超声波检测第三章精选PPT.ppt
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1、超声波检测第三章超声波检测第三章第1页,此课件共42页哦超声波探头、压电效应、压电效应)正压电效应正压电效应晶体材料在外力拉压作用下,晶体材料在外力拉压作用下,产生交变电场的效应称为正压电产生交变电场的效应称为正压电效应。效应。)负压电效应)负压电效应晶体材料在交变电场作用下,产晶体材料在交变电场作用下,产生伸缩变形的效应称为负压电效生伸缩变形的效应称为负压电效应。应。a)石英晶体石英晶体b)正压电效应正压电效应c)负压电效应负压电效应第2页,此课件共42页哦2 2、压电材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数1)1)压电应变常数压电应变常数压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的
2、应变大小。压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。式中式中施加在压电晶片两面的应力施加在压电晶片两面的应力t晶片在厚度方向的晶片在厚度方向的变形量形量压电应变常数常数d33是衡量是衡量压电晶体材料晶体材料发射灵敏度高低的重要参数。射灵敏度高低的重要参数。D33值越大,越大,发射性能越好,射性能越好,发射灵敏度越高。射灵敏度越高。第3页,此课件共42页哦2)2)压电电压常数压电电压常数压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小式中式中PP施加在压电晶片两面的应力施加在压电晶片两面的应力p p晶片表面
3、产生的电压梯度,即电压与晶片厚度晶片表面产生的电压梯度,即电压与晶片厚度t t之比,之比,p p 压电电压常数压电电压常数g g3333是衡量压电晶体材料接收灵敏度高低的重要参数。是衡量压电晶体材料接收灵敏度高低的重要参数。g g3333值越大,接收性能越好,接收灵敏度越高。值越大,接收性能越好,接收灵敏度越高。2 2、压电材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数第4页,此课件共42页哦3)3)介电常数介电常数介电常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。介电常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。式中式中CC电容器电容电容器电容tt电容器极板距离电容器极板距离AA电容
4、器极板面积电容器极板面积介电常数越大电容器存贮的电量越大。越小电容器放电时间越快频率越高。介电常数越大电容器存贮的电量越大。越小电容器放电时间越快频率越高。2 2、压电材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数第5页,此课件共42页哦4)4)机电耦合系数机电耦合系数机电耦合系数,表示压电材料机械难(声能)与电能之间的转换效率机电耦合系数,表示压电材料机械难(声能)与电能之间的转换效率当晶片振动时,同时产生厚度和径向两个方向的变形,因此机电耦合系数当晶片振动时,同时产生厚度和径向两个方向的变形,因此机电耦合系数分为厚度方向分为厚度方向t t和径向和径向p p。t t越大探测灵敏度越高。越大探测灵
5、敏度越高。p p越大,低频谐振波增越大,低频谐振波增多,发射脉冲变宽,导致分辨率下降,盲区增大。多,发射脉冲变宽,导致分辨率下降,盲区增大。正压电效应正压电效应负压电效应负压电效应2 2、压电材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数第6页,此课件共42页哦5)5)机械品质因子机械品质因子压电晶片在谐振时贮存的机械能压电晶片在谐振时贮存的机械能贮贮与在一个周期内损耗的能量与在一个周期内损耗的能量损损之比称为机械品质因子。之比称为机械品质因子。当晶片振动时,同时产生厚度和径向两个方向的变形,因此机电耦合系数分为厚度当晶片振动时,同时产生厚度和径向两个方向的变形,因此机电耦合系数分为厚度方向方向t
6、 t和径向和径向p p。t t越大探测灵敏度越高。越大探测灵敏度越高。p p越大,低频谐振波增多,越大,低频谐振波增多,发射脉冲变宽,导致分辨率下降,盲区增大。发射脉冲变宽,导致分辨率下降,盲区增大。2 2、压电材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数第7页,此课件共42页哦6)6)频率常数频率常数压电晶片的厚度与因有频率的乘积是一个常数,这个常数叫作频率常数压电晶片的厚度与因有频率的乘积是一个常数,这个常数叫作频率常数式中式中c cL L晶片中纵波声速晶片中纵波声速t晶片厚度晶片厚度f0 0晶片固有频率晶片固有频率晶片材料一定,频率越高,厚度越小晶片材料一定,频率越高,厚度越小2 2、压电
7、材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数第8页,此课件共42页哦7)7)居里温度居里温度压电材料与磁性材料一样,其压电效应与温度有关,它只能在一定的压电材料与磁性材料一样,其压电效应与温度有关,它只能在一定的温度范围内产生,超过一定的温度压电效应就会消失。使压电材料的温度范围内产生,超过一定的温度压电效应就会消失。使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度,用压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度,用c表示。表示。结论:超声波探头对晶片的要求结论:超声波探头对晶片的要求(1)机电耦合系数较大,以便获得较高的转换效率)机电耦合系数较大,以便获得较高的转换效率(2)机械品质因子较小,
8、以便获得较高的分辨率和较小的盲区)机械品质因子较小,以便获得较高的分辨率和较小的盲区(3)压电应变常数和压电电压常数较大,)压电应变常数和压电电压常数较大,以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度(4)频率常数较大,介电常数较小,以便获得较高的频率)频率常数较大,介电常数较小,以便获得较高的频率(5)居里温度较高,声阻抗适当)居里温度较高,声阻抗适当2 2、压电材料的主要性能参数、压电材料的主要性能参数第9页,此课件共42页哦3 3、探头的种类和结构、探头的种类和结构1)1)直探头(纵波探头)直探头(纵波探头)接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电
9、晶片保护膜保护膜直探头用于发射和接收纵波故又称纵直探头用于发射和接收纵波故又称纵波探头。主要用于探测与探测面平行波探头。主要用于探测与探测面平行的缺陷。如板材锻件探伤等。的缺陷。如板材锻件探伤等。第10页,此课件共42页哦3 3、探头的种类和结构、探头的种类和结构2)2)斜探头斜探头接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电晶片斜楔斜楔斜探头可分为纵波斜探头(斜探头可分为纵波斜探头(aLa1),横波斜探头(横波斜探头(aL=a1aII)和表面波探头)和表面波探头(aLaII)横波斜探头是利用横波探伤,主要是用于检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷,如焊接汽轮机叶轮横波斜探头是利用横波探
10、伤,主要是用于检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷,如焊接汽轮机叶轮等。等。表面波探头当入射角大于第二临界角在工件中产生表面波,主要检测工件表面缺陷表面波探头当入射角大于第二临界角在工件中产生表面波,主要检测工件表面缺陷吸声材料吸声材料第11页,此课件共42页哦3 3、探头的种类和结构、探头的种类和结构3)3)双晶探头(分割探头)双晶探头(分割探头)接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电晶片延时块延时块隔声层隔声层探伤区探伤区双晶探头有两块压电晶片,一块用于双晶探头有两块压电晶片,一块用于发射声波,一块用于接收声波。根据发射声波,一块用于接收声波。根据入射角不同分为纵波双晶探头和横
11、波入射角不同分为纵波双晶探头和横波双晶探头。双晶探头。优点:优点:(1)灵敏度高)灵敏度高(2)杂波少盲区小)杂波少盲区小(3)工件中近场区小)工件中近场区小(4)探测范围可调)探测范围可调双晶探头主要用于检测近表面缺陷。双晶探头主要用于检测近表面缺陷。根椐工件因选择合适的工作频率、晶根椐工件因选择合适的工作频率、晶片尺寸和探测深度。片尺寸和探测深度。第12页,此课件共42页哦3 3、探头的种类和结构、探头的种类和结构3)3)聚焦探头聚焦探头探伤区探伤区接口接口外壳外壳电缆线电缆线阻尼块阻尼块压电晶片压电晶片斜楔斜楔吸声材料吸声材料声透镜声透镜聚焦区聚焦区聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想
12、焦点为一点,其声透镜为球面;线聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点,其声透镜为球面;线聚焦理想焦点为一条线,其声透镜为柱面。聚焦理想焦点为一条线,其声透镜为柱面。第13页,此课件共42页哦3 3、探头的种类和结构、探头的种类和结构)可变角探头可变角探头可变角探头入射角可变,转动压电晶片可使入射角连续变化,从而实现纵波、横波、表面波和板波探可变角探头入射角可变,转动压电晶片可使入射角连续变化,从而实现纵波、横波、表面波和板波探伤。伤。角度标尺角度标尺接口接口外壳外壳压电晶片压电晶片旋转杆旋转杆耦合剂耦合剂保护膜保护膜第14页,此课件共42页哦4 4、探头型号和规格、探头型号和规格1)
13、1)探头的标识探头的标识探头的型号标识由以下几部分组成:探头的型号标识由以下几部分组成:基本频率基本频率晶片材料晶片材料晶片尺寸晶片尺寸探头种类探头种类特征特征基本频率:探头的发射频率,用阿拉伯数字表示,单位为基本频率:探头的发射频率,用阿拉伯数字表示,单位为晶片材料:用化学元素缩写符号表示晶片材料:用化学元素缩写符号表示晶片尺寸:压电晶片的大小,圆形晶片用直径表示,矩形用长乘宽表示,单位晶片尺寸:压电晶片的大小,圆形晶片用直径表示,矩形用长乘宽表示,单位mm探头种类:汉语拼音缩写字母代表示探头种类:汉语拼音缩写字母代表示探头特征:汉语拼音缩写字母代表示探头特征:汉语拼音缩写字母代表示)举例举
14、例2.5 P 13 X13 K 25 B 14 ZK值为值为K值斜探头值斜探头矩形晶片矩形晶片13X13mm锆钛酸铅陶瓷锆钛酸铅陶瓷频率频率2.5MHz2.5 P 13 X13 K 2直探头直探头圆形晶片直径为圆形晶片直径为14mm钛酸钡陶瓷钛酸钡陶瓷频率频率2.5MHz第15页,此课件共42页哦试块的用途试块的用途1.确定检测灵敏度确定检测灵敏度超声波检测灵敏度是一个重要参数,因此在超声波检测前,常用试块上某一特定的人工反射体来调整检测和校验灵敏度。2.测试仪器和探头的性能测试仪器和探头的性能超声波探伤仪和探头的一些重要性能,如垂直线性、水平线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力、盲区、探头的入
15、射点、K值等都是利用试块来测试的。3.调整扫描速度调整扫描速度利用试块可以调整仪器示波屏上刻度值与实际声程之间的比例关系,即扫描速度,以便对缺陷进行定位。4.评判缺陷的大小评判缺陷的大小利用某些试块绘出的距离波幅当量曲线(即实用AVG曲线)来对缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特别是3N以内的缺陷,采用试块比较法仍然是最有效的定量方法。此外,还可利用试块来测量材料的声速、衰减性能等。第16页,此课件共42页哦试块的种类和结构试块的种类和结构1)IIW1)IIW试块试块T R 2RIIW试块是试块是国际焊接学国际焊接学会标准试块,会标准试块,该试块是荷该试块是荷兰代表首先兰代表首先提出来的,提出
16、来的,故又称荷兰故又称荷兰试块,因形试块,因形状似船形又状似船形又称船形试块。称船形试块。第17页,此课件共42页哦2)IIW22)IIW2试块试块(牛角试块牛角试块)T 25 100 T 25 50 75 100中心不开槽中心开槽中心不开槽中心开槽IIW2试块也试块也是国际焊接学是国际焊接学会标准试块,会标准试块,由于外形像牛由于外形像牛角,故俗称牛角,故俗称牛角试块。与角试块。与IIW试块相比试块相比IIW2试块体积试块体积小重量轻,形状小重量轻,形状简单,易加工,简单,易加工,便携带,但功能便携带,但功能较较IIW试块要少。试块要少。第18页,此课件共42页哦3)3)半圆试块半圆试块 R
17、3RT半圆试块是一种便于携带的调校半圆试块是一种便于携带的调校型试块,材质与型试块,材质与IIW试块相同,试块相同,分中心开切口槽与不开槽两种。分中心开切口槽与不开槽两种。第19页,此课件共42页哦4)CSK-IA4)CSK-IA试块试块 R50 R100TCSK-IA试试块是国内自块是国内自主设计的标主设计的标准试块,功准试块,功能与能与IIW试试块相同。增块相同。增加了加了R50的的反射面。反射面。第20页,此课件共42页哦5)CS-15)CS-1、CS-2CS-2试块试块第21页,此课件共42页哦6)CSK-IIIA 6)CSK-IIIA 试块试块(参考试块参考试块)第22页,此课件共4
18、2页哦超声波探伤仪超声波探伤仪一、一、超声波探伤仪的概述超声波探伤仪的概述、超声波探伤仪的作用超声波探伤仪的作用超声波探伤仪是超声波探作的主体设备,它的作用是产生电超声波探伤仪是超声波探作的主体设备,它的作用是产生电振荡并加于换能器(探头)上,激励探头发射超声波,同时将探振荡并加于换能器(探头)上,激励探头发射超声波,同时将探头送回的电信号进行放大,通过一定的方式显示出来,从而得到头送回的电信号进行放大,通过一定的方式显示出来,从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置大小等信息。被探工件内部有无缺陷及缺陷位置大小等信息。第23页,此课件共42页哦二、二、超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类、按波
19、形特征分类、按波形特征分类i i 脉冲波超声波探伤仪脉冲波超声波探伤仪通过探头向工件周期性的发射不连续且频率不变的超声波,要据超声波的传播通过探头向工件周期性的发射不连续且频率不变的超声波,要据超声波的传播时间及幅度判断工件中的缺陷位置和大小,是目前使用最广泛的探伤仪。时间及幅度判断工件中的缺陷位置和大小,是目前使用最广泛的探伤仪。重复周期f0=1/t0 标称频率振幅强度第24页,此课件共42页哦、按波形特征分类、按波形特征分类ii ii 连续波超声波探伤仪连续波超声波探伤仪这类仪器是连续的发射和接收频率和振幅都不变的超声信号,根据透过工件的超声这类仪器是连续的发射和接收频率和振幅都不变的超声
20、信号,根据透过工件的超声波变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小,这类仪器灵敏度低,且不能确定缺陷位置,波变化判断工件中有无缺陷及缺陷大小,这类仪器灵敏度低,且不能确定缺陷位置,因而已大多被脉冲波探伤仪所代替。因而已大多被脉冲波探伤仪所代替。二、二、超声波探伤仪的分类超声波探伤仪的分类第25页,此课件共42页哦、按波形特征分类、按波形特征分类iii iii 调频波超声波探伤仪调频波超声波探伤仪这类仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波,根据这类仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波,根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。但只适合检查与探测发射波与反射波的差频
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