横波斜探头反衍变探伤法

摘要

本发明提供一种横波斜探头反衍变探伤法，超声横波传播时，遇到缺陷后能产生反射波、衍射波和变型波；通过对这些波的综合分析，通过反射特性的反射波和衍射特性的衍射波，得到了缺欠的有无，通过变型特性的变型波，即在缺欠端点产生的变型表面波，通过表面波在缺欠表面传播得到了缺欠的形状、尺寸和通过缺欠产生的变型表面波、变型横波、变型纵波与发射横波之间走的路径组合，揭示了荧屏内所有波产生的成因，得到了确定缺欠的角度或方向的依据，解决了对缺陷进行精准的定位、定量和定性，实现通过A超技术就能将缺欠真实形状立体呈现。本发明的技术方案解决了现有技术中缺少一种对缺陷进行精准定位、定量和定性的探伤方法的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及探伤技术领域，具体而言，尤其涉及一种横波斜探头反衍变探伤法。

背景技术

现在的A型脉冲超声波探伤技术，简单讲是超声波探伤仪器通过超声探头发出超声波，超声波以指定的角度进入被检工件，在传播的过程中遇到异质界面(缺欠)产生反射，反射部分超声波按原路返回，在仪器的荧屏里以脉冲的形式反映出来，通过该反射脉冲出现的位置、高度和形状对缺欠进行定位、定量和定性分析，如图1-1至图1-4所示，其中，图1-1是纵波直探头探伤示意图，图1-2是纵波斜探头探伤示意图，图1-3是横波斜探头探伤示意图，图1-4是表面波探头探伤示意图。

现在的A超技术是以缺陷反射回波为依据对缺欠进行定位、定性、定量，首先是让缺欠反射回波最大化，只有声束垂直缺欠面时反射波才是最高的，而焊缝里的缺欠形状是未知的，只有焊缝坡口面上的缺欠是已知的，因为坡口角度是已知的，如图2所示，图2是焊缝坡口示意图。

从有焊接技术开始，焊缝坡口角度通过大量的实验、实践，最终基本上确定薄板是20°，中厚板是30°，厚板是45°，只有当坡口角度加上探头折射角度β等于90°时，声束才是垂直于坡口面的，坡口面上的缺陷反射才是最大的，如图3所示，图3是探头角度的由来示意图。

所以针对当时焊接工艺制定的焊缝坡口角度，就有了45°，60°和70°三种折射角度的探头，另外我们运用的A超探伤技术，是在一个人工制作的标准参照物上，这个参照物又称做灵敏度试块，在灵敏度试块上取得相应的反射波高，这个波高就是探伤起始灵敏度，如图4-1和图4-2所示，其中，图4-1是横通孔灵敏度试块示意图，图4-2平底孔灵敏度试块示意图。

按照这个灵敏度进行探伤，由于参考反射体大小或形状的不同，缺欠的检出能力就不同，探伤参考反射体决定了探伤的灵敏度，不同的超声探伤起始灵敏度(包括横通孔、平底孔、矩形槽等)，哪种更接近探伤结果的准确呢，没有。

焊缝内的缺欠，类型不同，形状不同，大小不同，位置不同，方向不同，看不到摸不到，超声波的反射法不能准确的判断这五不同，就只能将这五不同，同一个规定的标准的横通孔或平底孔等，在同一个灵敏度下进行波高比对，这种比对比不出缺欠的五不同，比的只是把缺欠相当于横通孔或平底孔的当量，这种比对的方法称作当量法，这种比对能说明相同反射波高的横通孔、平底孔和缺欠对于焊缝强度的影响是一样的吗，不能。

目前运用的当量法有三种，一是当量试块比较法，二是当量计算法，三是当量AVG曲线法。目前横波探伤主要运用当量试块法。对于当量的缺陷仅是探头所在位置发现的缺陷，当工件中缺陷尺寸大于声束界面时，就要对缺陷进行长度测定，测长法是根据缺陷波高与探头移动距离来确定缺陷的尺寸，缺陷测长方法分为相对灵敏度法、绝对灵敏度法和端点峰值法。

如果同一个缺陷用以上不同的方法测长，结果会不同，用不同角度探头测长，结果也会不同，所以这么多的测长方法导致测长的乱像，短缺陷会测长，长缺陷会测短，采用以上的方法测长，结果只能称作是指示长度，而不是缺陷的实际长度。

目前探伤对于缺陷的定性，主要是根据缺陷当量的大小，缺陷存在的位置，缺陷反射的波形，焊接工艺，被检工件的材质，探伤使用的设备以及探伤者的经验等综合而定，而这些都不足以将缺陷性质定的恰如其分。

目前对于缺欠的定位，主要是根据反射波最高点对应的位置确定缺欠的位置，而缺欠反射波的最高点只是缺欠自身的某一部位，缺欠的最高反射点可能是缺欠的上部，也可能是缺欠的中部，也可能是缺欠的下部。

现在的A型脉冲超声波探伤技术对缺陷的大小是当量，对缺陷的测长是指示长度，对缺陷的定位是缺陷上的某点，对缺陷的定性没有把握。从事过探伤工作的人都知道，A超的反射法探伤，无法确定反射回波就是缺陷最大面的反射回波，现在的探伤方法存在大缺陷小反射回波，小缺陷大反射回波，小缺欠不合格，大缺欠被放过这一事实，如图32所示。

近些年超声波探伤有了新的进展，诞生了新的探伤技术，反射法诞生了超声相控阵扫描技术，这个用更多个角度探头探伤的问题解决了，它是一个探头多个晶片的有机排列，探头折射角度可涵盖35°到80°同时进入工件，通过软件可以单独控制相控阵探头中每个晶片的激发时间，从而控制产生波束的角度、聚焦位置和焦点尺寸，完成检测，并可将检测结果储存，如图5所示，图5是超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转原理示意图。

这一技术是A超探伤的范畴，更多的是利用了计算机技术把超声采集的讯号处理、判断、储存。因为相控阵探伤技术还是反射法的原理，所以对于缺陷的定位、定量、定性还做不到反映缺欠的本来面貌，比如对有的缺陷定性还是靠经验，对焊缝表面附近的缺陷分辨还存在误差。

在声学理论中，当超声波在介质中传播时，遇到异质界面(缺欠)，除了产生反射波外，根据惠更斯原理，在其边缘还会有衍射现象发生，产生新激发的衍射波，如图6所示，图6是衍射原理示意图。

根据这一原理，超声探伤诞生了新的超声波衍射时差法，即TOFD探伤技术，它是使用一对宽声束、宽频带非聚焦的纵波斜探头(每个探头一个晶片)，探头相对于焊缝两侧布置，采用一发一收的模式进行探伤，从焊缝内缺欠的“端点”和“端角”处得到的衍射能量，用于缺欠的检测、定量和定位，但它仅是运用衍射法技术，只能反映出有上下端点缺陷的自身高度，如图7所示，图7是TOFD衍射技术示意图。

根据声学理论，超声波的类型有纵波、横波、板波和表面波，其中每种波又具有反射、衍射和变型波功能，单靠一种波和一种功能，是不能把缺欠的全貌反映出来，比如横波的反射法包括相控阵，纵波的衍射法都没能把缺欠的全貌反映出来。

纵波和横波已被运用在焊缝探伤，且只能通过缺欠反射波高低判断大小，不能反映出缺欠的形状，板波被运用在检测六毫米以下薄板和薄壁管材，表面波只能在固体表面传播，遇到表面和近表面缺欠以及在工件的端面产生反射波后表面波能继续传播，通过这些反射波的位置就能知道缺陷的位置和工件外形的尺寸，如图1-4，使用的探头称作表面波探头。

发明内容

根据上述提出现有技术中缺少一种能够准确测出缺陷的探伤方法的技术问题，而提供一种横波斜探头反衍变探伤法。本发明主要利用反射特性的反射波和衍射特性的衍射波，得到了缺欠的有无，通过变型特性的变型波，即在缺欠端点产生的变型表面波，通过表面波在缺欠表面传播得到了缺欠的形状、尺寸和通过缺欠产生的变型表面波、变型横波、变型纵波与发射横波之间走的路径组合，揭示了荧屏内所有波产生的成因，得到了确定缺欠的角度或方向的依据，解决了对缺陷进行精准的定位、定量和定性，实现通过A超技术就能将缺欠真实形状立体呈现。

本发明采用的技术手段如下：

一种横波斜探头反衍变探伤法，包括以下步骤：

超声横波传播时，遇到缺陷后能产生反射波、衍射波和变型波；通过对这些波的综合分析，通过反射特性的反射波和衍射特性的衍射波，得到了缺欠的有无，通过变型特性的变型波，即在缺欠端点产生的变型表面波，通过表面波在缺欠表面传播得到了缺欠的形状、尺寸和通过缺欠产生的变型表面波、变型横波、变型纵波与发射横波之间走的路径组合，揭示了荧屏内所有波产生的成因，得到了确定缺欠的角度或方向的依据，解决了对缺陷进行精准的定位、定量和定性，实现通过A超技术就能将缺欠真实形状立体呈现。

在超声波探伤过程中，首先在一侧一次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形A，所述缺陷波形A至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种；当采用二次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形B，所述缺陷波形B至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种。

其次，在另一侧一次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形C，所述缺陷波形C至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种；当采用二次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形D，所述缺陷波形D至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种。

当缺陷波形A和缺陷波形B，或缺陷波形C和缺陷波形D完全相同，则缺陷单侧上下对称；当缺陷波形A和缺陷波形C，或缺陷波形B和缺陷波形D完全相同，则缺陷双侧左右对称。

利用焊缝两侧的超声一次波、二次波或更多次波的组合探伤，把缺陷产生的反射波、衍射波和变型波结合在一起，形成横波斜探头反衍变探伤法，有的缺欠在一侧一次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，有的缺欠是在一侧二次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，同理有的缺欠是在另一侧一次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，或者是二次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，每一次的探伤结果又可以相互验证，具体包括以下步骤：

S1、探伤灵敏度的确定：反衍变探伤法的灵敏度，是以现有Φ3mm横通孔灵敏度为准，再做10dB以上的提高，高到不影响探伤为准；或者以Φ0.5mm横通孔做为起始灵敏度，也可以根据设计要求允许的最小缺欠确定灵敏度，不同的产品，对缺欠的类型和大小要求不同，所以灵敏度也不同；灵敏度的确定是以发现最小缺欠为准，缺欠发现后判断缺欠不以灵敏度为准，而是以缺欠的反衍变波为准，当缺欠反射波较低时，要提高灵敏度，当缺欠只有一个反射波出现时，要通过提高灵敏度使缺欠的反衍变波同时出现，当缺欠的反衍变波较高影响判断时，要适当降低灵敏度，达到不影响判断为准。

S2、探头角度的确定：反衍变探伤法，选取探头角度与焊缝坡口角度无关，与板材厚薄无关，与发现和判断缺陷的能力有关，探头角度只选一个，即45°横波斜探头，45°探头探伤对于检测部位如有未透声区(死区)，其它角度探头都是用来弥补或做辅助探伤；对于特殊的焊缝，特殊的缺欠，可能还需制作特殊的探头。

S3、缺陷的类型以及尺寸的确定：所述缺陷为平面形缺陷、圆形和半圆形缺陷，以及体积形缺陷构成。

S4、缺陷的测长：应用6dB法和端点15°－45°转动反衍变法测长。

S5、缺陷的定位：缺陷的尺寸、形状确定了以后，缺陷就能够较准确的进行上下左右定位。

S6、缺陷的定性：缺陷形状和位置确定以后，缺陷同时就能够定性。

进一步地，步骤S3中，所述平面形缺陷类型包括：平面形缺陷与探测面平行、平面形缺陷与探测面垂直、平面形缺陷从垂直探测面向探头侧倾斜和平面形缺陷从垂直探测面向探头侧反方向倾斜；所述圆形和半圆形缺陷探伤类型包括：球形气孔探伤、横通孔探伤、平底孔探伤和半圆形缺陷探伤，由平面形组成的多边形缺陷类型包括：三角形缺欠、四边形缺欠、六边形缺欠探伤。

进一步地，步骤S4中，当缺陷需要侧长时，首先看其缺陷长度方向是否规则，若到端点反衍变波都相同，则应用6dB法侧长，若到端点反衍变波不同，则应用6dB法测出端点，然后将探头倾斜15°－45°，对准不同的端点移动探头，找出端点反衍变波，分别在焊缝的两侧进行，以测得的最长点为准。

进一步地，除缺陷产生反衍变波外，焊缝焊角产生的反射波和变型波用来评定焊缝成型的好坏，以及评定焊缝表面和近表面有无缺欠的存在，当量法认为焊角反射波前出现的反射波定为缺陷反射波，焊角反射波后出现的波不予考虑，由于焊角产生的反射波和变型波及多次反射波都是有规律的，横波斜探头反衍变探伤法认为在焊角反射波后面出现的波如果不符合规律按缺陷分析，及扫描线上出现的所有波都要分析。

进一步地，缺欠的端点在横波的作用下产生表面波，表面波沿着缺欠表面传播，当传播到缺欠端角(端点)时，就会产生Q波，探伤时Q波的出现，证明缺欠有表面波产生，当表面波传播到端角(端点)处产生反射回波，根据反射回波的位置就能算出缺欠面的尺寸，表面波在端角处反射后还会继续传播，绕多面体一周产生周向回波，这些组合起来就是缺欠的形状，并且可以互相验证。

进一步地，横波发现缺欠后，来自缺欠的反射波、衍射波和变型波，连同焊缝焊角的反射波，会形成特定的反射回路，将这些回路通过绘图或编成软件，就能将焊缝探伤荧屏内出现的每个反射回波的产生进行确认。

运用反衍变探伤法，指定缺欠波返回路线，通过作图分析荧屏里出现的所有反射脉冲，共计77+2Q路回波进行分析，能判断出所有反射脉冲是怎样产生的，虽然不是77+2Q路回波同时出现，但所有出现的反射脉冲，都离不开这77+2Q路回波的产生原理，77+2Q路回波的形成与焊缝成型和缺欠的形状以及所在的位置有关，77+2Q路回波不包含一个位置的多次反射波。

进一步地，将荧屏内不同声速和不同路径产生的反射脉冲通过软件处理，以不同的颜色显示，设定正常的横波为一种颜色，纵波为一种颜色，表面波为一种颜色，横变纵为一种颜色，纵变横为一种颜色，横变表，表变纵，表变横，都有各自设定的对应颜色，和这几种颜色的合成等；观察更直观。

进一步地，脉冲通过软件处理，以一条线出现，减少脉冲占宽带来的盲区影响。

进一步地，根据缺欠反衍变波出现的位置，通过软件处理，在荧屏内显示缺欠的立体形状和尺寸。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、声波具有光学的反射、折射、衍射原理，但声波震动的过程产生力，这是光学反射特性不具备的，由于有力的产生而使缺欠端点产生了与光学反射、折射、衍射不同的理论，主要是端点产生变型表面波理论和力在端点的分解以及分解后的传播，和正常的反射、衍射一起产生了77+2Q路回波，实现了对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

2、缺欠端点产生表面波，表面波在缺欠表面传播也符合斯涅尔定律，应用端点表面波的传播理论，能够对缺陷形状做到精准确定。

3、提出了反衍变探伤法和Q波理论，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

4、通过探头的推拉扭对脉冲波的波前线、波后线和波峰的分析，通过探头的推拉扭对所有荧屏内的脉冲进行观察，同步变化的脉冲进行合并同类项分析，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

5、77+2Q路回波分析法的提出和运用，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

6、将77+2Q路回波分析法的公式编成软件，将数据通过软件处理，在荧屏内显示出缺欠的立体形状和缺陷位置，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

7、将不同声速产生的反射脉冲通过软件处理，以不同的颜色显示，比如正常的横波为一种颜色，纵波为一种颜色，表面波为一种颜色，横变纵为一种颜色，纵变横为一种颜色，横变表，表变纵，表变横，都有各自的颜色，和这几种颜色的合成等，观察更直观，输入更便捷，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

8、77+2Q路回波脉冲通过软件处理每路以一条线出现，减少脉冲占宽带来的盲区影响，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

9、灵敏度的确定，第一、以Φ0.5mm横通孔做为起始灵敏度，第二、根据设计要求确定灵敏度，不同的产品，对缺欠的类型和大小要求不同，所以灵敏度也不同，灵敏度的确定是以发现最小缺欠为准，缺欠发现后判断缺欠不以灵敏度为准，而是以缺欠的反衍变波为准，当缺欠反射波较低时，要提高灵敏度，当缺欠只有一个反射波出现时，要通过提高灵敏度使缺欠的反衍变波同时出现，当缺欠的反衍变波较高影响判断时，要适当降低灵敏度，达到不影响判断为准。进而对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

10、焊缝探伤只用一种角度即45°，如果45°探头探伤有声束扫不到之处可增加另一角度探头补充探伤，对缺陷进行精准的定位、定量和定性。

11、焊缝探伤要考虑晶粒度，焊缝内即使没有缺欠，但焊接的不规范使的晶粒粗大，对强度也是存在影响的。

基于上述理由本发明可在探伤等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1为现有技术中纵波直探头探伤示意图。

图中，1、探头；2、入射点中心；3、检测面；4、伤或缺欠；5、工件；0、始波；F、伤或缺欠回波；W、侧面回波；B、底面回波。

图1-2为现有技术中纵波斜探头探伤示意图。

图中，L为纵波，T为横波。

图1-3为现有技术中横波斜探头探伤示意图。

图中，1、斜探头；2、探头入射点；3、检测面；4、伤或缺欠；5、工件(受检件)；0、始波；F、伤或缺欠回波。

图1-4为现有技术中表面波探头探伤示意图。

图中，1、探头；2、探头入射点；3、检测面；4、伤或缺欠；5、工件；6、R表面波；F、缺欠波；0、始波；abcdef为端角反射波。

图2为现有技术中焊缝坡口示意图。

图3为现有技术中探头角度的由来示意图。

图4-1为现有技术中横通孔灵敏度试块示意图。

图中，1、斜探头；2、参考试块；3、参考反射体；4、距离幅度曲线(DAC)；5、50％DAC；X、Y、Z、探头位置。

图4-2为现有技术中平底孔灵敏度试块示意图。

图5为现有技术中超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转原理示意图。

图6为现有技术中衍射原理示意图。

图7为现有技术中TOFD衍射技术示意图。

图8为现有技术中波型转换示意图。

图9为现有技术中第二临界角表面波示意图。

图10为本发明中人工缺欠试块示意图。

图中，a、面状；b、三角形；c、六边形；d、圆形。

图11-1为本发明中横波斜探头表面波探钢片示意图。

图中，1、横波斜探头；2、钢片；R为表示表面波；Ar为表面波反射波；At为横波反射波。

图11-2为本发明中钢片旋转90°，横波斜探头表面波探钢片示意图。

图中，1为横波斜探头；2为钢片；Ar为表面波反射波。

图12为本发明横波斜探头表面波探三角形示意图。

图中，1、横波斜探头；2、三角形工件；3、耦合端点；

A为OA面表面波A点反射波；b为OB面表面波B点反射波；c为OABO和OBAO两个方向周向表面波叠加反射波；d为OAB面表面波在B点反射波；e为OBA面表面波在A点反射波。

图13-1为本发明横波斜探头表面波探六边形示意图。

图中，a为A(E)点反射；b为OEAO(OAEO)分别一周叠加反射；c为OEA(OAE)叠加反射波。

图13-2为本发明横波斜探头表面波六边形探伤示意图。

图中，c—是OEDC和OABC在C点的反射波叠加，也是OEDCBAO和OABCDEO各自一周的反射波叠加；(OCO一周和OC反射距离相等，所以反射波重合)。

图13-3为本发明横波斜探头转90°表面波六边形探伤示意图。

图中，A为OA和OE叠加反射波；b为OAB和OED叠加反射波；c为OABC和OEDC叠加反射波，也是OABCDEO和OEDCBAO叠加反射波；d为OABCD和OEDCB叠加反射波；e为OABCDE和OEDCBA叠加反射波。

图14-1为本发明横波斜探头表面波圆柱体探伤示意图。

图14-2为本发明横波斜探头表面波圆形体探伤示意图。

图14-3为本发明圆形体分解图。

图14-4为本发明横波斜探头表面波半月形探伤示意图。

图14-5为本发明横波斜探头表面波月牙形探伤示意图。

图15为本发明异形孔探伤试块示意图。

图15-1为本发明端点表面波面状缺欠探伤示意图。

图中，1是A点反射波；2是B点衍射波；3是AB面表面波B点反射波。

图15-2为本发明端点表面波三角形缺欠探伤示意图。

图中，1是A点反射波；2是B点衍射波；3是C点衍射波；4是AC面表面波在C点的反射波；5是AB面表面波在B点的反射波；6是ABCA和ACBA双向表面波叠加反射波；7是ACB表面波经C点在B点反射波；8是ABC表面波经B点在C点反射波。

图15-3为本发明端点表面波多边形缺欠探伤示意图。

图中，1是A点反射波，各点都有波反射和表面波反射波以及双向表面波叠加反射波。

图15-4为本发明端点表面波圆形缺欠探伤示意图。

图中，1是A点反射波；2是双向圆周表面波叠加反射波。

图15-5为本发明端点表面波正方形缺欠探伤示意图。

图16为本发明TRT波产生的示意图。

图17-1为本发明探头平行带螺纹的横通孔探伤示意图。

图17-2为本发明探头垂直带螺纹的横通孔探伤示意图。

图18为本发明圆形缺欠Qt波的数量示意图。

图19为本发明波前线和波后线、波峰区分显示图。

图20为本发明假“Qt”波示意图。

图中，b是缺欠B点衍射波；c是B点横波打到底面反射波。

图21为本发明缺欠的方向决定Qt波有无的示意图。

图22为本发明缺欠的反射波示意图。

图23为本发明横波斜探头产生波的示意图。

图中，1表面波；2横波；3纵波。

图24-1为本发明波形转换示意图。

图中，B、底波；T、发射和反射横波；L、变换纵波；C、表面波方向；

图24-2为本发明波形转换示意图。

图中，E为B点产生的横波至E点产生的反射回波；D为B点产生的表面波至D点反射回波。

图24-3为本发明波形转换示意图。

图中，1、脉冲1是缺欠A点反射波；2、脉冲2是缺欠B点衍射波；3、脉冲3是AB面表面波反射波。

图25-1为本发明一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图(第一组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT；2、TT1T1T；3、TL1L1T；4、TT2T2T；5、TL2L2L。

图25-2为本发明一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图(第二组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT；2、TAT；3、TBT；4、TRT；5、Ql；6、Qt。

图25-3为本发明一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图(第三组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT；2、TT1T2；3、TT1L2；4、TL1T2；5、TL1L2。

图25-4为本发明一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图(第三组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT；2、TT3T4T5；3、TT3T4L5；4、TT3L4T5；5、TT3L4L5；6、TL3L4L5；7、TL3L4T5；8、TL3T4T5；9、TL3T4L5。

图25-5为本发明一次波探伤缺欠反射波回路示意图(第四组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1—TT；2—TT1L1；3—TT1L2；4—TL0L1；5—TL0L2。

图25-6为本发明二次波探伤缺欠反衍变波回路示意图(第五组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT1T1T；2、TT1T2；3、TT1L2；4、TT1L1L3；5、TT1L1T4；6、TT1T3L3。

图25-7为本发明二次波探伤缺欠反衍变波回路示意图(第五组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT1T1T；2、TT1T5T6T7；3、TT1T5T6L6；4、TT1T5L5L6；5、TT1T5L5T7；6、TT1L4L5L6；7、TT1L4L5T7；8、TT1L4T6T7；9、TT1L4T6L6；

图25-8为本发明缺欠反射波遇到焊缝增强高的反射回波示意图(第六组)。

图中，T代表横波，L代表纵波；1、TT1T1T；2、TT1T1L2；3、TT1L1L2；4、TT1L1T；5、TL1L1L2；6、TL1T1T；7、TL1L1T；8、TL1T1L2；9、TT1T2T3；10、TT1T2L4；11、TT1L3T3；12、TT1L3L4；13、TL1T2T3；14、TL1T2L4；15、TL1L3T3；16、TL1L3L4。

图25-9为本发明焊角反衍变波回路示意图(第七组)。

图中，T代表横波，L代表纵波，R代表表面波；1、R1；横波探头产生的表面波；2、TT；横波后焊角反射回波；3、TLLT；后焊角产生的变型纵波；4、TT1T1T；后焊角产生的横波反射回波；5、TR3R3T；后焊角产生的变型表面波遇到板材表面问题产生的回波，没有问题就没有回波；6、TR2R2T；前焊角产生的变型表面波。

图25-10为本发明异形角接焊缝一次波探伤异板反射波回路示意图(第八组)。

图中，异形角接焊缝涵盖TKY节点，代表各种异形焊接的思路；焊缝内缺欠波回路同前各图；

T代表横波，L代表纵波；1、TT；一次横波反射波；2、TT1T2；3、TT1L2；4、TL1T2；5、TL1L2。

图25-11为本发明异形角接焊缝二次波探伤异板反射波回路示意图(第九组)。

图中，异形角接焊缝涵盖TKY节点，代表各种异形焊接的思路；焊缝内缺欠波回路同前各图；

T代表横波，L代表纵波；1、TT1T1T；一、二次横波反射波；2、TT1L1T3；3、TT1L1L3；4、TT1L2；5、TT1T2；6、TL1L2；7、TL1T2。

图25-12为本发明焊缝中缺欠垂直反射二次波回路示意图(第十组)。

图中，1、脉冲1是缺欠面一次波垂直反射回路；2、脉冲2是缺欠面二次波垂直反射回路，间距比一次波多探头内晶片至入射点距离。

图25-13为本发明斜探头晶片声波发射中心至探头声波入射点的距离测定方法示意图。

图26-1为本发明一次波探伤，缺欠反射回波示意图。

图中，1、缺欠A点反射波；2、B点衍射波；3、缺欠表面波；4、24mm深度显示回波；5、Qt波。

图26-2为本发明一次波探伤，缺欠反射回波示意图。

图26-3为本发明二次波探伤，缺欠反射回波示意图。

图27-1为本发明水平面形缺欠探伤示意图。

图27-2为本发明垂直面形缺欠探伤示意图。

图28-1为本发明横通孔和球形气孔探伤示意图。

图28-2为本发明平底孔(垂直探测面)探伤示意图。

图28-3为本发明平底孔(平行探测面)探伤示意图。

图29为本发明利用焊缝端角产生的表面波检测焊缝表面裂纹和横波探头产生的表面波检测探测面母材表面的缺欠示意图。

图30为本发明正确的反射，错误的判断示意图。

图31为本发明横波探伤平底孔直径的确定图表。

图32为现有技术中大小缺欠方向不同反射回波示意图。

图33-1为本发明圆形缺欠中，用涵盖45°到70°所有角度制作的探头探伤示意图。

图33-2为本发明圆形缺欠中，用涵盖35°到85所有角度制作的探头探伤示意图。

图34为本发明垂直面状缺欠中，用横波所有角度探头探伤示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种横波斜探头反衍变探伤法，包括以下步骤：

超声横波传播时，遇到缺陷后能产生反射波、衍射波和变型波；通过对这些波的综合分析，通过反射特性的反射波和衍射特性的衍射波，得到了缺欠的有无，通过变型特性的变型波，即在缺欠端点产生的变型表面波，通过表面波在缺欠表面传播得到了缺欠的形状、尺寸和通过缺欠产生的变型表面波、变型横波、变型纵波与发射横波之间走的路径组合，揭示了荧屏内所有波产生的成因，得到了确定缺欠的角度或方向的依据，解决了对缺陷进行精准的定位、定量和定性，实现通过A超技术就能将缺欠真实形状立体呈现。

在超声波探伤过程中，首先在一侧一次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形A，所述缺陷波形A至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种；当采用二次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形B，所述缺陷波形B至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种。

其次，在另一侧一次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形C，所述缺陷波形C至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种；当采用二次波探伤，当遇到缺陷时，将会出现缺陷波形D，所述缺陷波形D至少包括反射波、衍射波和变型波中的一种或几种。

当缺陷波形A和缺陷波形B，或缺陷波形C和缺陷波形D完全相同，则缺陷单侧上下对称；当缺陷波形A和缺陷波形C，或缺陷波形B和缺陷波形D完全相同，则缺陷双侧左右对称。

利用焊缝两侧的超声一次波、二次波或更多次波的组合探伤，把缺陷产生的反射波、衍射波和变型波结合在一起，形成横波斜探头反衍变探伤法。有的缺欠在一侧一次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，有的缺欠是在一侧二次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，同理有的缺欠是在另一侧一次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，或者是二次波探伤时，通过缺欠反衍变波的出现就能准确地定位、定量和定性，每一次的探伤结果又可以相互验证，具体包括以下步骤：

S1、探伤灵敏度的确定：反衍变探伤法的灵敏度，是以现有的Φ3mm横通孔灵敏度为准，再做10dB以上的提高，高到不影响探伤为准；或者以Φ0.5mm横通孔做为起始灵敏度，也可以根据设计要求允许的最小缺欠确定灵敏度，不同的产品，对缺欠的类型和大小要求不同，所以灵敏度也不同。灵敏度的确定是以发现最小缺欠为准，缺欠发现后判断缺欠不以灵敏度为准，而是以缺欠的反衍变波为准，当缺欠反射波较低时，要提高灵敏度，当缺欠只有一个反射波出现时，要通过提高灵敏度使缺欠的反衍变波同时出现，当缺欠的反衍变波较高影响判断时，要适当降低灵敏度，达到不影响判断为准。

S2、探头角度的确定：反衍变探伤法，选取探头角度与焊缝坡口角度无关，与板材厚薄无关，与发现和判断缺陷的能力有关，探头角度只选一个，即45°横波斜探头，45°探头探伤对于检测部位有未透声区(死区)，其它角度探头都是用来弥补和做辅助探伤；对于特殊的焊缝，特殊的缺欠，可能还需制作特殊的探头。

S3、缺陷的类型以及尺寸的确定：所述缺陷为平面形缺陷、圆形和半圆形缺陷，以及体积形缺陷构成。

步骤S3中，所述平面形缺陷类型包括：平面形缺陷与探测面平行、平面形缺陷与探测面垂直、平面形缺陷从垂直探测面向探头侧倾斜和平面形缺陷从垂直探测面向探头侧反方向倾斜；所述圆形和半圆形缺陷探伤类型包括：球形气孔探伤、横通孔探伤、平底孔探伤和半圆形缺陷探伤，由平面形组成的多边形缺陷类型包括：三角形缺欠、四边形缺欠、六边形缺欠探伤。

S4、缺陷的测长：应用6dB法和端点15°－45°转动反衍变法测长。步骤S4中，当缺陷需要侧长时，首先看其缺陷长度方向是否规则，若到端点反衍变波都相同，则应用6dB法侧长，若到端点反衍变波不同，则应用6dB法测出端点，然后将探头倾斜15°－45°，对准不同的端点移动探头，找出端点反衍变波，分别在焊缝的两侧进行，以测得的最长点为准。

S5、缺陷的定位：缺陷的尺寸、形状确定了以后，缺陷就能够较准确的进行上下左右定位。

S6、缺陷的定性：缺陷形状和位置确定以后，缺陷同时就能够定性。

除缺陷产生反衍变波外，焊缝焊角产生的反射波和变型波用来评定焊缝成型的好坏，以及焊缝表面和近表面有无缺欠的判定，当量法认为焊角反射波前出现的反射波定为缺陷反射波，焊角反射波后出现的波不予考虑，由于焊角产生的反射波和变型波及多次反射波都是有规律的，横波斜探头反衍变探伤法认为在焊角反射波后面出现的波如果不符合规律按缺陷分析，及扫描线上出现的所有波都要分析。

缺欠的端点在横波的作用下产生表面波，表面波沿着缺欠表面传播，当遇到折角处就有反射，根据反射波的位置就算出缺欠面的尺寸，表面波在折角处反射后还会继续传播，绕多面体一周产生周向回波，这些组合起来就是缺欠的形状，并且可以互相验证。

横波发现缺欠后，来自缺欠的反射波、衍射波和变型波，连同焊缝焊角的反射波，会形成特定的反射回路，将这些回路通过绘图或编成软件，就能将焊缝探伤荧屏内出现的每个反射回波的产生进行确认。

运用反衍变探伤法，指定缺欠波返回路线，通过作图分析荧屏里出现的所有反射脉冲，共计77+2Q路回波进行分析，能判断出所有反射脉冲是怎样产生的，虽然不是77+2Q路回波同时出现，但所有出现的反射脉冲，都离不开这77+2Q路回波的产生原理，77+2Q路回波的形成与焊缝成型和缺欠的形状以及所在的位置有关，77+2Q路回波不包含一个位置的多次反射波。

将荧屏内不同声速和不同路径产生的反射脉冲通过软件处理，以不同的颜色显示，设定正常的横波为一种颜色，纵波为一种颜色，表面波为一种颜色，横变纵为一种颜色，纵变横为一种颜色，横变表，表变纵，表变横，都有各自设定的对应颜色，和这几种颜色的合成等；观察更直观。脉冲通过软件处理，以一条线出现，减少脉冲占宽带来的盲区影响。根据缺欠反衍变波出现的位置，通过软件处理，在荧屏内显示缺欠的立体形状和尺寸。

表面波能在工件表面传播，通过反射能定出工件表面的尺寸、形状，表面波不能在介质内传播，而缺欠就在介质内，能不能让横波斜探头的横波在传播过程中，在发现缺欠的同时使得缺欠获得表面波，让表面波在缺欠表面传播呢，如果介质内的缺欠能获得表面波，又怎样能在荧屏内众多的波里识别出有没有表面波和哪个是表面波呢，这众多的波里包括反射横波，反射纵波、还有衍射波和各种变型波等，这些“长相“相同的波，每一个波都有着不同来路，做到认识并能区分开，了解并能判断出这些波的产生和传播的路径，对这些波至少两种以上进行综合判断，才有望定出缺欠的形状。

当超声波倾斜入射到两种不同介质界面时，除产生同种类型的反射和折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换，如图8所示，图8是波型转换示意图，图8中的纵波和横波的各种反射和折射以及波型转换符合反射、折射定律即斯涅尓定律，用公式表示即公式(一)和公式(二)。

斯涅尓定律指的是纵波和横波的反射、折射和波型转换，不包括表面波，因为表面波不能在内部传播，只能在表面传播，当探头的入射角大于等于57.7°(第二临界角)时，横波折射角就大于等于90°，如图9所示，图9是第二临界角表面波示意图。

这个“横波”就在表面传播了，这个在表面传播的波称为表面波。横波斜探头与面接触时进入另种介质的是横波，当横波斜探头与介质接触的不是面而是点或线这时就有表面波产生了，表面波就在介质不同形状的表面传播，纵波和横波的传播符合斯涅尓定律，而表面波符不符合斯涅尔定律呢，斯涅尔定律是通过角度和声速的换算，而不考虑波型，通过一个实验来验证斯涅尓定律适不适用表面波，如图10所示，图10是人工缺欠试块示意图。

图10是在一个试件上分别加工了不同形状的人工缺欠，a、代表面状缺欠，b、代表三角形缺欠，c、是一个六边形，代表多边形缺欠，d、代表圆形缺欠，图10上的阴影部分代表缺欠的形状，分别将阴影部分取出，a形缺欠取出后，相当于一片较薄的钢片，代表面状缺欠，然后将横波斜探头45°、60°、70°分别放到钢片的顶部(端点)，顶部是一条线，仪器扫描线按探头角度深度指示调节，当横波斜探头在钢片顶部前后移动时，如图11-1所示，图11-1是横波斜探头表面波探钢片示意图。

有两个反射波出现，均是钢片底部端角A的反射，找到前一个反射波最高波，探头不动，用手指在钢片侧面滑动，当手指走到某一位置时，反射波Ar随手指跳动，这是一个表面波，证明横波斜探头入射点在钢片端点处产生折射表面波，并且该表面波是按一定的角度在表面传播，通过实测45°探头的表面波折射角是41°左右，找到后一个波的最高波，实测是45°折射横波，同理60°探头的表面波折射角是54°左右，伴随的是60°的折射横波，70°探头的表面波折射角是61°左右，伴随的是70°的折射横波，并且表面波能量都高于横波。

按斯涅尓定律，通过公式sinβs/Cs＝sinβr/Cr,计算，式中：

βs──横波折射角；(45°、60°、70°)

βr──表面波折射角、；(41°、54°、61°)

Cs──横波在介质中的声速；(3230m/s)

Cr──表面波在介质中的声速；(2980m/s)

计算结果与实测结果基本一致，通过实验证明在表面波产生的同时横波也进入钢片内，在表面波的附近出现的一个波At是横波反射波，也是由于进入的横波能量较少，所以此时横波反射波较低，横波斜探头不动，将钢片旋转90°，如图11-2所示，图11-2是钢片旋转90°，横波斜探头表面波探钢片示意图。

探头与钢片长度方向垂直，入射点与钢片端点接触，端点产生表面波，找到最高反射波，表面波在钢片表面传播，声程是横波的1.08倍(3230÷2980≈1.08)，钢片与探头接触点不动，将钢片下放摆动，结果出现的反射波位置不变，但高度有所变化，钢片向前摆反射波升高，钢片向后摆反射波高降低。将b形缺欠阴影部分取出后，是一个三角形，比作三角形缺欠，将探头放到三角形上的任一个端点，产生表面波，如图12所示，图12是横波斜探头表面波探三角形示意图。

荧屏内的反射波OA、OB、OABO和OBAO及OAB、OBA分别代表表面波从左右两个方向传播的反射波，以及各自传播一周周长的回波，还有两个反射波，一个是OABO的BO反射波，一个是OBAO的AO反射波,荧屏内每个反射波的距离各自代表三角形的边长和周长，三角形知道了三条边的长度，就知道了三角形的形状，此时横波通过端点也进入了三角形工件内，也有反射，此次不做解读。将c形缺欠阴影部分取出后，是一个正六边形，比作多边形缺欠，将横波斜探头放到六边形的顶点，如图13-1所示，图13-1是横波斜探头表面波探六边形示意图。

端点产生折射表面波，根据斯涅尔定律，表面波按指定的角度在六边形两侧表面传播，当传播到A(E)点时产生叠加反射波a，表面波在A、E点，通过端面分别向E、A点传播，产生叠加反射波c(OEA和OAE)，表面波继续传播产生叠加反射波b(OEAO和OAEO),将横波斜探头在六边形的顶点继续向后拉，如图13-2所示，图13-2是横波斜探头表面波六边形探伤示意图。

端点产生折射表面波，根据斯涅尔定律，表面波按指定的角度在六边形两侧传播，当传播到A(E)点时按原折射角继续传播，传播到B(D)点时继续折射传播，当表面波传播到C点时，反射波OC出现，该波也是两侧传播表面波的叠加(OEDC和OABC)以及两侧表面波各自传播一周反射波的叠加(OEDCBAO和OABCDEO)，由于是等边形，两侧表面波传播距离相同，OC波是四个反射波的叠加。

将探头转90°垂直正六边形，如图13-3所示，图13-3是横波斜探头转90°表面波六边形探伤示意图。由于是等边，所以在荧屏内的反射波OA和OE是叠加的，OAB和OED,OABC和OEDC、OABCDEO和OEDCBAO、OABCD和OEDCB及OABCDE和OEDCBA，分别代表表面波从左右两个方向传播的反射波，以及各自传播一周周长的回波，反射波都是叠加的，荧屏内每个反射波的距离各自代表六边形的边长和周长，知道了这些表面波的数据，就知道了六边形的形状。此时横波反射不考虑。将d形缺欠阴影部分取出后，是一个圆形，比做圆柱形缺欠，将探头放到圆柱形的顶点(端点)，产生表面波，(横波不考虑)如图14-1所示，图14-1是横波斜探头表面波圆柱体探伤示意图。

表面波按折射角度分别沿圆柱表面探头两侧传播至A点，产生叠加OA反射波，反射后继续传播回入射点，产生OAO两个方向回波，OA反射波和OAO回波，四个波叠加为反射波A。将探头转90°，如图14-2所示，图14-2是横波斜探头表面波圆形体探伤示意图。

表面波分别在探头与圆形耦合的端点前后各绕圆一周，反射波OO是两个回波各自一周的叠加，OO的指示距离代表表面波行走圆的周长，换算成直径的公式是：探头直接接触的圆直径计算公式，称为外圆直径公式，用公式(三)表示是，a÷3.14÷1.08÷conβ×2＝D,D为圆的直径，公式是这样来的，已知圆形缺欠直径，仪器里显示的数值是多少，D×3.14/2×1.08×cosβ＝a,conβ指仪器安深度指示调节，a为OO的指示距离。将满月型圆试块，如图14-3加工，图14-3是圆形体分解图。

从A点向B点按虚线切开(AB两点是圆周与直径的交点)，切开后形成左外弧AB和右外弧AB相等，左内弧AB和右内弧AB相等的两个试件，如图14-4称作半月形试块，如图14-5所示，称作月牙形试块，将探头分别放到两试块端点上，两图的脉冲a分别代表表面波在内弧行走的距离，且距离相等，两图的脉冲b分别代表表面波在外弧行走的距离，且距离相等，两图的脉冲c分别代表表面波在内弧和外弧行走的周长距离，距离相等，实验看出，表面波在传播的过程中，即使遇到角度很小的端角也会传播过去，实验看出，探头与端点的接触面，线粗细对前后方向产生的表面波能量不等，细前后差别小，粗前大后小。月牙比半月细，半月比满月细。

图14-4是横波斜探头表面波半月形探伤示意图，图14-5是横波斜探头表面波月牙形探伤示意图。

实验验证，斯涅尓定律也适用于通过波型转换的表面波，前提是必须有产生表面波的端点，和存在表面波传播的面，表面波的能量与产生的端点面线的粗细、面的粗糙度以及面和横波的角度有关。以上讲反射波的距离都是表面波传播的距离，如果仪器不是按表面波调节，按横波调节要除以(3230÷2980＝)1.08，另外反射波的指示距离是代表声波的往返距离，所以牵涉到多边形的周长、圆的周长，除以二就是往返的长度，除以π就是圆的直径，就是多变形的平均直径，具体计算后面结合实际讲。

焊缝探伤，横波有了，缺欠端点有了(端点可能是点状或线状)，缺欠面也有了，表面波会不会通过横波在缺欠端点产生和在缺欠面上传播呢，把横波斜探头放到如图15所示的试件上，图15是异形孔探伤试块示意图。该图只是将图10试件中阴影部分拿掉，发现横波通过缺欠a、b、c、d的端点产生了表面波，表面波在缺欠a、b、c、d的面上传播、反射，结果与图11至14，a、b、c、表面波传播、反射是一样的，只是多了缺欠端点横波反射波和其他端点横波能打到的反射和衍射波，以及更多缺欠的信息，因为缺欠是空的，就没有了形状内横波传播的反射波。

如图15-1至图15-4所示，其中，图15-1是端点表面波面状缺欠探伤示意图，图15-2是端点表面波三角形缺欠探伤示意图，图15-3是端点表面波多边形缺欠探伤示意图，图15-4是端点表面波圆形缺欠探伤示意图。

这种圆在焊缝里，称为内圆，换算成圆直径的公式称作内圆直径公式，用公式(四)表示，D＝A÷3.14÷1.08÷cosβ×2.4,A为仪器指示距离2的数值减掉1指示的数值，所得数值代表圆的表面波周长，设为A，D为圆的直径，cos表示仪扫描线按深度调节，β为探头折射角度，公式的由来，A＝D×3.14÷2.4×1.08×cosβ,内外圆直径公式的差别，外圆是探头入射点和圆的端点直接接触，形似一条线接触，而内圆是横波与端点接触，接触点是个范围，发射和接收不是在同一个位置上，表面波没有走完内圆的一整圈，而是走了整圆的83％，所以内圆计算除以2.4，外圆除以2.0。

下面以正四边形为例看探伤时出现的各反射波，如图15-5所示，图15-5是端点表面波正方形缺欠探伤示意图。

一、当正方形缺欠四个角不是R角时，脉冲1是A点横波反射波，端点A同时产生表面波，表面波沿ABCD面和ADCB面同时传播，脉冲2是表面波在B点和D点反射波的叠加，脉冲3是表面波在C点的反射波的叠加，脉冲4是表面波在ABCD面和ADCB面分别在D、B点反射波的叠加，脉冲5是两个方向的表面波各自绕方形缺欠一周的反射波的叠加，脉冲6是AD面的表面波在D点产生的Qt波定为Qd，脉冲7是BC面的表面波在C点产生的Qt波定为Qc，这期间根据缺欠的大小，可能B点和D点会有横波反射波或衍射波产生，C点和D点会产生Ql反射波这里都暂且不谈。

二、当正方形缺欠A角是R角其他角不是时，反射波没有变化。

三、当只有B角或D角为R角时，反射脉冲位置和数量不变，只是脉冲2和4没有了B角或D角反射的叠加了。

四、当只有C角为R角时，脉冲3的反射波就没有了，其他反射波还是在原位出现，

五、如果B角和D角为R角，反射波2和4没有了，其他反射波反射位置不变。

六、如果四个角都是R角反射就和圆形缺欠相似了，反射波只有1、5、6、7了。和圆形缺欠的区别是，圆形缺欠没有Ql波，在6、7之间会多出一个Qt波。如果不是正方形而是不等变四边形，只是重叠的波分开反射。

由于纵波、横波以及表面波震动方式的不同，纵波是震动和传播方向一致，横波是震动方向和传播方向互相垂直，表面波是纵向震动和横向震动的合成，在表面以椭圆轨迹传播，椭圆长轴垂直于波的传播方向，椭圆短轴平行于波的传播方向，纵波在端点处的震动产生的是拉压应力，或者根据端点的形状和角度产生少量的交变应力，不足以产生能接收到的表面波，而横波在端点处的震动产生的是剪切应力，缺欠端点在剪切应力作用下使得部分横波转变成交变应力产生了表面波，交变应力的大小和在端点处能否产生表面波与缺欠的方向等因素有关。

以上的实验告诉我们缺欠的端点可以在横波的作用下产生表面波，表面波可以沿着缺欠表面传播，当遇到折角处就有反射，根据反射波的位置就可以算出缺欠面的尺寸，表面波在折角处反射后还会继续传播，绕多面体一周产生周向回波，这些组合起来就是缺欠的形状，并且可以互相验证。

这种能使横波在缺欠端点处产生表面波的方法称作缺欠端点表面波法。当探伤发现缺欠后，获取缺欠的尺寸和形状就是最重要的，此时必须找到表面波，因为表面波可以度量缺欠面的尺寸和缺欠的形状，横波探伤缺欠端点能够产生变型表面波，当端点反射波确定后，在缺欠的反射波里，有没有表面波在缺欠表面的回波呢？

如果有，又如何确定哪个波或哪几个波是表面回波呢？让不同声速的波以不同的颜色在荧屏里出现，让探伤人一目了然，超声波的功能告诉我们，既然表面波能度量出缺欠面的尺寸和缺欠的形状，那么就一定会有一个证明反射波里有表面波的办法，变形表面波是由横波打到端点产生的，表面波反射回来后又通过该端点转换成横波被探头接收，当表面波传播的过程中遇到端点时也必然转换变成横波，变型横波传播到底面产生反射后由原路返回被探头接收，这个由表面波产生的横波，他的出现就可以告诉探伤人在众多的反射波里有缺欠表面波回波，这个波就是TRT波，如图16所示，图16是TRT波产生的示意图。

TRT波是横波T1在缺欠端点A处产生的端点反射波a，同时产生端点变型表面波R，当表面波R沿缺欠表面传播到缺欠端角B处产生反射回波b，同时又分解出了变型横波T2，(此时端角B处有时会出现衍射波c)，T2传播到底面产生了回波d，总称TRT波，或称Qt波，(以Qushifa的Q称呼的波)，t代表横波，可见Qt波是表面波派生出来的，Qt波的出现证明缺欠反射波里有表面波存在。当面状缺欠垂直时，表面波在端角B处产生变形横波同时还产生变型纵波，统称TRL波，或称Ql波，l代表纵波，此时发射横波打到B点也可能产生变型纵波，两个纵波几乎重合在一起，Ql波也是表面波派生出来的，Ql波的出现证明缺欠面是垂直或近似垂直的，此时Qt波能量降低。

Qt波出现的位置按公式(五)，a+(δ-a)×cosβ计算,

Ql波出现的位置按公式(六)，a+(δ-a)÷1.8×cosβ计算,式中：δ值代表板厚，如果是二次波δ×2；a代表缺欠产生表面波端点的深度指示值；β代表探头折射角度；1.826是纵横波声速之比(5900/3230)；cosβ表示仪器扫描线是按深度显示调节(将变型波声程换算成深度值)，此公式没有考虑缺欠自身高度，因为Qt波是从B点产生的，如果考虑缺欠自身高度b，公式是a+(δ-a－b)×cosβ，Qt值将更准确，如果知道缺欠的自身高度，探伤就结束了，计算Qt值就无意义了，如果按公式(五)计算，Qt波实际显示的位置都大于计算的位置，差值与缺欠面的大小和缺欠的斜率有关，但这些差值都不大，比如缺欠面是4mm，斜率从最小到最大，用45°探头探伤，Qt波实际显示和计算Qt值最多差1mm左右，用70°探头探伤，最多差2.5mm，所以按公式(五)计算，完全可以不考虑缺欠尺寸，如果通过下端点衍射波找出缺欠的下端点，计算出缺欠面的尺寸，不准，因为有的面状缺欠有斜率，误差相伴着探头的移动，并且有的缺欠根本找不到缺欠的下端点。

探伤时发现缺欠后，有时看似一个缺欠波可能是多个路径的反射波汇聚在一起，要用一个叫做探头推拉扭的动作，对反射波进行确认，推就是将探头缓缓的向前推，拉就是将探头慢慢的向后拉，扭就是将探头左右扭动，这些动作探头都是直线运动，而不是锯齿形运动，通过探头的推拉扭动作，观察哪几个波做同时升或同时降的变化，同时观察哪一个波的波前线和波后线同时升降，观察哪一个波的波前线和波后线是前升后降或前降后升，观察哪一个波的波峰是同时升降，还是在降的同时出现一个升的波峰，反之在升的同时出现一个降的波峰，观察波峰、波前线和波后线可同时观察，但有时在灵敏度低时观察波线不如高时明显，超高时波峰就看不到了，这种观察可以区分不同路径的回波重合在一起，或缺欠自身几个反射点重合在一起，区分后也是获取缺欠形状的数据，也是获取缺欠立体形状的数据。

将荧屏内不同声速和不同路径产生的反射脉冲通过软件处理，以不同的颜色显示，比如正常的横波为一种颜色，纵波为一种颜色，表面波为一种颜色，横变纵为一种颜色，纵变横为一种颜色，横变表，表变纵，表变横，都有各自的颜色，和这几种颜色的合成等；观察更直观。

通过探头的推拉扭，找出缺欠端点反射波，只要反射波不是来自缺欠面的垂直反射，都能找到端点反射波，端点反射波不一定是最高反射波，但一定是最前面的反射波，通过计算和观察，看Qt波有没有，如果有就证明缺欠有表面波。

例如：试板厚度为40mm，探头折射角为45°，缺欠反射波指示深度为15毫米处，这时根据公式(五)计算Qt波出现的位置，15+(40-15)×cos45°＝32.6,看仪器扫描线32.6附近有没有反射波，如有，就证明缺欠有表面波产生，(此波也是在板厚度范围内，如果按反射法判断为缺欠波，结果是一个错误，有的缺欠此波高于缺欠反射波)。再例；板厚度为15mm，探头折射角分别是45°、60°，70°，缺欠反射波指示深度都在10mm处，根据公式(五)分别计算各个角度的Qt值，45°Qt值在13.5mm处，60°Qt值在12.5mm处，70°Qt值在11.7mm处，不难看出，反射波和Qt波靠的很近或连在了一起，如果此时表面波再出现，整个波峰形似不规则缺欠的反射波，过去会定为裂纹的锯齿状反射了，缺欠的反射波形是缺欠反衍变波型的汇聚，有时只是单一的反射波，有时是反射波和衍射波，有时是反射波和变型波，有时是反衍变波全有，缺欠的反射波形还取决于缺欠的宽度，而不是缺欠的长度，如图17-1和图17-2所示，其中，图17-1是探头平行带螺纹的横通孔探伤示意图，图17-2是探头垂直带螺纹的横通孔探伤示意图；超声波探伤如按反射波形定性，是不完善的理论产生不完善的结论。

通过图17-1和图17-2看出，探头声束的扩散对于平行探伤面的缺欠即使长度方向缺欠面不规则，反射波也难反映出来，因为水平方向扩散声程差距很小，M4螺丝的横通孔反射波和Φ4mm横通孔反射波几乎区别不大，对打到同一个缺欠上的声程，没有差距就没有分辨，而垂直方向的探伤，M4的螺丝有多少个丝扣都能区分开来，因为垂直方向的扩散声程上下距离差距较大，声程有差距就有分辨。

关于Qt波的数量，Qt波缺欠一个直面产生一个，有几个Qt波，就证明有几个缺欠面产生了表面波，如果缺欠面是垂直或近似垂直的，除产生Qt波外还同时产生Ql波，如果是圆形缺欠。有三个Qt波出现，产生于圆的两侧和底部，三个波的距离与圆的直径有关，圆形缺欠还产生与探伤面垂直的变型纵波，这个纵波是打在上表面的反射波，他的出现证明缺欠是圆的，如图18所示，图18是圆形缺欠Qt波的数量示意图。证明是不是纵波，除计算外，可用手指耦合在纵波位置，纵波应和手指同时跳动。如果是圆弧产生的变型纵波，其它反射波就有区别了。

Qt波的出现，证明有缺欠面产生了表面波和表面波反射，如何确定哪个波是表面波，因为Qt波和表面波都与端点反射横波有关，通过探头的推拉扭动作，如果在端点反射波、Qt波同步变化的同时，缺欠波里也有波同步变化，这个波就是表面波，如果多个波同步变化，那就是多个面有表面波，有多少个Qt波出现就至少有多少个表面波存在，就至少有多少个产生了表面波的面。

Qt波的位置有时还会出现缺欠下端点衍射波传播到底面产生的反射波，区分的方法，推拉扭探头就看出来该波与端点反射波和表面波不同步，与缺欠下端点的衍射波同步，有时Qt波看似一个波，但在区分表面波还是衍射波时，会出现波前线和端点反射波、表面波同步变化，而波后线同衍射反射波同步变化，这就是Qt波和衍射反射波几乎靠在一起的变化，波前线和波后线的识别，如图19所示。图19是波前线和波后线、波峰区分显示图。

有时有Qt波，但看不到有表面波，只有一个端点反射波出现，这时可提高探伤灵敏度，如果还没有表面波出现，通过推拉扭探头，如果端点反射波波前线、波后线和Qt波同步升降，说明缺欠面很小两波在一起，如果只是波后线和Qt波同时升降，说明此波是缺欠的另端产生的衍射波的反射波，此时缺欠没有表面波产生，此“Qt”波是入射横波通过缺欠下端点在底面的反射，如图20所示，图20是假“Qt”波示意图。

Q波的出现对于缺欠是有条件的，如图21所示，按缺欠上端点分别指向坐标原点划分，一次波探伤，在第三象限内包括垂直和水平缺欠有表面波产生，第四象限缺欠没有表面波产生，二次波探伤，第四象限内包括垂直和水平缺欠有表面波产生，第三象限内缺欠没有表面波产生，通过图21看出缺欠所在位置和探头的位置，决定了表面波的有无，如果一次波没发现缺欠有表面波产生，可通过二次波，如果一侧没有可在另一侧，另外不是所有有表面波产生就有Qt波出现，缺欠倾角的大小也决定了Qt波的有无，即使缺欠有表面波产生，当缺欠的倾角越大，Qt波越低直至没有，水平面缺欠有表面波产生，但没有Qt波出现，缺欠一般倾角大于45°时Qt波就会越来越低。

没有Qt波出现如何判定有无表面波存在，当端点反射波确定，其后有波出现，通过推拉扭探头，如果端点反射波升降变化其后有波同步升降变化，并且通过缺欠两端反射波的水平和深度位置，确认产生表面波的缺欠面倾角大于45°小于等于90°，同步变化的波就是表面波。

当端点反射波升时其后有波同步降，当端点反射波降时其后有波同步升，该波是缺欠另一端的衍射波，有时探头推拉扭其后出现反射波不是升降变化，而是反射波的前后端线上下变化，这种现象是两个部位的反射，一个是缺欠另一端的衍射波，一个是表面波的反射，反射波连在一起，前端线代表衍射波反射，后端线代表表面波反射。

任何缺欠都有端点，端点处产生的表面波能量，与超声横波在该点产生的应力有关，与端角和横波之间的夹角有关，超声波探伤时应找到能产生最大能量表面波的那个端点。

超声波探伤是根据缺欠的反射回波判断缺欠的存在，声束垂直于缺欠面时只有一个反射波，如果缺欠在这个面探伤与声束垂直，换个面探伤还垂直，此时两个缺欠面的交点即缺欠的端点就有反射了，任何不与声束垂直的缺欠面，都存在缺欠上下端点的反射、衍射及缺欠面的反射，这些反射波的高低取决于声束与缺欠面的夹角，这些波能不能分辨出来取决于缺欠的大小，仪器的分辨率及缺欠的斜率。

如图16所示，当横波传播到缺欠的端点时，除产生反射波、衍射波外，更重要的是能产生表面波，称作端点表面波，如图16中的R，端点表面波沿缺欠表面传播，遇到端角处产生表面回波，同时产生变型横波或变型纵波通过工件传播，遇到界面产生反射，遇到多面体，表面波会继续传播，每次的反射都可以确定缺欠面的尺寸，如果是单面状缺欠，表面波传播至端角处直接反射回去，如果是多面体状缺欠，表面波在每个面传播反射再传播再反射最后回到原点，即反映出了每个面的尺寸，又有体积状周长的尺寸，如果是圆柱形或球形缺欠，表面波绕行一周回到原点，传播路径就相当于圆的周长。

以上讲到的表面波，是不是缺欠的端点都能产生表面波，是不是表面波传播到端角处都有反射，传播后能不能回到原点，缺欠端角处能不能在产生表面波反射的同时，产生由表面波转换的变型横波和纵波，以及入射横波在缺欠的上端点、下端角和缺欠面处产生的反射波、衍射波和变型波，这些都与缺欠的倾角有关，与缺欠面的夹角有关，与超声波传播过程中的强度有关。横波斜探头探伤如果能确定缺欠的端点，通过端点产生的表面波就能进行缺欠尺寸和形状的判断，比通过反射波和衍射波对缺欠的判断更简单、更快捷、更真实、更全面。

表面波可以反映缺欠的形状大小，但不能全面的反映缺欠面的倾角。当超声波传播遇到缺欠时，缺欠面能产生反射、折射和变型波，上下端点都有产生反射、衍射和变形波的功能，超声波传播的过程产生动能，不同的传播方式产生不同的动能，动能转化成力，就有拉压应力，剪切应力和交变应力，缺欠有方向，探头有角度，当声束同缺欠面互相垂直时就只有一个力，只要不垂直，缺欠的下端点就能将力分解，将震动方式改变，从而从一种波派生出另一种波(波型转换)，并将传播方向改变，端点这个功能的大小与缺欠的角度和声束的角度有关，斯涅尔定律和公式适用于超声波探伤过程中缺欠面产生的反射、折射和波型转换。

根据斯涅尔定律，纵波和横波的转换角度有一个范围，当横波与缺欠面产生的反射角小于33°时，除产生横波反射，还能产生小于90°的变型纵波反射，当反射纵波和反射横波打到底面时又能产生反射纵波和反射横波，如果符合斯涅尔定律，反射波会分别产生变型横波和变型纵波，如图22所示，反之当纵波入射角小于90°时，除产生纵波反射，还能产生小于33°的变型横波反射。缺欠下端点的反衍变和缺欠面的反衍变有所不同，这里暂且都按斯涅尓定律考虑，统称缺欠的下端(包括缺欠面和下端点)。

焊缝内的缺欠类型、形状、位置和角度是未知的，并且有的缺欠在焊缝内任何位置都可能产生，是全方位存在的，声波遇到缺欠产生反射波、衍射波和变型波是必然的，这就是为什么焊缝探伤，一个缺欠的出现，荧屏内会突然降临那么多的反射波，(除焊角反射波和焊角产生的变型波外)，而我们只定焊角反射波(底波)前的波为缺欠波，以后的波是不考虑不分析的，因为底波前面出现的波是缺欠的直接反射波，足以可用来对缺欠进行准确的分析判定，底波后面出现的那些波变化多端，大部分的波用反射法解释不清，底波前的波能够很容易的进行缺欠的定量、定性和定位，底波后出现的波就没有利用的价值了，从开始至今这个探伤方法就这样传承，那么底波前的波定为缺欠的直接反射波就准确吗，实践告诉我们，底波前的反射波不一定都是缺欠的直接反射波，用反射法分析底波前的缺欠波实际也是有误判的，如前所述，有时探伤定位很准，缺欠却在别处，有时定位有缺欠实际却没有缺欠，有时定的没有缺欠实际缺欠是存在的，其实超声波探伤无论是底波前还是底波后，荧屏内出现的每个反射脉冲，都是超声波对缺欠不同形状和部位通过不同功能的展示，这种展示告诉探伤人缺欠的各种信息。

怎样才能搞清荧屏内所有的反射脉冲呢，首先看横波斜探头能产生几种波，如图23所示，图23是横波斜探头产生波的示意图。

为什么横波斜探头里有纵波和表面波，道理很简单，只要有震动就会有力和传播方向产生，就会产生纵波的拉压、横波的剪切和表面波的交变应力，就会有纵波的震动方向和传播方向一致，横波的互相垂直，表面波的纵向震动和横向震动的合成在表面椭圆形传播。各种探头都是以他名称的功能为主，不能忽略探头同时存在的其它功能，这些功能可能会对探伤带来影响，使得探伤过程中可能出现的波解释不清楚。

横波斜探头以产生横波为主，还同时产生表面波和纵波，如图23所示，横波斜探头是根据斯涅尔定律第三临界角制作的，理论上是产生纯横波，但在产生折射横波的同时表面波也产生了，随着折射角度的赠大表面波的能量也在增大，在探头移动的过程中表面波被衰减，探伤时表面波容易被耦合剂吸收，但它是客观存在的，如果探头前方表面有缺欠，随着探头前面耦合剂的减少，表面波探到的缺欠就会有反射脉冲显示。

另外探头的晶片通过发射和接收的震动，晶片的边缘如同缺欠一样产生衍射波，晶片上下端产生的衍射波通过有机玻璃传播至工件表面时也存在一定角度范围的折射，在工件里以纵波的形式传播，能量较低，如果有缺欠反射回波同该纵波形成回路，荧屏内将有反射回波出现。

再看当超声横波传播时，遇到异质界面(缺欠)后能产生反射波，衍射波和变型波，诞生了后来的惠更斯原理，波的反射特性，波的衍射特性和波的转换特性。

波的转换特性：当超声横波传播到两种不同介质的分界面(缺欠面)或一种介质异型表面交界处以及缺欠的端点时，不仅会产生波型相同的反射波、衍射波，还会产生转换了波型的反射波或表面波，这一特性就是将波的转换功能用来检测的理论基础，如图24-1至图24-3，其中，图24-1是波形转换示意图，图24-2是波形转换示意图，图24-3是波形转换示意图。

横波斜探头超声波探伤，荧屏内出现来自缺欠的反射波、衍射波和变形波，将这些波综合分析判断的方法称作反衍变探伤法。

反衍变探伤法中，反射特性的反射波和衍射特性的衍射波，告诉我们缺欠的有无，变型特性的端点变型表面波告诉我们缺欠的形状尺寸，变型横波、变型纵波和横波的组合，走的路径告诉我们波是怎么来的，告诉我们缺欠的角度或方向，综合起来告诉我们缺欠是以什么样子存在什么位置。横波发现缺欠后，这些来自缺欠的反射波、衍射波和变型波，连同焊缝焊角的反射波，通过以下这十组各种波的反射回路，将这些回路通过绘图或编成软件，就能将焊缝探伤荧屏内出现的每个反射回波的产生搞清楚。

第一组，如图25-1所示，图25-1是一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图。

第二组，如图25-2所示，图25-2是一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图。

第三组，如图25-3和图25-4所示，图25-3是一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图；图25-4是一次波探伤缺欠反衍变波回路示意图。

第四组，如图25-5所示，图25-5是一次波探伤缺欠反射波回路示意图。

第五组，如图25-6和图25-7所示，图25-6是二次波探伤缺欠反衍变波回路示意图；图25-7是二次波探伤缺欠反衍变波回路示意图。

第六组，如图25-8所示，图25-8是缺欠反射波遇到焊缝增强高的反射回波示意图。

第七组。如图25-9所示，图25-9是焊角反衍变波回路示意图。

第八组，如图25-10所示，图25-10是异形角接焊缝一次波探伤异板反射波回路示意图。

第九组，如图25-11所示，图25-11是异形角接焊缝，二次波探伤异板反射波回路示意图。

第十组，如图25-12所示，图25-12是焊缝中缺欠垂直反射二次波回路示意图。

脉冲1是缺陷面的一次垂直反射波，脉冲2是缺欠面的二次垂直反射波，距离比一次反射波多出声波在探头内的传播b，该距离b可通过IIW试块探头入射点测试时的反射波确定，看二次波和后面反射波的距离就是声波在探头内传播距离，

如图25-13所示，如果扫描线按声程调节，两波间距b就代表声程，如果按深度调节，两波间距b就代表深度。这样的缺欠如何确定尺寸，1、在另侧探伤，2、通过二次波探伤，3、换角度探伤，不垂直了，就可以通过缺欠上下端点反衍射波计算确定。

通过以上十组反射回波线路分析发现，缺欠最高反射波有时不是缺欠直接反射波，而是变型波，有时最前面的缺欠反射波不是缺欠直接反射波，也是变型波，有时缺欠没有正常反射波，却有变型波反射，有时在探伤范围内有多个类似缺欠的反射波同时出现，但这不是多个缺欠的反射波，而是一个缺欠的反射波和这个缺欠不同路径的反射波和变型波，有时只有一个缺欠反射波，波幅宽，几个波峰连在一起，这些波峰分别代表缺欠的反射波、衍射波和变型波等，每个波峰有各自不同的传播路径。还有探伤部位的异形导致产生变型波显示在焊缝内，这些问题的出现导致探伤结论的不准确，但探伤人员还不知道，因为所有的探伤都是以反射法为依据对缺欠进行分析判定。

运用反衍变探伤法，结合十组缺欠波返回路线，通过作图(无软件时)分析荧屏里出现的所有反射脉冲，共计77+2Q路回波进行分析，能判断出所有反射脉冲是怎样产生的，虽然不是77+2Q路回波同时出现，但所有出现的反射脉冲，都离不开这77+2Q路回波的产生原理,77+2Q路回波的形成与焊缝成型和缺欠的形状以及所在的位置有关，77+2Q路回波不包含一个位置的多次反射波。以下是运用77+2Q路回波分析的案例。

例1：40mm厚板对接焊缝，上表面至中心15mm有一处4mm宽面状缺欠，缺欠倾斜20°，45°横波斜探头探伤，一次波探伤发现15mm处有一缺欠波，该波涵盖缺欠上端点反射波a和下端点衍射波b、表面波r以及Qt波等，通过推拉探头，发现深度24mm处有一缺欠反射波，如图26-1所示。

推拉扭探头，根据图25-4，按77+2Q路回波之一，横波－横波－纵波，画图实测计算，如图26-2所示，(21+25+42/1.826)÷2×cos45°＝24，发现24mm处反射波是入射横波打在缺欠上，缺欠面有倾角，缺欠面产生的反射横波反射到底部再转变成变型纵波反射被探头接收，根据斯涅尔定率，可以算出缺欠的倾角，比如，45°探头，声束打在倾斜20°的缺欠面上，缺欠与声束形成(45°-20°＝)25°的夹角，产生了声束与缺欠面发线(90°-25°＝)65°夹角的反射横波，横波传播至底面，产生了与底面法线10°夹角的横波，根据斯涅尓定律，sin10°/3230＝sinβι/5900,βι＝18°,该横波产生了10°的反射横波，探头接收不到，产生的18°变型纵波，进入到探头的入射点，反过来通过画图计算缺欠的倾斜角度，(以后靠软件完成)。如果按反射法计算24mm处反射波，结论将是错误的。

例2：一试块40mm厚，据表面10mm有一Φ3mm横通孔，选用45°横波斜探头，仪器深度指示调节，二次波探伤时，出现的反射波如图26-3所示，第一个是二次波横通孔反射脉冲B，指示横通孔深度在70mm，第二个是横通孔表面波反射脉冲R，指示在73mm，(73-70＝3，45°探头探伤差值就是横通孔直径)横通孔直径为3mm，第四个是Qt波，指示深度在70+10×cos45°＝77mm，第三个反射脉冲，深度指示在75mm，是77+2Q路回波中的一路回波，是图26-3中的2－TT1T5T6T7，全横波反射，计算如下，(OA+AB+BC+CD+DO)÷2×cos45°＝(56+43+10+54+50)÷2×0.707＝75mm。焊缝内任何一个反射脉冲，利用反衍变探伤法作图分析，都能将其解释清楚。

横波斜探头反衍变探伤法的运用

反衍变探伤法对探头的要求是：1、常规探头，探头好探伤会更准确；2、如果只选一个角度以45°为主。对灵敏度的要求是：1、以Φ0.5mm横通孔为起始灵敏度；2、按设计要求允许最小缺欠为起始灵敏度；3、灵敏度制定要结合焊缝的晶粒度。对缺欠侧长的要求是；1、反衍变探伤确定缺欠长度方向无变化，采用6dB法侧长；2、长度方向缺欠两端反衍变探伤有变化的，采用探头倾斜15°—45°运用端点反衍变法确定缺欠端点。

反衍变探伤法实例

一、平面形缺陷探伤：平面形缺陷有裂纹、未熔合、未焊透，这几种平面形缺陷在各种状态下的探伤方法如下；

1.1当平面形缺陷与探测面平行时如何确定缺陷的尺寸、形状和性质，如图27-1所示。图27-1是水平面形缺欠探伤示意图。

首先仪器扫描线按深度显示调节，探头折射角β，脉冲1是平面形缺陷A点的反射波加衍射波a，脉冲2是平面形缺陷B点的反射波加衍射波b，脉冲3是平面形缺陷端点A产生的表面波至B点的反射波r，AB面上产生的反射波，按入射角度向相反的方向传播，如遇成型焊缝将会有如图25-8的反射波出现，如果缺欠面不平，有反射波出现在ab两波之间，如何确定平面形缺陷的宽度，将探头前后移动分别找出A、B两点的最高反射波，我们会看到a、b两最高脉冲对应的深度值是一样的，两最高点探头移动的间距即水平值，就是对应缺陷的宽度显示值，反衍变探伤法用的是，A点是缺欠的端点，端点产生的表面波即脉冲3，当探头前后移动时，如果脉冲1和脉冲3同时升高或同时降低，找出最高点，那么ar两波的间距就是缺欠宽度表面波的声程深度显示值，横波声速是表面波声速的1.08倍，仪器是按横波调节，所以仪器显示的深度数值要除以1.08，要把深度显示换算成斜边，即缺欠的实际尺寸，计算如下，(ar值÷1.08)÷cosβ，所得结果就是缺陷的宽度。

例：如果仪器指示的ar值是3mm，探头折射角度是45°，(3÷1.08)÷cos45°＝4mm。探伤中，如果缺欠波只有波1、波2、波3并且波1和波2深度位置相同，水平位置不同，就可以确认缺陷是水平平面状的，这种缺欠两侧探伤反射结果相近，这种缺陷只有层间未熔合，但并不多见。

1.2当平面形缺陷与探测面垂直时如何确定缺陷的尺寸、形状和性质，首先是这种缺欠探伤时能产生多少种类型的回波，从第一组到第五组图中可以看出这种缺欠会根据位置存在二十几个回路的反射波出现，以实际缺欠为例，试块厚度40mm，在深度15mm处，有一个4mm高垂直缺欠，选用用45°横波斜探头，如图27-2所示。

首先，仪器扫描线按探头折射角β深度显示调节，探伤时确定缺欠端点反射波和有无Qt波，脉冲1是垂直平面形缺陷端点A点的反射波，脉冲2是平面形缺陷B点的衍射波，脉冲3是平面形缺陷端点A产生的表面波至B点的反射波r，脉冲4是入射横波打到缺欠面下端产生的变型纵波，该纵波反射至底面C处，在底面反射后与探头发射的纵波形成了横波－纵波－纵波回路，如图25-5所示，计算如下，首先通过作图量取各路尺寸，(21+26÷1.826+41÷1.826)÷2×cos45°＝20，该波在扫描线20mm深度处出现，该波的有无与缺欠的位置和形状以及探头折射角度有关，脉冲5是Ql波和横波在B点产生的变形纵波打到底面D点的垂直回波，两波重合在一起，如图25-1和图25-2，此波只有缺欠面是垂直或近似垂直时才有的，也是证明缺欠形状波之一，按上图计算此脉冲出现在扫描线15+25÷1.826×cos45°＝25处。

脉冲6是横波打到缺欠面下端产生的横波反射至底面被探头直接接收，形成了一个横波－横波－横波回路，如图25-3，按上图计算此脉冲出现扫描线(21+25+41)×cos45°＝30.7处。

脉冲7是横波打到缺欠B点产生的衍射波传播到底面D点的反射波如图25的a和B点产生的Qt波，如图25-2，两波重合在一起，可以通过探头的推拉扭区分开来，此时波后线代表的是Qt波，按上图计算此脉冲出现在扫描线15+25×cos45°＝32.6处。

如何确定平面形缺陷的高度，反衍变探伤法是，当探头前后移动时，如果脉冲1、脉冲3和脉冲7同时升高或同时降低，找出脉冲1和脉冲3最高点，那么两波的间距就是缺欠宽度表面波的声程，仪器扫描线是横波设定，横波声速近似表面波声速的1.08倍，所以仪器显示的声程数除以1.08，要把深度显示换算成斜边，即缺欠的实际尺寸计算如下，(ar值÷1.08)÷cosβ，所得结果就是缺陷的高度。例：如果仪器指示的ar值是3mm，探头折射角度是45°，(3÷1.08)÷cos45°＝4mm，结果就是缺陷的高度。

探伤中，如果波1、波2、波3、波5、波7符合上述情况就可以确认缺陷是垂直平面状的，同时计算出缺陷的高度值，这种缺欠两侧探伤反射结果相近，这种缺陷有裂纹、无坡口处未熔合和未焊透。

二、圆形和半圆形缺陷探伤：圆形缺陷有球形气孔、横通孔(条形气孔)和平底孔，半圆形缺陷按圆形缺陷的一半考虑，探伤方法如下；

2.1、横通孔和球形气孔探伤，如图28-1所示。

例：板厚度50mm焊缝探伤，用45°探头，扫描线深度调节，发现深度20mm有一点状缺欠波为A，22mm处有一反射波为r，28mm处有一反射波为L，42mm处有3个一族反射波，首先确认缺欠波的Qt波，20+30×cos45°＝41.2，该波是缺欠的Qt波，有产生三个Qt波的面，推拉扭探头，反射波A、r、Qt波同步变化，r波为表面波，当手指在缺欠的上表面跳动时，L波同步跳动，这是一个纵波，计算是20+20÷1.826×cos45°＝28mm，此缺欠是单个气孔，孔径是22-20＝2mm，(45°探头探伤，深度调节，反射波和表面波的距离即是孔径，如果计算，根据公式(四)，D＝A÷3.14÷1.08÷cosβ×2.4,D＝2÷3.14÷1.08÷cos45°×2.4＝2mm。此缺欠有两点可以证明是圆形缺欠，第一点，上表面有纵波产生，第二点，Qt波有三个，间距近似相等，每个波随着探头的推拉扭变化。

2.2、平底孔(垂直探测面)探伤，如图28-2所示，平底孔(平行探测面)探伤，如图28-3所示。

图28-2和图28-3，一起分析，脉冲1是A点的反射波，脉冲2是B点的反射波，A、B两点最高反射波的位置，水平位置相同，深度距离差就是缺陷的高度，如图28-2所示，深度位置相同，水平距离差就是缺欠的长度，如图28-3所示，如果平底孔变成了通孔，没有A点就没有A点反射，由于声束是斜打到圆柱体表面，表面波是按椭圆形轨迹传播，脉冲3是c点的衍射波，反射波较低，脉冲4是圆柱面产生的双向表面波至D点的回波叠加，表面波传播符合斯涅尔定律，通过表面波在仪器显示的深度距离，在图31的图表里查对应的孔径，Y值代表脉冲4表面波的深度距离，X代表对应的孔径。

Y值的计算，首先找到脉冲2即B点的最高反射脉冲指示的位置，确定后，再将脉冲3通过探头的推拉找到最高反射波位置，此时该位置就是B点的最高反射波时的位置，如果不在该位置，这个反射波就不是脉冲3，当脉冲3最高反射波位置固定后，脉冲2已前移，此时脉冲2和脉冲3仪器指示的数值就是Y值。端点A产生的表面波，当灵敏度提高后分别在脉冲2和脉冲3后面出现有时两个脉冲连在一起，通过表面波也可以判断缺欠的长度和直径。

所有焊缝探伤，除焊角反射的底波外，焊角的其它反衍变波也都是有规律的，只是根据探头的角度和焊角的形状以及材质的晶粒度，有的波出现，有的波不出现，有的波反射强，有的波反射弱，焊缝探伤所有的反射波都要分析，首先确定哪些波是焊角的正常反衍变波，并且这些波应该是波峰独立清晰，除此而外其它出现的波都是有它产生的原因，比如底波前无缺陷波出现，但底波后有一个波不是规律反射波，这个波就是问题波，还有底波前有一缺陷反射波，但底波后也有一个不符合规律的反射波，对于任何一个要判断的波，都可以运用77+2Q路回波分析法。

横波斜探头自身产生的表面波如图25-8中的R1和下焊角产生的表面波R2探伤的利用，如图29所示，判断是不是表面波，将手指在探头前方点动，如果反射脉冲同时跳动，就判断为表面缺欠反射波，该波反射的高低与缺欠的大小和在探头前方偶合剂的多少有关，耦合剂容易吸收表面波，常规的70°探头产生的表面波较高，角度越小产生的表面波越小，45°探头小到不影响探伤。下焊缝上的表面裂纹判断，条件允许可用手指同上，一般和焊角反射波连在一起，分析时可通过推拉扭判断。如果焊缝边缘附近板材表皮下有缺欠，称做探测面皮下缺欠，如图30，该缺欠的反射波在始脉冲里，产生的Qt波很容易被误判为焊缝里的缺欠，如果误判，焊缝修多少次也是白修。

本发明所述的横波斜探头反衍变探伤法，以45°探头探伤为主，具有优点如下：

1、焊缝探伤，在相同厚度范围内达到声程全覆盖，45°探头较60°、70°探头行程最短，灵敏度最高，近表面缺欠分辨率最好，发现缺欠能力最强。

2、通过反射法探伤看从45°到70°探头对缺欠面的反射范围，对于圆形缺欠，如果用涵盖45°到70°所有角度制作的探头探伤，一次波弧AB仅仅覆盖了圆周长的十五分之一左右，如图33-1所示。

如果用涵盖35°到85°所有角度制作的探头探伤，一次波也仅覆盖了圆周长的六分之一左右，如图33-2所示。

对于垂直面状缺欠，如果用横波所有角度探头探伤，发现的都是上端点的反射和下端点的衍射，面状呈现的是全反射，探头接受不到，如图34所示。

对于其他类型的缺欠，各种角度探头只是对于缺欠不同部位的反射呈现出波高波低，如果说某个角度探头对于某种缺欠探不出来，只存在一是声波未扫查到，二是灵敏度低两种情况。

3、对于板薄一点，成型宽一点的焊缝探伤，受探头前沿长度的影响，通过作图看，45°探头一次、二次声波探伤如果声程达不到全覆盖，有扫不到的位置，这时要用三次波探伤了。

4、焊缝在焊接的过程中产生拉应力、压应力或交变应力，这些应力贯穿整个焊接过程及焊后的一段时间，无论是对接焊缝还是角接焊缝，产生的裂纹以倾角45°较多，这与各种应力合成的45°剪切应力有关，45°倾角的裂纹，用45°探头探伤是最佳选择，不易漏检(含纵向裂纹和横向裂纹)。

5、根据能量守恒定律，同一声波探伤过程中波型转换的越多，能量分解越多，灵敏度降低越多，越不利于发现缺欠，根斯涅尔定律，45°探头相对60°、70°探头波型转换少，比如垂直面状缺欠，45°声波打到缺欠面全反射，60°、70°声波打到缺欠面除产生横波反射外，还产生变型纵波，使得反射横波能量降低，并且不是所有的波探头都能接收到。

6、在相同的灵敏度下，看三个角度探头的距离波幅曲线，45°探头制作的曲线最高，60°次子，70°探头最低，高的原因是三个角度探头发现同一个缺欠，45°声程最短，70°声程最长，但在实际探伤过程中，当坡口角度在20°和30°时，这样的焊缝里存在的缺欠，使用45°探头探伤反射波高度有时低于60°和70°探头反射波高度，其中原因之一是焊缝中的缺欠形状、角度与坡口角度有一定的关联，与焊接形式和焊接方法有一定的关系，如果只通过缺欠的反射波高度定量，那么只能根据焊缝的情况选定探头，反衍变法探伤不以焊缝的情况选探头，只选45°探头探伤，不以反射波高定量，距离波幅曲线只是一个参考。

7、横波斜探头对板材探伤，除板边反射外，再没有反射，如有反射只是缺陷，探伤非常容易，如果板材上下有焊缝，焊缝与板材连接的表面是一个R角，这个成型造成了反射增多，有不同方向的反射波和变型波(变型纵波和表面波)，但这些波再怎么多，都是有规律的，这些反射波的存在要根据R角大小、有无而定，不是每个焊缝每次这些波都必须出现，有时出现一个，有时出现两个，有时出现三个或者更多，但都非常有规律，并且波峰只有一个，多了就有问题，除此而外出现的反射波，只要出现在荧光屏内，都有出现的原因，要分析；前面提到的焊缝上下表面附近的缺陷，和一次或二次底波连在一起或靠的很近，使得底波变宽波峰变多，这都是不正常的反射，要认真对待。

8、对于焊缝探伤，板材的各向异性和焊缝的晶粒度，会使探伤灵敏度和探头折射角度产生变化，这种变化直接影响到缺欠的准确定位和合格与否的判断，反射法靠试块调节仪器也只能是一个参考，因为每张板的各向异性差异是不同的，一块试块代表不了所有板材和焊缝探伤的变化，尤其是TMCP钢，各向异性尤为明显，即使化学成分、性能、尺寸都一样的板材，各向异性的差异都不同，对于横波探伤，板越厚各向异性越严重，探头角度越大，材料的各向异性使得角度和灵敏度变化越大，探头角度越小，角度和灵敏度变化越小，0°探头角度没有差异，灵敏度略有差异，相对60°和70°探头，45°探头探伤各向异性差别较小，能达到可接受的程度，折射角变化在三度之内，灵敏度变化在15％之内，45°探头反衍变法探伤可不考虑各向异性包括TMCP钢。

9、相对其它角度探头，在晶片大小相同时，45°探头前沿较短，这对探伤也是有利的。

10、同样的焊缝探伤，45°的声程短，可将探头频率增加，这样发现缺陷的能力增加了，脉冲宽度变窄了，盲区小了，缺陷的分辨率增加了(此时要考虑杂波和衰减的影响)。

11、45°横波斜探头，端点反射、衍射和变型功能高于60°和70°探头。

12、横波45°斜探头除进行焊缝探伤外，还可以在很多产品上取代直探头探伤，纵波在一个面一次波探伤，对于缺陷，无论探头怎样移动，检测的只是同一个缺陷面，并且对底波还有要求，可是横波反衍变法探伤，在一个面一次波探伤，对于缺陷，就能完整表达。

13、45°探头对于探测有曲面形状工件和焊缝，可覆盖探测范围大，缺陷判断可逆向思维，把探测面当作直面，把缺陷当作曲面。曲面探伤更容易产生变型波，即使45°探头探伤也离不开作图分析。

14、凡是运用直探头探伤的产品，如果可能改用45°横波斜探头探伤，准确率高于直探头探伤，因为横波反衍变探伤法可以探出缺欠的形状，比如板材探伤，直探头探伤只是发现分层，而板材内的其它缺欠，如层间裂纹，夹杂物等，一是容易漏检，二是检测不出来，并且是探头行走的位置才是检测的位置，探头不到缺欠是检测不到的，如果改用45°横波探头，探头只需在板材的边缘行走一周，或根据板材的大小分区行走，就可以达到板材的全覆盖检测，直探头能检测出的缺欠和检不出的缺欠，45°横波斜探头都能很好的完成，并且可以将缺欠立体呈现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。