超声检测第一章-绪论

1、 超声检测的定义和作用 超声检测的发展简史和现状 超声检测的基础知识超声波检测概述 超声波检测是应用最广泛的无损检测方法之一。超声波检测是利用进入被检材料的超声波对材料表面或内部缺陷进行检测。利用超声波进行材料厚度的测量也是常规超声波检测的一个重要方面。此外，作为超声波检测技术的特殊应用，超声波还可用于材料内部组织和特性的表征以及应力的测量。 1、超声波检测定义和作用 定义：一般指超声波与工件作用，就反射、透射和衍射的波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用进行评价的技术。 工业检测中，超声检测通常指宏观缺陷检测和材料厚度测量。作

2、用：作用： 通过超声检测发现工件或设备中存在的缺陷，从而实现产品质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率、消除安全隐患。五大常规检测技术：五大常规检测技术：超声检测超声检测 Ultrasonic Testing（缩写（缩写 UT）射线检测射线检测 Radiographic Testing（缩写（缩写 RT）磁粉检测磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写（缩写 MT）渗透检验渗透检验 Penetrant Testing （缩写（缩写 PT）涡流检测涡流检测 Eddy current Testing （缩写（缩写 ECT ） 新兴无损检测技术 射线数字成像检测CR

3、/DR AE 声发射检测 TOFD 衍射超声检测 MLF 漏磁检测 超声波相控阵检测 UGW超声导波检测 EMAT电磁超声检测 承压设备检测标准 NB/T47013-2015承压设备无损检测 特种设备相关标准： 1、 TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程 2、 TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程 3、GB/T16507.1-8-2013水管锅炉 4、GB/T16508.1-8-2013锅壳锅炉 5、 TSG R7001-2015 锅炉监督检验规则 6、 TSG R7002-2015 锅炉定期检验规则 对特种设备的制造、安装、维修改造或定期检验等环节提出了

4、超声检测要求。 全国锅炉压力容器标准化技术委员会负责制修订的NB/T47013-2015承压设备无损检测已由国家能源局于2015年4月2号以【国家能源局2015年第3号公告】正式发布，2015年9月1日正式实施。 替代JB/T4730-2005标准 NB/T 47013.3-2015 超声检测超声检测第1部分：通用要求；第2部分：射线检测；第3部分：超声检测；第4部分：磁粉检测；第5部分：渗透检测；第6部分：涡流检测；第7部分：目视检测；第8部分：泄漏检测；第9部分：声发射检测；第10部分：衍射时差法超声检测；第11部分：X射线数字成像检测；第12部分：漏磁检测；第13部分：脉冲涡流检测。2、

5、超声波检测发展简史 利用超声波来进行无损检测始于20世纪20年代末。1929年，前苏联人首先提出了用超声波检测金属物体内部缺陷的建议。并于第二次世界大战后研制成第一种穿透式检测仪器对材料进行检测。 这种方法检测灵敏度低，应用范围小，所以，不久这种仪器就被淘汰了。 脉冲反射法和仪器的出现，给了超声波检测新的生命力。 20世纪40年代，美国的Firestone首次介绍了脉冲回波式超声检测仪，利用该技术，超声波可从物体的一面发射并接收，且能够检测小缺陷，较准确的确定缺陷的位置及测量缺陷尺寸。随后，由美国和英国开发出了A型脉冲反射式超声检测仪，并逐步用于锻钢和厚钢板的检测。 20世纪60年代，超声检测

6、仪在灵敏度、分辨率和放大器线性等主要性能上取得了突破性进展，焊缝检测问题得到了很好的解决。脉冲回波技术至今仍是通用性最好、使用最广泛的一种超声检测技术。在此基础上，超声检测发展为一个有效而可靠的无损检测手段，并得到了广泛的工业应用。 随着工业生产对检测效率和检测可靠性要求的不断提高，人们要求超声检测更加快速，缺陷的显示更加直观，对缺陷的描述更加准确。因此，原有的以A型显示手工操作为主的检测方式不再能够满足要求。 20世纪70年代，英国原子能管理局（AEA）无损检测研究中心的哈威尔M.G.Silk提出衍射时差法超声检测（TOFD）。 TOFD是一种利用超声波衍射现象、利用缺陷端点的衍射波信号检测

7、或测定缺陷尺寸的超声检测技术，近几年来开始广泛应用。 20世纪80年代以来，对于规则的板、棒类等大批量生产的产品，逐渐发展了自动检测系统，配备了自动报警、记录等装置，发展了B型显示和C型显示。与此同时，对缺陷的定性定量评价的研究得到了较大的进展，利用超声波技术进行材料特性评价也成为了重要的研究方向。 随着电子技术和计算机技术的发展，超声检测设备不断向小型化、智能化方向改进，并于20世纪80年代末出现了数字式超声仪器。目前，数字式仪器已日益成熟，已经取代模拟式仪器成为主流产品。 超声无损检测技术(UT)作为四大常规检测技术之一，由于其与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广，检测深度大，

8、缺陷定位准确，检测灵敏度高，成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点，因而世界各国都对超声无损检测给予了高度的重视。 有关资料表明，国外每年大约发表3000篇涉及无损检测的文献资料，全部文献资料中有关超声无损检测的内容约占45%，说明超声无损检测的研究势头和其在无损检测中的重要地位。 目前，国外工业发达国家的无损检测技术已逐步从无损探伤（ NDI）和无损检测（Nondestructive testing NDT）向无损评价（ NDE）过渡。无损探伤，无损检测和无损评价是无损检测发展的三个阶段。超声波无损探伤是初级阶段，它的作用仅仅是在不损害零部件的前提下，发现其人眼不可见的内

9、部缺陷，以满足工业设计中的强度要求。超声无损检测是近20年来应用最广泛的术语，它不仅要检测最终产品，而且还要对生产过程的有关参数进行监测。 超声无损评价是超声检测发展的最高境界，不但要探测缺陷的有无，还要给出材质的定量评价，也包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。我国超声检测设备的发展历史 19501982年 起步 仪器：汕头生产CTS-8A、CTS-8C 1982年1990 发展 模拟超声波时代 仪器：汕头生产CTS-22、CTS-23、CTS-26、CTS-33、CTS-36 CTS-22 奇迹般的辉煌三十多年! 19902000 数字超声发展阶段2000年以后进入快速发展及成熟

10、期，目前，我国的数字超声已经达到或者说是接近国际先进水平。 具有代表性的名牌产品： 武汉中科创新 HS-系列 南通友联 PXUT-系列 汕头超声 CTS-系列 新中国成立以来，超声检测从起步到后来的快速发展，总的来说，取得了巨大的成就。建立了一支庞大的专业队伍，应用领域几乎渗透到所有工业部门，确立了超声检测在工业中的重要地位。但是，与发达国家还有一定差距。体现在以下2个方面： 1、检测队伍中，高级技术人员和熟练操作人员比例偏小； 2、基础研究和应用研究的投入小。 3、超声波检测的基础知识 3.1次声波、声波、超声波 次声波、声波、超声波都是在弹性介质中传播的机械波，同一波型在同一介质中传播的速

11、度相同，它们的区别在于频率不同。 次声波：f 20Hz 声波：能引起人们听觉的机械波 20Hz f 20kHz 超声波和次声波，人是听不到的。 超声检测所用的频率一般在0.510MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为15MHz。 3.2 工业用超声波的特点 1）方向性好 超声波是频率很高、波长很短的机械波，在超声波检测中使用的波长为毫米数量级。像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，从而在被检工件中发现缺陷。 2）能量高 超声波的能力（声强）与频率的平方成正比。 3）能在界面上产生反射、折射、衍射和波形转换 超声波具有几何声学的特点，在介质中直线传播，遇到界面产生反射、折射、衍射和波

12、形转换。 4）穿透能力强 超声波在大多数介质中传播时，能量损失小，传播距离大，穿透能力强，在一些金属材料中穿透能力可达数米，这是其它检测方法无法比拟的。 3.3、超声波检测原理 超声波检测主要是基于超声波在工件中的传播特性，如在遇到声阻抗不同的两种介质的界面时会发生反射，声波通过材料时能量会损失等，以脉冲反射法为例，其原理如下： 1）超声波探伤仪产生高频电磁振荡信号（脉冲波）； 2）高频电磁振荡信号加到超声波探头（声源）上，产生超声波； 3）采用一定的方式，如耦合，使超声波进入工件； 4）超声波在工件中传播，遇到声阻抗有差异的界面或缺陷时部分声波被反射，反射回来的超声波被超声波探头接收； 5）

13、超声波探头把接收到的声波信号再转换成脉冲电信号传给超声波探伤仪； 6）超声波探伤仪把接收到的脉冲电信号，进行检波、放大、衰减等一系列的信号处理，以一定的方式显示出来； 7）通过分析回波信号的幅度和位置等信息，从而得到被检工件中有无缺陷、缺陷的位置、大小等信息（定性、定量）。 所以，超声波检测既可以定性，又可以定量。 通常用来发现缺陷和进行评价的基本信息：1、是否存在来自缺陷的超声回波信号及其幅度；2、入射声波与接收声波之间的传播时间；3、超声波通过材料以后的能量衰减。超声波检测可以定量，也可以定性。定量：位置、大小、形状定性：工件中有无缺陷- - -缺陷的类型（JB/T4730标准：点状缺陷、

14、线状缺陷、面积状缺陷、体积状缺陷、多重缺陷） - - -缺陷的实际性质。 实际上，超声检测要想准确判定缺陷的性质（主要是指实际缺陷）是有很大困难的。 T F B被检工件被检工件超声波探伤仪超声波探伤仪探头探头 2.4 超声波检测方法分类 按原理分类按原理分类 1）脉冲反射法 根据反射波的情况来检测工件缺陷的方法。波形显示，不直观。 2）衍射时差法（TOFD） 利用缺陷部位衍射信号来检测和测定缺陷尺寸的一种超声波检测方法。图象显示。 3）穿透法 采用一收一发双探头分别放置在工件相对的两端面，依据脉冲波或连续波穿透工件之后的能量变化来检测缺陷的方法。 4）共振法 利用共振特性检测工件厚度变化情况。

15、 按显示方式分类 A型显示-波形显示 B型显示-图像显示 C型显示-图像显示 另外，还有D、P、S型显示 按波形分类 根据检测采用的波型，可以分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法、EMA等 按探头数目分类 1）单探头 2）双探头 3）多探头按探头与工件的接触方式分类 1）接触法 2）液浸法 3）电磁耦合法 EMAT-电磁超声检测方法 采用电磁超声探头，在工件表面产生涡流，再加调制波激励，在工件表面产生超声波，同时接收超声波。 与传统压电超声检测技术相比，它具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于高温检测以及容易激发各种超声波形等优点。在工业应用中，电磁超声正越来越受到人们的关注和重视。 按人工干预的程度分类 手工检测 自动检测 3.5 超声波检测的优点和局限性 与其它无损检测方法相比的优点： 1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测； 2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。即可检测薄壁管材和板材，也可检测几米厚的钢锻件； 3）缺陷定位较准确； 4）对面积型缺陷的检出率较高； 5）灵敏度高，可检测工件内部很小的缺陷； 6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用方便等 缺点（局限性）：1）对缺陷的定性、定量仍需要作进一步研