超声波加工技术培训课件

超声波加工技术

---工业应用概述1

超声波具有方向性好、穿透能力强、能量集中等特点，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。

在工业方面的应用技术有如下几种：

1）超声波检测（UT）：

是利用超声波在物质中传播、界面反射、折射（产生波型转换）、衍射和衰减等物理性质来发现缺陷的一种无损检测方法，是超声波在工业领域最主要的应用。

2）超声波焊接：

通过焊头将超声波机械振动能传输至待焊合工件，工件粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化而达到焊接目的，是一种先进的塑料件装配技术。3）超声波清洗：

当一定频率和声强的超声波辐射液体介质时，在声强负压作用下产生空化泡，随后在声波正压作用下迅速崩溃（空化现象），产生异常的高温（高于5000K）和高压（高于50MPa）。空化泡崩溃产生了冲击波和射流。利用这种冲击波破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中。由于超声波固有的穿透力，对小孔和缝隙都有很好的清洗效果。

4）超声波水处理：

利用超声空化现象，进入空化泡中的水蒸气在超声波作用下，反应产生强氧化剂H2O2和具有高度化学活性的自由基-OH，能将大多数有机物氧化，达到去除水中污染物、净化水体的作用，也可用于污泥的处理。2.超声波技术

---新型检测技术（TOFD）1

先进的超声波检测技术主要包括超声波衍射时差法（TOFD）和超声相控阵自动检测技术。

1.超声波衍射时差法（TOFD）

1）基本原理：

TOFD（TimeofFlightDiffraction）是一种基于衍射信号实施检测的技术，其原理是当超声波遇到诸如裂纹等面积型缺陷时，将在缺陷尖端产生衍射波，TOFD检测设备采用一发、一收两个探头探测到缺陷尖端发出的不同声程和位置的衍射波，进而得到缺陷的高度和深度数据，之后通过数字化采样形成可视缺陷图像，并能利用软件进行分析。

2.超声波技术

---新型检测技术（TOFD）2

TOFD原理图2.超声波技术

---新型检测技术（TOFD）3

2）TOFD技术优点:

a.可靠性更高。由于的衍射信号波幅基本不受声束角度影响，对缺陷方向的依赖性很小。并可检查出缺陷的长度和位置。

b.对裂纹、未熔合等危害性更大的面积型缺陷检出率更高，尤其适合在厚壁窄间隙焊缝中应用。

c.可获得截面直观图，采集的数据信息可永久保存和离线分析。

d.误差小：一般其对线性缺陷或面积型缺陷的测量误差小于l毫米，对裂纹、未熔合缺陷高度测量误差只有零点几毫米。

3）TOFD技术缺点:

a.在靠近内外表面的一定范围内存在盲区（2mm左右）。

b.焊缝的两边必须有能够安放用于TOFD检测的发射和接收探头的位置。2.超声波技术

---新型检测技术（TOFD）4

4）TODF应用法规:

2009年8月31日，《固定式压力容器安全技术监察规程》正式颁布，规定“压力容器的焊接接头应当采用射线检测或者超声检测，…..,当使用不可记录的脉冲反射法超声检测，应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测作为附加局部检测”。规程中明确规定了TOFD检测技术与射线检测技术相同，均为压力容器制造过程中可选的焊接接头的无损检测方法。

2010年12月实施的JB/T4730.10《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》，适用范围为具备下列条件的焊接接头：a）材料为碳素钢或低合金钢；b）全焊透结构型式的对接接头；c）工件厚度t：12mm≤t≤400mm（不包括焊缝余高，焊缝两侧母材厚度不同时，取薄侧厚度值）。2.超声波技术

---新型检测技术（TOFD）5

5）TODF应用实例:

反应器环缝检测

天然气管道检测

球罐现场检测2.超声波技术

---新型检测技术（相控阵）1

1）相控阵原理:

相控阵超声检测技术是通过电子系统控制换能器阵列中的各个振元，按照一定的延迟时间规则发射和接收超声波，从而动态控制超声波束在工件中的偏转和聚焦进行无损检测的方法。

波束聚焦和偏转图

2.超声波技术

---新型检测技术（相控阵）2

2）技术优点

a.检测速度快，现场检测时只需对环焊缝进行一次简单的线性扫查即可完成全方位、多角度的全焊缝检测。

b.不移动探头或尽量少移动探头可扫查厚大工件和形状复杂工件的各个区域，减少空间限制

c、缺陷定位准确，检测灵敏度高；检测结果直观，可实时显示,也可打印、存盘，实现检测结果的永久性保存。

3）技术缺点

a.检测方案设计周期长，需要花费大量的时间对检测参数进行仿真优化。

b.相控阵检测校准过程十分复杂，且周期较长。检测过程中的图像显示及缺陷分析耗时长。2.超声波技术

---新型检测技术（相控阵）3

4）应用发展情况

在国外，超声相控阵检测技术在上世纪80年代开始在欧美等国家开始应用于工业无损检测，主要用于核电站压力容器、大型轴锻件、低压涡轮等构件的无损检测。1990年，欧美将相控阵技术作为一种新型的无损检测及评价方法正式纳入工业超声检测手册。

在国内，超声相控阵技术主要应用在医疗领域，在工业上的应用尚处于起步阶段。在2000年西气东输项目中，引进了PipeWIZARD相控阵超声全自动检测系统进行试验，但是该系统也仅仅用于管道环缝这样简单轨迹的焊缝检测。因此，大规模推广尚需时日。2.超声波技术

---新型检测技术（相控阵）4

天然气管道检测

汽轮机叶根燕尾槽检验2.超声波技术

---与射线检测的比较1

1）缺陷检出率高

TOFD检测能对缺陷的深度和高度进行精确测量，而射线检测只能得到缺陷的平面信息，对于缺陷在焊缝厚度方向的长度很难判断。方法-射线-射线TOFD脉冲回波探伤检出率70%60%>80%50%～60%2）检测速度快

由于不需要射线检测所需的曝光、洗片等时间，因而TOFD和相控阵超声检测速度都相对更快。2.超声波技术

---与射线检测的比较2

3）安全环保

采用超声波进行无损检测，不会对环境造成影响，不危害公共安全，无底片消耗。

4）节约投资

当采用射线检测时往往需