超聲波探傷知識(shí)

1、超聲波探傷知識(shí)6月第1頁無損檢測(cè) （NDT） 無損檢測(cè)（Non-destructive Testing，簡(jiǎn)稱NDT）是一門綜合性應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，它是在不改變或不影響被檢對(duì)象使用性能前提下，借助于物理伎倆，對(duì)材料或構(gòu)件進(jìn)行宏觀與微觀缺點(diǎn)檢測(cè)，幾何特征度量，化學(xué)成份、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能改變?cè)u(píng)定，并進(jìn)而就材料或構(gòu)件使用性能做出評(píng)價(jià)一門學(xué)科。 第2頁射線探傷（RT）基本原理：射線在穿過物質(zhì)過程中，會(huì)受到物質(zhì)散射和吸收作用，依物體材料、缺點(diǎn)和穿透距離不一樣，射線強(qiáng)度將產(chǎn)生不一樣程度衰減，這么，當(dāng)把強(qiáng)度均勻射線照射到物體一側(cè)，使透過射線在物體另一側(cè)膠片上感光，把膠片顯影后，得到與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺點(diǎn)相對(duì)應(yīng)黑度

2、不一樣圖像，即射線底片。經(jīng)過對(duì)圖像觀察分析，最終確定物體缺點(diǎn)種類、大小和分布情況。射線探傷適合用于體積型缺點(diǎn)探測(cè)。如氣孔、夾碴、縮孔、疏松等，對(duì)片型缺點(diǎn)檢測(cè)較難。第3頁磁粉探傷（MT）原理磁粉探傷是指把鋼鐵等鐵磁性材料磁化后，利用缺點(diǎn)部位所發(fā)生磁極吸附磁粉特征，顯示缺點(diǎn)位置方法。特點(diǎn)磁粉探傷僅適合用于鐵磁材料表面或近表面缺點(diǎn)檢測(cè)，其探傷靈敏度高低受試件表面光潔度、缺點(diǎn)形狀和取向、磁化方法和范圍等影響。磁粉探傷能確定缺點(diǎn)位置、大小和形狀，但對(duì)缺點(diǎn)深度確定較難。第4頁滲透探傷（PT） 滲透探傷指將溶有熒光染料（熒光探傷）或著色染料（著色探傷）滲透劑施加在試件表面，滲透劑因?yàn)槊?xì)作用能滲透到各型開口

3、于表面細(xì)小缺點(diǎn)中，此時(shí)去除附著在表面多出滲透劑，經(jīng)干燥和施加顯像劑后，在黑光或白光下觀察，缺點(diǎn)處可分別對(duì)應(yīng)地發(fā)出黃綠色熒光或展現(xiàn)紅色，從而能夠用肉眼檢驗(yàn)出試件表面開口缺點(diǎn)。特點(diǎn)滲透探傷適合用于檢測(cè)金屬和非金屬材料表面開口裂紋、折疊、疏松、針孔等缺點(diǎn)。它能確定缺點(diǎn)位置、大小和形狀，但難于確定其深度，不適合用于探測(cè)多孔性材料及材料內(nèi)部缺點(diǎn)。第5頁渦流探傷（ET） 渦流探傷將通有交流電激勵(lì)線圈靠近某一導(dǎo)電試件，因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)作用，進(jìn)入試件交變磁場(chǎng)可在試件中感生出方向與激勵(lì)磁場(chǎng)相垂直、呈旋渦狀流動(dòng)電流（渦流），此渦流會(huì)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一與激勵(lì)磁場(chǎng)方向相反磁場(chǎng)使原磁場(chǎng)有部分降低，從而引發(fā)線圈阻抗改變，經(jīng)過對(duì)線圈阻

4、抗改變測(cè)量，就可得知試件中產(chǎn)生渦流情況，從而得悉與試件相關(guān)一些參量。特點(diǎn)渦流探傷主要適合用于金屬和石墨等導(dǎo)電材料表面和近表面缺點(diǎn)，通常能夠確定缺點(diǎn)位置和相對(duì)尺寸，不適合用于非導(dǎo)電材料缺點(diǎn)檢測(cè)。 第6頁幾個(gè)常規(guī)探傷方法比較以上介紹了幾個(gè)慣用探傷方法基本原理，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，射線探傷和超聲波探傷適合于內(nèi)部缺點(diǎn)探測(cè)，而磁粉、滲透、渦流探傷則適合于表面缺點(diǎn)探測(cè)它們各有其優(yōu)越性，所以必須結(jié)合缺點(diǎn)詳細(xì)情況合理配合使用，才會(huì)收到更加好效果 第7頁波普通常識(shí)人們把聲源振動(dòng)在介質(zhì)（如空氣等）中傳輸過程，稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。波是物質(zhì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)形式，可分為電磁波和機(jī)械波兩類。電磁波是交變電磁場(chǎng)在空間傳輸過程，如無線電波、

5、紅外線等機(jī)械波是指機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳輸過程，如水波、超聲波等。 第8頁超聲波產(chǎn)生 產(chǎn)生機(jī)械波需要兩個(gè)必要條件：第一要有作機(jī)械振動(dòng)振源；第二要有能傳遞機(jī)械振動(dòng)彈性介質(zhì)。產(chǎn)生超聲波需要兩個(gè)必要條件：第一:要有超聲波振源（即超聲波源）；第二:要有能傳遞超聲波彈性介質(zhì)。第9頁超聲波產(chǎn)生原理標(biāo)準(zhǔn)上凡是能將其它形式能量轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)方式能量方法都能夠產(chǎn)生超聲波，如機(jī)械方法、熱效應(yīng)法、磁伸縮法和電磁聲法。在超聲波探傷中應(yīng)用最廣是利用一些壓電材料（石英、鋯鈦酸鉛等）壓電效應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)生和接收。必須注意是，超聲波在傳輸過程中，實(shí)際上只是振動(dòng)能量傳輸，并沒有產(chǎn)生物質(zhì)遷移，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)本身僅限于平衡位置附近振

6、動(dòng)。第10頁壓電晶體（比如石英晶體、鈦酸鋇及鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷）在外力作用下發(fā)生變形時(shí)，就會(huì)引發(fā)它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電極化，從而造成其兩個(gè)相對(duì)表面(極化面)上出現(xiàn)符號(hào)相反束縛電荷（正壓電效應(yīng)）。反之，當(dāng)向壓電晶體施加電場(chǎng)時(shí)，壓電晶體將會(huì)發(fā)生形變，亦即彈性變形（逆壓電效應(yīng)或電致伸縮）。壓電陶瓷柱點(diǎn)火器超聲波怎樣產(chǎn)生、接收第11頁超聲波怎樣產(chǎn)生、接收從能量角度分析超聲波產(chǎn)生和接收產(chǎn)生超聲波(逆壓電效應(yīng)) 電能 機(jī)械能接收超聲波(正壓電效應(yīng)) 機(jī)械能 電能第12頁利用壓電晶體制成超聲波換能器（探頭），對(duì)其輸入高頻電脈沖，則探頭將以相同頻率產(chǎn)生超聲波發(fā)射到被檢物體中去，在接收超聲波時(shí)，探頭

7、則產(chǎn)生相同頻率高頻電信號(hào)用于檢測(cè)顯示。 超聲波怎樣產(chǎn)生、接收儀器發(fā)射電路限幅接收放大電路壓電晶片第13頁超聲波分類超聲波類型超聲波分類方法很多，下面介紹幾個(gè)常見分類方法：按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向分依據(jù)波動(dòng)傳輸時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳輸方向不一樣，可將超聲波分為縱波（壓縮波）、橫波（剪切波）、表面波（瑞利波）、蘭姆波、爬波等第14頁 縱波（Longitudional Wave，簡(jiǎn)稱L波，又稱作壓縮波、疏密波）：是傳聲介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與超聲波傳輸方向相同。縱波在固、液、氣三種介質(zhì)中均能傳輸，傳輸時(shí)質(zhì)點(diǎn)受交變拉、壓應(yīng)力作用，使質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)伸、縮變形，組成疏密相間質(zhì)點(diǎn)排列。故亦稱為壓縮波、疏密波。液體和氣體

8、能夠承受壓應(yīng)力而產(chǎn)生容積壓變，因而這種介質(zhì)能夠傳輸縱波。 超聲波波型第15頁（2）橫波（Shear Wave，簡(jiǎn)稱S波，又稱作Transverse wave，簡(jiǎn)稱T波，也稱為切變波或剪切波）：傳聲介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與超聲波傳輸方向垂直。質(zhì)點(diǎn)受到是交變剪切應(yīng)力作用，故亦稱切變波。液體和氣體不能夠承受剪切應(yīng)力，故無橫波傳輸。 超聲波波型第16頁（3）表面波（Surface Wave）：是指超聲波沿介質(zhì)表面?zhèn)鬟f，而傳聲介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)沿橢圓形軌跡振動(dòng)瑞利波（Rayleigh Wave，簡(jiǎn)稱R波），瑞利波在介質(zhì)上有效透入深度只有一個(gè)波長(zhǎng)范圍，所以只能用于檢驗(yàn)介質(zhì)表面缺點(diǎn)，不能像縱波與橫波那樣深入介質(zhì)內(nèi)部傳輸，從

9、而能夠檢驗(yàn)介質(zhì)內(nèi)部缺點(diǎn)。超聲波波型第17頁超聲波探傷原理超聲波探傷是依據(jù)定向輻射超聲波束在缺點(diǎn)界面上產(chǎn)生反射或使透過聲能下降等原理，經(jīng)過測(cè)量回波信息和透過聲波強(qiáng)度改變來指示傷損一個(gè)方法。（也就是反射法和穿透法探傷原理）第18頁聲波分類人們把能引發(fā)聽覺機(jī)械振動(dòng)稱為聲波，頻率大致在20Hz20kHz（即20000Hz，1kHz1000Hz）。頻率低于20Hz機(jī)械波稱為次聲波頻率高于20kHz機(jī)械波稱為超聲波（用于探傷超聲波頻率范圍為0.225MHz，其中最慣用頻段為0.510MHz）。超聲波探傷可檢驗(yàn)金屬材料、部分非金屬材料表面和內(nèi)部缺點(diǎn)。 第19頁超聲波探傷優(yōu)點(diǎn) 1指向性好。超聲波波長(zhǎng)很短，像光

10、波一樣，能夠定向發(fā)射，因而能方便、準(zhǔn)確地對(duì)缺點(diǎn)定位。2穿透能力強(qiáng)。超聲波能量高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳輸時(shí)能量損失小，在一些金屬材料中傳輸時(shí)，其穿透能力可達(dá)數(shù)米，其它無損探傷伎倆無法比擬。3檢測(cè)靈敏度高。一個(gè)存在于鋼中空氣分層厚度為10-6 mm，反射率可超出21%，當(dāng)分層厚度在10-5 mm以上時(shí)，反射率可超出94%，其靈敏度居全部沒有損探傷方法之首。第20頁超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)4可檢出各種取向缺點(diǎn)。經(jīng)過應(yīng)用各種波型以及各種探頭作不一樣方向探測(cè)，能探出工件內(nèi)部和表面各種取向（與表面平行或傾斜）缺點(diǎn)。5檢測(cè)速度快，費(fèi)用低.僅耗損少許電能和耦合劑。第21頁超聲波探傷不足1探測(cè)結(jié)果受人原因影響。對(duì)試件中缺點(diǎn)發(fā)

11、覺與評(píng)價(jià)，主要取決于探傷人員對(duì)儀器調(diào)整和判斷。2探測(cè)表面要求制備。不良探測(cè)面影響傷損檢測(cè)靈敏度。3檢測(cè)結(jié)果受工件形狀、晶粒和組織不均勻性限制。4定量精度差。探測(cè)出缺點(diǎn)當(dāng)量或延伸度與實(shí)際缺點(diǎn)大小都有一定誤差。第22頁超聲波探傷方法脈沖反射法超聲波以連續(xù)極短時(shí)間發(fā)射脈沖到被檢工件內(nèi)，當(dāng)碰到缺點(diǎn)和底面就會(huì)產(chǎn)生反射，依據(jù)反射波情況來檢測(cè)試件缺點(diǎn)方法稱為脈沖反射法。脈沖反射法可分為垂直探傷法和斜角探傷法兩種1垂直探傷法垂直探傷時(shí)，探頭垂直地或以小于第一臨界角入射角度耦合到被測(cè)件上，在被測(cè)件內(nèi)部只產(chǎn)生縱波。垂直探傷法在板材、鍛件、鑄件、復(fù)合材料等探傷中廣泛應(yīng)用。它又分一次脈沖反射法和屢次脈沖反射法。（1） 一次脈沖反射法。當(dāng)被測(cè)件無缺點(diǎn)時(shí)，示波屏上只有始波（T）和底波（B）， 當(dāng)被測(cè)件中有小缺點(diǎn)時(shí)，示波屏上除始波和底波外，還有缺點(diǎn)波（F），當(dāng)被測(cè)件中缺點(diǎn)大于聲束直徑時(shí)，示波屏幕上只有始波和缺點(diǎn)波，底波消失。第2