淺析超聲波在板材檢測(cè)中的應(yīng)用

1、淺析超聲波在板材檢測(cè)中的應(yīng)用摘要：超聲波技術(shù)作為一種新興技術(shù)，已逐漸顯示出了其優(yōu)越性，并隨著研究的深入，超聲波技術(shù)的應(yīng)用也越來越受到重視。文中綜述了超聲波技術(shù)在板材檢測(cè)中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析了板材檢測(cè)中的具體檢測(cè)方法。關(guān)鍵詞：超聲波；板材；檢測(cè)超聲波是頻率大于20000Hz的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播而形成的一種機(jī)械波。它具有能量大、穿透力強(qiáng)及良好的方向性和穿透能力等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等方面。一、超聲波檢測(cè)的根本原理超聲檢測(cè)的根本過程：儀器產(chǎn)生超聲場(chǎng)，使工件處于其中；缺陷引起超聲場(chǎng)的變化反射和折射等；儀器感受并采集超聲場(chǎng)的變化；儀器將超聲場(chǎng)的變化以某種方式顯示出來。例如目前廣泛采用

2、的脈沖反射法超聲檢測(cè)是通過超聲檢測(cè)儀向材料內(nèi)部發(fā)射脈沖超聲波，當(dāng)超聲波在傳播過程中遇到具有不同聲阻抗的缺陷時(shí)，缺陷處便反射一超聲波信號(hào)給檢測(cè)儀器，經(jīng)過儀器的處理，以某種易于被人們看懂的方式顯示出來。二、板材中的常見缺陷板材中的常見缺陷有分層、夾雜、裂紋、白點(diǎn)等。板材中的缺陷經(jīng)過軋制等工序后大多呈平面狀，并與外表平行。其中分層是最常見的內(nèi)部缺陷，主要是由板坯中的開口氣泡或開口縮孔切割得不干凈造成的。板材超聲檢測(cè)方法的選擇與板材的應(yīng)用條件密切相關(guān)。當(dāng)板材受平行于缺陷方向的拉應(yīng)力時(shí)，缺陷不會(huì)嚴(yán)重影響板材的強(qiáng)度；當(dāng)板材受垂直于缺陷的拉應(yīng)力時(shí)，缺陷會(huì)嚴(yán)重影響板材的強(qiáng)度，在板材中不允許存在這樣的缺陷。三、

3、板材中的超聲波檢測(cè)應(yīng)用一檢測(cè)方法1.縱波直探頭法?？v波直探頭法是板材檢測(cè)最常用的一種方法，其檢測(cè)時(shí)的圖像分為四種情況：無缺陷部位時(shí)只有始波和底波出現(xiàn)在顯示屏上；如有小缺陷，除了始波和底波外，還有缺陷波存在；假設(shè)有大于聲束有效直徑的片狀缺陷如分層缺陷，聲束被缺陷全反射，所以顯示屏上只有始波和缺陷波，而沒有底波；如果板材內(nèi)有傾斜于聲束且大于聲束直徑的缺陷，聲束將被全反射到另一個(gè)方向，此時(shí)顯示屏上只有始波。當(dāng)板中缺陷較小時(shí)，屢次反射形成的缺陷波呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律。其升高的原因是不同反射路徑的聲波相互疊加，即波的疊加應(yīng)。但當(dāng)路徑進(jìn)一步增加時(shí)，聲衰減也迅速增加，這時(shí)衰減的影響超過了波的疊加效果，因此

4、缺陷波升高到一定程度后又逐漸降低。這時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)F1來評(píng)價(jià)缺陷。當(dāng)板厚2.橫波斜探頭法。橫波斜探頭法從檢測(cè)圖形上又可分為三種情況：正常情況無底波反射，聲波呈鋸齒形向前傳播；有缺陷時(shí)，在顯示屏上有傷波出現(xiàn)；當(dāng)缺陷平行于板面時(shí)，聲束雖被反射，但探頭接收不到，因此顯示屏上也無傷波出現(xiàn)，此種情況需要配合直探頭進(jìn)行檢驗(yàn)。3.水浸法。水浸法是將工件和探頭頭部浸在耦合液體中，探頭不直接接觸工件的超聲檢測(cè)方法。按照工件和探頭浸沒方式，分為全部水浸、局部水浸和噴流水浸三種。水浸法適用于大面積板材的自動(dòng)化檢測(cè)，通常采用多通道超聲檢測(cè)儀和多探頭系統(tǒng)以提高檢測(cè)速度，檢測(cè)效率和可靠性較高。同時(shí)水浸法的近外表分辨力也比

5、接觸法高，但水浸法檢測(cè)需要配備專門的檢測(cè)裝置。水浸法檢測(cè)鋼板可以采用脈沖反射法、脈沖穿透法或連續(xù)波法。脈沖反射法多采用垂直入射、屢次反射的方式進(jìn)行。這時(shí)，為防止水/鋼界面屢次回波與鋼板底面屢次回波互相干擾，需選擇適宜的水層厚度，使水/鋼界面回波分別與鋼板屢次底波重合，從而讓顯示屏上波形清晰利于檢測(cè)，這種方法稱為屢次重合法。當(dāng)水/鋼界面的二次回波與鋼板的一次底波重合時(shí)，稱為一次重合法；當(dāng)水/鋼界面回波與鋼板的二次底波重合時(shí)，稱為二次重合法，依此類推。水層厚度的公式如下：式中：c水水中的縱波速度；c板板材中的縱波速度；k第二次界面回波與第k次底面回波重合。對(duì)于鋼板，c板=4c水，檢測(cè)時(shí)常取水層厚度

6、等于鋼板厚度，使第二次界面回波與第四次底面回波重合。檢測(cè)時(shí)水層增大到一定程度，可使檢測(cè)在探頭的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行，有利于靈敏度調(diào)整和缺陷評(píng)定。用水浸法檢測(cè)鋼板時(shí)，要控制好探頭的垂直度。首先，探頭入射角在水中變化10°，相當(dāng)于鋼中折射縱波變化近40°；其次，水層厚度應(yīng)按鋼板的厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，一般應(yīng)使鋼板的底面回波出現(xiàn)在第二次界面回波之前，即水層厚度H應(yīng)大于或等于鋼板厚度的25%。另外水浸法的靈敏度與接觸法相比需提高10dB以上。4.穿透反射法。當(dāng)板材厚度很小，難以清晰分辨界面回波和底波時(shí)，可采用穿透反射法。穿透反射法也適用于薄板的檢測(cè)。采用縱波垂直入射，使超聲束垂直穿透板材，并從一

7、光滑平整的反射面反射，測(cè)量反射波穿透薄板返回后探頭接收到的信號(hào)。缺陷的存在必然會(huì)影響聲的兩次穿透，從而由信號(hào)的幅度變化可判斷出板材有無缺陷存在。穿透反射法在檢測(cè)衰減較大的板材時(shí)效果較好，穿透式檢測(cè)法的檢測(cè)速度快，設(shè)備較簡(jiǎn)單，對(duì)有一定面積的分層缺陷比較靈敏，但一般情況下對(duì)于小尺寸缺陷的靈敏程度不如直接反射法。二檢測(cè)條件的選擇超聲波檢測(cè)的檢測(cè)條件通常是指在檢測(cè)時(shí)工件的透聲條件和檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，一般應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：1.耦合條件。板材檢測(cè)多采用油、水或漿糊作為耦合劑。漿糊主要用于工件外表較粗糙的場(chǎng)合，以便耦合穩(wěn)定。水多用于液浸法檢測(cè)，為預(yù)防工件生銹，可在水中參加防銹劑，當(dāng)然在必要場(chǎng)合也可采用油浸法檢測(cè)工件。油浸法多用于普通接觸法超聲檢測(cè)。2.檢測(cè)頻率和靈敏度。根據(jù)板厚和材質(zhì)情況，一般可以選擇25MHz的檢測(cè)頻率。如壓力容器用鋼板超聲檢測(cè)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作頻率是2.5MHz，而對(duì)于變形量不大以及晶粒較粗大的厚板材料，也可采用較低的1.25MHz的工作頻率。檢測(cè)靈敏度通常是通過平底孔比照試塊進(jìn)行調(diào)節(jié)的。平底孔的直徑根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)條件要求確