05-其它超声检测.ppt

2-3超声波检测新技术2-3-1电磁超声检测中难以正常结合，因此金属材料处于毛料状态，高温状态，具有氧化物表面，使用常用压电转换器更难检测。在接触法超声波检查中，毛面需要加工抛光，以满足一定表面粗糙度的要求。由于高温状态，在居里点下压电芯片也经常不能正常工作。液体浸出法改善了部分羊毛表面检查，但在高温状态下，由于工件，液体也很难汽化。接触法也很难实际看到高速探伤。特别是被氧化皮复盖的材料，在结合时能量损失很大，不稳定。由于剪切和结合的困难，横波转换器在超声波检查中的应用受到了很大限制。理论上，SH剪切波对探测奥氏体不锈钢焊缝很有效，但液体结合剂很难传播剪切波。因此，希望有不接触、损失小的超声波检查方法。电磁超声有可能在综合电磁感应和金属超声生成等原理得到的电子学与超声相结合的基础上解决上述问题。和涡流法一样，根据法拉第电磁感应定律，金属表面有交流电流线圈时，金属表面以与线圈内电流频率相同的频率检测涡流。所有包含电流的导体在磁场中放置时都会受到力的作用。力的大小与导体的长度、导体上的电流、导体上的位置磁场以及导体和磁场角度的导体的正弦成正比。在下图中，A-常数、F-导体的力、I导体的电流、H-导体的磁场强度、L-导体的长度、-导体和磁场之间的角度、力F的方向垂直于电流I和磁场H确定的平面，并根据左手定则确定。如果磁场h的方向不变，施加在线圈上的力的变化完全取决于线圈的电流方向。线圈通过交流电流时，此力也将交替，与线圈的电流频率相同。这表明在交变磁场中，金属导体产生涡流。涡流发生期间，任何电流都会在磁场中受到力的作用。因此，金属介质在交变应力下产生应力波，超声波频率范围内的应力波产生超声波。如果将流过交流电流的金属导体放在一定磁场内，金属表面的涡流渗透深度内的粒子就会受到交变力。这种力震动深入内部的粒子，在金属中产生超声波。相反，由于这种效果的可逆性，粒子的振动会返回声压，由于磁场的作用，涡流线圈两端的电压会发生变化。通过适当的接收器接收，然后放大显示，用这种方法发出和接收的超声波称为电磁超声波。在此方法中，超声波转换器不是将交流电流流动的线圈和外部固定磁场相结合。金属表面也是转换器的一部分，电声转换是通过金属表面完成的。电磁超声波只能在导电介质中产生，因此只能用于导电材料毛坯。根据上述原理，金属材料可以产生不同波形的超声波。因为改变线圈的内部电流方向会改变放置在固体磁场中的线圈各部分的力方向。当同一线圈被放置在不同方向的磁场中时，线圈的力方向又发生了变化。(1)金属中纵波的生成图a是刺激纵波的示意图，其扁平涡流线圈接近金属表面，磁铁放置使金属内的磁力线平行于金属表面。线圈通过高频电流时，金属表面会检测到涡流。涡流与磁线平行时，涡流受到一种力的作用。例如，粒子受到力，半个周期后产生力。粒子在此力的作用下产生与作用力方向一致的弹性波。这个弹性波是纵波。，(2)金属中剪切波的生成度b是产生剪切波的示意图，磁力线垂直于金属表面，涡流线圈通过高频电流时作用于涡流的力平行于金属表面。特定时间涡流图，此时粒子力右，半周期后力左。粒子在这个力的作用下产生与作用力垂直的弹性波，这种弹性波是剪切波。(3)倾斜声梁的激发电磁法引起纵波和横波的激发。这两波的主声梁在金属中间垂直于金属表面。为了获得入射角不同的超声波光束，可以将多个小线圈放在同一个恒定磁场中。如果每个线圈以不同的延迟顺序受到刺激，则整个声束波前将从金属表面产生一个角度，从而得到具有一定入射角的一个超声光束。您可以变更较小螺旋之间的位置(间距)、几何图形大小和延迟，以变更梁入射角的大小。如果此角度在一定程度上较大，则还可以对检查的其他对象产生面波和面波。(4)在聚焦光束的此平面金属表面，用电磁超声方法刺激聚焦光束通常很困难，但在金属面是圆箔的情况下，可以很容易地获得聚焦光束。这是因为涡流在金属弧表面的每个点接收的力不在同一方向，而是聚焦在结果超声光束上。此聚焦光束的焦距为曲率半径r。换句话说，焦点位于中心。因此，用此方法生成的聚焦声音束的聚焦情况和焦点都由工件的曲面曲率决定。(5)电磁超声的接收与声音多发和金属表面的取向有关，因为只有导体切割磁线时，导体才能产生圆流，磁场是粒子垂直振动动作力的结果。在接收线圈两端检测到的电信号的振幅与涡流强度成正比，与声束入射方向和金属表面法线之间的角度有关。因此，当从金属接收返回超声波时，电磁接收探头不“接收”指定波类型的波。超声波引起的金属表面的粒子振动，接收特定方向的分量。(6)影响电磁超声系统灵敏度的因素电磁超声系统的能量转换非常复杂，影响因素很多。一般认为，影响电磁超声系统的因素与线圈两端输出电压u有关，经验公式包括中间I-发射线圈电流、n1-发射线圈灯、n2-接收线圈中的灯数、B-外部磁场磁感应强度、-金属表面电导率、D-线圈几何因素、h-线圈因此，电磁超声对不同工件的灵敏度不同。一般电磁超声的灵敏度比压电超声(PZT)低约40dB。但是工件表面有磁性氧化皮(Fe3O4)的时候就不是这样了。在最好的情况下，电磁超声比压电超声敏感约40dB。但是工件表面的氧化皮不均匀，部分脱落。要利用此特性，可以人为地在部分表面涂上磁性氧化皮的特定涂层。电磁超声检查的优点是能产生SH剪切波，特别适合核电站使用较多的奥氏体不锈钢焊接，用普通超声波转换器是不可能的。目前使用比较好的电磁超声换能器的频率为2MHz，SH剪切波，折射角为45o，使用信号平均法减少噪音，增加信噪比。2-3-2奥氏体不锈钢焊缝的超声波检测奥氏体不锈钢焊缝的粗颗粒和各向异性不能用普通超声波方法进行无损检测。但是由于奥氏体不锈钢的断裂韧性高、蠕变性和耐蚀性好等优点，应用越来越广泛。在核电站和化工厂，奥氏体不锈钢焊接在重要部分使用。为了保证安全，超声波检查是必须的。奥氏体不锈钢是弹性异质性物质，对超声检查工件内超声传播有重要影响。在弹性异质性物质中，声时晶界散射较大，但声散射在粒度达到一定程度时，会严重影响超声波的正常检测。换言之，材料的弹性异质性是影响超声波检测的基本因素，粒度是影响超声波检测的必要条件。弹性异种材料的超声波检查在材料的晶粒直径接近波长的1/5时更困难。例如，如果超声波频率为2MHz，则钢的剪切波速为3230m/s，因此波长约为1.6mm。当粒子直径达到0.8mm时，无法进行超声波检查。大多数奥氏体不锈钢焊缝的平均晶粒直径大于0.5mm，长度超过10mm，因此，通常的剪切波斜探头很难进行超声波检查。降低剪切波频率，从2MHz降低到1MHz，超声波波长相对于粒子直径有所改善，但是声音光束容易发射，从而产生假信号。分段双芯片探针有助于提高信噪比，最先用于粗晶材料检测。但是探针盖深度约为15mm，超出此范围，声波束迅速发射。例如，厚度为60mm的奥氏体不锈钢焊缝需要4个探针，表面区域有70o折射角探针，后面有65o、60o、45o折射角探针。粗晶材料超声波检测中经常出现的另一个问题是伪信号，是由于伪影内部粗晶颗粒的界面反射回波叠加累积而产生的。高阻尼窄脉冲探针可以降低探针的信噪比，提高粗糙晶体材料的散射，同时消除假信号。高阻尼窄脉冲探针的另一个优点是具有非常好的近场分辨率。中心频率2 2.5mhz的窄脉冲探针适用于壁厚9 60mm粗晶材料，中心频率0.5 1mhz的窄脉冲探针适用于壁厚60 90mm奥氏体钢焊接。最重要的措施是改进超声波转换器性能，即上面提到的窄脉冲纵波探头，奥氏体不锈钢焊接需要窄脉冲纵波倾斜探头。纵波倾斜探针与常用剪切相比，入射角小得多，不能使用与普通剪切波倾斜探针类似的楔形。否则，界面反射波将返回压电波，形成干涉杂波，影响探针的方形区域和信噪比，通常使用高有机玻璃楔形来减少界面反射波的影响。2-5-5超声成像技术在超声波检测工作中如何直观地理解缺陷形状，用声音观察不透水物体的内部结构是很久以前就关注的问题。微处理器技术的快速发展，对超声成像技术的展望很广。(1)P扫描成像P扫描是指投影图像扫描，即缺陷的三向投影扫描。这相当于在三个零件视图(俯视图、前视图和侧视图)中获得准确的零件形状。可以从三个方向测量缺陷，显示缺陷的形式、位置、方向等。p扫描技术已经包含b扫描和c扫描技术，核心部分是p扫描处理器，是连接扫描仪并可用于生产现场的便携式设备。有4通道脉冲接收器、成像液晶屏，可以保存以进行后处理或立即打印存档。扫频器可以手动操作或自动检测，自动跟踪焊接位置，特别是对晶界应力腐蚀裂纹的检测效果好。传统的超声波检测技术首先测量特定参考反射体(标准测试块)，预设仪器的检测灵敏度，仅在回波振幅超过预设水平时记录，并预先选择了缺陷检测标准。p扫描设备可以在检测过程中记录所有反射信号及其位置坐标，然后随时用所有检测灵敏度处理该信号。这种后处理系统称为可变显示级别，是p扫描系统的主要特征。在工件腐蚀坑自动检测的情况下，p扫描系统具有自动查找腐蚀坑最深处的t扫描软件，即厚度扫描软件。p扫描系统还可以数字化、显示和记录原始a扫描数据及其探针位置，从而确定缺陷大小，对复杂形状的工件至关重要。最近，p-扫描系统还开发了使用集成孔径成像技术聚焦非聚焦超声换能器的检查结果的软件。在扫描期间，存储、处理在其他探测位置检测到的a型信号，并使用几何统计重建方法，比常规成像技术提高缺陷定量准确度。目前，软件几乎可以实时处理，还包括点分析技术，如果回显模型更复杂，这有助于提高检测精度。此外，在新的p扫描系统中，使用时间跨衍射技术(TOFD)，对确定工件上裂纹端点的位置非常有效。(2)ALOK成像技术是超声波ALOK成像技术，即振幅、传播时间和位置曲线技术。使用普通转换器，工件上的扫描检测、发射和接收脉冲超声波、接收信号中既有裂纹缺陷信号，又有噪声干扰信号，相互干扰。通过脉冲峰值检测处理，得到了对应于脉冲峰值的波的传播时间和振幅。在所有扫描位置重复测试，可以获得传递时间数据分布和相应的振幅数据分布图。使用三角窗口搜索方法进行传播时间数据处理，消除噪声，然后使用几何重建或迭代重建进行缺陷成像。ALOK成像技术的一些难点，第一三角形搜索窗口确定的强烈经验，然后几何重建方法速度快，精度低，迭代方法精度高，但速度慢，整个过程更复杂，难以实时完成。改进ALOK成像系统需要设计和开发实时多通道检测设备，以接受更多信息，缩短测试时间，测试方法也需要改进。(3)SAFT成像技术超声波SAFT成像技术是仿照集成孔径雷达成像技术制作的。这是作为引用相位的光处理技术实现的，但是复杂的光处理系统限制了其开发应用程序。集成光圈成像技术的成像过程包括三个基本阶段：原始数据收集、数据处理和图像重建以及缺陷图像显示。在SAFT系统中，散射信号的接受和脉冲波的发射可以通过一个转换器和两个转换器来实现。普通探针和焦点探针都可以使用。当发送和接收探针时，焦点探针接收的散射能量较小，信噪比低，影响重建图像的质量，而常规探针检测缺陷图像的横向分辨率低。将这两者结合起来，可以解决普通探针发射、焦点探针接收SAF成像技术的灵敏度和分辨率之间的矛盾。具有高分辨率、与缺陷大小无关、高信噪比、清晰图像显示等优点的集成孔径成像技术，为测试工作要求高的情况下的定量超声检查提供了有效的方法。随着串行探测等计算机技术的快速发展和检测方法的不断改进，SAFT成像技术大大提高了图像重建的速度。(4)超声全息技术在激光全息技术成为可能的情况下，声波全息技术再次出现，特别是正面投影技术正在迅速发展。超声全息技术发展得很快，更成功或更接近实用的超声全息术主要有机器、电子、激光等扫描方法b布拉格衍射、c时间基准全息术、扫描全息术等a级方法，超声全息术的基本原理与光全息术相似，一般超声成像技术有三个根本区别，a使用相干超声波“照亮”对象b的基准超声光束和干涉效果。液位超声全息是超声全息术中最早开发的方法，其优点是实时成像非常简单，成像质量受到一些限制，但仍被重视。扫描超声全息与液位超声全息的原理相同，通过工件内的扫描实现超声全息，但在全息图的形成和再现中不同于液位超声全息。在扫描超声全息探针的过程中，将超声全息信息记录在内存中，然后完成全息图。扫描超声全息实现了脉冲声信息的点对点记录，因此，通过电路处理，可以提高灵敏度，使用电信号代替超声波基准波。2-3-4超声波显微镜光学显微镜和电子显微镜将人的视力扩展到了微型世界，但无法仔细观察不透明物体的内部。超声波显微镜有可能解决这个问题，现在超声波显微镜达到了光学显微镜的分辨率水平。光学显微镜的极限分辨率约为0.3m，声音显微镜的分辨率也要达到0.31m，声波的频率必