超声波检测技术模板

1、第三章超声波检测技术1.超声波检测原理简介1.1原理：利用超声波在缺陷界面的反射来进行对缺陷的定位、定量和定 性。1.2超声波的产生和接受产生：逆压电效应：使用高频电压作用于压电晶片，使之产生高频的机 械振动。接受：压电效应：将机械振动作用于压电晶片产生电荷，以电能的形式 进入仪器。探头（换能器）:直探头斜探头双晶探头聚焦探头1.3超声波的特征1.3.1频率高f20KHz,检测使用范围为0.3MHz10MHz,常见1 一5MHz,可作 为直线传播，可使用几何光学的理论，讨论反射、透射等实际问题。 1.3.2波长短如c=5900m/s, 2.5MHz,久=2.36mmo属于毫米波，超声波传播距离

2、长，探测厚度大，大大超过X-ray,穿透 能力强。1.3.3具有波形转换的能力能够使用纵波检测还能够使用于横波检测，讨论波形的传播路径。主要波形：纵波(Longitudinal waves)横波(Transverse waves or Shear waves)1.3.4检测灵敏度高可检测的最小缺陷为波长的一半。1.3.5超声波声场的近场和指向性近场：声源轴线上的声压有若干极大值与极小值，最后一个声压极大值全声源的距离称为近场长度N,N=Rs2/ 久=Ds2/(4 久)=Fs/( n 久)指向性：声束集中向一个方向辐射的性质，叫做声场的指向性。定量描述：用00称，为半扩散角(或指向角),200范

3、围内的声束 叫做主声束。0 0=arcsin (1.22 久 /Rs)。1.4超声波检测方法1.4.1穿透法一收一发探头，两平行面检测，会漏检（缺陷距底面距离大于声影 长度）。1.4.2共振法连续波，用于测厚。小弗/2,n共振次数。c=U 3 =c（fn-fn-1）/2探头晶片厚度的计算压电晶片的振动频率?即探头的工作频率，它主要取决于晶片的厚 度T和超声波在晶片材料中的声速。晶片的共振频率（即基频）是其厚 度的函数；能够证明，晶片厚度T为其传播波长一半时即产生共振，此 时，在晶片厚度方向的两个面得到最大振幅，晶片中心为共振的驻 点。一般把晶片材料的频率玮口厚度T的乘积称为频率常数Nt，若：T

4、=久/2，则：Nt = f T =C/2式中：C为晶片材料中的纵波声速。由式可知，频率越高，晶片越薄，制作越困难，且Nt小的晶片材料 不宜用于制作高频探头。1.4.3脉冲反射法（A型为主）向工件中发射脉冲，脉冲遇到界面产生反射，根据反射信号来确 定缺陷的存在，完成定位、定量和定性。2超声波检测通用技术2.1检测前的准备工作标准的选择仪器的选择耦合剂的选择探头的选择探头种类，大小和频率斜探头入射角、折射角和K值探头的类型常见的探头型式有纵波直探头、横波斜探头、表面波探头、双 晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、 方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。晶片尺

5、寸探头圆晶片尺寸一般为9 1030mm,晶片大小对探伤也有一 定的影响，选择晶片尺寸时要考虑以下因素。由0 0=arcsin(l.22久/D)可知，晶片尺寸增加，半扩散角减少, 波束指向性变好，超声波能量集中，对探伤有利。由N = D2/(4久)可知，晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对 探伤不利。晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围 大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效率宜选用大晶片探头。 探伤厚度大的工件时,为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探 头。探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。 探伤表面

6、不太平整,曲率较大的工件时,为了减少耦合损失宜选用小 晶片探头。频率大小超声波探伤频率在0.51OMHz之间，选择范围大。一般选择频率 时应考虑以下因素：由于波的绕射，使超声波探伤灵敏度约为久/2,因此提高频率, 有利于发现更小的缺陷。频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。由0 0=arcsin(l.22久/D)可知，频率高，波长短，则半扩散角小, 声束指问性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。由N=D2/(4 A )可知，频率高，波长短，近场区长度大，对探伤不 利。由a s= C2Fd2f4可知，频率增加，衰减急剧增加。对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率, 常见2.55.0MHz,对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的 频率，常见0.52.5MHz。如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现林状回波，信噪 比下降，甚至无法探伤。一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选用 较低的频率。探头K值探头的K值对探伤灵敏度、声束轴线的方向，一次波的声程(入 射点至底面反射点的距离)有较大的影响。对于用有机玻璃斜探头探 伤钢制工件，仇= 40 ( K = O.84)