《无损检测》课件3 超声检测

1、第三讲 超声波检测对应教材内容：1.5 超声波检测方法1.6 超声场检测技术应用超声探伤仪以及选择 超声波探伤仪 超声波探伤仪是超声波检测的主体设备，它的作用是产生电振荡并加于换能器探头，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定方式显示出来，从而得到被检工件内部有无缺陷及缺陷仪置和大小的信息。仪器选样 应从被检对象的材质及其缺陷存在的状况考虑。探头的性能是检测工作得以顺利近行的关键。超声波分类：按连续性连续波探伤仪：这种仪器通过探头向工件中发射连续且频率不变的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件缺陷及缺陷大小。这种仪器灵敏度低，不能确定缺陷位置，因而已大多被脉冲波探

2、伤仪所代替。 调频波探伤仪： 这种仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期件变化的超声波，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。以往的调频路轨探伤仪便采用这种原理，但由于只适应于与检测面平行的缺陷，所以这种仪器也大多被脉冲波探伤仪所代替。超声波分类：按连续性脉冲波探伤仪：这种仪器通过探头向工件周期性地发射不连续且频率不变的超声波，根据超声波的传播时间及幅度判断工件中缺陷位置和大小，是目前使用最广泛的探伤仪。超声波分类：按连续性超声波分类：按缺陷显示方式A型显示探伤仪：一种波形显示探伤仪荧光屏的横坐标代表声波的传播时间(或距离)，纵坐标代表反射波的幅度，由反射波的位置确定缺陷位置，由

3、反射波的幅度确定缺陷大小。B型显示探伤仪 一种图像显示探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间(或距离)因而可直观地显示出被检工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。C型显示探伤仪 也是一种图像显示 探伤仪荧光屏的横坐标和纵坐标都是以机械扫描来代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而，当探头在工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图像，但不能显深度。超声波分类：按缺陷显示方式超声波分类：按超声波通道分单通道探伤仪 这种仪器由一个或一对探头单独工作，是目前超声波检测中应用最广泛的仪器。多通道探伤仪 这种仪器内多

4、个或多对探头交替工作，每一通道相当于台含单通道的探伤仪，适用于自动化检测。 目前，检测中广泛使用A型显示脉冲反射式探伤仪，如：CTS-8C，CTS-21，CTS-22，CTS26，JTS5，CST3。 德国KRAUTKRAMER公生产的USM35DAC超声波探伤机，是一款小巧轻便的数字化超探仪，无论是象焊缝检测这样普通的应用，还是面对苛刻的检测任务，该机都能显示出其优异的性能和强大的功能。其频率范围可达20MHZ，最大检测距离为10米，数据的管理也更加便捷。同时，该机还可使用DAC和 TCG曲线进行回波评价。 当用斜波探头检测时，对不同的 A 扫描回波定义为不同的显示颜色。 USM35DAC超

5、声波探伤机超声波探头（压电换能器）种类厚度振动型探头：受激励而产生的超声波是纵波,可利用超声波的折射特性,通过适当的方法实现波型转换,把纵波转换成其他所需要的波型用于检测。 根据激发超声波的工作频谱,可把探头分为宽频带探头：用于要求具有较高分辨力的超声检测窄频带脉冲探头：用于如穿透法,谐振法，声振法等的超声检测。普通直探头 由单块压电晶片兼并发射与接收功能而制成的探头，其晶片多为圆形薄片，还可分为液浸法检测用的和直接接触法用的探头。吸收块作用：（1）支承晶片的背衬。（2）吸收晶片背面发射的声波和抑制杂波。（3）吸收晶片的震动能量，缩短晶片的震动时间，使晶片被发射脉冲激励后能很快停下来。吸收块的

6、选材要求：（1）声阻抗与晶片相等（2）超声波衰减系数越大越好普通直探头钨粉酚醛树脂钨粉PbO2酚醛钨粉层/PbO/复合层保护膜： 保护晶片不被磨损，与晶片粘结时不能有空气间隙或者杂质。保护膜材质： 氧化铝膜，耐磨损、抗腐蚀。 液浸探头用环氧树脂、丙烯酸树脂普通直探头普通斜探头 由单块压电晶片兼并发射与接收功能,其晶片多为圆形,方形和矩形薄片。其上配有斜楔以改变晶片受激产生的纵波在界面上的入射角,利用超声波的折射特性产生波型转换,从而在检测介质中激发出所需要的波型。它主要用于直接接触法检测。斜楔吸收块斜楔的功能： 波形转换器。把压电晶片激发出的纵波以一定角度倾斜入射到斜楔底面与被检工件表面的界面

7、上。选材要求： 斜楔的纵波声速低于被检介质的纵波声速。 有机玻璃，聚苯乙烯，尼龙，聚碳酸酯 吸收块还吸收斜楔内回波，防止对晶片的干扰。普通斜探头 斜探头的分类（1）横波探头:用于对工件内部及表面缺陷的横波检测，例如检测焊缝。（2）瑞利表面波探头:对具有光洁表面的工件的表面缺陷检测，例如检测叶片表面裂纹。（3）板波(兰姆波)探头:用于薄板检测。（4）爬波探头:粗糙表面工件的近表面缺陷检测。（5）可变角探头:可调整纵波入射角以探索适当波型超声波的激发条件以及调整超声波的折射角度。 大多数探头直径小于40mm。原因是大于40mm时很难获得与之对应的平整的接触面。双晶探头和水浸探头双晶探头（组合式或分

8、割式探头）两块压电晶片装在个探头架内，一个晶片发射纵波，另一个晶片接收纵波。两晶片之间用隔声绝缘层分开，晶片的倾角通常为3018o之间。两晶片声场的重叠部分是检测灵敏度的最高区域。水浸探头 水浸探头可浸在水中检测，不与工件接触，其结构与直探头相似，但不需要保护膜。 压电晶片 将数百万伏的超声电脉冲加到压电陶瓷两端，利用逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声振动波被反射回晶片表面时，利用压电效应，将机械振动波转化成频率相同的交变电荷和电压。压电陶瓷材料：石英等介电常数：10006000压电灵敏度：300600pC/N 试块 按一定用途设计制作的具有简单几何形状的人工反射体的试样

9、，通常称为试块。 试块和仪器、探头一样、是超声波检测中的重要工具。钢试块铝试块试块具有国家标准和国际标准试块作用1)确定检测灵敏度。灵敏度太高杂波多，判断困难，太低会引起漏检。在超声波检测前，调整灵敏度。2)测试仪器和探头的性能。超声波探伤仪和探头的一些重要功能，如垂直线性、水平线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力等都是利用试块来测试。3)调整扫描速度。利用试块可以调整仪器示波屏上水平刻度值与实际声程之间的比例关系，即扫描速度，以便对缺陷进行评价。4)评判缺陷的大小。利用某些试缺绘出的距离波幅当量曲线来给缺陷定量。常用定量方法耦合剂 为了使探头有效地向试件中发射和接收超声波，在二者之间填充耦合介

10、质以排除空气，避免因空气层的存在致使声能几乎全部被反射的现象发生。 探头与试件之间为排除空气而填充的耦合介质。 耦合剂应具有较好的透声性能和较高的声阻抗等，如甘油、硅油、机油。 根据不同的耦合条件和耦合介质，探头与试件之间耦合方式分可为直接接触法和液浸法。工件表面的状况、粗糙度以及耦合剂的种类等都将影响超声波的耦合效果。超声检测方法共振法 应用共振现象对试件进行检测的方法叫共振法。探头把超声波辐射到试件后，通过连续调整声波的频率以改变其波长，当试件的厚度为声波半波长的整数倍时，则在试件中产生驻波。且驻波的波腹正好落在试件的表面上。用共振法测厚时，在测得超声波的频率和共振次数后，可用公式计算。

11、当试件中有较大缺陷或壁厚改变时，将使共振点偏移乃至共振现象消失，所以共振法常用于壁厚的测量，以及复合材料的胶合质量、板材点焊质量、均匀腐蚀的超声检测。超声检测方法透射法无缺陷 小缺陷 大缺陷 发射探头和接收探头分别置于试件的两个相对面上，根据超声波穿进试件后的能量变化情况，判断试件内部质量。无缺陷，接收信号较强；小缺陷，收到较弱的信号；缺陷面积大于声束截面时，全部声束被缺陷遮挡，接收探头则收不到发射信号。 透射法优缺点 1)在试件中声波只做单向传播，适合检测高衰减材料。 2)对发射和接收探头的相对位置要求严格，需专门的探头支架。适用于单一产品大批量加工制造过程中的机械化自动检测。 3) 在试件

12、中几乎不存在盲区。 1)一对探头单收单发的情况下，只能判断缺陷的有无和大小，不能确定缺陷的方位。 2) 缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低。超声检测方法脉冲反射法 脉冲反射法是利用超声波脉冲在试件内传播的过程中，遇有声阻抗相差较大的两种介质的界面时，将发生反射的原理进行检测的方法。 一个探头兼做发射和接收器件，接收信号在探伤仪的荧光屏显示，并根据缺陷及底面反射波的有无、大小及其在时基轴上的位置来判断缺陷的有无、大小及其方位。 脉冲反射法的优点1)检测灵敏度高，能发现较小的缺陷。2)当调整好仪器的垂直线性和水平线性后，可得到较高的检测精度。3)适用范围广，适当改变耦合方式，选择一定

13、的探头以实现预期的探测波型和检测灵敏度。4)操作简单、方便、容易实施。 脉冲反射法的缺点1)单探头检测往往在试件上留有一定盲区。2)由于探头的近场效应，故不适用于薄壁试件和近表面缺陷。3)缺陷波大小与被检缺陷取向关系密切，容易发生漏检。4)因声波往返传播，故不适用于衰减太大的材料。液浸法 液浸法是在探头与试件之间填充一定厚度的液体介质作耦合剂，声波先经过液体介质，再入射到试件中，探头与试件并不直接接触，从而克服了直接接触法的缺点。液浸法中，探头角度可任意调整，声波的发射、接收也比较稳定，大大提高了检测速度。 缺点是当耦合层较厚时，声能损失较大。另外，自动化检测还需要相应的辅助设备，有时是复杂的

14、机械设备和电子设备，它们对单一产品(或几种产品)往往具有很高的检测能力，但缺乏灵活性。当量法 当量法是以圆形平底孔试块为基准，同时先假设试块和锻件的测试条件基本相当，将缺陷的回波声压和与试块的回波声压来进行当量对比，若二者的反射回波声压相等，则认为该人工缺陷与实际缺陷是同当量的。一般实际缺陷比当量缺陷大35倍。大型锻件中缺陷检测 对锻件中缺陷长度的定量常采用连续移动探头检测法，此法的检测精度与超声波波束和缺陷的相互指向性有关，当声束轴线垂直于缺陷的反射面时，荧光屏上将可以获得最高的缺陷反射波。若移动探头，使声束轴线逐渐偏离缺陷，反射波幅则逐渐降低。当波幅下降为最高波幅的二分之一时，声束轴线所指

15、的位置即为缺陷的边缘，两个边缘之间的距离，即所谓被测缺陷的长度。铸件缺陷的检测 铸件内部组织极大、致密性差，与锻件相比，对超声波的衰减大，穿透性亦较差。超声波在极大的晶粒界面上会发生杂乱的晶界反射，使声能遭到严重的衰减，检测频率越高，衰减越大，由晶界反射产生的杂波干扰越严重，因此，在铸铁件检测时，一般选用较低的超声波频率，如0.52MHz，检测灵敏度较低，只能检出面积较大的缺陷。鉴于铸钢件的穿透性比铸铁件要好，所以可选用25MHz的检测频率。 小型压力容器壳体是由低碳不锈钢锻造成形的，经机械加工后成半球壳状。对此类锻件进行超声检测，通常以斜探头横波检测为主，辅以表面波探头检测表面缺陷。对于壁厚3mm以下的薄壁壳体只用表面法检测。小型压力容器壳体的检测 探伤前必须将探头楔块磨制成与工件相同曲率的球面，以利于声耦合，但磨制后，超声波束不能带杂波。通常使用易于磨制的塑料外壳环氧树脂小型K值探头，K选1.5一2，频率2.5-5MHz。焊缝缺陷的检测缺陷有气孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹 焊缝探伤主要用横波斜探头。探测频率通常为255MHz，应主要依据工件厚度进行探头角度的选择。发现缺陷后，即可对其进行定位计算，计算时可以使用探头折射角的正弦和余弦，也可使用正切值，它等于探头入射点至缺陷的水平距离与缺陷至工