超声波无损检测

1、 无损检测超声检测组员：甘妮妈 魏歌（按姓名首字母排序） 超声检测概述超声检测的物理基础超声检测设备与器材超声检测技术分类与特点超声检测技术的应用一 概述超声检测发展简史前苏联Sokolv首先提出用超声波探查金属物体内部缺陷的建议美国和英国开发出A型脉冲回波式超声检测仪发展了自动检测系统，配备了自动报警、记录等装置的B、C型显示超声检测仪数字式超声检测仪出现20世纪30年代20世纪60年代20世纪80年代一 概述超声波检测原理超声波无损探伤：利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测，依据是声波通过材料时能量会有损失，在遇到两种介质的分界面时，会发生反射等，常用的频率为0.525MHz。一 概述超声

2、波检测原理超声波检测过程为：用某种方式向被检测试件中引入或激励超声波；超声波在试件中传播并与试件材料和其中的物体相互作用，使其传播方向或特征改变；改变后的超声波有通过检测设备被检测到，并对其进行分析处理；根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部存在的缺陷的特征。用于发现缺陷并进行评估的基本信息：1.来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度；2.入射信号与接收信号之间的声传播时间；3.声波通过材料以后能量的衰减。一 概述超声波检测原理 优点适用于金属、非金属、复合材料等材料及制件的无损评价；穿透力强，可对较大厚度范围（如，几米长的钢锻件）的试件内部缺陷进行检测；灵敏度高，可检测很小的缺

3、陷；可较准确地测定缺陷的深度位置；设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。 局限性纵波脉冲反射法存在盲区，缺陷走向对检测灵敏度有影响，对表面和近表面的缺陷常常难于检测；试件形状复杂、表面粗糙、曲率半径小等对检测实施有较大影响；材料的某些内部缺陷，如晶粒度、非均匀性、非密致性等会使缺陷检测的灵敏度和信噪比变差；对缺陷作定性、定量表征的准确性依赖操作者的经验；需要耦合剂。二 超声检测的物理基础1. 什么是超声波人耳能够听到的机械波，频率在16Hz20kHz之间，称为声波。人耳听不到的机械波，频率高于20kHz的称为超声波；频率低于16Hz的称为次声波。频率在310831011 Hz之间的称为微波

4、。超声波的频率越高，就越接近光学的反射、折射等特性。 3. 超声波的特点 超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。 1) 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性。 2）穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。 3）能量高 超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。 4）遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。 二 超声检测的物理基础95.超声场的物理量:声压、声强1. 声压当

5、介质中有超声波传播时，由于介质质点振动，使介质中压强交替变化。超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强P1与没有超声波存在时同一点的静态压强P0之差称为该点的声压，用P表示,即 二 超声检测的物理基础 2. 声强单位时间内垂直通过单位面积的声能，称为声强，用I表示。 对于平面纵波，其声强I为 由上式可知，超声场中，声强与角频率平方成正比。由于超声波的频率很高，故超声波的声强很大，这是超声波能用于探伤的重要依据。 101. 超声波垂直入射到平界面上的反射和透射当超声波垂直入射到两种介质的界面时，一部分能量透过界面进入第二种介质，成为透射波(声强为It)， 波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回

6、来，沿与入射波相反的方向传播，成为反射波(声强为Ir)。声波的这一性质是超声波检测缺陷的物理基础。 二 超声检测的物理基础通常将反射波声压Pr与入射波声压P0的比值称为声压反射率r，将透射波声压Pt和P0的比值称为声压透射率t。可以证明， r和t的数学表达式为： 式中： Z1为第一种介质的声阻抗； Z2为第二种介质的声阻抗。 11为了研究反射波和透射波的能量关系，引入声强反射率R和声强透射率T两个量。R为反射波声强(Ir)和入射波声强(I0)之比；T为透射波声强(It)和入射波声强(I0)之比。 界面两侧声阻抗差异越大，反射声能越大，透射声能越小。因此有利于检测裂纹等有空气隙的缺陷，这也是超声

7、检测通常要使用耦合剂的原因。当缺陷的声阻抗接近基体材料时，则不易被检出。二 超声检测的物理基础Z1Z2r=-0.935t=0.065Z2Z1r=0.935t=1.93512对于脉冲反射技术来说，还有一个有意义的量是声压往返透过率，如图所示。通常入射声压经过两种介质的界面透射到试件中后，均需经过相反的路径（假设在工件底面的反射为全反射）再次穿过界面到第一介质中才被探头所接收。 两次穿透界面时透射率的大小，决定着接收信号的强弱。因此， 将声压沿相反方向两次穿过界面时总的透射率称为声压往返透过率(tp)，其数值等于两次穿透界面的透射率的乘积二 超声检测的物理基础声压透射率133. 超声波倾斜入射到平

8、界面上的反射、 折射和波型变换当超声波相对于界面入射点法线以一定的角度倾斜入射到两种不同介质的界面上时，在界面上会产生反射、折射和波型转换现象。入射声波与入射点法线之间的夹角称为入射角。 二 超声检测的物理基础超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射和波型变换(a) 纵波入射； (b) 横波入射 14超声检测设备超声波检测仪、探头、试块、 耦合剂和机械扫查装置等。超声波检测仪(1) 超声波检测仪作用：产生电振荡并加于换能器探头，激励探头发射超声波；同时将探头送回的电信号进行放大处理后以一定方式显示出来，从而得到被探测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。 三 超声波检测仪器15 按缺陷显示方式

9、分类：脉冲式检测仪按回波信号的显示方式可分为A型显示、B型显示和C型显示三种类型。A型是一种波形显示方式，屏幕的横坐标为声波的传播时间（或距离），纵坐标代表反射波的声压幅度。 （2） 超声波检测仪的分类三 超声波检测仪器16B型显示的是试件的一个二维截面图，纵坐标代表探头在探测面扫查的位置坐标，横坐标是声传播的时间（或距离）。该方式可以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等信息。C型显示的是试件的一个平面投影图，探头在试件表面做二维扫查，二维坐标对应探头的扫查位置。探头在每一位置接收的信号幅度以光点辉度表示。该方式可形象地显示工件内部缺陷的平面投影图像，但不能显示缺陷的深度。

10、2、超声波探头（是一种可逆的声电转换元件。在探伤中起发射和接收 高频脉冲弹性波作用)电信号探头超声波零件超声波发射；零件内超声波探头电信号超声波接收；超声波探头的类型。其中最常用的是接触式纵波直探头、接触式横波斜探头、双晶探头、水浸探头与聚焦探头三 超声波检测仪器电信号超声波探头探头结构组成探头组成：压电晶片、阻尼块、外壳、电极、保护膜（斜锲）、调谐线圈压电晶片：实现声电相互转换；阻尼块：吸收声能加大阻尼；外壳：保护固定内部原件；电极：实现晶片和电缆连接；保护膜、斜锲：保护晶片、波形转换；调谐线圈：实现探头与仪器最佳匹配。三 超声波检测仪器19三 超声波检测仪器3. 试块与耦合剂按一定的用途设

11、计制作的具有简单形状人工反射体的试件即称为试块。试块的主要作用：1、确定检测灵敏度2、测试仪器和探头的性能3、调整扫描速度4、评判缺陷大小主要分为：标准试块(校准试块)和对比试块(参考试块)。 耦合剂：改善探头和试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。主要作用：1：填充探头与试件间的空气间隙，使超声波能够传入试件2：有润滑作用，可以减少探头和试件之间的摩擦， 防止试件表面磨损探头，并使探头便于移动。20、液体耦合剂在液浸法检测中，通过液体实现耦合。常用的耦合剂有水、甘油、 变压器油、化学浆糊等。 、在不适合采用液体耦合剂时（如疏松多孔工件表面），可采用干压耦合方式。其实质是用软材料取

12、代液体耦合剂。、空气耦合方式通常用于距离测量。、在高温测量时可采用低熔点合金作为耦合剂。耦合方式液体耦合干压耦合空气耦合高温耦合三 超声波检测仪器21四 超声检测技术分类与特点221） 脉冲反射法脉冲反射法是由超声波探头发射脉冲波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面的反射波的情况来对试件进行检测的方法。1.按原理分类:有脉冲反射法、穿透法和共振法。脉冲反射法的优点1.灵敏度高：能发现很小的缺陷；2.缺陷定位精度高：它是利用缺陷波的传播时间，通过调节扫描速度，来对缺陷定位的。只要仪器的水平线性好，缺陷定位精度就高3.适应范围广：配以不同的探头，就能实现纵波探伤、横波探伤、表面波探伤和板波探

13、伤；改变耦合方式，又能实现接触法探伤和液浸法探伤；4.探伤操作方式灵活：脉冲反射法不要专用扫查装置，为各种场合下的探伤作业带来了极大的方便和灵活性。四 超声检测技术分类与特点脉冲反射法又包括缺陷回波法，底波高度法和多次底波法。缺陷回波法（根据仪器视波屏上显示的缺陷波形进行判断的检测方法，是反射法的基本方法）当工件完好时，超声波可以顺利的传播到达工件底部，检测波形只有发射脉冲T和底面回波B两个信号。若工件内部存在缺陷时，在检测图形中，底面回波前有表示缺陷的回波F。底波高度法（当工件的材质和厚度不变时，底面回波高度应该时基本不变的；但是，如果工件内部存在缺陷时，则底面回波高度会下降甚至消失，依据底

14、面回波高度的变化就可以判断工件缺陷情况）底波高度法的优点是同样投影大小的缺陷可以得到同样的指示，而且不出现盲区。由于该方法检出缺陷的定位、定量不便，灵敏度低，因此，很少作为一种独立的检测手段，而经常作为一种辅助手段。四 超声检测技术分类与特点多次底波法当透入工件的超声波能量较大时，而工件的厚度较小时，超声波可以在探测面和底面之间往复传播多次，视波屏上则多次出现底波B1,B2,B3,B4.。如果工件存在缺陷时，则由于缺陷反射和散射而增加了声能的损耗，底面的回波次数就会减小，同时也打乱了各次底面回波高度的依次衰减规律，并显示缺陷回波。根据回波的次数，就可以判断工件是否有缺陷，这种检测方法就是多次底

15、波法。多次底波法主要用于厚度不大，形状简单、探测面和底面平行的工件的检测，灵敏度低于缺陷回波。25穿透法（依据脉冲波或连续波穿透工件之后的能量的变化来判断缺陷情况的方法） 穿透法常采用两个探头，一个用于发射，一个用于接收，分置在工件的两侧进行探测。穿透法的特点如下：探测灵敏度比反射法低，不能发现小缺陷根据能量的变化就可以判断缺陷的有无，但不能定位适宜探测超声波衰减大的材料可避免盲区，适宜探测薄板指示简单，便于自动探测对于两探头的相对距离和位置要求较高三 超声检测技术分类与特点262.按波型分类，有纵波法、横波法、表面波法和板波法；（1）纵波法（使用直探头发射纵波，进行检测的方法） 纵波法检测时

16、，波束垂直入射到工件探测面，以不变的波型和方向透入工件，所以又称为垂直法。垂直法主要用于铸造、锻压、扎材及其制品的检测，该方法对与探测面平行的缺陷的检出效果最佳。在同一介质中传播时，纵波速度大于其他波型，穿透能力强，晶界反射或散射的敏感性差，所以可探测工件的厚度是所有波型中最大的。（2）横波法（将纵波通过楔块、水等介质倾斜的入射至工件的探测面，利用波型转换得到横波进行检测的方法）横波法主要用于管材、焊缝等的检测。对于其他的工件的检测，则经常作为一种有效的辅助手段。三 超声检测技术分类与特点（4）板波法（使用板波进行检测的方法）主要用于薄板、薄壁管等形状简单的工件的检测。（3）表面波法（使用表面

17、波进行检测的方法） 表面波法主要用于表面表面光滑的工件的检测。 表面波波长比横波波长要短，因此衰减的也比横波厉害。同时，它仅沿表面传播。对于表面的污垢、覆层、不光洁等反应敏感，并被大量削弱。利用这一点可以通过手粘油在声束传播方向进行触摸并观察缺陷回波高度的变化，来对缺陷进行定位。（2）表面波法（使用表面波进行检测的方法） 表面波法主要用于表面表面光滑的工件的检测。 表面波波长比横波波长要短，因此衰减的也比横波厉害。同时，它仅沿表面传播。对于表面的污垢、覆层、不光洁等反应敏感，并被大量削弱。利用这一点可以通过手粘油在声束传播方向进行触摸并观察缺陷回波高度的变化，来对缺陷进行定位。四 超声检测技术分类与特点284.按耦合方式分类，有接触法和液浸法接触法（探头与工件的探测面之间耦合剂层非常薄，可以看做两者直接接触，这种接触方法叫直接接触法）此法操作方便，检测图形简单，判断容易，检出缺陷的灵敏度高，时实际检测中用的最多的方法。但是，接触法检测时，要求探测面的表面的粗糙度要小。液浸法（将工件和探头漫于液体中以液体作耦合剂进行检测的方法） 耦合剂可以时油，也可以时水。当以水作为耦合剂时，称为水浸法。液浸法检测时，不直接接触工件，因此适用于表面粗糙的工件的检测。探