無損檢測技術(shù)之超聲檢測

1、無損檢測技術(shù)之超聲檢測超波檢測主要用于探測試件的內(nèi)部缺陷,它的應(yīng)用十分廣泛.所謂超聲波是指超過人耳聽覺,頻率大于 20kH20kHz z 的聲波.用于檢測的超聲波,頻率為 0.40.4 25MH25MHz z 其中用得最多的是 1 15MHz5MHz 超聲波探傷方法很多,通常有穿透法、脈沖反射法、串列法等.目前用得最多的是脈沖反射法.超聲信號顯示方面,目前用得最多而且較為成熟的是 A A 型顯示.下面主要表達 A A 型顯示脈沖反射超聲探傷法.1 1.超聲檢測定義、作用及特性定義：一般指超聲波與工件作用,就反射、透射和衍射的波進行研究,對工件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變

2、化的檢測和表征,并進而對其特定應(yīng)用進行評價的技術(shù).工業(yè)檢測中,超聲檢測通常指宏觀缺陷檢測和材料厚度測量.作用：通過超聲檢測發(fā)現(xiàn)工件或設(shè)備中存在的缺陷,從而實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改良工藝、提升勞動生產(chǎn)率、消除平安隱患.超聲波的重要特性：1 1方向性好超聲波是頻率很高、 波長很短的機械波,在超聲波檢測中使用的波長為毫米數(shù)量級.像光波一樣具有良好的方向性,可以定向發(fā)射,從而在被檢工件中發(fā)現(xiàn)缺陷.2 2能量高超聲波的水平聲強與頻率的平方成正比.3 3能在界面上產(chǎn)生反射、折射、衍射和波形轉(zhuǎn)換超聲波具有幾何聲學(xué)的特點,在介質(zhì)中直線傳播,遇到界面產(chǎn)生反射、折射、衍射和波形轉(zhuǎn)換.4 4穿透水平強超聲波

3、在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時,能量損失小,傳播距離大,穿透水平強,在一些金屬材料中穿透水平可達數(shù)米,這是其它檢測方法無法比較的.2 2 . .超聲波的發(fā)生及其性質(zhì)2.12.1 超聲波的發(fā)生和接收聲波是一種機械波,機械波是由機械振動產(chǎn)生的.工業(yè)探傷用的高頻超聲波,是通過壓電換能器產(chǎn)生的.壓電材料可以將電振動轉(zhuǎn)換成機械振動,也能將機械振動轉(zhuǎn)換成電振動.通常在超聲波探傷中只使用一個晶片,這個晶片既作發(fā)射又作接收.圖9 91 1姆聲波的發(fā)生W9-2W9-2超聲波的縱波與橫波V V電報班科片2.22.2 超聲波的種類超聲波有許多種類,在介質(zhì)中傳播有不同的方式,波型不同,其振動方式不同,傳播速度也不同.聲波的介質(zhì)

4、質(zhì)點振動方向與傳播方向一致,叫做縱波.質(zhì)質(zhì)點振動方向和波傳播的方向垂直的波叫橫波.縱波可在氣、液、固體中傳播.可是橫波只能在固體介質(zhì)中傳播.止匕外,還有在固體介質(zhì)的外表傳播的表面波、在固體介質(zhì)的外表下傳播的爬波和在薄板中的傳播板波.它們都可用來探傷.2.32.3 超聲波的主要物理量波長：入單位：mmmmmm同一波線上相鄰兩振動相位相同的質(zhì)點間的距離.或者說：沿著波的傳播方向,兩個相鄰的同相位質(zhì)點間的距離.頻率：f f 單位：赫茲HzHz波動過程中,任一給定點在 1 1 秒鐘內(nèi)所通過的完整波的個數(shù).波速：C C 單位：m/s,km/sm/s,km/s波動中,波在單位時間內(nèi)所傳播的距離稱為波速.c

5、ncnf f 或入=c/f=c/f波長與波速成正比,與頻率成反比.當頻率一定時,波速愈大,波長就愈長；當波速一定時,頻率愈低,波長就愈長聲速聲波在介質(zhì)中是以一定的速度傳播的,如空氣中的聲速為 340m/s,340m/s,水中的聲速為 1500m/s,1500m/s,鋼中縱波的聲速為 5900m/s,5900m/s,橫波的聲速為 3230m/s,3230m/s,外表波的聲速3007m/s3007m/s.橫波的聲速大約是縱波聲速的一半,而外表波聲速大約是橫波的 0.90.9 倍.分貝與奈培在生產(chǎn)和科學(xué)實驗中,所遇到的聲強數(shù)量級往往相差懸殊,如引起聽覺的聲強范圍,最大值和最小值相差 1212 個數(shù)量

6、級.顯然采用絕對量來度量是不方便的,但如果對其比值相對量取對數(shù)來比較計算那么可大大簡化運算.分貝就是兩個同量綱的量之比取對數(shù)后的結(jié)果. =20lgP1/P2=20lgP1/P2在超聲波檢測中,當超聲波探傷儀的垂直線性較好時,儀器示波屏上的波高與回波聲壓成正比.這時有 =20lgP2/P1=20lgH2/H1=20lgP2/P1=20lgH2/H1dBdB這里聲壓基準 P1P1 或波高基準 H1H1 可以任意選取.當 H2/H1=1H2/H1=1 時,=0dB,0dB,說明兩波高相等時,二者的分貝差為零.當 H2/H1=2H2/H1=2 時,/=6dB,/=6dB,說明 H2H2 為 H1H1

7、的兩倍時,H2H2 比 H1H1 高 6dB6dB.當 H2/H1=1/2H2/H1=1/2 時,=6dB,6dB,說明 H2H2 為 H1H1 的 1/21/2 時,H2H2 比 H1H1 低 6dB6dB.2.42.4 超聲波檢測的原理超聲波檢測主要是基于超聲波在工件中的傳播特性,如在遇到聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的界面時會發(fā)生反射,聲波通過材料時能量會損失等,以脈沖反射法為例,其原理如下：1 1超聲波探傷儀聲源產(chǎn)生高頻電磁振蕩信號脈沖波,采用一定的方式使超聲波進入工件；2 2超聲波在工件中傳播并與工件材料以及其中的缺陷相互作用,其傳播方向或特征被改變；3 3反射回來的超聲波被超聲波探頭接收,進

8、行處理和分析；4 4根據(jù)接收的超聲波特征、進行評估.目前用得最多的方法是脈沖反射法.脈沖反射法在垂直探傷時用縱波,在斜入射探傷時大多用橫波.把超聲波射入被檢物的一面,然后在同一面接收從缺陷處反射回來的回波,根據(jù)回波情況來判斷缺陷的情況.縱波垂直探傷和橫波傾斜入射探傷是超聲波探傷中兩種主要探傷方法探頭圖A10A10斜射法探傷的幾何關(guān)系如斜模中的延遲w族第的出看&折射曲X X收解的水平即肉d攝降的霜再距南F-F-順韜反射液T T蛤液發(fā)射脈神,I.一4圣陷回波F53 3 . .試塊超聲探傷中是以試塊作為比較的依據(jù).試塊上有各種的特征,例如特定的尺寸,規(guī)定的人工缺陷,即某一尺寸的平底孔、橫通孔

9、、凹梢等.用試塊作為調(diào)節(jié)儀器、定量缺陷的參考依據(jù),是超聲探傷的一個特點.試塊在超聲探傷中的用途主要有三方面：確定適宜的探傷方法.確定探傷靈敏度和評價缺陷大小.校驗儀器和測試探頭性能.4 4 . .超聲波檢測工藝要點A.A.探傷時機選擇根據(jù)要到達的檢測目的,選擇最適當?shù)奶絺麜r機.B.B.探傷方法選擇根據(jù)工件情況,選定探傷方法.例如,對焊縫,選擇單斜探頭接觸法；對鋼管,選擇聚焦探頭水浸法；對軸類鍛件,選用單探頭垂直探傷法.C.C.探傷方向很重要.探傷方向應(yīng)以能發(fā)現(xiàn)缺陷為準,應(yīng)根據(jù)缺陷的種類和方向來決定.D.D.頻率的選擇根據(jù)工件厚度和材料的晶粒大小,合理的選擇探傷頻率.E.E.確定探傷靈敏度用適當?shù)臉藴试噳K的人工缺陷或試件無缺陷底面調(diào)節(jié)到一定的波高,確定探傷靈敏度.5,5,超聲檢測方法的水平范圍和局限性5.15.1 水平范圍a a能檢測出原材料板材、復(fù)合板材、管材、鍛件等和零部件中存在的缺陷；b b能檢測出焊接接頭內(nèi)存在的缺陷,面狀缺陷檢出率較高；c c超聲波穿透水平強,可用