机械故障诊断7(讲稿)

1、l定义定义：所谓无损检测，就是在不破坏或不改变被检物体（形状、：所谓无损检测，就是在不破坏或不改变被检物体（形状、结构、技术状态及使用性能）的前提下，利用声、光、电、磁结构、技术状态及使用性能）的前提下，利用声、光、电、磁等方法，检测物体内部或表面有无缺陷以及缺陷的类型、大小、等方法，检测物体内部或表面有无缺陷以及缺陷的类型、大小、位置等的技术手段的总称。位置等的技术手段的总称。l方法种类方法种类： 五种常规方法五种常规方法：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、 涡流检测涡流检测; 无损检测新技术无损检测新技术：声发射检测、红外、激光全息等：声发射

2、检测、红外、激光全息等.l应用应用：制造厂家的产品质量管理、用户订货的验收检查、设备：制造厂家的产品质量管理、用户订货的验收检查、设备使用与维护过程中的安全检查等方面，广泛用于石化、电力、使用与维护过程中的安全检查等方面，广泛用于石化、电力、机械、建筑等行业。机械、建筑等行业。l第一节第一节 常见缺陷的分类描述常见缺陷的分类描述 l第二节第二节 超声波检测超声波检测（重点讨论）（重点讨论）l第三节第三节 射线检测射线检测l第四节第四节 磁粉检测磁粉检测l第五节第五节 渗透检测渗透检测l第六节第六节 涡流检测涡流检测l第七节第七节 声发射检测声发射检测l分类目的：分类目的：不同的缺陷种类有不同的

3、最适应的检测方法不同的缺陷种类有不同的最适应的检测方法 与之对应。与之对应。 铸件中常见的缺陷现象：铸件中常见的缺陷现象：气孔、缩孔与缩松、夹砂与夹渣、裂纹、气孔、缩孔与缩松、夹砂与夹渣、裂纹、 冷隔和浇不足等。冷隔和浇不足等。 锻件中常见的缺陷现象：锻件中常见的缺陷现象：砂眼、缩松砂眼、缩松(包括气孔包括气孔)、显微裂、显微裂 纹、夹层、纹、夹层、 烧裂、骤冷骤热裂纹、轧制裂纹等。烧裂、骤冷骤热裂纹、轧制裂纹等。 钢板中常见的缺陷现象：钢板中常见的缺陷现象：分层与夹杂物、裂纹、皮下气孔、表面缺陷等分层与夹杂物、裂纹、皮下气孔、表面缺陷等 棒钢常见的缺陷现象：棒钢常见的缺陷现象：裂纹、夹杂、表

4、面缺陷等。裂纹、夹杂、表面缺陷等。 钢管中常见的缺陷现象：钢管中常见的缺陷现象：外壁折叠、外壁划痕、横向裂纹、纵向裂纹等外壁折叠、外壁划痕、横向裂纹、纵向裂纹等 焊缝中常见的缺陷现象焊缝中常见的缺陷现象：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔等。：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔等。 使用维修过程中常见的缺陷现象：使用维修过程中常见的缺陷现象：裂纹、摩擦腐蚀、气蚀等。裂纹、摩擦腐蚀、气蚀等。l形状：形状： 平面型平面型：裂纹、分层、折叠。：裂纹、分层、折叠。 体积型体积型：气孔、缩孔、缩松、夹杂。：气孔、缩孔、缩松、夹杂。l位置：位置： 内部内部：气孔、缩孔、缩松。：气孔、缩孔、缩松。 表面（近表面

5、）表面（近表面） ：裂纹。：裂纹。l方向方向（相对于外表面）：（相对于外表面）： 平行平行：分层。：分层。 垂直垂直：横向裂纹。：横向裂纹。l一、超声波检测的基本原理一、超声波检测的基本原理l二、超声波检测设备二、超声波检测设备l三、超声波检测方法三、超声波检测方法l四、超声波检测的应用四、超声波检测的应用 l日常生活中的实例：日常生活中的实例：用手拍打西瓜来判断西瓜是否熟了；铁用手拍打西瓜来判断西瓜是否熟了；铁道工人用锒头敲击火车车轮以检查车轮是否开裂或松脱等都道工人用锒头敲击火车车轮以检查车轮是否开裂或松脱等都是声波检测的例子。超声波检测与上述方法没有本质上的差是声波检测的例子。超声波检测

6、与上述方法没有本质上的差别，只是由于采用了超声波，并且借助仪器设备进行超声波别，只是由于采用了超声波，并且借助仪器设备进行超声波的发射与接收，从而基本消除了因人的经验与水平的差异而的发射与接收，从而基本消除了因人的经验与水平的差异而造成检测结果的误差，提高了检测结果的可靠性。造成检测结果的误差，提高了检测结果的可靠性。l超声波检测基本原理：超声波检测基本原理：用发射探头向被检物内部发射频率很用发射探头向被检物内部发射频率很高的超声波，用接收探头接收从缺陷处反射回来（反射法）高的超声波，用接收探头接收从缺陷处反射回来（反射法）或穿过被检工件后（穿透法）的超声波，并将其在显示仪表或穿过被检工件后（

7、穿透法）的超声波，并将其在显示仪表上显示出来，通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减上显示出来，通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况，即可获得物体内部有否缺陷以及缺陷的位置、大小及情况，即可获得物体内部有否缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质等方面的信息。其性质等方面的信息。l（一）超声波基础（一）超声波基础l 超声波的定义及其简单特性超声波的定义及其简单特性l 超声波超声波：是一种质点振动频率高于是一种质点振动频率高于20KHz的机械波，因其频的机械波，因其频率超过人耳所能听见的声频段（率超过人耳所能听见的声频段（16Hz20KHz）而得名超声）而得名超声波。波。l 无损检测用的超声波

8、频率范围：无损检测用的超声波频率范围：为为25MHz，其中最常用，其中最常用 的的 频段为频段为10MHz。l超声波特性：超声波特性：超声波之所以被广泛地应用于无损检测，是基超声波之所以被广泛地应用于无损检测，是基于超于超 声波的如下特性：声波的如下特性： 指向性好；穿透能力强；在界面处指向性好；穿透能力强；在界面处发生反射、折射和波型转换。发生反射、折射和波型转换。l超声波的定义及其简单特性超声波的定义及其简单特性l （1）指向性好）指向性好 超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，在无损检测超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，在无损检测中使用的超声波波长为毫米数量级。它象光波一样具有很

9、好中使用的超声波波长为毫米数量级。它象光波一样具有很好的指向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗的指向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找所需物品一样在被检材料中发现缺陷。中寻找所需物品一样在被检材料中发现缺陷。l （2）穿透能力强）穿透能力强 超声波的能量较高，在大多数介质中传播时能量损失小，超声波的能量较高，在大多数介质中传播时能量损失小，传播距离远，穿透能力强，在有些金属材料中，其穿透能力传播距离远，穿透能力强，在有些金属材料中，其穿透能力可达数米。可达数米。 （3）在界面处发生反射、折射和波型转换）在界面处发生反射、折射和波型转换 人们利用超声波在介质中的这些

10、传播特性，使超声波检测人们利用超声波在介质中的这些传播特性，使超声波检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。l 超声波的分类超声波的分类 与其它机械波一样，超声波也可有多种方法来对与其它机械波一样，超声波也可有多种方法来对其进行分类描述，不同的类型有不同的特性和用途。其进行分类描述，不同的类型有不同的特性和用途。 下面简述常用的分类方法。下面简述常用的分类方法。l 按质点振动方向分；按质点振动方向分；l 按振动持续时间的长短分；按振动持续时间的长短分；l 按波形分。按波形分。l这是超声检测中最常见的分类方法。这是超声检测中最常见的分类方法。l根据波动传播时介

11、质质点的振动方向与根据波动传播时介质质点的振动方向与波的传播方向的相互关系的不同，可将波的传播方向的相互关系的不同，可将超声波分为超声波分为纵波、横波、表面波纵波、横波、表面波和和板波板波等。等。l纵波纵波 纵波是介质质点的振动方向与波的传播方向平行的纵波是介质质点的振动方向与波的传播方向平行的波，用波，用L表示。纵波是当弹性介质的质点受到交变的表示。纵波是当弹性介质的质点受到交变的拉压应力作用时产生的，故又称拉压应力作用时产生的，故又称压缩波或疏密波。压缩波或疏密波。 纵波可在任何弹性介质（固、液、气体）中传播。纵波可在任何弹性介质（固、液、气体）中传播。l横波横波 横波是介质质点的振动方向

12、与波的传播方向互相垂横波是介质质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波，常用直的波，常用S或或T表示。当介质质点受到交变的剪表示。当介质质点受到交变的剪切应力作用时产生切变变形，从而形成横波，故横切应力作用时产生切变变形，从而形成横波，故横波又称波又称切变波。切变波。 横波只能在固体介质中传播。横波只能在固体介质中传播。l 当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，波，称为表面波称为表面波，常用，常用R表示。表面波是瑞利表示。表面波是瑞利(Rayleigh)于于1887年首先提出来的，因此，表面波又称年首先提出来的，因此，表面波又称

13、瑞利波瑞利波。l 表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆运动可视为纵向运动与横向运动的合成，即纵波与横波的合成，运动可视为纵向运动与横向运动的合成，即纵波与横波的合成，因此，因此，表面波同横波一样也只能在固体介质中传播，不能在液表面波同横波一样也只能在固体介质中传播，不能在液体或气体介质中传播。体或气体介质中传播。l 表面波只能在固体表面传播。表面波的能量随距表面深度表面波只能在固体表面传播。表面波的能量随距表面深度的增加

14、而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，其振幅降至的增加而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，其振幅降至最大振幅的倍。通常表面波检测只能发现距工件表面最大振幅的倍。通常表面波检测只能发现距工件表面两倍波长两倍波长深度深度内的缺陷。内的缺陷。l板波板波l 在厚度与波长相当的弹性薄板中传播的波称为板波。在厚度与波长相当的弹性薄板中传播的波称为板波。广义地，板波也包括在圆棒、方钢和管材中传播的波，广义地，板波也包括在圆棒、方钢和管材中传播的波，但通常所说的板波仅狭义地指但通常所说的板波仅狭义地指兰姆波兰姆波。l 兰姆波又分为兰姆波又分为对称型（对称型（S型）型）和和非对称型（非对称型（A型）型）两两种

15、，其中，对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作种，其中，对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作相位相反并对称于中心的纵向振动，上下表面质点作相位相反并对称于中心的椭圆振动；而非对称型兰姆波的特点是：薄板中心质椭圆振动；而非对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作横向振动，上下表面作相位相同的椭圆振动。点作横向振动，上下表面作相位相同的椭圆振动。l根据波源振动持续时间的长短，分为根据波源振动持续时间的长短，分为连续波连续波和和脉冲波脉冲波两种。两种。l连续波连续波 波源持续不断地振动所辐射的波称为连续波。连续波常用波源持续不断地振动所辐射的波称为连续波。连续波常用于于穿透法检测穿

16、透法检测和和共振法测厚共振法测厚，其振动形态如图，其振动形态如图7- 1a所示。所示。l脉冲波脉冲波 波源振动持续时间很短（微秒级）、间歇辐射的波称为脉波源振动持续时间很短（微秒级）、间歇辐射的波称为脉冲波。目前，冲波。目前，超声无损检测中广泛采用的就是脉冲波超声无损检测中广泛采用的就是脉冲波，其振，其振动形态如图动形态如图7-1b。 l本分类方法常用于声波的理论研究。本分类方法常用于声波的理论研究。 先介绍波阵面、波前和波线等概念，其意义见图先介绍波阵面、波前和波线等概念，其意义见图7-2。l波阵面波阵面：是指同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所联：是指同一时刻介质中振动相位相同的所有质点

17、所联成的面，其形状称为成的面，其形状称为波形，波形，分为分为平面波平面波、柱面波柱面波和和球面波。球面波。l波前：波前：是指某一时刻波动所到达的空间各点所联成的面；是指某一时刻波动所到达的空间各点所联成的面；l波线：波线：是波的传播方向线。是波的传播方向线。3. 超声场及其特征参量超声场及其特征参量超声场：超声场：指充满超声波的空间或超声振动所涉及的介质部分。指充满超声波的空间或超声振动所涉及的介质部分。描描 述超声场的主要特征参量有述超声场的主要特征参量有：(1) 声压：声压：超声场中某一点某一瞬时所具有的压强超声场中某一点某一瞬时所具有的压强 p1与该点没有与该点没有超声波存在时的静态压强

18、超声波存在时的静态压强 p0 之差称为该点的声压，记为之差称为该点的声压，记为 p ，单位为帕斯卡单位为帕斯卡(Pa)。(2) 声强：声强：单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，记为单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，记为I，其常用单位为，其常用单位为erg/cm2.s(尔格尔格/厘米厘米2.秒秒)或或W/cm2。(3) 声阻抗：声阻抗：介质中某一点的声压与该处质点的振动速度之比称介质中某一点的声压与该处质点的振动速度之比称为声阻抗，常用为声阻抗，常用Z 表示，单位为表示，单位为g/cm2.s或或kg/m2.s。数值上，。数值上，声阻抗等于介质密度与声速声阻抗等于介质密度与声速 c

19、的乘积，即的乘积，即 Zcl(二二)超声波的传播特性超声波的传播特性l1.超声波的叠加、干涉和衍射超声波的叠加、干涉和衍射l2.超声波的反射、折射和波型转换超声波的反射、折射和波型转换l3.超声波的衰减超声波的衰减l(1) 波的叠加原理波的叠加原理 当几列波在同一介质中传播并相遇时当几列波在同一介质中传播并相遇时, 相遇处质相遇处质点的振动是各列波引起分振动的合成，任一时刻该点的振动是各列波引起分振动的合成，任一时刻该质点的位移是各列波引起的分位移的矢量和。相遇质点的位移是各列波引起的分位移的矢量和。相遇后的各列波仍保持它们各自原有的特性后的各列波仍保持它们各自原有的特性(频率、波长、频率、波

20、长、振动方向等振动方向等)不变，并按照各自原来的传播方向继续不变，并按照各自原来的传播方向继续前进，好象在各自的传播过程中没有遇到其它波一前进，好象在各自的传播过程中没有遇到其它波一样。样。l(2)波的干涉波的干涉 两列频率和振动方向相同、相位差恒定的波相遇两列频率和振动方向相同、相位差恒定的波相遇时，由于波的叠加作用，会使某些地方的振动始终时，由于波的叠加作用，会使某些地方的振动始终互相加强，而在另一些地方的振动始终互相减弱或互相加强，而在另一些地方的振动始终互相减弱或完全抵消的现象称为波的干涉。完全抵消的现象称为波的干涉。l相干波：相干波：能产生干涉现象的波。能产生干涉现象的波。l相干波源

21、：相干波源：能产生相干波的波源。能产生相干波的波源。l(3)波的衍射（或绕射）：波的衍射（或绕射）： 超声波在传播过程中遇到障碍物时，一方面产生反射和折超声波在传播过程中遇到障碍物时，一方面产生反射和折射，另一方面产生绕射，能绕过其边缘，并继续前进。绕射射，另一方面产生绕射，能绕过其边缘，并继续前进。绕射本领的大小取决于障碍物尺寸本领的大小取决于障碍物尺寸 Df 和波长的相对大小，即：和波长的相对大小，即： 当当 Df 时，几乎只反射而无绕射；时，几乎只反射而无绕射； 当当 Df 时，则既反射又绕射。时，则既反射又绕射。l绕射使反射回波减弱，因此一般认为超声波检测所能探测到绕射使反射回波减弱，

22、因此一般认为超声波检测所能探测到的最小缺陷尺寸为的最小缺陷尺寸为 / 2。 超声波从一种介质传播到另一种介质：超声波从一种介质传播到另一种介质：l(1) 超声波超声波垂直入射垂直入射时会发生反射和透射时会发生反射和透射l(2) 超声波超声波倾斜入射倾斜入射时会发生反射、折射和时会发生反射、折射和波型转换波型转换l当超声波从声阻抗为当超声波从声阻抗为 z1的的 介质垂直入射声阻抗为介质垂直入射声阻抗为z2 的介质，若其界面为单一的介质，若其界面为单一 平界面平界面 (如图如图7-3所示所示) 时，时， 则服从如下的反射和透射则服从如下的反射和透射 规律，仅与声阻抗有关。规律，仅与声阻抗有关。l声

23、压反射率声压反射率： l声压透射率声压透射率： 图图7-3 2112zzzzPPrir2122zzzPPtitl讨论：讨论：l 钢钢/空气空气(固固/气气)界面界面; 当当 时，如钢时，如钢/空气界面。计算可得：空气界面。计算可得： 此即说明，当入射波介质声阻抗远大于透射波介质的声阻此即说明，当入射波介质声阻抗远大于透射波介质的声阻抗时，声压反射率趋于抗时，声压反射率趋于-1，透射率趋于，透射率趋于0，即声压几乎全反，即声压几乎全反射而无透射。射而无透射。l 启示：检测中，探头和工件间如不施加耦合剂，则形成固启示：检测中，探头和工件间如不施加耦合剂，则形成固（晶片）（晶片）/气界面，超声波将无

24、法进入工件。气界面，超声波将无法进入工件。2112zzzzPPrir21zz 2122zzzPPtitl讨论：讨论：l当当 时，时， 。例如钢的淬火部分与非。例如钢的淬火部分与非淬火部分、普通碳素钢焊缝的母材与焊接金属之间的淬火部分、普通碳素钢焊缝的母材与焊接金属之间的声阻抗相差很小，一般约为声阻抗相差很小，一般约为1%。 设设 z1=1, z2，则计算可得：，则计算可得：r = -0.005, t 。l因此，在焊缝检测中，若母材与焊接金属结合面间没因此，在焊缝检测中，若母材与焊接金属结合面间没有任何缺陷，是不会产生界面回波的。有任何缺陷，是不会产生界面回波的。2112zzzzPPrir21z

25、z 1, 0tr2122zzzPPtitl 概述概述 当超声波倾斜入射到异质界面时，会产生反射、射波和波当超声波倾斜入射到异质界面时，会产生反射、射波和波型转换。型转换。 反射、折射定律反射、折射定律 超声波从传播速度为超声波从传播速度为 c1的介质倾斜入射的介质倾斜入射到传播速度为到传播速度为c2 的介质时的介质时(如图如图7-4a所示所示)，反射波和折射波的传播方向由反射、折射反射波和折射波的传播方向由反射、折射定律（又称斯涅尔定律）来确定，即：定律（又称斯涅尔定律）来确定，即： （7-8） l式中式中 、 、 入射角、反射角和折射角。入射角、反射角和折射角。211sinsinsinccc

26、l反射、折射定律（续）反射、折射定律（续）l对于纵波入射的固对于纵波入射的固/固界面（图固界面（图7-4b），），根据式（根据式（7-8）有：）有： l对于横波入射的固对于横波入射的固/固界面（图固界面（图7-4c），），根据式（根据式（7-8）有：）有： 22111sinsinsinsinsinssLLssLLLLccccc22111sinsinsinsinsinssLLssLLsscccccl临界角临界角 临界角描述了超声波倾斜入射到单一平界面时的某种极限临界角描述了超声波倾斜入射到单一平界面时的某种极限传播特性，与界面两侧介质的声学特性有关。传播特性，与界面两侧介质的声学特性有关。 在超

27、声检测中，常用的临界角有在超声检测中，常用的临界角有第一临界角、第二临界角第一临界角、第二临界角和和第三临界角第三临界角，各自的定义如下：，各自的定义如下：l (a)第一临界角第一临界角 ：使纵波的折射角使纵波的折射角 L= 90o 的纵波入射角的纵波入射角 L 的值称为第一临界角，记为的值称为第一临界角，记为 。l (b)第二临界角第二临界角 ：使横波的折射角使横波的折射角 S= 90o 的纵波入射角的纵波入射角 L的值称为第二临界角，记为的值称为第二临界角，记为 。l (c)第三临界角第三临界角 ：使纵波的反射角使纵波的反射角 L= 90o的横波入射角的横波入射角 s 的值称为第三临界角，

28、记为的值称为第三临界角，记为 。l由上述临界角的物理意义可知：由上述临界角的物理意义可知：l 当当 时，第二介质中只存在有折射横波而没时，第二介质中只存在有折射横波而没有折射纵波，这就是常用横波探头的设计依据；有折射纵波，这就是常用横波探头的设计依据；l 当当 时，第二介质中既无折射纵波又无折射时，第二介质中既无折射纵波又无折射横波，但在第二介质表面形成表面波，这就是常用表横波，但在第二介质表面形成表面波，这就是常用表面波探头的设计依据。面波探头的设计依据。 说明：说明：以上只是超声波传播到界面时所发生的最基本的变化，事以上只是超声波传播到界面时所发生的最基本的变化，事实上，超声波在界面处的变

29、化情况要远比此复杂，有关这方面实上，超声波在界面处的变化情况要远比此复杂，有关这方面的更为详细的论述，可参阅超声波检测或声学方面的专门论著，的更为详细的论述，可参阅超声波检测或声学方面的专门论著，此处不再赘述。此处不再赘述。IIILIILl超声波的衰减：超声波的衰减：是指超声波在介质中传播时，随着是指超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象。传播距离的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象。 (1)衰减的原因：衰减的原因：扩散衰减；散射衰减；扩散衰减；散射衰减； 吸收衰减吸收衰减 (2)衰减的表示方法：衰减的表示方法： 定性比较法定性比较法：只能概略地比较超声波在不只能概

30、略地比较超声波在不 同材质中同材质中的衰减情况，的衰减情况， 定量计算法定量计算法：用衰减系数来表示超声波在介质中的用衰减系数来表示超声波在介质中的衰减衰减 程度。程度。l超声波检测设备是从事超声检测的工具，超声波检测设备是从事超声检测的工具， 通常指：通常指： （一）超声波检测仪（一）超声波检测仪 （二）超声波探头（二）超声波探头 （三）试块（三）试块 （四）耦合剂（四）耦合剂 l超声波检测仪是超声检测的主体设备，其性能的好超声波检测仪是超声检测的主体设备，其性能的好坏直接影响到检测结果的可靠性。坏直接影响到检测结果的可靠性。l超声波检测仪的作用超声波检测仪的作用：是产生电振荡并加于探头，：

31、是产生电振荡并加于探头，使之发射超声波，同时，还将探头送回的电信号进使之发射超声波，同时，还将探头送回的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将检测结行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将检测结果显示出来，人们以此获得被检工件内部有无缺陷果显示出来，人们以此获得被检工件内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息。以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息。l实用中的超声波检测仪实用中的超声波检测仪种类繁多种类繁多，其性，其性能和操作方法也各有差异。能和操作方法也各有差异。l常见的分类方法如下：常见的分类方法如下： （1）按超声波的连续性分；）按超声波的连续性分； （2）按缺陷显示的方

32、式分；）按缺陷显示的方式分； （3）按超声波的通道数分。）按超声波的通道数分。l(1)按超声波的连续性分按超声波的连续性分l 脉冲波检测仪脉冲波检测仪 工作原理：工作原理：通过向工件周期性地发射不连续且频率固定的超通过向工件周期性地发射不连续且频率固定的超声波，根据超声波的传播时间及幅度来判断工件中缺陷的有声波，根据超声波的传播时间及幅度来判断工件中缺陷的有无、位置、大小及性质等信息，无、位置、大小及性质等信息， 应用：应用：是目前使用最为广泛的一类超声波检测仪。是目前使用最为广泛的一类超声波检测仪。l 连续波检测仪连续波检测仪 工作原理：工作原理：通过探头向工件中周期性地发射连续且频率不变通

33、过探头向工件中周期性地发射连续且频率不变(或在小范围内变化或在小范围内变化)的超声波，根据透过工件的超声波的强的超声波，根据透过工件的超声波的强度变化来判断工件中缺陷的有无及大小、性质等。度变化来判断工件中缺陷的有无及大小、性质等。 性能特点：性能特点：这种仪器灵敏度低，且不能确定缺陷的位置，这种仪器灵敏度低，且不能确定缺陷的位置， 应用应用：大多被脉冲波检测仪所取代，在超声显像和测厚等方：大多被脉冲波检测仪所取代，在超声显像和测厚等方面仍有应用。面仍有应用。 l(1)按超声波的连续性分按超声波的连续性分l调频波检测仪调频波检测仪 工作原理：工作原理：这种仪器通过探头向工件中发射连续这种仪器通

34、过探头向工件中发射连续的、频率周期性变化的超声波，根据发射波与反的、频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况来判断工件中有无缺陷。射波的差频变化情况来判断工件中有无缺陷。 性能特点：性能特点：只适用于检查与探测面平行的缺陷，只适用于检查与探测面平行的缺陷， 应用：应用：以往的调频式路轨检测仪便采用这种原理，以往的调频式路轨检测仪便采用这种原理，目前已大多被脉冲波检测仪所取代。目前已大多被脉冲波检测仪所取代。l（2）按缺陷显示的方式分）按缺陷显示的方式分 按其显示缺陷的方式不同，可将超声波检测仪按其显示缺陷的方式不同，可将超声波检测仪分为分为A型、型、B型和型和C型型等等3种类型

35、。种类型。l A型显示检测仪：型显示检测仪：A型显示是一种波形显示，检测仪示波屏型显示是一种波形显示，检测仪示波屏的横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的横坐标代表声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷的位置，而由反射波的的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷的位置，而由反射波的波高则可估计缺陷的性质和大小波高则可估计缺陷的性质和大小。l B型显示检测仪：型显示检测仪：B型显示是一种图象显示，检测仪示波屏型显示是一种图象显示，检测仪示波屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电

36、子扫描来代表声波的传播时间（或距离），因而可直观地显示子扫描来代表声波的传播时间（或距离），因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。l C型显示检测仪：型显示检测仪：C型显示也是一种图象显示，检测仪示波型显示也是一种图象显示，检测仪示波屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，示波屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象（顶表面移动时，示波屏上便显示

37、出工件内部缺陷的平面图象（顶视图），但不能显示缺陷的深度。视图），但不能显示缺陷的深度。l（3）按超声波的通道数分）按超声波的通道数分 根据通道数的多少不同，可将超声波检测仪分根据通道数的多少不同，可将超声波检测仪分为单通道型和多通道型两大类，其中前者应用最为单通道型和多通道型两大类，其中前者应用最为广泛，而后者则主要应用于自动化检测。为广泛，而后者则主要应用于自动化检测。 l 目前广泛使用的是目前广泛使用的是A型显示脉冲反射式超声波型显示脉冲反射式超声波检测仪，其构造原理、主要性能指标、使用方法检测仪，其构造原理、主要性能指标、使用方法等可参考有关书籍或等可参考有关书籍或 仪器说明书仪器说明

38、书。 l 探头的功能就是将电能转换为超声能（发射探头）探头的功能就是将电能转换为超声能（发射探头）和将超声能转换为电能（接收探头）。和将超声能转换为电能（接收探头）。l 探头是超声波检测设备的重要组成部分，其性能探头是超声波检测设备的重要组成部分，其性能的好坏对超声波检测的成功与否起关键性作用。目的好坏对超声波检测的成功与否起关键性作用。目前，超声波检测用的探头多为前，超声波检测用的探头多为压电型压电型，其作用原理，其作用原理为压电晶体在高频电振荡的激励下产生高频机械振为压电晶体在高频电振荡的激励下产生高频机械振动，并发射超声波（发射探头）；或在超声波的作动，并发射超声波（发射探头）；或在超声

39、波的作用下产生机械变形，因此产生电荷（接收探头用下产生机械变形，因此产生电荷（接收探头)。l(1) 直探头直探头 直探头用来发射和接收直探头用来发射和接收纵波，多用于手工操作接纵波，多用于手工操作接触法检测，既适宜于单探触法检测，既适宜于单探头反射法，又适宜于双探头反射法，又适宜于双探头穿透法。它主要由压电头穿透法。它主要由压电晶片、阻尼块、壳体、接晶片、阻尼块、壳体、接头和保护膜等基本元件组头和保护膜等基本元件组成。其典型结构如图成。其典型结构如图7-8a所示。所示。l(2)斜探头斜探头 利用透声斜利用透声斜 块使声束倾斜块使声束倾斜于工件表面射入工件的探头于工件表面射入工件的探头称为斜探头

40、。依入射角的不称为斜探头。依入射角的不同，斜探头可在工件中产生同，斜探头可在工件中产生纵波、横波和表面波，也可纵波、横波和表面波，也可在薄板中产生板波。通常所在薄板中产生板波。通常所说的斜探头是指横波斜探头，说的斜探头是指横波斜探头，它主要由压电晶片、透声斜它主要由压电晶片、透声斜块、吸声材料、阻尼块、外壳块、吸声材料、阻尼块、外壳和电气接插件等几部分组成，和电气接插件等几部分组成，其典型结构如图其典型结构如图7-8所示。所示。l(3)表面波探头表面波探头 表面波探头是斜探头的一个特例。当斜探头表面波探头是斜探头的一个特例。当斜探头入射角等于第二临界角时，由波型转换得到沿入射角等于第二临界角时

41、，由波型转换得到沿被测材料表面传播的表面波，这种斜探头称为被测材料表面传播的表面波，这种斜探头称为表面波探头，其结构与横波斜探头完全相同，表面波探头，其结构与横波斜探头完全相同，只是斜块入射角不同。表面波探头适于探测工只是斜块入射角不同。表面波探头适于探测工件表面或近表面的缺陷。件表面或近表面的缺陷。 l按一定的用途设计制作的具有按一定的用途设计制作的具有简单形状人工反射体简单形状人工反射体的试件称的试件称为试块。为试块。l超声波检测中使用的试块种类繁多，用途各异，各种试块的超声波检测中使用的试块种类繁多，用途各异，各种试块的用途归结起来主要有：用途归结起来主要有： (1) 确定合适的检测方法

42、；确定合适的检测方法； (2) 确定和校验检测灵敏度；确定和校验检测灵敏度； (3) 测试和校验仪器和探头的性能，如组合灵敏度、垂直线测试和校验仪器和探头的性能，如组合灵敏度、垂直线 性、水平线性、盲区和分辨力等；性、水平线性、盲区和分辨力等； (4) 调节探测范围，确定缺陷位置；调节探测范围，确定缺陷位置； (5) 评价缺陷大小，对被探工件评级和判废；评价缺陷大小，对被探工件评级和判废； (6) 测量材质衰减和确定耦合补偿等。测量材质衰减和确定耦合补偿等。 试块举例：试块举例：l作用：作用：主要是提供声耦合（排除探头与工件表面之间主要是提供声耦合（排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效

43、地传入工件）；减小探头与的空气，使超声波能有效地传入工件）；减小探头与工件表面间的摩擦，延长探头的使用寿命。工件表面间的摩擦，延长探头的使用寿命。l对耦合剂的一般要求是：对耦合剂的一般要求是： 能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适 当，易于清洗；当，易于清洗； 声阻抗高，透声性能好；声阻抗高，透声性能好； 对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境；对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境； 性能稳定，能长期保存；性能稳定，能长期保存； 来源广，价格便宜。来源广，价格便宜。l超声波检测中常用超声波检测中常用 的耦合剂及其声阻的耦合剂及其声阻 抗如表抗如

44、表7-4所示。所示。（一）超声波检测方法概述（一）超声波检测方法概述l 1超声波检测方法的分类超声波检测方法的分类l 2探测条件的选择探测条件的选择（二）超声波检测的定位、定量与定性（二）超声波检测的定位、定量与定性l超声波检测方法可从多个角度来对其进行分类：超声波检测方法可从多个角度来对其进行分类： （1）按检测原理分：按检测原理分：脉冲反射法（）、穿透法脉冲反射法（）、穿透法和共振法等；和共振法等； （2）按超声波的波形分）按超声波的波形分：纵波法、横波法、表面：纵波法、横波法、表面波法和板波法等；波法和板波法等； （3）按探头的数目分：）按探头的数目分：单探头法、双探头法和多单探头法、双

45、探头法和多探头法等；探头法等； （4）按探头与试件的耦合方式分：）按探头与试件的耦合方式分：直接接触法和直接接触法和液浸法两大类等。液浸法两大类等。l下面简单讨论超声波检测按原理的分类情况。下面简单讨论超声波检测按原理的分类情况。l(1)脉冲反射法脉冲反射法 超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来检测超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来检测试件内有无缺陷的方法称为脉冲反射法。试件内有无缺陷的方法称为脉冲反射法。 根据判断缺陷的回波性质的不同，脉冲反射法又可进一步分为：根据判断缺陷的回波性质的不同，脉冲反射法又可进一步分为： 缺陷回波法；缺陷回波法；底面回波

46、高度法；底面回波高度法；底面多次回波法底面多次回波法 等三种。等三种。l缺陷回波法是最基本的脉冲反射法，缺陷回波法是最基本的脉冲反射法，l基本原理基本原理：当试件完好时，超声波可顺利传播到达底面，在：当试件完好时，超声波可顺利传播到达底面，在底面光滑且与探测面平行的条件下，检测图形中只有表示发底面光滑且与探测面平行的条件下，检测图形中只有表示发射脉冲射脉冲T及底面回波及底面回波B的两个信号，如图的两个信号，如图7-15a所示。若试件所示。若试件内存在有缺陷，则在检测图形中的底面回波前有表示缺陷内存在有缺陷，则在检测图形中的底面回波前有表示缺陷F的回波，如图的回波，如图7-15b所示。所示。l基

47、本原理：基本原理：当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的；如果试件中有缺陷，则底面回波高度会下降甚基本不变的；如果试件中有缺陷，则底面回波高度会下降甚至消失，如图至消失，如图7-16所示。所示。l主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件检主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件检测。测。l在试件完好无缺的情况下，超声波可在探测面与底面之间往在试件完好无缺的情况下，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底面回波复传播多次，示波屏上出现多次底面回波B1、B2、B3；如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散

48、射而增加了声如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波能的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次按指数衰减的规律，并显示出缺陷回波，如图高度依次按指数衰减的规律，并显示出缺陷回波，如图7-17所示。所示。l(2) 穿透法穿透法: 依据超声波（连续波或脉冲波）穿透试件之后的依据超声波（连续波或脉冲波）穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。能量变化来判断缺陷情况的一种方法。l(3)共振法共振法: 根据试件的共振特性来判断试件的厚度或缺陷情况的方法根据试件的共振特性来判断试件的厚度或缺陷情况的方法称为共振法。称

49、为共振法。 基本原理：基本原理：若频率可调的连续超声波在被检试件内传播，若频率可调的连续超声波在被检试件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，则由于入射波当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，则由于入射波和反射波的相位相同而引起共振，因而仪器可显示出共振频和反射波的相位相同而引起共振，因而仪器可显示出共振频率点，试件的厚度由下式计算而得：率点，试件的厚度由下式计算而得： l式中式中 试件厚度；试件厚度； c 被检试件中的声速被检试件中的声速 fn、fn-1 第第n和和n-1次共振点的共振频率。次共振点的共振频率。 )(21nnffcl内容：内容：探测条件的选择一般是指仪器、探头探测

50、条件的选择一般是指仪器、探头和扫查方式等方面的选择。和扫查方式等方面的选择。l意义：意义：正确选择探测条件对于有效地发现缺正确选择探测条件对于有效地发现缺陷并对其进行定位、定量与定性分析都是至陷并对其进行定位、定量与定性分析都是至关重要的。关重要的。l选择方法：选择方法：实际检测中一般根据工件结构形实际检测中一般根据工件结构形状、加工工艺和技术要求来选择探测条件。状、加工工艺和技术要求来选择探测条件。l 1超声波检测的定位；超声波检测的定位；l 2超声波检测的定量；超声波检测的定量；l 3超声波检测的定性。超声波检测的定性。l假定仪器已按假定仪器已按1：n的声程调节纵波扫描速度，并由的声程调节

51、纵波扫描速度，并由示波屏可知缺陷波前沿对应的水平刻度值为示波屏可知缺陷波前沿对应的水平刻度值为 ，则缺陷至探头的垂直距离为：则缺陷至探头的垂直距离为： ffnxfl一次波检测时（图一次波检测时（图7-18a所示），缺陷所示），缺陷 在工件中的水平距离和垂直距离分别为：在工件中的水平距离和垂直距离分别为： (7- 14)l二次波检测时（如图二次波检测时（如图7-18b所示），缺陷所示），缺陷 在工件中的水平距离和垂直距离分别为：在工件中的水平距离和垂直距离分别为： （7- 15）coscossinsinffffffnxdnxlcos2cos2sinsinffffffnTxTdnxll在超声波检测

52、中，测定缺陷的在超声波检测中，测定缺陷的大小大小和和数量数量简称定量。简称定量。l对对A型脉冲反射式超声波检测而言，目前对缺陷的定量方法型脉冲反射式超声波检测而言，目前对缺陷的定量方法很多，但均有一定的局限性。较常用的定量方法有很多，但均有一定的局限性。较常用的定量方法有: 当量法当量法; 底波高度法底波高度法; 测长法。测长法。l （1） 当量法当量法: 与标准试块、相关的曲线等进行比较进行定与标准试块、相关的曲线等进行比较进行定量分析。量分析。l（2）底波高度法：）底波高度法：其基本原理是当工件中存在缺陷时，由其基本原理是当工件中存在缺陷时，由于缺陷反射使工件底波下降。缺陷越大，缺陷波越高

53、，底波于缺陷反射使工件底波下降。缺陷越大，缺陷波越高，底波就越低，缺陷波与底波之比就越大。用该比值来衡量缺陷的就越低，缺陷波与底波之比就越大。用该比值来衡量缺陷的相对大小相对大小l（3）测长法：）测长法：是根据缺陷波高与探头移动的距离来确定缺是根据缺陷波高与探头移动的距离来确定缺陷尺寸的。陷尺寸的。 l重要性：重要性：不同性质的缺陷产生的机理不同，对工件的危害程不同性质的缺陷产生的机理不同，对工件的危害程度不同。例如裂纹就比气孔、夹渣的危害大得多，因此，缺度不同。例如裂纹就比气孔、夹渣的危害大得多，因此，缺陷定性对超声波检测来说十分重要。陷定性对超声波检测来说十分重要。l常用方法：常用方法：实

54、际检测中常常根据经验并结合工件的加工工艺、实际检测中常常根据经验并结合工件的加工工艺、缺陷特性、缺陷波形和底波情况来估计缺陷的性质。缺陷特性、缺陷波形和底波情况来估计缺陷的性质。l发展方向：发展方向：应用现代信号分析方法和图形识别技术，根据缺应用现代信号分析方法和图形识别技术，根据缺陷波形自动识别缺陷的性质。陷波形自动识别缺陷的性质。l超声波检测的应用超声波检测的应用是多方面的，既可是多方面的，既可用于锻件、棒材、用于锻件、棒材、板材、管材以及焊板材、管材以及焊缝等的检测，又可缝等的检测，又可用于厚度、硬度以用于厚度、硬度以及材料的弹性模量及材料的弹性模量和晶粒度等的检测，和晶粒度等的检测，超

55、声波检测的适用超声波检测的适用范围如图范围如图7-24所示。所示。l概述：概述：射线检验是无损检测技术中的一种射线检验是无损检测技术中的一种直观可靠直观可靠的检测方的检测方法。在我国，射线检验已有较长的历史，并在各工业部门中法。在我国，射线检验已有较长的历史，并在各工业部门中形成了庞大的技术队伍。他们在提高产品质量、保证使用安形成了庞大的技术队伍。他们在提高产品质量、保证使用安全、增进产品设计的科学性、加强生产管理、降低成本，以全、增进产品设计的科学性、加强生产管理、降低成本，以及进行新材料、新产品、新工艺的试验研究方面都作出了重及进行新材料、新产品、新工艺的试验研究方面都作出了重要贡献。要贡

56、献。l射线射线：就是指：就是指X射线、射线、射线、射线、射线、射线、射线、电子射线和中射线、电子射线和中子射线等。其中，子射线等。其中，X射线、射线、射线射线和和中子射线中子射线因易于穿透物质因易于穿透物质而在产品质量检测中获得了应用。而在产品质量检测中获得了应用。l射线穿透物质的最大厚度为射线穿透物质的最大厚度为：钢铁约：钢铁约450mm、铜约、铜约350mm、铝约铝约1200mm。l工作原理工作原理：射线在穿过物质射线在穿过物质的过程中，由于受到物质的散射的过程中，由于受到物质的散射和吸收作用而使其强度降低，降和吸收作用而使其强度降低，降低的程度取决于物体材料的种类、低的程度取决于物体材料

57、的种类、射线种类及其穿透距离。这样，射线种类及其穿透距离。这样，当我们把强度均匀的射线照射到当我们把强度均匀的射线照射到物体物体(如平板如平板)上一个侧面，通过在上一个侧面，通过在物体的另一侧检测射线在穿过物物体的另一侧检测射线在穿过物体后的强度体后的强度(变化变化)，就可检测出物，就可检测出物体表面或内部的缺陷，包括缺陷体表面或内部的缺陷，包括缺陷的的种类种类、大小大小和和分布状况分布状况，这就，这就是射线检测的简单原理。是射线检测的简单原理。l工作过程：工作过程：射线穿过物质后的强度检测方法有：射线穿过物质后的强度检测方法有：直接照相法、直接照相法、间接照相法和透视法间接照相法和透视法等多

58、种。其中，对微小缺陷的检测以等多种。其中，对微小缺陷的检测以X射线和射线和射线的直接照相法最为理想，其典型操作的简单过程射线的直接照相法最为理想，其典型操作的简单过程如下如下：l一般把被检物安放在离射线装置一般把被检物安放在离射线装置0.51米的地方米的地方(将被检物按将被检物按射线穿透厚度为最小的方向放置射线穿透厚度为最小的方向放置)，把胶片盒紧贴在被检物的，把胶片盒紧贴在被检物的背后，让背后，让X射线或射线或射线照射适当的时间射线照射适当的时间(几分钟至几十分钟不几分钟至几十分钟不等等)进行充分曝光。把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、进行充分曝光。把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、

59、水洗和干燥。将干燥的底片放在显示屏的观察灯上观察，根水洗和干燥。将干燥的底片放在显示屏的观察灯上观察，根据底片的据底片的黑度黑度和和图象图象来判断缺陷的种类、大小和数量，随后来判断缺陷的种类、大小和数量，随后按通行的要求和标准对缺陷进行等级分类。按通行的要求和标准对缺陷进行等级分类。l注意事项注意事项l射线的防护：射线的防护：首先应清醒地认识到射线辐射对人体健康首先应清醒地认识到射线辐射对人体健康(包包括遗传因素括遗传因素)的损害作用。的损害作用。X射线在切断电源后就不再发生，射线在切断电源后就不再发生，而同位素射线而同位素射线(如如射线射线)是源源不断地发生射线的。此外，还是源源不断地发生射

60、线的。此外，还应特别注意：射线不只是笔直地向前辐射，它还可通过被检应特别注意：射线不只是笔直地向前辐射，它还可通过被检物、周围的墙壁、地板以及天花板等障碍物进行反射与透射物、周围的墙壁、地板以及天花板等障碍物进行反射与透射传播。传播。l高压危险：高压危险：其次还应注意：其次还应注意：X 射线装置是在几万乃至几十万射线装置是在几万乃至几十万伏高电压下工作的，通常虽有充分的绝缘，但也必须注意防伏高电压下工作的，通常虽有充分的绝缘，但也必须注意防止意外的高压危险。止意外的高压危险。l一、磁粉检测的简单原理一、磁粉检测的简单原理l二、磁粉检测的基本步骤二、磁粉检测的基本步骤l三、磁粉检测的特点与适用范