超声检测技术理论

1、超声检测技术理论2超声检测目标1, 发现缺陷2, 得到缺陷的精确位置3, 对缺陷定量4, 对缺陷定性3 当超声波在介质中传播时,如果遇到声阻抗不同的另一种材料,超声波将发生反射,通过分析反射回波得到工件的内部信息 超声探伤基本原理超声波超声波工件工件缺陷缺陷探头探头4超声探伤仪基本结构5放大器被检工件探头水平偏移时基触发电路起始波回波超声波模拟超声探伤仪基本原理6超声探伤的理论基础71,束射特性超声波的特性超声波探伤用频率:0.2515MHZ金属材料超声波探伤常用频率:0.510MHZ2,反射特性3,传播特性4,波型转换特性以上特性是超声波探伤技术的基础8N近场远场焦点声束扩散角压电晶片主声轴

2、D061,束射特性cfDNeff42097, 0DDefffDceff51, 0sin691,近场影响: 超声在近场内声压不稳定,应尽量避免在近场内探伤束射特性对超声探伤的影响v探头直径越小, 近场越短, 探头频率越低, 近场越短 v薄板应尽量选择近场短的探头, 厚板应尽量选择近场长的探头v如必须在近场内探伤,必须使用对比试块对缺陷定量2,声速扩散角的影响: 声速扩散角越小,能量越集中,能提高横向分辨率 小的扩散角与短的近场长度是矛盾关系, 因此应综合考虑各因素选择合适的探头v探头直径越大,频率越高, 声速扩散角越小 10钢0,131,0-0,87树脂玻璃入射波透射波反射波2,反射特性 121

3、2ZZZZp2122ZZZp11反射特性对超声探伤的影响v 检测分层时,应尽量用不同频率的探头检测,避免透声层影响v 超声波能检测到的最小缺陷尺寸为半波长 fc221v 探头的频率越高, 能检测出的缺陷越小 v 对于粗晶粒材料, 应选择频率尽量低的探头, 提高穿透性能和信噪比v 探头保护膜声阻抗应尽量满足工件晶片ZZZmv 探伤时应尽量使偶合剂厚度趋于012超声波的传播实质上是振动状态和能量的传播3 传播特性超声波的波形: 波动传播过程中某一瞬时振动相 位相同的所有质点联成的面1, 球面波: 点状声源产生的波形2, 平面波和活塞波: 平面声源产生的波形 3, 柱面波: 细长柱体声源产生的波形平

4、面波声压不随距离变化而变化,传至相当远处可认为是球面波超声探伤用超声波通常为活塞波131, 纵波: 质点振动方向与波动传播方向相同超声波的波型质点振动方向波长特点: 纵波能在固体,液体 和气体中传播直探头产生的是纵波, 以纵波探伤传播方向142, 横波: 质点振动方向与波动传播方向互相垂直超声波的波型特点: 纵波只能在固体中传播斜探头产生的是横波, 以横波探伤传播方向波长晶片振动方向151,在同一介质中,纵波声速比横波声速快,纵波波长比横波波长短.纵波与横波在超声探伤中的应用特点3,纵波的穿透能力比横波强.横波常用于焊缝探伤4,对粗晶粒焊缝探伤,常用纵波斜探头 2,横波探伤灵敏度高,能检测的最

5、小缺陷比纵波小. 钢有机玻璃纵波声速横波声速58805900 m/s3230 m/s2720 m/s1460 m/s161, 声束扩散衰减: 由于声束扩散引起的衰减,与传播距离有关,与 传播介质无关超声衰减理论2,散射衰减: 散射衰减随超声波频率的增高而增大,且横波引起 的衰减大于纵波对粗晶材料尽量选低频, 纵波探头球面波: 声压与传播距离成反比柱面波: 声压与传播距离的平方根成反比平面波: 声压不随传播距离的变化而变化,不存在扩散衰减2,散射衰减: 散射衰减随超声波频率的增高而增大,且横波引起 的衰减大于纵波174,波型转换特性超声波以不同的入射角入射将产生波型转换LL1SSSLLLLSin

6、CSinCSinC11为入射纵波声速LC1LC为反射纵波声速SC为反射横波声速L为入射纵波入射角1L为反射纵波反射角S为反射横波反射角第一介质第二介质18Snell 定律超声波在折射过程中遵循Snell 定律 LL2SSSLLLLSinCSinCSinC222为第一介质入射纵波声速LC2LC2SCL2LS第一介质第二介质为第二介质折射纵波声速为第二介质折射横波声速为第一介质纵波入射角为第二介质纵波折射角为第二介质横波折射角191, 纵波第一临界角: 纵波从一种介质倾斜入射,当在第二介质的 纵波折射角为90度时纵波的入射角临界角概念3,第三临界角: 横波斜入射至固体/空气界面并产生纵波全反射 时

7、的横波入射角横波斜探头的入射角介于第一临界角与第二临界角之间2, 纵波第二临界角: 纵波从一种介质倾斜入射,当在第二介质的 横波折射角为90度时纵波的入射角20超声探伤的缺陷定位,定量原理21发射发射/接收接收缺陷缺陷声程声程工件工件s缺陷到工件表面距离可由公式计算:2cts 超声缺陷定位c为工件材料声速, t 为从探头发射超声波到接收到缺陷回波的时间A 扫描波形图水平轴线代表的实质是超声回波的时间 t221,当量法超声波缺陷定量主要方法超声波探伤缺陷定量的基本原理:使未知尺寸缺陷回波与已知标准缺陷回波相比较,从而推断未知缺陷尺寸.主要方法有2,探头相对运动法3,波高表示法231,与仪器的性能有关,如仪器功率强弱,放大线性的好坏,动态范 围大小等因素影响缺陷波高的因素2, 与探头性能有关, 如探头的型式,尺寸,频率,指向性等因素3,与工件本身有关,如工件材质,表面光洁度4