《超声波检测技术》课件

《超声波检测技术》课程介绍：超声波检测的重要性与应用重要性超声波检测技术因其高灵敏度、强穿透力以及对人体无害等特点，在现代工业中扮演着至关重要的角色。它能够有效检测材料内部的微小缺陷，确保产品质量，预防安全事故，降低生产成本。掌握超声波检测技术，对于保障工业生产的安全可靠具有重要意义。应用领域超声波基础知识：声波的物理特性1声波的定义声波是一种机械波，它通过介质（如固体、液体或气体）传播。声波的传播需要介质，不能在真空中传播。2声波的物理参数声波的主要物理参数包括频率、波长、振幅、速度和声强。频率决定了声波的音调，波长决定了声波的空间周期，振幅决定了声波的能量，速度决定了声波的传播快慢，声强决定了声波的响度。声波的传播特性频率、波长、速度的关系基本公式声波的频率（f）、波长（λ）和速度（v）之间存在着密切的关系，可以用以下公式表示：v=fλ。这个公式是超声波检测中的重要基础，理解这个公式有助于正确选择检测参数。频率的影响频率越高，波长越短，超声波的穿透能力越弱，但分辨率越高，能够检测到更小的缺陷。反之，频率越低，波长越长，穿透能力越强，但分辨率越低，难以检测到微小缺陷。波长的影响波长是超声波检测中需要考虑的重要因素。选择合适的波长可以提高检测的灵敏度和准确性。一般来说，波长应该小于缺陷的尺寸，才能有效检测到缺陷。超声波的传播方式：纵波、横波、表面波纵波纵波又称压缩波，是指质点的振动方向与波的传播方向一致的声波。纵波可以在固体、液体和气体中传播，是超声波检测中最常用的传播方式。横波横波又称剪切波，是指质点的振动方向与波的传播方向垂直的声波。横波只能在固体中传播，常用于检测对纵波不敏感的缺陷。表面波表面波是指沿物体表面传播的声波，其能量集中在表面附近。表面波对表面缺陷非常敏感，常用于检测表面裂纹和腐蚀。超声波的衰减与散射1衰减超声波在介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用，其能量会逐渐减小，这种现象称为衰减。衰减会降低超声波的检测灵敏度，需要通过调整检测参数来补偿。2散射当超声波遇到介质中的不均匀性（如晶粒、气孔、夹杂物）时，会发生散射现象。散射会使超声波的传播方向发生改变，影响检测结果的准确性。散射的大小与缺陷的尺寸和形状有关。3影响因素影响超声波衰减和散射的因素有很多，包括介质的材料、频率、温度和表面粗糙度等。了解这些因素有助于选择合适的检测方法和参数，提高检测的可靠性。超声波探头类型：直探头结构直探头是一种常用的超声波探头，其晶片垂直于探测面。直探头主要由晶片、阻尼块、外壳和连接器组成。原理直探头通过晶片将电信号转换为超声波，并垂直发射到被测物体中。当超声波遇到缺陷时，会发生反射，反射波被探头接收并转换为电信号，从而实现缺陷的检测。应用直探头主要用于检测平行于探测面的缺陷，如夹杂物、气孔等。它具有操作简单、灵敏度高等优点，适用于多种材料的检测。斜探头结构斜探头与直探头的主要区别在于其晶片与探测面之间存在一定的角度。这个角度称为折射角，通常为30°、45°、60°或70°。1原理斜探头通过晶片将电信号转换为超声波，并以一定的角度发射到被测物体中。当超声波遇到缺陷时，会发生反射，反射波被探头接收并转换为电信号，从而实现缺陷的检测。2应用斜探头主要用于检测垂直于探测面的缺陷，如裂纹、未熔合等。它可以通过调整折射角来改变超声波的传播方向，从而检测到不同方向的缺陷。3双晶探头1结构双晶探头由两个晶片组成，一个发射超声波，另一个接收超声波。两个晶片之间有一定的距离和角度。2原理双晶探头利用发射晶片发射超声波，当超声波遇到缺陷时，会发生反射，反射波被接收晶片接收并转换为电信号，从而实现缺陷的检测。3应用双晶探头主要用于检测近表面缺陷和厚度较薄的材料。它具有灵敏度高、分辨率高等优点，适用于多种材料的检测。特殊探头1聚焦探头2水浸探头3高温探头除了常用的直探头、斜探头和双晶探头外，还有一些特殊探头，如聚焦探头、水浸探头和高温探头。聚焦探头可以将超声波聚焦到一点，提高检测的分辨率；水浸探头适用于表面不平整的物体；高温探头可以在高温环境下工作。这些特殊探头可以满足不同的检测需求。探头选择原则：根据检测对象和目的选择直探头斜探头双晶探头特殊探头选择合适的探头是超声波检测的关键。应根据检测对象的材料、形状、尺寸以及检测的目的（如检测缺陷的类型、大小、位置）来选择合适的探头。一般来说，对于表面平整的物体，可以选择直探头；对于需要检测垂直于表面的缺陷，可以选择斜探头；对于需要检测近表面缺陷或厚度较薄的材料，可以选择双晶探头；对于特殊环境，可以选择特殊探头。超声波仪器设备：脉冲反射式超声波探伤仪工作原理脉冲反射式超声波探伤仪是最常用的超声波检测设备。它通过发射超声波脉冲，接收来自缺陷的反射波，并根据反射波的强度和时间来判断缺陷的存在和位置。该仪器具有操作简单、功能齐全等优点。主要组成脉冲反射式超声波探伤仪主要由发射电路、接收电路、显示器和探头组成。发射电路产生超声波脉冲，探头将电信号转换为超声波，接收电路接收来自缺陷的反射波，显示器将反射波信号显示出来。脉冲反射式超声波探伤仪广泛应用于各种材料的缺陷检测，是超声波检测领域不可或缺的设备。穿透式超声波探伤仪工作原理穿透式超声波探伤仪使用两个探头，一个发射超声波，另一个接收超声波。超声波穿过被测物体，如果物体内部存在缺陷，会阻碍超声波的传播，从而使接收到的超声波信号减弱。通过分析接收到的超声波信号，可以判断物体内部是否存在缺陷。应用范围穿透式超声波探伤仪主要用于检测形状规则、厚度均匀的物体，如板材、管材等。它对气孔、夹杂物等缺陷比较敏感，但对裂纹等缺陷的检测效果较差。共振式超声波探伤仪1工作原理共振式超声波探伤仪利用超声波在物体内部发生共振的原理进行检测。当超声波的频率与物体的固有频率相同时，会发生共振，物体的振幅会增大。通过测量物体的振幅，可以判断物体内部是否存在缺陷。2应用特点共振式超声波探伤仪主要用于测量物体的厚度和检测分层缺陷。它对缺陷的尺寸和位置不太敏感，但对缺陷的存在非常敏感。3局限性共振式超声波探伤仪对物体的形状和尺寸要求较高，只适用于形状规则、尺寸均匀的物体。此外，它对耦合剂的要求也比较高。相控阵超声波探伤仪原理相控阵超声波探伤仪是一种新型的超声波检测设备。它使用多个晶片组成阵列，通过控制每个晶片的发射时间和相位，可以改变超声波的传播方向和聚焦位置，实现对物体的三维扫描。优势相控阵超声波探伤仪具有扫描速度快、检测范围广、成像清晰等优点，可以检测到传统超声波检测方法难以检测到的缺陷。它广泛应用于航空航天、石油化工等领域。发展趋势相控阵超声波探伤仪是超声波检测技术的发展方向。随着技术的不断进步，相控阵超声波探伤仪的应用范围将越来越广泛，检测能力将越来越强。超声波检测方法：脉冲反射法原理1基本原理脉冲反射法是超声波检测中最常用的方法。它通过探头向被测物体发射超声波脉冲，当超声波遇到缺陷时，会发生反射，反射波被探头接收并转换为电信号。通过分析反射波的强度和时间，可以判断缺陷的存在和位置。2A型显示脉冲反射法通常采用A型显示。A型显示以时间为横坐标，以反射波的强度为纵坐标，可以直观地显示反射波的信号。通过分析A型显示，可以判断缺陷的类型和大小。3应用范围脉冲反射法适用于各种材料的缺陷检测，如焊接缺陷、铸件气孔、锻件裂纹等。它具有灵敏度高、操作简单等优点，是超声波检测领域的基础方法。穿透法原理双探头穿透法使用两个探头，一个发射超声波，另一个接收超声波。超声波穿过被测物体，如果物体内部存在缺陷，会阻碍超声波的传播，从而使接收到的超声波信号减弱。信号分析通过分析接收到的超声波信号的强度和时间，可以判断物体内部是否存在缺陷。缺陷越大，接收到的超声波信号越弱。局限性穿透法对缺陷的定位精度较低，只能判断物体内部是否存在缺陷，无法确定缺陷的具体位置和大小。此外，穿透法对物体的形状和尺寸要求较高，只适用于形状规则、尺寸均匀的物体。共振法原理固有频率共振法利用超声波在物体内部发生共振的原理进行检测。当超声波的频率与物体的固有频率相同时，会发生共振，物体的振幅会增大。1振幅测量通过测量物体的振幅，可以判断物体内部是否存在缺陷。缺陷越大，物体的振幅越小。2局限性共振法对缺陷的尺寸和位置不太敏感，只能判断物体内部是否存在缺陷，无法确定缺陷的具体位置和大小。此外，共振法对物体的形状和尺寸要求较高，只适用于形状规则、尺寸均匀的物体。3超声波检测工艺：检测前的准备工作1设备检查检查超声波探伤仪和探头是否完好，电缆连接是否可靠。2参数设置根据检测对象和目的，设置合适的检测参数，如频率、增益、扫描速度等。3表面处理清理被测物体表面，去除油污、锈迹等杂物，确保表面光滑平整。检测前的准备工作是超声波检测的重要环节。只有做好充分的准备，才能保证检测结果的准确性和可靠性。准备工作包括设备检查、参数设置和表面处理。检测表面的处理1清理2打磨3抛光检测表面的处理是超声波检测的重要步骤。表面粗糙度会影响超声波的传播，降低检测的灵敏度和准确性。因此，需要对检测表面进行处理，使其光滑平整。常用的处理方法包括清理、打磨和抛光。耦合剂的选择与使用耦合剂是超声波检测中不可或缺的材料。它用于填充探头与被测物体之间的空隙，使超声波能够有效地传递到物体内部。耦合剂的选择应根据检测对象的材料、表面粗糙度和温度等因素来确定。常用的耦合剂有水、油、甘油和专用耦合剂等。检测参数的设置：频率、增益、扫描速度频率频率的选择应根据检测对象的材料和缺陷的大小来确定。一般来说，频率越高，分辨率越高，但穿透能力越弱；频率越低，穿透能力越强，但分辨率越低。增益增益用于放大接收到的超声波信号。增益过高会引入噪声，降低检测的信噪比；增益过低会使缺陷信号淹没在噪声中，无法检测到缺陷。扫描速度的选择应根据检测对象的尺寸和缺陷的大小来确定。扫描速度过快会漏检缺陷，扫描速度过慢会降低检测效率。扫查方式：线性扫查定义线性扫查是指探头沿一条直线移动进行检测。线性扫查是最常用的扫查方式，适用于检测形状规则、尺寸均匀的物体。线性扫查可以手动进行，也可以使用自动化设备进行。应用线性扫查的优点是操作简单、检测速度快，但检测范围有限，容易漏检缺陷。因此，在线性扫查时，应确保探头覆盖整个检测区域，并根据需要调整扫描速度和增益。扇形扫查1定义扇形扫查是指探头以一个点为中心，沿扇形区域移动进行检测。扇形扫查适用于检测圆形或弧形物体，如管道、压力容器等。2优点扇形扫查的优点是检测范围广、覆盖率高，可以检测到不同方向的缺陷。扇形扫查可以手动进行，也可以使用自动化设备进行。3注意事项在扇形扫查时，应确保探头与物体表面接触良好，并根据需要调整扫描速度和增益。此外，还需要注意扇形区域的覆盖范围，确保覆盖整个检测区域。螺旋扫查定义螺旋扫查是指探头沿螺旋线移动进行检测。螺旋扫查适用于检测圆柱形物体，如轴、棒材等。优点螺旋扫查的优点是覆盖率高、检测范围广，可以检测到不同位置的缺陷。螺旋扫查通常使用自动化设备进行，以确保扫描速度和精度的稳定。应用在螺旋扫查时，应确保探头与物体表面接触良好，并根据需要调整扫描速度和增益。此外，还需要注意螺旋线的间距，确保覆盖整个检测区域。检测结果的分析与判断：缺陷回波特征分析1回波高度缺陷回波的高度与缺陷的大小和反射率有关。一般来说，缺陷越大，反射率越高，回波高度越高。2回波位置缺陷回波的位置与缺陷的深度有关。根据回波到达的时间，可以计算出缺陷的深度。3回波形状缺陷回波的形状与缺陷的类型和形状有关。不同类型的缺陷，其回波形状也不同。通过分析回波形状，可以判断缺陷的类型。缺陷定位与尺寸测量定位方法缺陷定位是超声波检测的重要环节。常用的缺陷定位方法有三角法、峰值法和包络法。三角法利用几何关系计算缺陷的位置，峰值法以回波峰值的位置作为缺陷的位置，包络法以回波包络的中心位置作为缺陷的位置。尺寸测量缺陷尺寸测量也是超声波检测的重要环节。常用的缺陷尺寸测量方法有6dB法、20dB法和DAC法。6dB法以回波幅度下降6dB的位置作为缺陷的边界，20dB法以回波幅度下降20dB的位置作为缺陷的边界，DAC法利用距离幅度校正曲线测量缺陷的尺寸。缺陷类型的判断气孔气孔的回波通常呈点状，回波高度较低，回波位置不规则。1夹杂物夹杂物回波通常呈线状或面状，回波高度较高，回波位置比较规则。2裂纹裂纹回波通常呈线状，回波高度较高，回波位置比较规则，且具有方向性。3通过分析缺陷回波的特征，可以判断缺陷的类型。不同类型的缺陷，其回波特征也不同。掌握不同类型缺陷的回波特征，可以提高缺陷判断的准确性。检测标准的介绍：国内外超声波检测标准1国际标准ISO、ASTM等国际标准，适用于全球范围内的超声波检测。2国家标准GB/T（中国）、EN（欧洲）、JIS（日本）等国家标准，适用于特定国家的超声波检测。3行业标准ASME（美国机械工程师协会）等行业标准，适用于特定行业的超声波检测。超声波检测标准的制定是为了规范超声波检测的方法和要求，保证检测结果的准确性和可靠性。不同的国家和行业，其超声波检测标准也不同。在进行超声波检测时，应根据实际情况选择合适的检测标准。GB/T5777-2019钢的验收检验超声检测1标准范围2检测方法3质量评定GB/T5777-2019是中国的国家标准，规定了钢的验收检验超声检测的方法和质量评定要求。该标准适用于各种类型的钢材，是钢材生产和验收的重要依据。ASTME114结构钢板超声检验方法术语设备校准程序报告ASTME114是美国的标准，规定了结构钢板超声检验的方法。该标准适用于各种厚度的结构钢板，是结构钢板质量控制的重要依据。超声波检测的应用：焊接缺陷检测裂纹超声波检测可以有效地检测焊接裂纹，判断裂纹的位置、大小和方向。未熔合超声波检测可以有效地检测焊接未熔合，判断未熔合的程度和范围。焊接缺陷是焊接结构中最常见的缺陷。超声波检测是焊接缺陷检测的重要手段。它可以检测焊接裂纹、未熔合、气孔和夹渣等缺陷，保证焊接结构的质量。铸件缺陷检测气孔超声波检测可以有效地检测铸件气孔，判断气孔的大小和分布情况。夹杂物超声波检测可以有效地检测铸件夹杂物，判断夹杂物的类型和含量。铸件缺陷是铸造生产中常见的缺陷。超声波检测是铸件缺陷检测的重要手段。它可以检测铸件气孔、夹杂物、缩松和裂纹等缺陷，保证铸件的质量。锻件缺陷检测1裂纹超声波检测可以有效地检测锻件裂纹，判断裂纹的位置、大小和方向。2折叠超声波检测可以有效地检测锻件折叠，判断折叠的程度和范围。3夹杂物超声波检测可以有效地检测锻件夹杂物，判断夹杂物的类型和含量。锻件缺陷是锻造生产中常见的缺陷。超声波检测是锻件缺陷检测的重要手段。它可以检测锻件裂纹、折叠、夹杂物和白点等缺陷，保证锻件的质量。管道缺陷检测腐蚀超声波检测可以有效地检测管道腐蚀，判断腐蚀的程度和范围。裂纹超声波检测可以有效地检测管道裂纹，判断裂纹的位置、大小和方向。冲蚀超声波检测可以有效地检测管道冲蚀，判断冲蚀的程度和范围。管道缺陷是管道安全运行的重要威胁。超声波检测是管道缺陷检测的重要手段。它可以检测管道腐蚀、裂纹、冲蚀和减薄等缺陷，保证管道的安全运行。压力容器缺陷检测1裂纹超声波检测可以有效地检测压力容器裂纹，判断裂纹的位置、大小和方向。2腐蚀超声波检测可以有效地检测压力容器腐蚀，判断腐蚀的程度和范围。3焊缝缺陷超声波检测可以有效地检测压力容器焊缝缺陷，判断焊缝缺陷的类型和大小。压力容器是工业生产中重要的设备，其安全运行至关重要。超声波检测是压力容器缺陷检测的重要手段。它可以检测压力容器裂纹、腐蚀和焊缝缺陷等，保证压力容器的安全运行。超声波检测的优缺点：优点：灵敏度高，穿透能力强灵敏度高超声波检测可以检测到微小的缺陷，如微米级的裂纹和气孔。穿透能力强超声波可以穿透较厚的材料，检测材料内部的缺陷。适用范围广超声波检测适用于各种材料和形状的物体。缺点：对检测对象表面要求高，操作复杂表面要求高超声波检测对检测对象的表面粗糙度有较高的要求，表面粗糙会影响超声波的传播，降低检测的灵敏度和准确性。1操作复杂超声波检测需要专业的操作人员，操作人员需要具备一定的理论知识和实践经验。2结果分析复杂超声波检测结果的分析需要专业的知识和经验，才能准确判断缺陷的类型和大小。3超声波检测新技术：相控阵超声波检测技术原理1多晶片相控阵超声波检测技术使用多个晶片组成阵列，每个晶片可以独立控制。2波束控制通过控制每个晶片的发射时间和相位，可以改变超声波的传播方向和聚焦位置。3三维扫描利用波束控制，可以实现对物体的三维扫描，检测到传统超声波检测方法难以检测到的缺陷。相控阵超声波检测技术是一种新型的超声波检测技术，它具有扫描速度快、检测范围广、成像清晰等优点，是超声波检测技术的发展方向。全聚焦成像技术(TFM)1聚焦2成像3分析全聚焦成像技术(TFM)是一种利用相控阵超声波检测数据进行成像的技术。它通过对所有可能的焦点进行计算，得到物体的全聚焦图像，从而提高缺陷检测的灵敏度和准确性。TFM技术可以清晰地显示缺陷的形状和大小，有助于缺陷的判断和分析。TOFD(TimeofFlightDiffraction)技术TOFD(TimeofFlightDiffraction)技术是一种利用超声波衍射现象进行检测的技术。它通过测量超声波在缺陷尖端的衍射时间，来确定缺陷的位置和大小。TOFD技术对缺陷的大小和形状不敏感，可以准确地测量缺陷的尺寸。超声导波检测技术远距离超声导波可以沿管道等结构传播很远的距离，实现对长距离结构的检测。全覆盖超声导波可以覆盖整个结构的表面，检测到不同位置的缺陷。超声导波检测技术是一种利用超声导波在结构中传播进行检测的技术。超声导波具有传播距离远、覆盖范围广等优点，适用于对长距离管道、桥梁等结构的检测。它可以检测结构中的腐蚀、裂纹和减薄等缺陷。超声波检测的质量控制：检测人员的资质要求资质认证超声波检测人员应具备相应的资质认证，如EN473、ISO9712等。资质认证可以证明检测人员具备相应的理论知识和实践经验，能够胜任超声波检测工作。培训考核超声波检测人员应经过专业的培训和考核，掌握超声波检测的原理、方法和标准。培训和考核可以提高检测人员的技能水平，保证检测结果的准确性和可靠性。检测设备的校准与维护1定期校准超声波检测设备应定期进行校准，以保证检测设备的准确性和可靠性。校准应按照相关的标准和规范进行。2日常维护超声波检测设备应进行日常维护，如清洁、润滑和检查等。日常维护可以延长设备的使用寿命，保证设备的正常运行。3维护记录应建立完善的设备维护记录，记录设备的校准和维护情况。维护记录可以追溯设备的使用历史，为设备的管理和维护提供依据。检测记录的规范化管理记录完整检测记录应完整记录检测过程中的各项信息，如检测时间、地点、设备、人员、参数和结果等。可追溯检测记录应具有可追溯性，可以追溯到检测的原始数据和操作过程。安全保存检测记录应安全保存，防止丢失或损坏。检测记录的保存期限应符合相关的标准和规范。规范化管理检测记录是保证检测质量的重要措施。完整的检测记录可以为质量分析和问题追溯提供依据。检测记录应按照相关的标准和规范进行管理。检测报告的编写1报告内容检测报告应包括检测的目的、范围、方法、设备、参数、结果和结论等内容。2报告格式检测报告应按照相关的标准和规范编写，格式规范、内容清晰。3报告审核检测报告应经过审核，确保报告内容的准确性和可靠性。检测报告是超声波检测的最终成果，是评价产品质量的重要依据。检测报告应按照相关的标准和规范编写，内容完整、格式规范、结论明确。安全注意事项：操作安全规范操作操作人员应按照操作规程进行操作，严禁违章操作。防护用品操作人员应佩戴必要的防护用品，如防护眼镜、手套等。紧急处理操作人员应了解紧急处理措施，如发生意外情况，应及时采取措施。操作安全是超声波检测的重要保障。操作人员应具备安全意识，严格遵守操作规程，确保操作安全。设备安全定期检查定期检查设备的安全性能，如绝缘、接地等。1维护保养定期维护保养设备，如清洁、润滑等。2安全使用按照设备说明书的要求安全使用设备，严禁超负荷使用。3设备安全是超声波检测的重要保障。设备管理人员应定期检查和维护设备，确保设备的安全运行。辐射安全1了解2防护3警惕虽然超声波检测不使用电离辐射，但仍存在一定的辐射风险。操作人员应了解超声波辐射的危害，采取必要的防护措施，如佩戴防护眼镜、控制检测时间等。此外，应警惕其他可能的辐射源，如X射线等。案例分析：焊接缺陷超声波检测案例1检测对象2检测方法3检测结果本案例介绍了一个焊接缺陷超声波检测的实际案例。通过本案例的学习，您可以了解焊接缺陷超声波检测的具体步骤和方法，掌握焊接缺陷的判断和分析技巧。铸件气孔超声波检测案例一级二级三级四级本案例介绍了一个铸件气孔超声波检测的实际案例。通过本案例的学习，您可以了解铸件气孔超声波检测的具体步骤和方法，掌握气孔的判断和分析技巧。管道裂纹超声波检测案例检测过程通过详细的步骤，展示管道裂纹是如何被超声波检测发现并评估的。结果分析展示如何分析超声波数据以确定裂纹的大小、位置和严重程度。本案例介绍了一个管道裂纹超声波检测的实际案例。通过本案例的学习，您可以了解管道裂纹超声波检