超声波探伤知识

超声波探伤知识第1页，课件共24页，创作于2023年2月无损检测

（NDT）

无损检测（Non-destructiveTesting，简称NDT）是一门综合性的应用科学技术，它是在不改变或不影响被检对象使用性能的前提下，借助于物理手段，对材料或构件进行宏观与微观缺陷检测，几何特性度量，化学成分、组织结构和力学性能变化的评定，并进而就材料或构件使用性能做出评价的一门学科。第2页，课件共24页，创作于2023年2月射线探伤（RT）基本原理：射线在穿过物质的过程中，会受到物质的散射和吸收作用，依物体材料、缺陷和穿透距离的不同，射线强度将产生不同程度的衰减，这样，当把强度均匀的射线照射到物体的一侧，使透过的射线在物体另一侧的胶片上感光，把胶片显影后，得到与材料内部结构和缺陷相对应的黑度不同的图像，即射线底片。通过对图像的观察分析，最终确定物体缺陷的种类、大小和分布情况。射线探伤适用于体积型缺陷探测。如气孔、夹碴、缩孔、疏松等，对片型缺陷检测较难。第3页，课件共24页，创作于2023年2月磁粉探伤（MT）原理磁粉探伤是指把钢铁等铁磁性材料磁化后，利用缺陷部位所发生的磁极吸附磁粉的特性，显示缺陷位置的方法。特点磁粉探伤仅适用于铁磁材料的表面或近表面缺陷的检测，其探伤灵敏度高低受试件表面光洁度、缺陷形状和取向、磁化方法和范围等影响。磁粉探伤能确定缺陷的位置、大小和形状，但对缺陷深度确定较难。第4页，课件共24页，创作于2023年2月渗透探伤（PT）渗透探伤指将溶有荧光染料（荧光探伤）或着色染料（着色探伤）的渗透剂施加在试件表面，渗透剂由于毛细作用能渗入到各型开口于表面的细小缺陷中，此时清除附着在表面的多余渗透剂，经干燥和施加显像剂后，在黑光或白光下观察，缺陷处可分别相应地发出黄绿色的荧光或呈现红色，从而能够用肉眼检查出试件表面的开口缺陷。特点渗透探伤适用于检测金属和非金属材料表面开口的裂纹、折叠、疏松、针孔等缺陷。它能确定缺陷的位置、大小和形状，但难于确定其深度，不适用于探测多孔性材料及材料内部缺陷。第5页，课件共24页，创作于2023年2月涡流探伤（ET）

涡流探伤将通有交流电的激励线圈靠近某一导电试件，由于电磁感应作用，进入试件的交变磁场可在试件中感生出方向与激励磁场相垂直的、呈旋涡状流动的电流（涡流），此涡流会转而产生一与激励磁场方向相反的磁场使原磁场有部分减少，从而引起线圈阻抗的变化，通过对线圈阻抗变化的测量，就可得知试件中产生的涡流状况，从而获悉与试件有关的一些参量。特点涡流探伤主要适用于金属和石墨等导电材料的表面和近表面缺陷，通常能够确定缺陷的位置和相对尺寸，不适用于非导电材料的缺陷检测。第6页，课件共24页，创作于2023年2月几种常规探伤方法比较以上介绍了几种常用探伤方法的基本原理，实际应用当中，射线探伤和超声波探伤适合于内部缺陷探测，而磁粉、渗透、涡流探伤则适合于表面缺陷探测它们各有其优越性，因此必须结合缺陷具体情况合理配合使用，才会收到更好的效果

第7页，课件共24页，创作于2023年2月波的一般常识人们把声源振动在介质（如空气等）中的传播过程，称为波动，简称波。波是物质的一种运动形式，可分为电磁波和机械波两类。电磁波是交变电磁场在空间的传播过程，如无线电波、红外线等机械波是指机械振动在弹性介质中的传播过程，如水波、超声波等。第8页，课件共24页，创作于2023年2月超声波的产生产生机械波需要两个必要条件：第一要有作机械振动的振源；第二要有能传递机械振动的弹性介质。产生超声波需要两个必要条件：第一:要有超声波的振源（即超声波源）；第二:要有能传递超声波的弹性介质。第9页，课件共24页，创作于2023年2月超声波产生原理原则上凡是能将其它形式能量转换成超声振动方式能量的方法都可以产生超声波，如机械方法、热效应法、磁伸缩法和电磁声法。在超声波探伤中应用最广的是利用某些压电材料（石英、锆钛酸铅等）的压电效应，来实现超声波的发生和接收。必须注意的是，超声波在传播过程中，实际上只是振动能量的传播，并没有产生物质的迁移，介质质点本身仅限于平衡位置附近振动。第10页，课件共24页，创作于2023年2月压电晶体（例如石英晶体、钛酸钡及锆钛酸铅等压电陶瓷）在外力作用下发生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷（正压电效应）。反之，当向压电晶体施加电场时，压电晶体将会发生形变，亦即弹性变形（逆压电效应或电致伸缩）。压电陶瓷柱点火器超声波如何产生、接收第11页，课件共24页，创作于2023年2月超声波如何产生、接收

从能量角度分析超声波的产生和接收产生超声波(逆压电效应)

电能

机械能接收超声波(正压电效应)

机械能

电能第12页，课件共24页，创作于2023年2月利用压电晶体制成超声波换能器（探头），对其输入高频电脉冲，则探头将以相同频率产生超声波发射到被检物体中去，在接收超声波时，探头则产生相同频率的高频电信号用于检测显示。超声波如何产生、接收仪器发射电路限幅接收放大电路压电晶片第13页，课件共24页，创作于2023年2月超声波的分类超声波的类型超声波的分类方法很多，下面介绍几种常见的分类方法：按质点的振动方向分根据波动传播时介质质点的振动方向与波的传播方向不同，可将超声波分为纵波（压缩波）、横波（剪切波）、表面波（瑞利波）、兰姆波、爬波等第14页，课件共24页，创作于2023年2月

纵波（LongitudionalWave，简称L波，又称作压缩波、疏密波）：是传声介质的质点振动方向与超声波的传播方向相同。纵波在固、液、气三种介质中均能传播，传播时质点受交变拉、压应力的作用，使质点之间产生相应的伸、缩变形，构成疏密相间的质点排列。故亦称为压缩波、疏密波。液体和气体能够承受压应力而产生容积压变，因而这种介质能够传播纵波。超声波的波型第15页，课件共24页，创作于2023年2月（2）横波（ShearWave，简称S波，又称作Transversewave，简称T波，也称为切变波或剪切波）：传声介质的质点振动方向与超声波的传播方向垂直。质点受到的是交变剪切应力的作用，故亦称切变波。液体和气体不能够承受剪切应力，故无横波传播。

超声波的波型第16页，课件共24页，创作于2023年2月（3）表面波（SurfaceWave）：是指超声波沿介质表面传递，而传声介质的质点沿椭圆形轨迹振动的瑞利波（RayleighWave，简称R波），瑞利波在介质上的有效透入深度只有一个波长的范围，因此只能用于检查介质表面的缺陷，不能像纵波与横波那样深入介质内部传播，从而可以检查介质内部的缺陷。超声波的波型第17页，课件共24页，创作于2023年2月超声波探伤原理超声波探伤是依据定向辐射超声波束在缺陷界面上产生反射或使透过声能下降等原理，通过测量回波信息和透过声波强度变化来指示伤损的一种方法。（也就是反射法和穿透法探伤原理）第18页，课件共24页，创作于2023年2月声波的分类人们把能引起听觉的机械振动称为声波，频率大致在20Hz～20kHz（即20

000Hz，1kHz＝1000Hz）。频率低于20Hz的机械波称为次声波频率高于20kHz的机械波称为超声波（用于探伤的超声波频率范围为0.2～25MHz，其中最常用的频段为0.5～10MHz）。超声波探伤可检查金属材料、部分非金属材料的表面和内部缺陷。第19页，课件共24页，创作于2023年2月超声波探伤的优点1．指向性好。超声波波长很短，像光波一样，可以定向发射，因而能方便、准确地对缺陷定位。2．穿透能力强。超声波能量高，在大多数介质中传播时能量损失小，在一些金属材料中传播时，其穿透能力可达数米，其它无损探伤手段无法比拟。3．检测灵敏度高。一个存在于钢中的空气分层厚度为10-6mm，反射率可超过21%，当分层厚度在10-5mm以上时，反射率可超过94%，其灵敏度居所有无损探伤方法之首。第20页，课件共24页，创作于2023年2月超声波探伤的优点4．可检出各种取向的缺陷。通过应用多种波型以及各种探头作不同方向的探测，能探出工件内部和表面各种取向（与表面平行或倾斜）的缺陷。5．检测速度快，费用低.仅耗损少量电能和耦合剂。第21页，课件共24页，创作于2023年2月超声波探伤的局限性1．探测结果受人的因素影响。对试件中缺陷的发现与评价，主要取决于探伤人员对仪器的调节和判断。2．探测表面要求制备。不良的探测面影响伤损检测灵敏度。3．检测结果受工件形状、晶粒和组织不均匀性的限制。4．定量精度差。探测出缺陷的当量或延伸度与实际缺陷大小均有一定的误差。第22页，课件共24页，创作于2023年2月超声波探伤方法脉冲反射法超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，当遇到缺陷和底面就会产生反射，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。脉冲反射法可分为垂直探伤法和斜角探伤法两种1．垂直探伤法垂直探伤时，探头垂直地或以小于第一临界角的入射角度耦合到被测件上，在被测件内部只产生纵