第七章无损检测技术

1、第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院1第七章第七章 无损检测技术无损检测技术 所谓所谓无损检测无损检测，就是利用物质因，就是利用物质因存在缺陷存在缺陷而使其而使其某一某一物理性能发生变化物理性能发生变化的特点，实现在不破坏或不的特点，实现在不破坏或不改变被检物体的前提下，完成对该物体的检测与评改变被检物体的前提下，完成对该物体的检测与评价的技术手段的总称。价的技术手段的总称。 无损检测包括超声检测、射线检测、磁粉检测、无损检测包括超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测以及声发射检测等多种方法。渗透检测、涡流检测以及声发射检测等多种方法。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学

2、院2第一节 常见缺陷的分类描述第二节 超声波检测第三节 射线检测第四节 磁粉检测第五节 渗透检测第六节 涡流检测第七节 声发射检测 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院3第一节第一节 常见缺陷的分类描述常见缺陷的分类描述 无损检测主要是对材料或零件中无损检测主要是对材料或零件中缺陷缺陷的检测的检测。不同的缺陷种类有不同的最适。不同的缺陷种类有不同的最适应的检测方法与之对应。应的检测方法与之对应。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院4一、铸件中常见的缺陷现象一、铸件中常见的缺陷现象(1) (1) 气孔气孔(2) (2) 缩孔与缩松缩孔与缩松(3) (3) 夹砂与夹渣夹砂与夹渣(4)

3、(4) 裂纹裂纹(5) (5) 冷隔和浇不足冷隔和浇不足(6) (6) 熔敷不良产生的缺陷熔敷不良产生的缺陷(7) (7) 白点白点( (发裂发裂) )(8) (8) 鼠尾鼠尾(9) (9) 偏析偏析第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院5二、锻件中常见的缺陷现象二、锻件中常见的缺陷现象 (1) (1) 夹砂和夹渣夹砂和夹渣 (2) (2) 缩孔和疏松缩孔和疏松 (3) (3) 金属和非金属夹杂物金属和非金属夹杂物 (4) (4) 龟裂龟裂 (5) (5) 过热过热 (6) (6) 过烧过烧 (7) (7) 烧裂烧裂 (8) (8) 折叠折叠 (9) (9) 白点白点第七章 无损检测技术

4、中国矿业大学机电学院6三、型材中常见的缺陷现象三、型材中常见的缺陷现象1 1钢板中常见的缺陷现象钢板中常见的缺陷现象 (1) (1) 分层与夹杂物分层与夹杂物 (2) (2) 裂纹裂纹 (3) (3) 皮下气孔皮下气孔 (4) (4) 表面缺陷表面缺陷2 2棒钢中常见的缺陷现象棒钢中常见的缺陷现象 (1) (1) 裂纹裂纹 (2) (2) 夹杂夹杂 (3) (3) 表面缺陷表面缺陷 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院73 3钢管中常见的缺陷现象钢管中常见的缺陷现象 (1) (1) 外壁折叠外壁折叠 (2) (2) 外壁划痕外壁划痕 (3) (3) 横向裂纹横向裂纹 (4) (4) 纵向

5、裂纹纵向裂纹第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院8四、焊缝中常见的缺陷现象四、焊缝中常见的缺陷现象 (1) (1) 裂纹裂纹 (2) (2) 未焊透未焊透 (3) (3) 未熔合未熔合 (4) (4) 夹渣夹渣 (5) (5) 夹杂夹杂 (6) (6) 气孔气孔 (7) (7) 咬边咬边 (8) (8) 白点白点第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院9五、使用与维修过程中常见的缺陷现象五、使用与维修过程中常见的缺陷现象 (1) (1) 裂纹裂纹 (2) (2) 摩擦腐蚀摩擦腐蚀 (3) (3) 气蚀气蚀第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院10第二节第二节 超声波检测超声波检测

6、一、超声波检测的物理基础一、超声波检测的物理基础 超声波检测就是先用发射探头向被检物内超声波检测就是先用发射探头向被检物内部发射超声波，用接收探头接收从缺陷处部发射超声波，用接收探头接收从缺陷处反反射射回来回来( (反射法反射法) )或或穿过穿过被检工件后被检工件后( (穿透法穿透法) )的超声波，并将其在显示仪表上显示出来，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，即可获得物体内部减情况，即可获得物体内部有无缺陷以及缺有无缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质陷的位置、大小及其性质等方面的信息。等方面的信息。第七章 无

7、损检测技术 中国矿业大学机电学院11( (一一) ) 超声波基础超声波基础1 1超声波的定义超声波的定义 超声波是一种依靠弹性介质中的质点而超声波是一种依靠弹性介质中的质点而传播的机械振动，即传播的机械振动，即机械弹性波机械弹性波。因其频率。因其频率超过人耳所能听见的声频段超过人耳所能听见的声频段( (16Hz20kHz) )而得名超声波。无损检测用的超声波频率范而得名超声波。无损检测用的超声波频率范围为围为0.225MHz，其中最常用的频段为，其中最常用的频段为0.510MHz。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院12 超声波的特性：超声波的特性： (1) (1) 指向性好指向性好

8、(2) (2) 穿透能力强穿透能力强 (3) (3) 能量高能量高第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院132 2超声波的分类超声波的分类(1)(1)按质点振动方向分按质点振动方向分 根据波动传播时介质质点的振动方向与波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，可将超声波的传播方向的相互关系的不同，可将超声波分为分为纵波纵波、横波横波、表面波表面波和和板波板波等。这是超等。这是超声检测中最常见的分类方法。声检测中最常见的分类方法。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院14 纵波纵波 介质质点的振动方向与波的传播方向相介质质点的振动方向与波的传播方向相同的波称作纵波

9、，常用同的波称作纵波，常用L表示。表示。 纵波是当弹纵波是当弹性介质的质点受到交变的拉压应力作用时产性介质的质点受到交变的拉压应力作用时产生的，故又称压缩波或疏密波。生的，故又称压缩波或疏密波。纵波可在任纵波可在任何弹性介质何弹性介质( (固体、液体和气体固体、液体和气体) )中传播中传播。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院15 横波横波 介质质点的振动方向与波的传播方向互介质质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波称作横波，常用相垂直的波称作横波，常用S或或T表示。当介表示。当介质质点受到交变剪切应力作用时，会产生剪质质点受到交变剪切应力作用时，会产生剪切变形，形成横波，故横波又称

10、为切变波。切变形，形成横波，故横波又称为切变波。横横波只能在波只能在固体介质固体介质中传播。中传播。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院16 表面波（瑞利波）表面波（瑞利波） 介质表面在受到交变应力作用时产生的沿介质表面在受到交变应力作用时产生的沿介质表面传播的波，称为表面波，常用介质表面传播的波，称为表面波，常用R表表示。示。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院17 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0.37倍。因此，通常认为，表面波检测只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。第七章 无损检测技术

11、 中国矿业大学机电学院18 板波板波 在在厚度与波长相当厚度与波长相当的弹性薄板中传播的波称作板的弹性薄板中传播的波称作板波。广义上的板波也包括在圆棒、方管和管材中传波。广义上的板波也包括在圆棒、方管和管材中传播的波，但通常所说的都是指狭义上的板波即兰姆播的波，但通常所说的都是指狭义上的板波即兰姆波。波。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院19（2 2）按照持续时间的长短分）按照持续时间的长短分 连续波连续波 脉冲波脉冲波 图图7-1 7-1 连续波和脉冲波连续波和脉冲波(a)(a)连续波；连续波； (b)(b)脉冲波脉冲波 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院20 波阵面波阵面

12、，是指同一时刻介质中振动相位相，是指同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所联成的面；而同的所有质点所联成的面；而波前波前则是指某则是指某一时刻波动所到达的空间各点所联成的面；一时刻波动所到达的空间各点所联成的面；波线波线则是波的传播方向线。则是波的传播方向线。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院21(3)(3)按波形分按波形分 所谓所谓波形波形，即波阵面的形状。根据波形的，即波阵面的形状。根据波形的不同，通常把不同波源发出的波分为不同，通常把不同波源发出的波分为平面平面波、柱面波和球面波波、柱面波和球面波。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院22 平面波平面波 平面波的波阵面为相互

13、平行的平面，其波平面波的波阵面为相互平行的平面，其波源为一平面。平面波的波动方程为：源为一平面。平面波的波动方程为：cxtAycos第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院23 柱面波柱面波 波阵面为同轴圆柱的波称为柱面波。柱面波阵面为同轴圆柱的波称为柱面波。柱面波的波源为一条线。其波动方程为：波的波源为一条线。其波动方程为：cxtxAycos第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院24 球面波球面波 波阵面为同心球面的波称为球面波，波阵面为同心球面的波称为球面波，其波源为一点。球面波的波动方程为：其波源为一点。球面波的波动方程为：cxtxAycos第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学

14、院253 3超声场及其特征参数超声场及其特征参数 充满超声波的空间或超声振动所涉及的介充满超声波的空间或超声振动所涉及的介质部分称为质部分称为超声场超声场。 描述超声场的主要特征参数有描述超声场的主要特征参数有声压声压、声声强强、声阻抗声阻抗和和波束指向性波束指向性及及半扩散角半扩散角等。等。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院26(1) (1) 声压声压 超声场中某一点在某瞬时所具有的超声场中某一点在某瞬时所具有的压强压强p1与与该该点没有超声波存在时的点没有超声波存在时的静压压强静压压强p0之差之差称作该点称作该点的声压，记做的声压，记做p，单位为帕斯卡，单位为帕斯卡( (Pa) )

15、。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院27(2) 声强声强 单位时间内垂直通过单位面积的声能称作声强，单位时间内垂直通过单位面积的声能称作声强，记做记做I，常用单位是，常用单位是W/cm2。2221cAI 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院28(3) 声阻抗声阻抗 介质中某处的介质中某处的声压与该处质点的振动速度声压与该处质点的振动速度之比之比称作声阻抗，常用称作声阻抗，常用Z表示，单位为表示，单位为g/cm2s或或kg/cm2s。声阻抗等于介质密度。声阻抗等于介质密度与声速与声速c的乘积，即的乘积，即Z=c。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院29(4) (4) 波束指向

16、性及半扩散角波束指向性及半扩散角 超声波探头定向辐射超声波的性质称为波超声波探头定向辐射超声波的性质称为波束指向性。波束指向性的优劣常用半扩散角束指向性。波束指向性的优劣常用半扩散角来表示。半扩散角来表示。半扩散角是指超声波定向辐射是指超声波定向辐射的半锥角即波束轴线与边缘之间的夹角。的半锥角即波束轴线与边缘之间的夹角。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院30（二）超声波的传播特性（二）超声波的传播特性1.1.超声波的叠加、干涉和衍射超声波的叠加、干涉和衍射 （1 1）波的叠加原理）波的叠加原理 （2 2）波的干涉）波的干涉 （3 3）波的衍射）波的衍射 波在传播过程中遇到障碍物时波在传

17、播过程中遇到障碍物时能绕过其边缘，并继续前进的现象称为波的衍射或能绕过其边缘，并继续前进的现象称为波的衍射或绕射。绕射。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院31 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。绕射本领的大小取决于障碍物尺寸Df和波长的相对大小，即： 当Df 时，几乎只绕射而无反射； 当Df 时，几乎只反射而无绕射； 当Df 时，则既反射又绕射。 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的最小缺陷尺为 2。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院322.2.超声波的反射、衍射和波型转换超声波的反射、衍射和波型转换（1 1）超声波垂直入

18、射时的反射和透射）超声波垂直入射时的反射和透射声压反射率声压反射率2112ripZZrpZZ声压透射率声压透射率2122tipZtpZZZ声阻抗声阻抗第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院33声强反射率声强反射率22112()riIZZRIZZ声强透射率声强透射率 122124()tiIZ ZTIZZ 超声波垂直入射到平界面上时，声压或声强的分配比例仅与界面两侧介质的声阻抗有关。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院34几种常见界面上的声压、声强反射和透射情况。几种常见界面上的声压、声强反射和透射情况。 当当ZlZ2时，如钢时，如钢/空气界面。计算可得：空气界面。计算可得： r1；t0

19、；R1；T0。2112ripZZrpZZ2122tipZtpZZ22112()riIZZRIZZ122124()tiIZ ZTIZZ第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院35 当时当时Z1Z2时，时，r0；t1。如钢的淬火部分与。如钢的淬火部分与非淬火部分及普通碳素钢焊缝的母材与焊接金属之间的非淬火部分及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。2112ripZZrpZZ2122tipZtpZZ22112()riIZZRIZZ122124()tiIZ ZTIZZ第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院36 超声波垂直入射到某界面时的声强反射超

20、声波垂直入射到某界面时的声强反射率与从何种介质入射无关。率与从何种介质入射无关。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院37(2)(2)超声波倾斜入射时的反射、折射和波型转超声波倾斜入射时的反射、折射和波型转换换波型转换波型转换 当当超声波倾斜入射超声波倾斜入射到异质界面时，除产到异质界面时，除产生与入射波生与入射波同类型同类型的反射波和折射波之外，的反射波和折射波之外，还会产生与入射波还会产生与入射波不同类型不同类型的反射波和折射的反射波和折射波，这种现象称为波型转换。波，这种现象称为波型转换。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院38反射、折射定律反射、折射定律112sinsins

21、inccc第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院39对于纵波入射的固对于纵波入射的固/固界面固界面11122sinsinsinsinsinSSLLLLLSLSccccc第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院40对于横波入射的固对于横波入射的固/固界面固界面11122sinsinsinsinsinSSSLLSLSLSccccc第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院41 在钢中，纵波传播速度为横波速度的在钢中，纵波传播速度为横波速度的1.8倍，表面波传播速度为横波的倍，表面波传播速度为横波的0.9倍。倍。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院42临界角临界角 临界角描述了超声波倾斜

22、入射到单一平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。质的声学特性有关。 (a)(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 L9090时时的纵波入射角度的纵波入射角度L L的称为第一临的称为第一临界角，记为界角，记为。3第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院43(b)(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 S9090时时的纵波入射角度的纵波入射角度L L的称为第二临的称为第二临界角，记为界角，记为。3第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院44(c)(c)第三临界角第

23、三临界角 使纵波的反射角使纵波的反射角L L9090时时的横波入射角度的横波入射角度S S的称为第三的称为第三临界角，记为临界角，记为 。3第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院45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：当当L L= =时，第二介质中只存在有时，第二介质中只存在有折射横波而没有折射纵波，这就是常用折射横波而没有折射纵波，这就是常用横波横波探头的设计依据探头的设计依据；当当L L 时，第二介质中既无折射纵波时，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又无折射横波，但在第二介质表面形成表面波，这就是常用波，这就是常用表面波探头的设计依据。表

24、面波探头的设计依据。 3第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院46超声波的传播速度超声波的传播速度 超声波的传播速度与介质的弹性模量和介超声波的传播速度与介质的弹性模量和介质的密度有关，对一定的介质，弹性横量和质的密度有关，对一定的介质，弹性横量和密度为常数，故波速为常数。不同的介质，密度为常数，故波速为常数。不同的介质，有不同的波速。超声波波型不同时，介质弹有不同的波速。超声波波型不同时，介质弹性变形型式不同，声速也不一样。因此超声性变形型式不同，声速也不一样。因此超声波在介质中的传播速度是表征介质声学特性波在介质中的传播速度是表征介质声学特性的重要参数。的重要参数。第七章 无损检测技术

25、 中国矿业大学机电学院47在无限大的固体介质中，纵波声速为：在无限大的固体介质中，纵波声速为： 在无限大的固体介质中，横波声速为：在无限大的固体介质中，横波声速为：在无限大的固体介质中，表面波声速为：在无限大的固体介质中，表面波声速为：细长棒中纵波声速为：细长棒中纵波声速为：式中式中 E介质的弹性模显；介质的弹性模显； G介质的剪切弹性模量；介质的剪切弹性模量； 介质的密度；介质的密度； 介质的泊松比。介质的泊松比。)21)(1 (1EcL)1 (21EcSGcR112. 187. 0GcLb第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院48 在钢中，纵波传播速度为横波速度的在钢中，纵波传播速度为

26、横波速度的1.8倍，表面波传播速度为横波的倍，表面波传播速度为横波的0.9倍。倍。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院49第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院50可以反求材料的弹性参数第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院51第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院52第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院533 3超声波的衰减超声波的衰减 超声波在介质中传播时，随着传播距离的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称为超增加，超声波的能量逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。声波的衰减。(1)(1)衰减的原因衰减的原因 扩散衰减扩散衰减 散射衰减散

27、射衰减 吸收衰减吸收衰减第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院54(2)(2)衰减的表示方法衰减的表示方法 用底波多次反射的次数来表示超声波的衰减。这用底波多次反射的次数来表示超声波的衰减。这种表示方法仅能粗略地比较声波在不同材料中的衰种表示方法仅能粗略地比较声波在不同材料中的衰减程度，也就是对同样厚度的不同材料在同样的仪减程度，也就是对同样厚度的不同材料在同样的仪器灵敏度下，观察它们的底面反射波器灵敏度下，观察它们的底面反射波( (底波底波) )的次的次数，底波次数多的材料，说明声波在该材料中衰减数，底波次数多的材料，说明声波在该材料中衰减少；底波次数少，则声波衰减比较严重。少；底波次数

28、少，则声波衰减比较严重。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院55(2)(2)衰减的定量表示方法衰减的定量表示方法 对于平面波，其声压衰减规律为：对于平面波，其声压衰减规律为：xxppe0第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院56(2)(2)衰减的定量表示方法衰减的定量表示方法 对于平面波，其声强衰减规律为：对于平面波，其声强衰减规律为：xxII20e第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院57二、超声波检测设备二、超声波检测设备 穿过固体的超声波可用来测量整个固体体积内穿过固体的超声波可用来测量整个固体体积内的材料性能及其变化。的材料性能及其变化。 超声波在材料中传播时若遇到不连续

29、性超声波在材料中传播时若遇到不连续性( (裂纹、裂纹、夹杂、气孔、脱溶物、晶界、中间相边界、空洞及夹杂、气孔、脱溶物、晶界、中间相边界、空洞及错位等错位等) )，就会发生能量衰减。通过测量这种能量衰，就会发生能量衰减。通过测量这种能量衰减，可以测定出材料的不连续性。减，可以测定出材料的不连续性。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院58超声检测的优点主要体现在以下几方面：超声检测的优点主要体现在以下几方面：通用性：通用性： 超声方法可检测的尺寸和几何形状范围很广，大超声方法可检测的尺寸和几何形状范围很广，大多数无孔有弹性的材料多数无孔有弹性的材料( (钢、铝、钛、镁和陶瓷等钢、铝、钛、镁和

30、陶瓷等) )都可以被穿透。都可以被穿透。灵敏度和指向性：灵敏度和指向性： 使用高频窄声束，可以检测和定位极小的不连续使用高频窄声束，可以检测和定位极小的不连续性；可以检出厚度几乎为零的盘状不连续性和裂性；可以检出厚度几乎为零的盘状不连续性和裂纹；对厚的试件，定位深度可以精确到毫米；探纹；对厚的试件，定位深度可以精确到毫米；探头斜射法几乎可使波束指向试件的任何部位。头斜射法几乎可使波束指向试件的任何部位。方便性：方便性： 超声检测对于操作人员或周围人员无害，可以用超声检测对于操作人员或周围人员无害，可以用于车间、实验室、仓库或野外现场检测。于车间、实验室、仓库或野外现场检测。第七章 无损检测技术

31、 中国矿业大学机电学院59 超声波检测设备是从事超声检测的工具，通常指超声波检测设备是从事超声检测的工具，通常指超声波检测仪超声波检测仪和和超声波探头超声波探头。( (一一) )超声波检测仪超声波检测仪 超声波检测仪的作用是产生电振荡并加于探头，超声波检测仪的作用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

32、的位置、大小和性质等方面的信息。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院601 1超声波检测仪及其分类超声波检测仪及其分类 (1)(1)按超声波的连续性分按超声波的连续性分 脉冲波检测仪脉冲波检测仪 这种仪器通过向工件周期性地发射不连续且频这种仪器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无、位置、大小及性质等信判断工件中缺陷的有无、位置、大小及性质等信息，这是目前使用最为广泛的一类超声波检测仪。息，这是目前使用最为广泛的一类超声波检测仪。 连续波检测仪连续波检测仪 调频波检测仪调频波检测仪第七章

33、 无损检测技术 中国矿业大学机电学院61(2)(2)按缺陷显示的方式分按缺陷显示的方式分可将超声波检测仪分为可将超声波检测仪分为A型、型、B型和型和C型等三种类型。型等三种类型。A型显示检测仪型显示检测仪 A型型显示是一种波形显示，检测仪示波屏的横坐标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代表声波的传播时间( (或距离或距离) )，纵坐标代表反射波的，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。射波的波高则可估计缺陷的性质和大小。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院6

34、2B型显示检测仪型显示检测仪 B型显示是一种图像显示，检测仪示波屏的横型显示是一种图像显示，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，坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间( (或距离或距离) )，因而可直观地显示出被探工件任，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。一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院63 C型显示检测仪型显示检测仪 C型显示也是一种图像显示，检测仪示波屏的横型显示也是一种图像显示，检测仪示波屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来

35、代表探头在工件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，表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，示波屏上便显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像出工件内部缺陷的平面图像( (顶视图顶视图) )，但不能显，但不能显示缺陷的深度。示缺陷的深度。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院642 2A型显示脉冲反射式超声波检测仪型显示脉冲反射式超声波检测仪 (1)(1)仪器构造原理仪器构造原理 A型显示脉冲反射式检测仪主要由同步电路、型显示脉冲反射式检测仪主要由同步电路、时基电路时基电路( (

36、扫描电路扫描电路) )、发射电路、接收电路、显、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路等几部分组成。示电路和电源电路等几部分组成。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院65(2)(2)脉冲反射式超声波检测仪的性能特点脉冲反射式超声波检测仪的性能特点 在被检工件的一个面上，用单探头脉冲反射法即在被检工件的一个面上，用单探头脉冲反射法即可检测，这对于诸如容器、管道等一些很难在双面放可检测，这对于诸如容器、管道等一些很难在双面放置探头进行检测的场合，更显示出明显的优越性；置探头进行检测的场合，更显示出明显的优越性； 可以准确地确定缺陷的深度；可以准确地确定缺陷的深度； 灵敏度远高于其他方法；灵敏

37、度远高于其他方法； 可以同时探测到不同深度的多个缺陷，分别对它可以同时探测到不同深度的多个缺陷，分别对它们进行定位、定量和定性；们进行定位、定量和定性； 适用范围广，用一台检测仪可进行纵波、横波、适用范围广，用一台检测仪可进行纵波、横波、表面波和板波检测，而且适用于探测很多种工件，不表面波和板波检测，而且适用于探测很多种工件，不仅可以检测，而且还可用于测厚、测声速和测量衰减仅可以检测，而且还可用于测厚、测声速和测量衰减等。等。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院66 ( (二二) )超声波探头超声波探头 探头的功能就是将电能转换为超声能探头的功能就是将电能转换为超声能( (发发射探头射探

38、头) )和将超声能转换为电能和将超声能转换为电能( (接收探头接收探头) )。超声波检测用的探头多为压电型，其作用原超声波检测用的探头多为压电型，其作用原理为压电晶体在高频电振荡的激励下产生高理为压电晶体在高频电振荡的激励下产生高频机械振动，并发射超声波频机械振动，并发射超声波( (发射探头发射探头) )；或；或在超声波的作用下产生机械变形，并因此产在超声波的作用下产生机械变形，并因此产生电荷生电荷( (接收探头接收探头) )。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院671 1探头的种类探头的种类 (1)(1)按波型分按波型分 将超声波探头分为纵波探头、横波探头、将超声波探头分为纵波探头、横

39、波探头、板波板波( (兰姆波兰姆波) )探头和表面波探头等四种类型。探头和表面波探头等四种类型。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院68(2)(2)按入射声束方向分：按入射声束方向分： 可分为可分为直探头直探头和和斜探头斜探头两大类。两大类。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院69(3)(3)按耦合方式分：按耦合方式分： 直接接触式探头直接接触式探头( (探头通过薄层耦合剂与被探头通过薄层耦合剂与被探工件表面直接接触探工件表面直接接触) )和和液浸式探头液浸式探头( (探头与被探头与被探工件表面之间有一定厚度的液层探工件表面之间有一定厚度的液层) )。第七章 无损检测技术 中国矿业

40、大学机电学院70(4)(4)按晶片数目分：按晶片数目分： 单晶片探头单晶片探头、双晶片探头双晶片探头和和多晶片探头多晶片探头等几等几种。种。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院71(5)(5)按声束形状分：按声束形状分： 可分为可分为聚焦探头聚焦探头和和非聚焦探头非聚焦探头两大类。两大类。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院72(6)(6)按频带分：按频带分： 可分为可分为宽频带探头宽频带探头和和窄频带探头窄频带探头。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院73(7)(7)按使用环境分：按使用环境分： 常规探头常规探头( (通用目的通用目的) )和和特殊用途探头特殊用途探头( (

41、如机如机械扫描切换探头、电子扫描阵列探头、高温探械扫描切换探头、电子扫描阵列探头、高温探头、瓷瓶检测专用扁平探头等头、瓷瓶检测专用扁平探头等) )。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院742 2探头的结构探头的结构 超声波检测中常用的探头主要有超声波检测中常用的探头主要有直探头、直探头、斜探头、表面波探头、双晶片探头、水浸探斜探头、表面波探头、双晶片探头、水浸探头头和和聚焦探头聚焦探头等等第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院75(1)(1)直探头直探头 直探头用来发射和接收纵波；其典型结构直探头用来发射和接收纵波；其典型结构如图所示。如图所示。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电

42、学院76(2)(2)斜探头斜探头 利用透声楔块使声束倾斜于工件表面射入工件的利用透声楔块使声束倾斜于工件表面射入工件的探头称为斜探头。通常所说的斜探头是指横波斜探探头称为斜探头。通常所说的斜探头是指横波斜探头，其典型结构如图所示。头，其典型结构如图所示。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院77横波斜探头的标称方式有如下三种：横波斜探头的标称方式有如下三种：以（纵波）入射角标称，常用的入射角有以（纵波）入射角标称，常用的入射角有30、45、50和和55；以钢中的横波折射角标称，常用的折射角有以钢中的横波折射角标称，常用的折射角有40、45、50、60、70等；等；以钢中折射角的正切值以钢中

43、折射角的正切值(K值值)标称，常用的标称，常用的K值探值探头有头有K1、K1.5、K2、K2.5和和K3。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院78(3)(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，由波型转换头入射角等于第二临界角时，由波型转换得到沿被测材料表面传播的表面波，这种得到沿被测材料表面传播的表面波，这种斜探头称为表面波探头。斜探头称为表面波探头。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院79(4)(4)双晶片探头双晶片探头 双晶片探头又称联合双探头或分割式双晶片探头又称联合双探头或分割式TR探探

44、头。其典型结构如图所示。头。其典型结构如图所示。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院803 3 耦合剂耦合剂 在超声波检测中，耦合剂的作用主要是排除探头在超声波检测中，耦合剂的作用主要是排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件，以便检测。件，以便检测。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院81三、超声波检测方法三、超声波检测方法( (一一) )超声波检测方法概述超声波检测方法概述1 1超声波检测方法的分类超声波检测方法的分类 按检测原理不同：脉冲反射法、穿透法和共振法按检测原理不同：脉冲反射法、穿透法和共振法等；等； 按超声波

45、的波形不同：纵波法、横波法、表面波按超声波的波形不同：纵波法、横波法、表面波法和板波法等；法和板波法等； 按探头的数目的多少：单探头法、双探头法和多按探头的数目的多少：单探头法、双探头法和多探头法等；探头法等； 按探头与试件的耦合方式的不同，可分为直接接按探头与试件的耦合方式的不同，可分为直接接触法和液浸法两大类等。触法和液浸法两大类等。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院82超声波检测按原理的分类情况超声波检测按原理的分类情况(1)(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，根据反射波束检测试件内有无缺陷试件内，根据反射波

46、束检测试件内有无缺陷的方法称为脉冲反射法。的方法称为脉冲反射法。 根据判断缺陷情况的回波性质的不同，根据判断缺陷情况的回波性质的不同，脉冲反射法又可进一步分为脉冲反射法又可进一步分为缺陷回波法缺陷回波法、底底面回波高度法面回波高度法和和底面多次回波法底面多次回波法等三种。等三种。 第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院83缺陷回波法缺陷回波法 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。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院84底面回波高度法底面回波高度法 当试件的材质和厚度不变时，底面回波高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

47、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至消失。底面回波高度会下降甚至消失。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院85底面多次回波法底面多次回波法 底面多次回波法主要用于厚度不大、形状简单、底面多次回波法主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件检测。探测面与底面平行的试件检测。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院86(2)(2)穿透法穿透法 依据超声波依据超声波( (连续波或脉冲波连续波或脉冲波) )穿透试件之穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院87(3)(3)共振

48、法共振法 根据试件的共振特性来判断缺陷情况的方根据试件的共振特性来判断缺陷情况的方法称为共振法。法称为共振法。 原理：若频率可调的连续超声波在被检试原理：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，则由于入射波和反射波的相位的整数倍时，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： 12()nncff第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院882) 1(1nn2nn12) 1(nfcnnfcn212)

49、 1(nfcnnfnc2122nnffc)(21nnffc第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院892.2.探测条件的选择探测条件的选择 探测条件的选择一般是指仪器、探头和探测条件的选择一般是指仪器、探头和扫查方式等方面的选择。扫查方式等方面的选择。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院90(1)(1)检测仪的选择检测仪的选择 定位要求高时，应选择水平线性好的仪器；定位要求高时，应选择水平线性好的仪器；定量要求高时，应选择垂直线性好、衰减器定量要求高时，应选择垂直线性好、衰减器精度高的仪器；精度高的仪器；大型零件的检测应选择灵敏度余量高、信噪大型零件的检测应选择灵敏度余量高、信噪比高和

50、功率大的仪器；比高和功率大的仪器；为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺为了有效地发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨力高的仪器；陷，应选择盲区小、分辨力高的仪器；室外现场检测，应选择重量轻、示波屏亮度室外现场检测，应选择重量轻、示波屏亮度好、抗干扰能力强的便携式仪器。好、抗干扰能力强的便携式仪器。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院91(2)(2)探头的选择探头的选择 探头型式的选择探头型式的选择 一般应根据工件的形状和可能出现缺陷的部一般应根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等来选择探头的型式，使声束轴线尽量与位、方向等来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。缺陷垂

51、直。 直探头直探头只能发射和接收纵波，波束轴线垂直于探只能发射和接收纵波，波束轴线垂直于探测面，故主要用于探测与探测面平行的缺陷。测面，故主要用于探测与探测面平行的缺陷。 斜探头斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷。的缺陷。 表面波探头表面波探头主要用于探测工件表面的缺陷，双晶主要用于探测工件表面的缺陷，双晶探头用于探测工件近表面缺陷，聚焦探头用于液浸探头用于探测工件近表面缺陷，聚焦探头用于液浸法探测管材或板材。法探测管材或板材。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院92探头频率的选择探头频率的选择 由于波的绕射而使超声波检测的最小缺由于波的

52、绕射而使超声波检测的最小缺陷尺寸约为陷尺寸约为/2，因此，因此，提高频率有利于发提高频率有利于发现小缺陷现小缺陷；频率高，脉冲宽度小，分辨力；频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷；频率高，波长高，有利于区分相邻缺陷；频率高，波长短，半扩散角小，声束指向性好，能量集短，半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现并定位缺陷。中，有利于发现并定位缺陷。 频率高，波长短，近场长度大，对检测不频率高，波长短，近场长度大，对检测不利；频率提高，衰减急剧增加、对检测不利；频率提高，衰减急剧增加、对检测不利。利。第七章 无损检测技术 中国矿业大学机电学院93探头晶片尺寸的选择探头晶片尺寸的选择 晶片大小对声束指向性、近场区长度、近距离晶片大小对声束指向性、近场区长度、近距离扫查范围和远距离缺陷检出能力有较大影响。实际扫查范围和远距离缺陷检出能力有较大影响。实际检测中，检测中，检测面积范围大的工件时检测面积范围大的工件时，为了提高检测，为了提高检测效率，效率，宜选用大晶片探头宜选用大晶片探头。