声效果差，耦合不好，反射回波低。当耦合层厚度为 的整数倍或很薄时，透声效果好，反射回波高

2.表面粗糙度的影响
    由图4.11可知，工件表面粗糙度对声耦合有明显的影响。对于同一耦合剂，表面粗糙度高，耦合效果差，反射回波低。声阻抗低的耦合剂，随粗糙度的变差，耦合效果降低得更快。但粗糙度也不必太低，因为粗糙度太低，耦合效果无明显增加。而且使探头因吸附力大而移动困难。
一般要求工件表面粗糙度Ra不高于6.3μm。
3.耦合剂声阻抗的影响
   由图4.11还可以看出，耦合剂的声阻抗对耦合效果也有较大的影响。对于同一探测面，耦合剂声阻抗大，耦合效果好，无损检测资源网反射回波高，例如表面粗糙度Rz=100 μm时，Z=2.4的甘油耦合回波比Z=l.5的水耦合回波高6～7dB。
4.工件表面形状的影响
   工件表面形状不同，耦合效果不一样．其中平面耦合效果最好，凸曲面次之，凹曲面最差。因为常用探头表面为平面，与曲面接触为点接触或线接触，声强透射率低。特别是凹曲面，探头中心不接触，因此耦合效果更差。
不同曲率半径的耦合效果也不相同，曲率半径大，耦合效果好。
三、表面耦合损耗的测定和补偿
 
 
    在实际探伤中，当调节探伤灵敏度用的试块与工件表面粗糙度、曲率半径不同时，往往由于工件耦合损耗大而使探伤灵敏度降低。为了弥补耦合损耗，必须增大仪器的输出来进行补偿。
1.耦合损耗的测定
    为了恰当地补偿耦合损耗，应首先测定工件与试块表面耦合损耗的分贝差。
一般的测定耦合损耗差的方法为：在表面耦合状态不同，其他条件(如材质、反射体、探头和仪器等)相同的工件和试块上测定二者回波或穿透波高分贝差。
下面以横波斜探头为例来说一、二次波探伤时耦合损耗的测定方法。一次波探伤又称直射法，二次波探伤又称一次反射法。一、二次波对应的水平距离为一倍跨距，常用IS表示。

    首先制作两块材质与工件相同、表面状态不同的试块。一块为对比试块、粗糙度同试块，另一块为待测试块，表面状态同工件。分别在两试块同深度处加工相同的长横孔反射体，然后将探头分别置于两试块上，如图4.12所示，测出二者长横孔回波高度的△dB差，此△dB即为二者耦合损耗差。