3、焊缝超声检测原理：A型显示、B型显示、C型显示、D型显示的基本原理与信息解读
焊缝超声检测中，超声信号的显示方式直接决定了检测人员对缺陷的识别能力与判断效率。A型显示（A-Scan）是最基础、最通用的幅度-时间显示方式，而B型、C型、D型显示则是在A型基础上通过机械扫查与数据重建形成的二维或三维图像化显示。理解这四种显示方式的基本原理、信息维度与判读方法，是正确执行超声检测标准（如NB/T 47013.3、ISO 17640、ASME V等）的前提。本章将从物理原理、信息解读、工程应用与常见误区四个维度展开，帮助学员建立从“点信号”到“体视图”的完整认知框架。
上图从信息维度与坐标体系的角度，对四种显示方式进行了总体对比。A型显示是“点”的信息，B型、C型、D型显示则是“面”的重建。在实际焊缝检测中，A型显示是定量评定的核心依据，而B/C/D型显示更多用于缺陷的空间分布展示与记录。下面分别对每种显示方式展开详细解读。
3.1 A型显示（A-Scan）——幅度-时间（深度）一维波形
核心原理
A型显示是超声检测最原始、最基础的显示方式。探头在某一位置发射超声脉冲，超声波在材料中传播，遇到声阻抗差异界面（如缺陷、底面、晶界）时产生反射回波。探头接收回波后，仪器将回波幅度（纵轴）与传播时间（横轴）的关系以波形形式显示在屏幕上。横轴通常以时间（μs）或深度（mm）标定，纵轴为回波幅度（%满屏高或dB）。在焊缝检测中，A型显示直接反映探头所在位置的声束路径上的反射体信息。
判断方法与操作流程
- 基线校准：利用试块（如CSK-ⅠA、CSK-ⅡA）校准时间轴与深度轴的对应关系，确保声速与零位正确。
- 灵敏度设定：根据标准要求（如NB/T 47013.3），用规定试块调节增益，使规定反射体（如φ3×40横孔）回波达到基准高度（如80%满屏高）。
- 扫查与信号捕捉：探头沿焊缝两侧做锯齿形扫查，观察A型波形变化，当出现超过评定线的回波时，记录其声程、深度、水平距离。
- 缺陷定量：采用当量法（AVG/DGS曲线）或对比试块法，将缺陷回波幅度与基准反射体比较，得出缺陷当量尺寸。
案例拆解：某管道环焊缝A型显示判读
某Φ273×20mm管道环焊缝，采用单晶斜探头（K2，频率2.5MHz）检测。在扫查过程中，A型显示在声程85mm处出现一个高度为满屏60%的反射波，且波形较陡峭，前沿上升快。操作人员记录：探头前沿距焊缝中心线距离为12mm，折射角为63.4°（K2）。计算缺陷深度：深度 = 声程 × cos63.4° ≈ 85 × 0.447 ≈ 38mm，水平距离 = 声程 × sin63.4° ≈ 85 × 0.894 ≈ 76mm。由于板厚20mm，缺陷位于焊缝根部区域。进一步用-6dB法测量缺陷指示长度，沿焊缝方向移动探头，当回波高度降至最高波一半时，记录探头移动距离为18mm。最终判定该缺陷为根部未焊透，长度18mm，按标准评定为不合格。
常见误区与总结
3.2 B型显示（B-Scan）——扫查长度-深度二维截面图
核心原理
B型显示是将探头沿某一方向（通常为焊缝长度方向）做线性扫查，同时记录每个扫查位置的A型信号，并将回波幅度以灰度或彩色映射到“扫查位置-深度”二维坐标系中。横轴为探头移动距离（mm），纵轴为深度（mm）。B型显示相当于沿声束入射方向对焊缝做纵向切片，能够直观显示缺陷在焊缝截面上的深度分布与纵向延伸情况。
判断方法与操作流程
- 扫查路径规划：沿焊缝长度方向等间距（通常1mm或2mm）步进扫查，或采用连续扫查并编码器记录位置。
- 数据采集：每个扫查位置采集完整的A型波形，并存储回波幅度数据。
- 图像重建：将各位置的回波幅度按灰度映射，形成B型图像。高回波区域显示为亮色，低回波区域为暗色。
- 缺陷判读：在B型图像上，缺陷表现为连续或断续的亮色区域，可测量其深度范围、纵向长度、倾斜趋势。
案例拆解：B型显示识别未熔合缺陷
某厚壁压力容器纵焊缝（板厚60mm），采用相控阵超声检测，使用B型显示模式。扫查长度为200mm，步进1mm。B型图像显示在深度45~52mm处存在一条长约35mm的亮色条带，且条带与焊缝坡口面平行，倾斜角度约10°。结合A型信号分析，该区域回波幅度较高（≥40% DAC），且波形较稳定。由于条带位置与坡口面重合，判定为坡口未熔合。随后用TOFD复验，确认缺陷高度约7mm，长度38mm。B型显示在此案例中提供了缺陷的深度分布和倾斜方向信息，为返修提供了精确的定位依据。
常见误区与总结
3.3 C型显示（C-Scan）——扫查长度-扫查宽度俯视投影图
核心原理
C型显示是将探头在焊缝表面做二维平面扫查（纵向+横向），记录每个扫查位置的A型信号，并将某一深度门（或整个声程范围）内的最大回波幅度映射到“扫查长度-扫查宽度”的俯视平面图上。C型显示相当于从焊缝上方垂直向下看，显示缺陷在水平面上的投影位置和形状。它不包含深度信息，但能直观反映缺陷的平面分布、面积和走向。
判断方法与操作流程
- 扫查区域设定：根据焊缝宽度和热影响区范围，设定扫查区域（如焊缝中心线两侧各50mm）。
- 深度门设置：在A型显示上设置深度门（如全厚度范围或特定深度区间），C型图像显示该门内最大回波幅度。
- 二维扫查：采用手动或自动扫查架，沿纵向和横向等间距扫查，编码器记录X-Y坐标。
- 图像判读：C型图像中，缺陷显示为高亮区域，可测量其平面面积、长度、宽度和位置。
案例拆解：C型显示评估腐蚀减薄区域
某储罐底板（厚度12mm）进行腐蚀检测，采用水浸式超声C型扫描系统。扫查区域为500mm×500mm，步距1mm，深度门设置为6~12mm（底板下半部分）。C型图像显示在坐标（150~220mm， 80~140mm）区域存在一个不规则的高亮斑块，面积约4200mm²。进一步分析A型信号，该区域底波消失，出现多次等间隔的薄板反射波，判定为严重腐蚀减薄。用测厚仪复核，最小剩余厚度仅4.2mm。C型显示在此案例中快速锁定了腐蚀区域的范围和形状，避免了逐点测厚的盲目性。
常见误区与总结
3.4 D型显示（D-Scan）——沿声束方向的侧视展开图
核心原理
D型显示（也称D-Scan或侧视显示）是相控阵超声检测中常用的一种显示方式。它沿探头扫查方向（通常为焊缝长度方向）展开，纵轴为声束传播方向上的深度（或声程），横轴为探头位置。与B型显示的区别在于，D型显示不显示探头移动方向上的截面，而是显示沿声束入射方向（即探头折射方向）的截面。对于斜入射检测，D型显示相当于从焊缝侧面观察声束平面内的缺陷分布，特别适合显示缺陷在板厚方向上的位置和倾斜角度。
判断方法与操作流程
- 探头选择与设置：通常使用相控阵探头，通过电子扫查或扇形扫查产生一系列角度声束。
- 扫查方式：探头沿焊缝长度方向移动，编码器记录位置，系统将每个位置的扇形扫查数据合成D型图像。
- 图像解读：D型图像中，横轴为探头位置（mm），纵轴为深度（mm），缺陷显示为亮色区域，可直观看出缺陷在板厚方向上的分布、倾斜方向和高度。
- 与B型对比：B型显示是探头移动方向上的截面，D型显示是声束入射方向上的截面。对于斜探头，两者角度不同，信息互补。
案例拆解：D型显示辅助判定裂纹倾斜方向
某桥梁钢箱梁对接焊缝（板厚28mm），相控阵检测发现A型显示在深度18mm处有强烈回波。使用D型显示模式，探头沿焊缝长度方向扫查，D型图像显示缺陷在深度14~22mm范围内呈倾斜条带，倾斜方向与焊缝中心线呈约15°角。结合B型显示（沿焊缝长度方向）确认缺陷纵向延伸约25mm。综合D型和B型信息，判定该缺陷为倾斜裂纹，倾斜角度约15°，高度约8mm。返修时，按D型显示的倾斜方向调整碳弧气刨角度，一次清根成功，避免了二次返修。
常见误区与总结
3.5 四种显示方式对比与标准应用要点
| 显示类型 | 坐标轴 | 信息维度 | 主要用途 | 标准应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| A型 | 幅度-时间（深度） | 1D | 缺陷定量、当量评定、波幅测量 | 所有超声检测标准的基础判读 |
| B型 | 扫查长度-深度 | 2D（纵截面） | 缺陷深度分布、纵向长度、倾斜趋势 | 相控阵/TOFD辅助判读、缺陷定位 |
| C型 | 扫查长度-扫查宽度 | 2D（俯视投影） | 缺陷平面位置、面积、形状 | 腐蚀检测、大面积扫查、缺陷记录 |
| D型 | 扫查长度-深度（声束方向） | 2D（侧视展开） | 缺陷在板厚方向的位置、倾斜角度 | 相控阵检测、裂纹方向判定 |
在NB/T 47013.3-2015标准中，A型显示是缺陷评定的法定依据，所有验收级别（Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级）均基于A型显示的波幅和缺陷指示长度。B/C/D型显示作为辅助显示手段，主要用于缺陷的空间定位、尺寸测量和记录存档。在实际检测中，建议采用“A型定量+B/C/D型定位”的组合策略，既保证评定的准确性，又提高缺陷表征的直观性。
综上所述，A型显示是超声检测的“根”，提供了最原始的反射波信息；B型、C型、D型显示是“枝叶”，将一维信号扩展为二维图像，帮助检测人员更直观地理解缺陷的空间形态。掌握这四种显示方式的原理与判读方法，是执行超声检测标准、确保焊缝质量评定的核心技能。在实际工作中，应根据检测目的、工件几何形状和缺陷类型，灵活选择最合适的显示方式，并始终以A型显示的定量数据作为最终判定依据。