《超聲檢測(cè)技術(shù)》課件

超聲檢測(cè)技術(shù)超聲檢測(cè)技術(shù)是一種無損檢測(cè)方法，利用聲波在材料中傳播的特性來檢測(cè)材料內(nèi)部缺陷和結(jié)構(gòu)變化。超聲檢測(cè)技術(shù)的概述定義超聲檢測(cè)技術(shù)是利用超聲波的特性，通過探測(cè)超聲波在被測(cè)物體中傳播的波形變化來獲取物體的內(nèi)部信息，進(jìn)而對(duì)其結(jié)構(gòu)、缺陷、狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的一種無損檢測(cè)技術(shù)。原理超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到界面會(huì)發(fā)生反射或折射。通過檢測(cè)反射或折射的超聲波信號(hào)，可以判斷物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或狀態(tài)。超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如機(jī)械制造、醫(yī)療診斷、材料科學(xué)、航空航天等。超聲波的基本性質(zhì)1頻率高超聲波是指頻率高于20kHz的聲波，高于人耳能聽到的聲波頻率。2方向性強(qiáng)超聲波的波長(zhǎng)較短，具有很強(qiáng)的方向性，易于聚焦，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行探測(cè)。3穿透力強(qiáng)超聲波可以穿透許多材料，如金屬、塑料、橡膠等，可以用于探測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷。4易于反射超聲波在不同介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射，利用反射信號(hào)可以獲取有關(guān)物體的信息。超聲波的產(chǎn)生原理1機(jī)械振動(dòng)超聲波是由物體機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的2頻率頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波3換能器換能器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生超聲波4壓電效應(yīng)壓電晶體在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，反之亦然壓電換能器是超聲波探測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，并反之。超聲波探測(cè)儀通常利用壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)超聲波的產(chǎn)生和接收。超聲波的傳播特性直線傳播超聲波在均勻介質(zhì)中以直線形式傳播，類似于光線。反射當(dāng)超聲波遇到兩種不同介質(zhì)的界面時(shí)，一部分能量會(huì)反射回原來的介質(zhì)。折射超聲波在從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變，這就是折射現(xiàn)象。衍射當(dāng)超聲波遇到障礙物或孔洞時(shí)，會(huì)發(fā)生繞射現(xiàn)象，波形會(huì)發(fā)生彎曲。超聲波的反射及折射超聲波反射當(dāng)超聲波遇到兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分能量會(huì)反射回來，另一部分能量會(huì)透射到另一種介質(zhì)中。反射的能量取決于介質(zhì)的聲阻抗差，聲阻抗差越大，反射的能量就越大。超聲波折射當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)斜向入射到另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為超聲波折射。折射角的大小取決于兩種介質(zhì)的聲速比和入射角的大小。超聲波的衍射及干涉衍射現(xiàn)象當(dāng)超聲波遇到障礙物或孔徑時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，超聲波會(huì)繞過障礙物或孔徑繼續(xù)傳播。干涉現(xiàn)象當(dāng)兩束或多束超聲波相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，形成波峰疊加或波谷疊加的現(xiàn)象。應(yīng)用領(lǐng)域超聲波的衍射和干涉現(xiàn)象廣泛應(yīng)用于超聲波探傷、超聲波成像以及超聲波測(cè)距等領(lǐng)域。超聲波的衰減及吸收介質(zhì)吸收超聲波在傳播過程中，能量會(huì)逐漸減弱，這稱為衰減。介質(zhì)的吸收會(huì)造成超聲波能量損失。傳播距離隨著傳播距離增加，超聲波能量不斷衰減，最終信號(hào)難以探測(cè)。頻率影響頻率越高，超聲波衰減越快，這是因?yàn)楦哳l率的超聲波更容易被介質(zhì)吸收。溫度影響溫度也會(huì)影響超聲波的衰減，溫度越高，衰減越快。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)導(dǎo)致介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)加劇，從而增強(qiáng)對(duì)超聲波的吸收。超聲波探測(cè)元件的原理壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)是某些材料在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象。利用這種現(xiàn)象，可以將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，反之亦然。聲波的產(chǎn)生當(dāng)壓電材料受到電信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。聲波的接收當(dāng)超聲波照射到壓電材料上時(shí)，會(huì)引起壓電材料的機(jī)械變形，從而產(chǎn)生電信號(hào)，將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)處理接收到的電信號(hào)需要經(jīng)過放大、濾波等處理，才能被儀器顯示或記錄。探頭的基本結(jié)構(gòu)及類型超聲探頭是超聲檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波并發(fā)射，以及接收超聲波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。探頭結(jié)構(gòu)通常包括壓電晶片、阻尼材料、匹配層、保護(hù)殼等。探頭的類型主要分為直探頭、斜探頭、雙晶探頭、相控陣探頭等，不同的探頭結(jié)構(gòu)和類型對(duì)應(yīng)不同的檢測(cè)需求。超聲波脈沖回波法的工作原理發(fā)射超聲波脈沖超聲波探頭發(fā)出短促的超聲波脈沖，這些脈沖進(jìn)入被測(cè)物體。超聲波在物體中傳播超聲波脈沖在物體中傳播，遇到缺陷或介質(zhì)界面會(huì)發(fā)生反射或折射。接收反射回波探頭接收反射回波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些信號(hào)包含了缺陷信息。信號(hào)處理與分析信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行分析，以確定缺陷的位置、尺寸和性質(zhì)。A模式及B模式的基本特點(diǎn)A模式A模式主要顯示超聲波信號(hào)的幅度變化，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，顯示為一維曲線圖。A模式主要用于測(cè)量物體的厚度、缺陷深度以及檢測(cè)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單變化。B模式B模式顯示的是超聲波探測(cè)到的圖像，它將超聲波信號(hào)的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成灰度等級(jí)，并以二維圖像的形式呈現(xiàn)。B模式可以直觀地顯示物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如裂縫、孔洞、夾雜物等缺陷，廣泛應(yīng)用于超聲波檢測(cè)領(lǐng)域。超聲波相控陣技術(shù)的發(fā)展11.理論基礎(chǔ)相控陣技術(shù)理論成熟，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。22.技術(shù)進(jìn)步電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)相控陣技術(shù)的進(jìn)步。33.應(yīng)用擴(kuò)展相控陣技術(shù)應(yīng)用擴(kuò)展到超聲探傷、無損檢測(cè)等領(lǐng)域。44.未來發(fā)展智能化、自動(dòng)化、高精度是相控陣技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。相控陣探頭的基本結(jié)構(gòu)及工作原理相控陣探頭由多個(gè)獨(dú)立的壓電晶片組成，每個(gè)晶片都能獨(dú)立地產(chǎn)生和接收超聲波。通過控制各個(gè)晶片的激發(fā)時(shí)間和相位，可以形成不同形狀的超聲波束，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的精確掃描和成像。相控陣成像技術(shù)的特點(diǎn)高分辨率成像相控陣技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高的空間分辨率，對(duì)更小的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。多角度掃描可以通過電子控制改變超聲波束的方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的多角度掃描?？焖俪上裣嗫仃嚰夹g(shù)可快速掃描目標(biāo)物體，提高檢測(cè)效率，縮短檢測(cè)時(shí)間。靈活性和適應(yīng)性相控陣技術(shù)可以根據(jù)不同的檢測(cè)需求，靈活調(diào)整探頭配置和掃描模式。超聲波探傷的基本方法穿透法利用超聲波穿透工件，通過探測(cè)超聲波的衰減情況來判斷工件內(nèi)部缺陷。反射法利用超聲波遇到缺陷或材料界面時(shí)產(chǎn)生的反射波來探測(cè)缺陷的位置和尺寸。透射法通過測(cè)量超聲波穿透工件后的強(qiáng)度來判斷缺陷的存在，以及缺陷的性質(zhì)。脈沖回波法通過發(fā)射和接收超聲波脈沖，測(cè)量脈沖從探頭到缺陷的往返時(shí)間來確定缺陷的位置。超聲波檢測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1工業(yè)領(lǐng)域超聲波檢測(cè)在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，包括金屬材料、焊接、復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)，可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。2醫(yī)療領(lǐng)域超聲波檢測(cè)在醫(yī)學(xué)診斷中具有重要作用，可用于檢查心臟、肝臟、腎臟、胎兒等器官，為醫(yī)生提供診斷依據(jù)。3航空航天領(lǐng)域超聲波檢測(cè)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用包括檢測(cè)飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等結(jié)構(gòu)的缺陷，確保其安全性和可靠性。4其他領(lǐng)域超聲波檢測(cè)還廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)保、建筑等領(lǐng)域，其用途十分廣泛，具有良好的應(yīng)用前景。超聲波檢測(cè)在工程中的應(yīng)用橋梁檢測(cè)超聲波檢測(cè)可用于評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的完整性，檢測(cè)裂縫、空洞、腐蝕和其他缺陷。管道檢測(cè)超聲波可用于檢查管道內(nèi)部和外部的缺陷，例如腐蝕、裂縫、焊縫缺陷等。建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)超聲波檢測(cè)可用于檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)中的缺陷，例如空洞、裂縫、鋼筋銹蝕等。風(fēng)力發(fā)電超聲波檢測(cè)可用于評(píng)估風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的完整性，檢測(cè)葉片表面或內(nèi)部的缺陷。超聲波檢測(cè)在醫(yī)療中的應(yīng)用產(chǎn)科檢查用于評(píng)估胎兒發(fā)育、監(jiān)測(cè)胎兒健康狀況、篩查先天性疾病等。心臟檢查可用于評(píng)估心臟結(jié)構(gòu)、功能、血流動(dòng)力學(xué)等，診斷心臟病、心臟瓣膜疾病等。肝臟檢查可以評(píng)估肝臟大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、血流等，診斷肝臟疾病、腫瘤等。手術(shù)引導(dǎo)可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控手術(shù)過程，幫助醫(yī)生精確定位目標(biāo)組織，提高手術(shù)精度和安全性。超聲波檢測(cè)在航空航天中的應(yīng)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)檢測(cè)超聲波檢測(cè)可用于檢測(cè)飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等結(jié)構(gòu)中的裂紋、孔洞、腐蝕等缺陷，保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)超聲波檢測(cè)可用于檢測(cè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、噴嘴等部件的材質(zhì)缺陷，確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。超聲波檢測(cè)在材料科學(xué)中的應(yīng)用材料微觀結(jié)構(gòu)分析超聲波可用于研究材料的晶粒尺寸、形貌和缺陷，進(jìn)而了解材料的性能。材料性能測(cè)試超聲波檢測(cè)可用于評(píng)估材料的彈性模量、泊松比、剪切模量等力學(xué)性能。材料相變研究通過分析超聲波信號(hào)的變化，可識(shí)別材料的相變過程，如晶體結(jié)構(gòu)的變化。材料缺陷檢測(cè)超聲波檢測(cè)可用于識(shí)別材料中的裂紋、孔洞、夾雜物等缺陷，保證材料質(zhì)量。超聲波檢測(cè)在非破壞性檢測(cè)中的應(yīng)用橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)超聲波檢測(cè)可以用來評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的完整性，檢測(cè)裂縫和腐蝕。航空器檢測(cè)超聲波檢測(cè)在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如檢測(cè)飛機(jī)機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)部件的缺陷。管道檢測(cè)超聲波檢測(cè)可以用來檢測(cè)管道中的腐蝕、裂縫和缺陷，確保管道安全運(yùn)行。超聲波檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)及局限性優(yōu)點(diǎn)超聲波檢測(cè)技術(shù)具有非破壞性、靈敏度高、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。該技術(shù)能準(zhǔn)確識(shí)別材料內(nèi)部缺陷，并能有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線檢測(cè)。局限性超聲波檢測(cè)技術(shù)存在局限性，例如對(duì)于復(fù)雜形狀的物體難以進(jìn)行檢測(cè)，且對(duì)材料的表面質(zhì)量要求較高。此外，該技術(shù)受材料性質(zhì)影響較大，存在一定的誤判率，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作。超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1智能化人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用，提升檢測(cè)效率和精度。2數(shù)字化數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。3微型化微型超聲探頭和便攜式設(shè)備，提升檢測(cè)的靈活性和可操作性。4多功能化將超聲波檢測(cè)與其他檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更全面的材料評(píng)價(jià)。超聲波檢測(cè)的質(zhì)量保證措施設(shè)備校準(zhǔn)定期校準(zhǔn)探頭和儀器，保證其性能符合標(biāo)準(zhǔn)。校準(zhǔn)過程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，并記錄校準(zhǔn)結(jié)果。人員資質(zhì)操作人員應(yīng)具備相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)和技能，并取得相關(guān)資格證書。定期對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高其操作水平。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄和存檔，以便于追溯和分析。質(zhì)量控制建立完善的質(zhì)量控制體系，對(duì)檢測(cè)過程進(jìn)行全面的監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問題。定期進(jìn)行內(nèi)部審核，保證質(zhì)量體系的有效運(yùn)行。超聲波檢測(cè)儀器的標(biāo)定和維護(hù)超聲波檢測(cè)儀器是重要的檢測(cè)設(shè)備，需要定期標(biāo)定和維護(hù)，以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。1儀器標(biāo)定使用標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行標(biāo)定，以校準(zhǔn)探頭和儀器的參數(shù)，如頻率、波速和增益。2探頭維護(hù)定期清潔探頭，檢查探頭連接線和接頭，確保探頭工作正常。3儀器維護(hù)定期檢查儀器的電源、顯示器、鍵盤和連接線，確保儀器運(yùn)行穩(wěn)定。4記錄保存記錄儀器標(biāo)定和維護(hù)的日期、內(nèi)容和結(jié)果，以便追溯。良好的標(biāo)定和維護(hù)可以延長(zhǎng)儀器壽命，提高檢測(cè)精度，確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性。超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集與分析1數(shù)據(jù)采集超聲波檢測(cè)儀器將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集過程需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和儀器校準(zhǔn)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。2數(shù)據(jù)處理對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括信號(hào)濾波、噪聲去除和數(shù)據(jù)校正。數(shù)據(jù)處理可以消除干擾，提高信號(hào)質(zhì)量，為后續(xù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3數(shù)據(jù)分析對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取特征信息，判斷缺陷類型和大小。數(shù)據(jù)分析可以采用各種方法，例如頻譜分析、時(shí)域分析、圖像分析等，根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的分析方法。超聲波檢測(cè)結(jié)果的解釋與評(píng)估數(shù)據(jù)分析對(duì)采集到的超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別缺陷類型、大小、位置等信息。缺陷評(píng)估根據(jù)缺陷特征及材料標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響程度。結(jié)果判定根據(jù)評(píng)估結(jié)果，判定結(jié)構(gòu)是否合格，并給出相應(yīng)的處理建議。超聲波檢測(cè)技術(shù)的安全操作要點(diǎn)11.設(shè)備安全操作前檢查設(shè)備是否完好，電源線是否完好，避免設(shè)備過載或短路。22.環(huán)境安全選擇通風(fēng)良好的操作環(huán)境，避免噪音，避免在易燃易爆環(huán)境中使用超聲波檢測(cè)設(shè)備。33.人員安全操作人員需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，熟悉操作規(guī)程，佩戴護(hù)目鏡，避免超聲波對(duì)眼睛和皮膚的傷害。44.數(shù)據(jù)安全做好數(shù)據(jù)備份，及時(shí)維護(hù)儀器，定期校準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的案例分析超聲波檢測(cè)在航空領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，例如對(duì)飛機(jī)機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)翼等關(guān)鍵部件進(jìn)行