超聲波無損檢測原理及應(yīng)用.

1、1超聲波無損檢測原理及應(yīng)用超聲檢測的基本原理1超聲檢測設(shè)備2超聲檢測技術(shù)3超聲檢測的應(yīng)用4超聲檢測的新近進(jìn)展52前蘇聯(lián)Sokolv首先提出用超聲波探查金屬物體內(nèi)部缺陷的建議美國和英國開發(fā)出A型脈沖回波式超聲檢測儀發(fā)展了自動檢測系統(tǒng)，配備了自動報警、記錄等裝置的B、C型顯示超聲檢測儀數(shù)字式超聲檢測儀出現(xiàn)20世紀(jì)30年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)80年代超聲波檢測發(fā)展簡史3超聲檢測基本原理1.超聲波的定義指質(zhì)點振動頻率高于20kHz的機(jī)械波。無損檢測用的超聲波頻率范圍為0.2-25MHz。2.超聲波的特性指向性好穿透能力強(qiáng)在界面處會發(fā)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換超聲波對人體基本無害，不存在類似射線檢測的安

2、全隱患，操作安全4超聲檢測基本原理3.超聲波的產(chǎn)生和接收聲波是一種機(jī)械波，超聲波是一種頻率很高的聲波。使用具有壓電或磁致伸縮效應(yīng)的材料便可產(chǎn)生超聲波。當(dāng)在壓電材料兩面的電極上加上電壓，他就會按照電壓的正負(fù)和大小，在厚度方向產(chǎn)生伸、縮的特點。利用這一性質(zhì)，若加上高頻電壓，就會產(chǎn)生高頻伸縮現(xiàn)象。如果把這個伸縮振動設(shè)法加到被檢工件的材料上，材料質(zhì)點也會隨之產(chǎn)生振動，從而產(chǎn)生聲波，在材料內(nèi)傳播。超聲波的接收是同超聲波的發(fā)射完全相反的過程，即超聲波傳到被檢材料表面，使表面產(chǎn)生振動，并使壓電晶片隨之產(chǎn)生伸縮，在電極就可在儀器示波屏上進(jìn)行觀察和測定。5超聲檢測基本原理6超聲檢測基本原理7超聲波無損檢測原理及

3、應(yīng)用超聲檢測的基本原理1超聲檢測設(shè)備2超聲檢測技術(shù)3超聲檢測的應(yīng)用4超聲檢測的新近進(jìn)展58超聲檢測設(shè)備1.超聲波檢測儀 123按超聲波的連續(xù)性分9超聲檢測設(shè)備1.超聲波檢測儀 按缺陷顯示的方式分A型顯示檢測儀波形顯示B型顯示檢測儀圖像顯示C型顯示檢測儀圖像顯示10超聲檢測設(shè)備11超聲檢測設(shè)備按 波型分按入射聲束方向分按偶合方式分按晶片數(shù)量分按聲束形狀分按頻帶分按使用環(huán)境分電信號電信號探頭探頭超聲波超聲波零件超聲波發(fā)射；零件超聲波發(fā)射；零件內(nèi)超聲波零件內(nèi)超聲波探頭探頭電信號超聲波接收；電信號超聲波接收；探頭探頭2.超聲波探頭12超聲檢測設(shè)備2.超聲波探頭探頭的結(jié)構(gòu)：壓電晶片：實現(xiàn)聲電相互轉(zhuǎn)換；阻

4、尼塊：吸收聲能加大阻尼；外殼：保護(hù)固定內(nèi)部原件；電極：實現(xiàn)晶片和電纜連接；保護(hù)膜、斜鍥：保護(hù)晶片、波形轉(zhuǎn)換；調(diào)諧線圈：實現(xiàn)探頭與儀器最佳匹配。13超聲檢測設(shè)備3.超聲波試塊（2）對比試塊（RB試塊）主要用于調(diào)整探測范圍，確定探測靈敏度，評價缺陷大小和對工件進(jìn)行評級叛廢等。（1）標(biāo)準(zhǔn)試塊（STB試塊）標(biāo)準(zhǔn)試塊主要用于測試和校驗檢測儀和探頭的性能，也可以用于調(diào)整探測范圍和確定探測靈敏度14超聲檢測設(shè)備4.耦合劑作用：排除探頭與工件表面的空氣，使超聲波能有效的傳入工件，以便檢測 減小探頭與工件表面的摩擦，延長探頭的使用壽命。15超聲波無損檢測原理及應(yīng)用超聲檢測的基本原理1超聲檢測設(shè)備2超聲檢測技術(shù)3

5、超聲檢測的應(yīng)用4超聲檢測的新近進(jìn)展516超聲檢測技術(shù) 把1-5兆赫（15MHZ）高頻超聲波入射到被檢物中，如遇到缺陷（界面）則一部分入射超聲波被反射，并利用探頭接收反射信號的性能，可不損壞工件檢出缺陷大?。ǔ叽纾┖臀恢茫@種方法叫UT檢測。超聲波檢測能發(fā)現(xiàn)最小缺陷尺寸a/2，當(dāng)a/2時，超聲波會產(chǎn)生繞射，超聲波在介質(zhì)中的反射率：空氣是100%，夾渣為46%，水為88%。17181.缺陷回波法根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷波形進(jìn)行判斷的方法，稱為缺陷回波法。該方法以回波傳播時間對缺陷定位，以回波幅度對缺陷定量，是脈沖反射法的基本方法。圖5l所示為缺陷回波檢測法的基本原理，當(dāng)工件完好時，超聲波可順利傳

6、播到達(dá)底面，檢測圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個信號，如圖51a所示。若工件中存在缺陷，則在檢測圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F超聲檢測技術(shù)19超聲檢測技術(shù)2.多次底波法當(dāng)透入工件的超聲波能量較大，而工件厚度較小時，超聲波可在檢測面與底面之間往復(fù)傳播多次，示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3、。如果工件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底面回波次數(shù)減少，同時也打亂了各次底面回波高度依次衰減的規(guī)律，并顯示出缺陷回波，如圖53所示。這種依據(jù)多次底面回波的變化，判斷工件有無缺陷的方法，稱為多次底波法。多次底波法主要用于厚度不大、形狀簡單、檢測面與底面平行的工件檢測，缺

7、陷檢出的靈敏度低于缺陷回波法。超聲檢測技術(shù)垂直入射法是采用直探頭將聲束垂直入射工件表面進(jìn)行探傷。該法是利用縱波進(jìn)行探傷，故又稱縱波法垂直法探傷能發(fā)現(xiàn)與探傷面平行或近似于平行的缺陷，適用于厚鋼板、軸類、輪等幾何形狀簡單的工件。 20超聲檢測技術(shù)斜角探傷法是將縱波通過楔塊、水等介質(zhì)傾斜的入射至工件的探測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行檢測的方法該法是利用橫波進(jìn)行探傷，故又稱橫波法橫波法主要用于管材、焊縫等的檢測對于其他的工件的檢測，則經(jīng)常作為一種有效的輔助手段。21超聲波無損檢測原理及應(yīng)用超聲檢測的基本原理1超聲檢測設(shè)備2超聲檢測技術(shù)3超聲檢測的應(yīng)用4超聲檢測的新近進(jìn)展522超聲檢測的應(yīng)用1.金屬板材

8、的超聲波檢測鋼板的缺陷可分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。表面缺陷主要有裂縫、重皮和折疊；內(nèi)部缺陷主要有分層和白點，一般超聲波可以檢測鋼板中的重皮、折疊、分層和白點，且以探測分層缺陷為主。分層折疊白點23超聲檢測的應(yīng)用（1） 中厚板檢測 聲耦合法TS大尺寸缺陷的探傷圖形T始沖波；S延遲塊界面波；F缺陷波 TS密集分布小缺陷的探傷圖形T始沖波；S延遲塊界面波；F缺陷波 24TST始沖波；S延遲塊界面波；B底面回波 超聲檢測的應(yīng)用（2） 復(fù)合鋼板檢測 SBTSB不完全脫層SBTS完全脫層復(fù)合鋼板脫層探傷圖形T始沖波；S界面波；F缺陷波 25SBTSB復(fù)合鋼板脫層探傷圖形T始沖波；S界面波；B底波 超聲

9、檢測的應(yīng)用 2.管材的超聲波檢測 接觸法小口徑無縫管常見缺陷有分層、夾雜、重皮和裂紋等大口徑厚壁管常見缺陷有折疊、重皮、白點和裂紋等大口徑壁厚較薄和小口徑有縫鋼管常見缺陷有氣孔、夾渣、未焊透和裂紋等 3.鍛件的超聲波檢測 接觸法（1）軸類鍛件 檢測方式以縱波徑向和橫波周向檢測為主，同時未發(fā)現(xiàn)各種取向的缺陷，也可輔以縱波和橫波的軸向檢測。（2）盤類鍛件 鍛坯探傷，常采用縱波直探頭在端面進(jìn)行探測；精坯探傷，除橫波和縱波直探頭的端面檢測外，必要時還用聯(lián)合雙晶探頭垂直法進(jìn)行檢測。26超聲檢測的應(yīng)用 4.金屬焊縫的超聲波檢測（1）對接焊縫的超聲波檢測，一般采用斜探法。（2）對其他接頭形式的焊縫超聲波檢測

10、，可參照對接焊縫進(jìn)行。所采用的掃查方式，應(yīng)使超聲波的發(fā)射聲束覆蓋焊縫整個橫斷面。27超聲檢測的應(yīng)用 5.非金屬材料的超聲波檢測超聲波在非金屬材料中的衰減一般都比金屬大，為了減少衰減而多采用低頻檢測。塑料零件的檢測，多采用縱波法。陶瓷材料可用縱波，橫波或液浸聚焦探頭探測。橡膠可用穿透法探測。28超聲波無損檢測原理及應(yīng)用超聲檢測的基本原理1超聲檢測設(shè)備2超聲檢測技術(shù)3超聲檢測的應(yīng)用4超聲檢測的新近進(jìn)展529超聲波檢測的新近進(jìn)展傳統(tǒng)超聲檢測的一個主要局限是接觸式檢測，對于直接接觸檢測，需要在被檢測工件表面施加耦合劑；對于液浸法檢測，需要將被檢件置于水槽中，或在工件與探頭之間噴水流，因此在有些場合應(yīng)用

11、不方便，為了克服傳統(tǒng)超聲檢測的不足，人們開始探索非接觸式超聲檢測，業(yè)已提出的非接觸式超聲檢測方法有：激光超聲，電磁超聲，空氣耦合超聲等，其中前兩者較為成熟，此外為提高檢測效率，還發(fā)展了相控陣超聲檢測。30參考文獻(xiàn)1. 李國華，吳淼編現(xiàn)代無損檢測與評價M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.2. 邵澤波，劉興德編無損檢測M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20113. 牛俊民，蔡暉著鋼中缺陷的超聲波定性探傷 北京：冶金工業(yè)出版社，20124. Kelly S P，Hayward G，Alvarez-Arenas T E GCharacterization and assessment of an integrated matching layer for air-coupled ultrasonic applicationsJ. I