超声波无损检测概述.pdf

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1、超声波无损检测超声波无损检测一、超声波无损检测基本介绍超声检测（UT）是利用其在物质中传播、界面反射、折射(产生波型转换)和衰减等物理性质来发现缺陷的一种无损检测方法，应用较为广泛。按其工作原理不同分为：共振法、穿透法、脉冲反射法超声检测;按显示缺陷方式不同分为：A 型、B 型、C 型、3D 型超声检测；按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、表面波法超声检测；二、超声波的产生（发射）与接收（1）超声波的物理本质：它是频率大于 2 万赫兹的机械振动在弹性介质中的转播行为。即超声频率的机械波。一般地说，超声波频率越高，其能量越大，探伤灵敏度也越高。超声检测常用频率在 0.510 MHZ。（2）

2、超声波的产生机理利用了压电材料的压电效应。压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。(3)超声波的发射与接收发射在压电晶片制成的探头中，对压电晶片施以超声频率的交变电压，由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的机械振动产生超声波；若此机械振动与被检测的工件较好地耦合，超声

3、波就会传入工件这就是超声波的发射。接收若发射出去的超声波遇到界面被反射回来，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正压电效应，在晶片的上下电极之间就会产生交变的电信 号。将此电信号采集、检波、放大并显示出来，就完成了对超声波信号的接收。可见，探头是一种声电换能元件，是一种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要的作用3超声波检测方法的分类（1）按原理分类：超声波探伤方法按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法和共振法。a 脉冲反射法:超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。b 穿透法:穿透法是依据脉冲波或连

4、续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。穿透法常采用两个探头，一收一发，分别放置在试件的两侧进行探测。c 共振法:若声波（频率可调的连续波）在被检工件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率。当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时，将改变试件的共振频率，依据试件的共振频率特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法称为共振法。共振法常用于试件测厚。（2）按波形分类:根据探伤采用的波形，可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。a 纵波法:使用直探头发射纵波进行探伤的方法，称为纵波法。此时波束垂直入射至试件探测面，以不变的波型和方向透入试件

5、，所以又称为垂直入射法，简称垂直法。垂直法分为单晶探头反射法、双晶探头反射法和穿透法。常用单晶探头反射法。b 横波法:将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射至试件探测面，利用波型转换得到横波进行探伤的方法，称为横波法。由于透入试件的横波束与探测面成锐角，所以又称斜射法。此方法主要用于管材、焊缝的探伤；其它试件探伤时，则作为一种有效的辅助手段，用以发现垂直法不易发现的缺陷。c 表面波法:使用表面波进行探伤的方法，称为表面波法。这种方法主要用于表面光滑的试件。表面波波长很短，衰减很大。同时，它仅沿表面传播，对于表面上的复层、油污、不光洁等，反应敏感，并被大量地衰减。利用此特点可通过手沾油在声束传播方向上

6、进行触摸并观察缺陷回波高度的变化，对缺陷定位。d 板波法:使用板波进行探伤的方法，称为板波法。主要用于薄板、薄壁管等形状简单的试件探伤。探伤时板波充塞于整个试件，可以发现内部和表面的缺陷。二、检测原理 1A 型脉冲反射法超声波检测原理，在实际应用中以该法为主（1）原理：A 型脉冲反射法超声波检测就是利用超声波在传播过程中，遇到声阻抗差较大的异质界面时，将产生反射的原理来实现对内部缺陷检测的。（2）实现方法：该法采用单一探头既作发射器件，又作接收元件，以脉冲方式间歇地向工件发射超声波；接受到的回波信号经功能电路放大、检波后，在探伤仪的示波屏上，以脉冲信号显示出来。（3）信号的解读：根据探伤仪示波

7、屏上始波 T、伤波 F、底波 B 的有无、大小及其在时基轴上的位置可判断工件内部缺陷的有无、大小和位置。：2垂直入射法（直探头，纵波法探伤技术）（1）定义：采用直探头将声束垂直入射工件的探伤方法；该法利用的声波类型为纵波，故有纵波法之称。简记：垂直入射法=直探头法=纵波法（2）缺陷显示方式：以回波在时基线上的位置、脉冲大小反映缺陷的情况。（3）应用特点：能够发现与探测面平行或接近平行的面积型缺陷和体积型缺陷。对体积型缺陷的检出率较高。3斜角探伤法（斜探头，横波法）（1）定义：采用斜探头将声束倾斜入射工件探伤面进行检测的方法，简称斜射法。在具体检测中，采用横波探伤，因此，又称横波法。（2）斜探头

8、的主要参数:横波折射角；简称折射角；探头 K 值:K=tg.超声波频率:f.三、优点和缺点（主要与射线检测比较）1传统能力比较：从工件厚度来说，超声波可检测厚度范围比射线大。例如在钢中的有效探测深度达一米以上。X 射线穿透能力和管电压有关，管电压越高，穿透能力越大，以 300kV管电压为例，X 射线只能检测厚度在 50mm 以下的钢工件。超声波的穿透能力则相对强的多，检测 200mm 的钢板，不需要太多的要求。2从检测缺陷的类型来说对平面缺陷如裂纹、夹层等，探伤灵敏度高，并可测定缺陷的深度和大小。但是不易检查形状复杂的工件，要求被检查表面有一定的光洁度，并需要有耦合剂充填满探头和被检查表面之间

9、的间隙，以保证充分的声耦合。3从设备要求来说超声波检测的设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。X 射线涉及到防护问题，所以设备比较复杂，需要暗室、自动洗片机、胶片等。4成本和检测速度：超声波检测成本很低，检测速度快。四、超声检测技术在无损检测中的应用与发展超声无损检测技术(UT)是五大常规检测技术之一,与其它常规无损检测技术相比,它具有被测对象范围广。检测深度大;缺陷定位准确,检测灵敏度高;成本低,使用方便;速度快,对人体无害以及便于现场使用等特点。1超声检测技术的应用(1)目前大量应用于金属材料和构件质量在线监控和产品的在投检查。如钢板、管道、焊鞋、堆焊层、复合层、压力容器及高压管道、路轨

10、和机车车辆零部件、棱元件及集成电路引线的检测等。(2)各种新材料的检测。如有机基复合材料、金属基复合材料、结构陶瓷材料、陶瓷基复合材料等,超声检测技术已成为复合材料的支柱。(3)非金属的检测。如混凝土、岩石、桩基和路面等质量检验,包括对其内部缺陷、内应力、强度的检测应用也逐渐增多。(4)大型结构、压力容器和复杂设备的检测。由于超声成像直观易懂,检测精度较高。因此,近几年我国集超声成像技术及超声信号处理技术等多学科前沿成果于一体的超声机器人检测系统已研制成功,为复杂形状构件的自动扫描超声成像检测提供了有效手段。(5)核电工业的超声检测。(6)其它方面的超声检测。如医学诊断广泛应用超声检测技术;目

11、前人们正试图将超声检测技术用于开辟其它新领域和行业,如人们正努力将超声检测技术用于血压控制系统进行系统作非接触检测、辨识。性能分析和故障诊断等。2超声检测新技术在现代无损检测技术中,超声成像技术是一种令人瞩目的新技术。超声图像可以提供直观和大量的信息,直接反映物体的声学和力学性质,有着非常广阔的发展前景。现代超声成像技术都是计算机技术、信号采集技术和图象处理技术相结合的产物。数据采集技术、图象重建技术、自动化和智能化技术以及超声成像系统的性能价格比等发展直接影响超声检测图像化的进程。现代超声成像技术大多有自动化和智能化的特点,因而有许多优点,如检测的一致性好,可靠性、复现性高,存储的检测结果可随时调用,并可以对历次检测的结果自动比较,以对缺陷做动态检测等。