超聲檢測技術(shù)理論

1、超聲檢測技術(shù)理論2超聲檢測目標(biāo)1, 發(fā)現(xiàn)缺陷2, 得到缺陷的精確位置3, 對缺陷定量4, 對缺陷定性3 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時,如果遇到聲阻抗不同的另一種材料,超聲波將發(fā)生反射,通過分析反射回波得到工件的內(nèi)部信息 超聲探傷基本原理超聲波超聲波工件工件缺陷缺陷探頭探頭4超聲探傷儀基本結(jié)構(gòu)5放大器被檢工件探頭水平偏移時基觸發(fā)電路起始波回波超聲波模擬超聲探傷儀基本原理6超聲探傷的理論基礎(chǔ)71,束射特性超聲波的特性超聲波探傷用頻率:0.2515MHZ金屬材料超聲波探傷常用頻率:0.510MHZ2,反射特性3,傳播特性4,波型轉(zhuǎn)換特性以上特性是超聲波探傷技術(shù)的基礎(chǔ)8N近場遠(yuǎn)場焦點聲束擴散角壓電晶片主聲軸

2、D061,束射特性cfDNeff42097, 0DDefffDceff51, 0sin691,近場影響: 超聲在近場內(nèi)聲壓不穩(wěn)定,應(yīng)盡量避免在近場內(nèi)探傷束射特性對超聲探傷的影響v探頭直徑越小, 近場越短, 探頭頻率越低, 近場越短 v薄板應(yīng)盡量選擇近場短的探頭, 厚板應(yīng)盡量選擇近場長的探頭v如必須在近場內(nèi)探傷,必須使用對比試塊對缺陷定量2,聲速擴散角的影響: 聲速擴散角越小,能量越集中,能提高橫向分辨率 小的擴散角與短的近場長度是矛盾關(guān)系, 因此應(yīng)綜合考慮各因素選擇合適的探頭v探頭直徑越大,頻率越高, 聲速擴散角越小 10鋼0,131,0-0,87樹脂玻璃入射波透射波反射波2,反射特性 121

3、2ZZZZp2122ZZZp11反射特性對超聲探傷的影響v 檢測分層時,應(yīng)盡量用不同頻率的探頭檢測,避免透聲層影響v 超聲波能檢測到的最小缺陷尺寸為半波長 fc221v 探頭的頻率越高, 能檢測出的缺陷越小 v 對于粗晶粒材料, 應(yīng)選擇頻率盡量低的探頭, 提高穿透性能和信噪比v 探頭保護(hù)膜聲阻抗應(yīng)盡量滿足工件晶片ZZZmv 探傷時應(yīng)盡量使偶合劑厚度趨于012超聲波的傳播實質(zhì)上是振動狀態(tài)和能量的傳播3 傳播特性超聲波的波形: 波動傳播過程中某一瞬時振動相 位相同的所有質(zhì)點聯(lián)成的面1, 球面波: 點狀聲源產(chǎn)生的波形2, 平面波和活塞波: 平面聲源產(chǎn)生的波形 3, 柱面波: 細(xì)長柱體聲源產(chǎn)生的波形平

4、面波聲壓不隨距離變化而變化,傳至相當(dāng)遠(yuǎn)處可認(rèn)為是球面波超聲探傷用超聲波通常為活塞波131, 縱波: 質(zhì)點振動方向與波動傳播方向相同超聲波的波型質(zhì)點振動方向波長特點: 縱波能在固體,液體 和氣體中傳播直探頭產(chǎn)生的是縱波, 以縱波探傷傳播方向142, 橫波: 質(zhì)點振動方向與波動傳播方向互相垂直超聲波的波型特點: 縱波只能在固體中傳播斜探頭產(chǎn)生的是橫波, 以橫波探傷傳播方向波長晶片振動方向151,在同一介質(zhì)中,縱波聲速比橫波聲速快,縱波波長比橫波波長短.縱波與橫波在超聲探傷中的應(yīng)用特點3,縱波的穿透能力比橫波強.橫波常用于焊縫探傷4,對粗晶粒焊縫探傷,常用縱波斜探頭 2,橫波探傷靈敏度高,能檢測的最

5、小缺陷比縱波小. 鋼有機玻璃縱波聲速橫波聲速58805900 m/s3230 m/s2720 m/s1460 m/s161, 聲束擴散衰減: 由于聲束擴散引起的衰減,與傳播距離有關(guān),與 傳播介質(zhì)無關(guān)超聲衰減理論2,散射衰減: 散射衰減隨超聲波頻率的增高而增大,且橫波引起 的衰減大于縱波對粗晶材料盡量選低頻, 縱波探頭球面波: 聲壓與傳播距離成反比柱面波: 聲壓與傳播距離的平方根成反比平面波: 聲壓不隨傳播距離的變化而變化,不存在擴散衰減2,散射衰減: 散射衰減隨超聲波頻率的增高而增大,且橫波引起 的衰減大于縱波174,波型轉(zhuǎn)換特性超聲波以不同的入射角入射將產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換LL1SSSLLLLSin

6、CSinCSinC11為入射縱波聲速LC1LC為反射縱波聲速SC為反射橫波聲速L為入射縱波入射角1L為反射縱波反射角S為反射橫波反射角第一介質(zhì)第二介質(zhì)18Snell 定律超聲波在折射過程中遵循Snell 定律 LL2SSSLLLLSinCSinCSinC222為第一介質(zhì)入射縱波聲速LC2LC2SCL2LS第一介質(zhì)第二介質(zhì)為第二介質(zhì)折射縱波聲速為第二介質(zhì)折射橫波聲速為第一介質(zhì)縱波入射角為第二介質(zhì)縱波折射角為第二介質(zhì)橫波折射角191, 縱波第一臨界角: 縱波從一種介質(zhì)傾斜入射,當(dāng)在第二介質(zhì)的 縱波折射角為90度時縱波的入射角臨界角概念3,第三臨界角: 橫波斜入射至固體/空氣界面并產(chǎn)生縱波全反射 時

7、的橫波入射角橫波斜探頭的入射角介于第一臨界角與第二臨界角之間2, 縱波第二臨界角: 縱波從一種介質(zhì)傾斜入射,當(dāng)在第二介質(zhì)的 橫波折射角為90度時縱波的入射角20超聲探傷的缺陷定位,定量原理21發(fā)射發(fā)射/接收接收缺陷缺陷聲程聲程工件工件s缺陷到工件表面距離可由公式計算:2cts 超聲缺陷定位c為工件材料聲速, t 為從探頭發(fā)射超聲波到接收到缺陷回波的時間A 掃描波形圖水平軸線代表的實質(zhì)是超聲回波的時間 t221,當(dāng)量法超聲波缺陷定量主要方法超聲波探傷缺陷定量的基本原理:使未知尺寸缺陷回波與已知標(biāo)準(zhǔn)缺陷回波相比較,從而推斷未知缺陷尺寸.主要方法有2,探頭相對運動法3,波高表示法231,與儀器的性能有關(guān),如儀器功率強弱,放大線性的好壞,動態(tài)范 圍大小等因素影響缺陷波高的因素2, 與探頭性能有關(guān), 如探頭的型式,尺寸,頻率,指向性等因素3,與工件本身有關(guān),如工件材質(zhì),表面光潔度4