超聲波探傷原理

超聲波探傷原理第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日內(nèi)容：

1.1超聲波探傷原理

1.2陶瓷絕緣子的超聲波探傷第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1超聲波探傷原理第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.1超聲波超聲波是一種機械振動波。聽覺范圍:聲波頻率在20Hz-2OkHz次聲波:頻率小于20Hz的聲波超聲波:頻率超過2OkHz的聲波探傷常用的頻率范圍：1MHz～10MHz第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.2頻率f、聲速c、波長λ超聲波在工件中傳播的3個物理量：頻率、聲速、波長聲波在工件中的傳播，頻率主要由探頭決定。例如型號為2.5P20的探頭發(fā)射的超聲波，頻率為2.5MHz。聲速的大小取決于材料，例如鋼的縱波聲速為5900m/s、陶瓷的縱波聲速為5300～6900m/s波長＝聲速/頻率。波長的大小影響到可以探測的最小缺陷。第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.3探傷的5個組成要素儀器：電子設(shè)備，提供發(fā)射脈沖去激勵探頭，接收/放大/顯示信號探頭：核心為壓電晶片，發(fā)射/接收超聲波試塊：探傷的基本原理是將試塊上的人工傷與實際被檢測的工件，對比。工藝/標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)范探傷的方法/步驟等檢測人員第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.4探頭的結(jié)構(gòu)第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.5壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)指的是壓電晶體材料受到交變電壓的作用時產(chǎn)生交變應(yīng)變的現(xiàn)象。這時電能轉(zhuǎn)變成機械能。（超聲波發(fā)射的原理）正壓電效應(yīng)是指壓電晶體材料在交變拉壓應(yīng)力作用下，其表面產(chǎn)生交變電壓的現(xiàn)象。這時聲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。（超聲波接收的原理）第八頁，共三十二頁?022年，8月28日1.1.6聲束不同的顏色表示不同的聲壓值（能量的強弱）第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.7聲束的方向性直聲束斜聲束第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.8缺陷的檢測儀器：激勵探頭（發(fā)射）、接收/放大/顯示探頭的信號探頭：發(fā)射/接收超聲波缺陷波：缺陷反射回波缺陷：有無、大小、位置第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.9缺陷的位置（直聲束）S：聲程C：聲速（材料的特性，鋼縱波5900m/s、瓷的縱波聲速5300～6900m/s）t:時間（聲時），從儀器的計時電路獲取第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.10缺陷的位置（斜聲束）C：聲速（需要知道波型：橫波、縱波、表面波等）鋼：縱波5900m/s橫波3230m/s第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.11缺陷的大小-大缺陷缺陷大于聲束寬度半波法第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.12相同位置、不同大小的缺陷缺陷位置相同的情況下，面積大的反射的回波幅度高第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.13相同大小、不同位置的缺陷缺陷大小相同，位置不同的情況下，反射回波的幅度構(gòu)成DAC曲線第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.1.14DAC曲線DAC曲線：距離波幅曲線，表示某一大小的缺陷在不同的聲程位置上波幅的變化曲線（在試塊上制作）。通過這條曲線，可以判定被檢測到的缺陷相對于這條曲線的當(dāng)量。第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2陶瓷絕緣子的超聲波探傷第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2.1適用對象材料：瓷質(zhì)產(chǎn)品：支柱絕緣子、瓷套第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2.2支柱絕緣子斷裂事故分布特點1）2000年、2001年偏多，有逐年上升趨勢2）北方多于南方，東北（寒冷地區(qū))偏多3）運行年限分布均勻，不足2年的占6.4％，不足5年的占22.6％，不足10年的占41.1％4）集中在220KV、110KV、66KV電壓等級5）隔離開關(guān)占81％、母線占13.9％6）折斷占35.5％，開裂占62％7）低強瓷（4KN）斷裂的多，高強瓷（8KN及以上）斷裂的少---數(shù)據(jù)來源文件【2002】116號第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2.3斷裂原因內(nèi)因：原材料、燒結(jié)工藝導(dǎo)致的絕緣子強度偏低外因：作用在支柱絕緣子水泥膠裝部位的因力現(xiàn)象：支柱絕緣子斷裂部位95％以上在法蘭口內(nèi)30mm到第一傘裙之間第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日電瓷產(chǎn)品所用的原料中含有一定鐵鈦成分-電瓷焙燒過程中的還原階段-需要用還原焰的目的-主要是將高價鐵鈦還原成低價物.這些高價物必須在1080度釉子?；?完全還原成低價物.否則就會產(chǎn)生黃芯。危害：黃芯的產(chǎn)品比正常瓷質(zhì)產(chǎn)品的機械強度降低20％左右，孔隙率也較大。在線的支柱絕緣子出現(xiàn)斷裂事故許多是由于黃芯缺陷所導(dǎo)致的。1.2.4黃芯（典型的內(nèi)因燒結(jié)工藝不當(dāng)）第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2.5應(yīng)力水泥膨脹應(yīng)力：膠裝水泥中的氧化鎂、三氧化硫、氧化鉀超標(biāo)，防水處理措施不當(dāng)，遇水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致體積膨脹。溫差引起的應(yīng)力：鑄鐵法蘭膨脹系數(shù)14*10（-6）/℃、瓷膨脹系數(shù)3.5*10（-6）/℃、北方地區(qū)晝夜溫差大，溫度變化時，例如溫度降低時，鑄鐵收縮大于瓷的收縮冰凍應(yīng)力：膠裝部位滲水，冰凍后產(chǎn)生較大的冰凍應(yīng)力操作應(yīng)力：安裝方式不當(dāng)?shù)诙?，共三十二頁?022年，8月28日1.2.6檢測方法1：爬波爬波：表面下縱波第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日爬波探頭瓷件檢測對爬波探頭的要求

探頭安放的位置

下圖示意探頭可以安放位置，在法蘭到第一傘裙之間的位置通常非常狹小所以要求探頭的縱向尺寸盡可能的小。

爬波探頭主要有兩晶片串列式和并列式兩種結(jié)構(gòu)。由于晶片串列式在一定程度上限制了大尺寸晶片的應(yīng)用，不適合于放置較長晶片，這里主要考慮并列式結(jié)構(gòu)。第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日探頭接觸面的弧度絕緣子的結(jié)構(gòu)（形狀、幾何尺寸等）影響支柱絕緣子的超聲波檢測．為獲得良好的聲耦合狀態(tài)，如圖中所示，需要將探頭的接觸面加工出一定的弧度：第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日電瓷材料的分類絕緣子的材質(zhì)（顯微組織、密度、力學(xué)性能等）影響支柱絕緣子的超聲波檢測．電瓷材料的種類，包括普通瓷、高強瓷，兩者之間的聲速存在較大的差異。普通瓷聲速通常在5200m/s－6000m/s左右，而高強瓷的聲速通常在6000m/s6800m/s。不同廠家、或者同一廠家不同批次的瓷件，均存在差異。爬波是以第一臨界角入射的表面下縱波。根據(jù)SNELL公式，不同聲速的瓷件要求探頭斜塊的入射角不同。根據(jù)實際的檢測效果，將探頭分為P型、G型兩種，P型（拼音Pu）用于檢測普通瓷，而G型（拼音：Gao）用于檢測高強瓷。第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日探頭的晶片大小、頻率在高壓支柱瓷絕緣子第一瓷沿距法蘭口距離允許的情況下，盡量選用晶片尺寸大的探頭。提高靈敏度和檢測速度。通常的晶片大小如：7mm×10mm～8mm×12mm。在保證系統(tǒng)靈敏度的情況下，探頭頻率一般在2MHz~5MHz范圍內(nèi)選擇，宜選用2.5MHz探頭。第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日爬波探頭探頭的外觀第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日探頭標(biāo)牌探頭的信息標(biāo)注于標(biāo)牌上，包括型號（如PR50）、類型（如爬波探頭）、探頭序列號。例如：第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日探頭型號列表型號適用瓷件接觸面弧度直徑（mm）

頻率（MHz）

縱向尺寸（mm）

PR50普通瓷

Φ100mm以下

2.511PR60Φ101--120mm

PR70Φ121—140mm

PR80Φ141--160mm