无损检测技术之超声检测

1、无损检测技术之超声检测超波检测主要用于探测试件的内部缺陷,它的应用十分广泛.所谓超声波是指超过人耳听觉,频率大于 20kH20kHz z 的声波.用于检测的超声波,频率为 0.40.4 25MH25MHz z 其中用得最多的是 1 15MHz5MHz 超声波探伤方法很多,通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等.目前用得最多的是脉冲反射法.超声信号显示方面,目前用得最多而且较为成熟的是 A A 型显示.下面主要表达 A A 型显示脉冲反射超声探伤法.1 1.超声检测定义、作用及特性定义：一般指超声波与工件作用,就反射、透射和衍射的波进行研究,对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变

2、化的检测和表征,并进而对其特定应用进行评价的技术.工业检测中,超声检测通常指宏观缺陷检测和材料厚度测量.作用：通过超声检测发现工件或设备中存在的缺陷,从而实现产品质量控制、节约原材料、改良工艺、提升劳动生产率、消除平安隐患.超声波的重要特性：1 1方向性好超声波是频率很高、 波长很短的机械波,在超声波检测中使用的波长为毫米数量级.像光波一样具有良好的方向性,可以定向发射,从而在被检工件中发现缺陷.2 2能量高超声波的水平声强与频率的平方成正比.3 3能在界面上产生反射、折射、衍射和波形转换超声波具有几何声学的特点,在介质中直线传播,遇到界面产生反射、折射、衍射和波形转换.4 4穿透水平强超声波

3、在大多数介质中传播时,能量损失小,传播距离大,穿透水平强,在一些金属材料中穿透水平可达数米,这是其它检测方法无法比较的.2 2 . .超声波的发生及其性质2.12.1 超声波的发生和接收声波是一种机械波,机械波是由机械振动产生的.工业探伤用的高频超声波,是通过压电换能器产生的.压电材料可以将电振动转换成机械振动,也能将机械振动转换成电振动.通常在超声波探伤中只使用一个晶片,这个晶片既作发射又作接收.图9 91 1姆声波的发生W9-2W9-2超声波的纵波与横波V V电报班科片2.22.2 超声波的种类超声波有许多种类,在介质中传播有不同的方式,波型不同,其振动方式不同,传播速度也不同.声波的介质

4、质点振动方向与传播方向一致,叫做纵波.质质点振动方向和波传播的方向垂直的波叫横波.纵波可在气、液、固体中传播.可是横波只能在固体介质中传播.止匕外,还有在固体介质的外表传播的表面波、在固体介质的外表下传播的爬波和在薄板中的传播板波.它们都可用来探伤.2.32.3 超声波的主要物理量波长：入单位：mmmmmm同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离.或者说：沿着波的传播方向,两个相邻的同相位质点间的距离.频率：f f 单位：赫兹HzHz波动过程中,任一给定点在 1 1 秒钟内所通过的完整波的个数.波速：C C 单位：m/s,km/sm/s,km/s波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速.c

5、ncnf f 或入=c/f=c/f波长与波速成正比,与频率成反比.当频率一定时,波速愈大,波长就愈长；当波速一定时,频率愈低,波长就愈长声速声波在介质中是以一定的速度传播的,如空气中的声速为 340m/s,340m/s,水中的声速为 1500m/s,1500m/s,钢中纵波的声速为 5900m/s,5900m/s,横波的声速为 3230m/s,3230m/s,外表波的声速3007m/s3007m/s.横波的声速大约是纵波声速的一半,而外表波声速大约是横波的 0.90.9 倍.分贝与奈培在生产和科学实验中,所遇到的声强数量级往往相差悬殊,如引起听觉的声强范围,最大值和最小值相差 1212 个数量

6、级.显然采用绝对量来度量是不方便的,但如果对其比值相对量取对数来比较计算那么可大大简化运算.分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的结果. =20lgP1/P2=20lgP1/P2在超声波检测中,当超声波探伤仪的垂直线性较好时,仪器示波屏上的波高与回波声压成正比.这时有 =20lgP2/P1=20lgH2/H1=20lgP2/P1=20lgH2/H1dBdB这里声压基准 P1P1 或波高基准 H1H1 可以任意选取.当 H2/H1=1H2/H1=1 时,=0dB,0dB,说明两波高相等时,二者的分贝差为零.当 H2/H1=2H2/H1=2 时,/=6dB,/=6dB,说明 H2H2 为 H1H1

7、的两倍时,H2H2 比 H1H1 高 6dB6dB.当 H2/H1=1/2H2/H1=1/2 时,=6dB,6dB,说明 H2H2 为 H1H1 的 1/21/2 时,H2H2 比 H1H1 低 6dB6dB.2.42.4 超声波检测的原理超声波检测主要是基于超声波在工件中的传播特性,如在遇到声阻抗不同的两种介质的界面时会发生反射,声波通过材料时能量会损失等,以脉冲反射法为例,其原理如下：1 1超声波探伤仪声源产生高频电磁振荡信号脉冲波,采用一定的方式使超声波进入工件；2 2超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用,其传播方向或特征被改变；3 3反射回来的超声波被超声波探头接收,进

8、行处理和分析；4 4根据接收的超声波特征、进行评估.目前用得最多的方法是脉冲反射法.脉冲反射法在垂直探伤时用纵波,在斜入射探伤时大多用横波.把超声波射入被检物的一面,然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波,根据回波情况来判断缺陷的情况.纵波垂直探伤和横波倾斜入射探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法探头图A10A10斜射法探伤的几何关系如斜模中的延迟w族第的出看&折射曲X X收解的水平即肉d摄降的霜再距南F-F-顺韬反射液T T蛤液发射脉神,I.一4圣陷回波F53 3 . .试块超声探伤中是以试块作为比较的依据.试块上有各种的特征,例如特定的尺寸,规定的人工缺陷,即某一尺寸的平底孔、横通孔

9、、凹梢等.用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据,是超声探伤的一个特点.试块在超声探伤中的用途主要有三方面：确定适宜的探伤方法.确定探伤灵敏度和评价缺陷大小.校验仪器和测试探头性能.4 4 . .超声波检测工艺要点A.A.探伤时机选择根据要到达的检测目的,选择最适当的探伤时机.B.B.探伤方法选择根据工件情况,选定探伤方法.例如,对焊缝,选择单斜探头接触法；对钢管,选择聚焦探头水浸法；对轴类锻件,选用单探头垂直探伤法.C.C.探伤方向很重要.探伤方向应以能发现缺陷为准,应根据缺陷的种类和方向来决定.D.D.频率的选择根据工件厚度和材料的晶粒大小,合理的选择探伤频率.E.E.确定探伤灵敏度用适当的标准试块的人工缺陷或试件无缺陷底面调节到一定的波高,确定探伤灵敏度.5,5,超声检测方法的水平范围和局限性5.15.1 水平范围a a能检测出原材料板材、复合板材、管材、锻件等和零部件中存在的缺陷；b b能检测出焊接接头内存在的缺陷,面状缺陷检出率较高；c c超声波穿透水平强,可用