無(wú)損檢測(cè)超聲波檢測(cè)課件

1、第一章 超 聲 波 檢 測(cè)第一章 超 聲 波 檢 測(cè) 1. 1 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)描述超聲波的基本物理量 超聲波的產(chǎn)生依賴(lài)于做高頻機(jī)械振動(dòng)的“聲源”和傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)是超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)。 描述超聲波波動(dòng)特性的基本物理量有： 聲速c、頻率f、波長(zhǎng)、周期T 、角頻率。其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān)。 這些量之間的關(guān)系如下： 1. 1 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)描述超聲波的基本物理量超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)超聲波的特點(diǎn)超聲波波長(zhǎng)很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)。1) 方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。2）穿透能力強(qiáng)

2、 對(duì)于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。3）能量高 超聲檢測(cè)的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。4）遇有界面時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測(cè)工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)超聲波的特點(diǎn)超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)超聲波的分類(lèi) 超聲波的分類(lèi)方法很多，如圖1所示。主要有：按介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類(lèi)，即按波型分類(lèi)；按波振面的形狀分類(lèi)，即按波形分；按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類(lèi)等。其中，按波型是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討

3、論。超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)超聲波的分類(lèi)超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖 1-1 超聲波的分類(lèi)超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖 1-1 超聲波的分類(lèi)超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 1） 超聲波的波型 超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。 （1） 縱波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見(jiàn)圖1-2)。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時(shí)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)疏密相間，所以縱波有時(shí)又稱(chēng)為壓縮波或疏密波。 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 1） 超聲波的波型超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-2 縱波超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-2 縱波超聲檢測(cè)

4、的基礎(chǔ)知識(shí)（2） 橫波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示。橫波的形成是由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變切應(yīng)力作用時(shí)， 產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力，只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。 （3） 表面波（瑞利波）。當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)， 對(duì)于有限介質(zhì)而言，有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?。瑞利首先?duì)這種波給予了理論上的說(shuō)明，因此表面波又稱(chēng)為瑞利波， 常用R表示。 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)（2） 橫波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-3 橫波超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-3 橫波

5、超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)表面波超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)表面波超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)（4） 板波（蘭姆波）。在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時(shí)聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。 薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為縱波和橫波的組合， 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見(jiàn)圖1-5)。板波按其傳播方式又可分為對(duì)稱(chēng)型（S型）和非對(duì)稱(chēng)型（A型）兩種，這是由質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于板的中間層作對(duì)稱(chēng)型還是非對(duì)稱(chēng)型運(yùn)動(dòng)來(lái)決定的。超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)（4） 板波（蘭姆波）。在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)某暀z測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-5 板波(a) 對(duì)稱(chēng)型； (b) 非對(duì)稱(chēng)型超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖1-5 板波超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 2) 超

6、聲波的波形 超聲波由聲源向周?chē)鷤鞑サ倪^(guò)程可用波陣面進(jìn)行描述。 如圖1-6所示，在無(wú)限大且各向同性的介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳播， 用波線表示傳播的方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱(chēng)為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱(chēng)為波前。在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面。在任何時(shí)刻，波前總是距聲源最遠(yuǎn)的一個(gè)波陣面。 波前只有一個(gè)，而波陣面可以有任意多個(gè)。超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 2) 超聲波的波形超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖6-6 波線、 波前與波陣面(a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)圖6-6 波線、 波前與波陣面超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 3）連續(xù)波

7、與脈沖波 連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間為無(wú)窮時(shí)的波。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短的波，超聲檢測(cè)中最常用的是脈沖波。對(duì)脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí) 3）連續(xù)波與脈沖波超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 2.1 超聲場(chǎng)的物理量 1) 聲壓 當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替變化。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)P1與沒(méi)有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱(chēng)為該點(diǎn)的聲壓，用P表示,即 超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 2.1 超聲場(chǎng)的物理量超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 2） 聲阻抗

8、介質(zhì)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值Vm之比，稱(chēng)為聲阻抗，常用Z表示。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就愈小。聲阻抗表示超聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 2） 聲阻抗超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 3） 聲強(qiáng) 單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的聲能，稱(chēng)為聲強(qiáng)，用I表示。 對(duì)于平面縱波，其聲強(qiáng)I為超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 3） 聲強(qiáng)超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 4） 分貝的概念 實(shí)際探傷中，將聲強(qiáng)I1與I2之比取對(duì)數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級(jí)，這時(shí)單位為分貝，用dB表示，即 超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 4） 分貝的概念超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 2.2 介質(zhì)的聲參量

9、 1） 聲速 聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，但更依賴(lài)于傳聲介質(zhì)自身的特性。因此，聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量。了解受檢材料的聲速，對(duì)于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。 聲速又可分為相速度和群速度。相速度是指聲波傳播到介質(zhì)的某一選定相位點(diǎn)時(shí)在傳播方向上的聲速。群速度是指?jìng)鞑ヂ暡ǖ陌j(luò)上具有某種特征（如幅值最大）的點(diǎn)上沿傳播方向上的聲速。 群速度是波群的能量傳播速度。 超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介 2.2 介質(zhì)的聲參量超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介（1）縱波、橫波和表面波的聲速。 縱波、橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定的，而與頻率無(wú)關(guān)，即它們各自的

10、相速度和群速度相同，因此一般說(shuō)到它們的聲速都是指相速度。不同材料聲速值有較大的差異。 在給定的材料中，頻率越高，波長(zhǎng)越短。 同一固體介質(zhì)中，縱波聲速c1大于橫波聲速cs，橫波聲速cs又大于瑞利波聲速cr。對(duì)于鋼材，c1 1.8cs，cs1.1cr。（2） 板波的聲速。板波的聲速與其他波型不同，其相速度隨頻率變化而變化。相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為頻散。 超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介（1）縱波、橫波和表面波的聲速。超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3.1 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射 如圖1-7所示，當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)， 一部分能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波(聲強(qiáng)為It

11、)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來(lái)，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強(qiáng)為Ir)。聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺陷的物理基礎(chǔ)。超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3.1 超聲波垂直入射到平界面超聲波在介質(zhì)中的傳播特性圖6-7 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性圖6-7 超聲波垂直入射于平界面的反超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱(chēng)為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱(chēng)為聲壓透射率t?？梢宰C明， r和t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中： Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗； Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗。超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 通常將反射波

12、聲壓超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3.2 超聲波垂直入射到多層界面上時(shí)的反射和透射 在超聲檢測(cè)中經(jīng)常遇到超聲波進(jìn)入第二種介質(zhì)后，穿過(guò)第二種介質(zhì)再進(jìn)入第三種介質(zhì)的情況。如圖1-8所示，當(dāng)超聲波從介質(zhì)1（聲阻抗為Z1）中垂直入射到介質(zhì)1和介質(zhì)2（聲阻抗為Z2）的界面上時(shí)， 一部分聲能被反射，另一部分透射到介質(zhì)2中；當(dāng)透射的聲波到達(dá)介質(zhì)2和介質(zhì)3（聲阻抗為Z3）的界面時(shí)，再次發(fā)生反射與透射，其反射波部分在介質(zhì)2中傳播至介質(zhì)2與介質(zhì)1的界面，則又會(huì)發(fā)生同樣的過(guò)程。如此不斷地繼續(xù)下去，則在兩個(gè)界面的兩側(cè)，產(chǎn)生一系列的反射波與透射波。 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3.2 超聲波垂直入射到多層界超聲波在介質(zhì)中的傳

13、播特性圖1-8 在兩個(gè)界面上的反射和透射超聲波在介質(zhì)中的傳播特性圖1-8 在兩個(gè)界面上的反射和透射超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3.3 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、 折射和波型變換 當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，見(jiàn)圖1-9。入射聲波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱(chēng)為入射角。超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3.3 超聲波傾斜入射到平界面超聲波在介質(zhì)中的傳播特性圖1-9 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換(a) 縱波入射； (b) 橫波入射超聲波在介質(zhì)中的傳播特性圖1-9 超聲波傾斜入射到平界面上的超聲波在介質(zhì)中的傳

14、播特性 1) 反射 如圖1-9（a）所示，當(dāng)縱波以入射角L傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí)，將會(huì)在介質(zhì)1中于入射點(diǎn)法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角L的反射縱波。 反射波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱(chēng)為反射角。入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律，即L=L。與光的反射不同的是，當(dāng)介質(zhì)1為固體時(shí)，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時(shí)，橫波反射角S與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同，為 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 1) 反射 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，見(jiàn)圖1-9（b)， 這時(shí)橫波入射角S與橫波反射

15、角S相等。介質(zhì)1為固體時(shí)縱波反射角與橫波入射角之間的關(guān)系為 由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無(wú)論是縱波入射還是橫波入射，均有。當(dāng)介質(zhì)1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 2） 折射 當(dāng)兩種介質(zhì)聲速不同時(shí)，透射部分的聲波會(huì)發(fā)生傳播方向的改變，稱(chēng)為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質(zhì)2為固體， 則介質(zhì)2中除有與入射波相同波型的折射波外，均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。 這時(shí)，介質(zhì)2中可能同時(shí)存在縱波與橫波(見(jiàn)圖1-9)。折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律。 折射角

16、相對(duì)于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關(guān)。同時(shí)，由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角L要大于橫波折射角S。 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 2） 折射超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3） 臨界角 當(dāng)?shù)诙N介質(zhì)中的折射波型的聲速比第一種介質(zhì)中入射波型的聲速大時(shí)，折射角大于入射角。此時(shí)，存在一個(gè)臨界入射角，在這個(gè)角度下，折射角等于90。大于這一角度時(shí)， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波。 (1) 第一臨界角。當(dāng)入射波為縱波，且cL2cL1時(shí)，使縱波折射角達(dá)到90的縱波入射角稱(chēng)為第一臨界角，用符號(hào)表示。當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中不再有折射縱波。 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 3）

17、 臨界角超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 (2) 第二臨界角。當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體， 且cS2cL1時(shí)，使橫波折射角達(dá)到90的縱波入射角為第二臨界角，用符號(hào)表示。 通常在超聲檢測(cè)中，臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況。這種情況下，可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的純橫波， 對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)。 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 (2) 第二臨界角。當(dāng)入射波由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場(chǎng)簡(jiǎn)介圖1-10 圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)指向性示意圖由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場(chǎng)簡(jiǎn)介圖1-10 圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)指向性示由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場(chǎng)簡(jiǎn)介圖1-11 圓盤(pán)聲源非擴(kuò)散區(qū)示

18、意圖由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場(chǎng)簡(jiǎn)介圖1-11 圓盤(pán)聲源非擴(kuò)散區(qū)示意超聲波檢測(cè)當(dāng)量定量 規(guī)則反射體回波聲壓 超聲檢測(cè)用于發(fā)現(xiàn)材料中缺陷的最常用的技術(shù)是脈沖反射法， 是根據(jù)接收到的反射波的位置、幅度等信息判斷材料內(nèi)部存在缺陷的情況。因此，研究聲場(chǎng)中存在反射界面時(shí)反射波的聲壓對(duì)于缺陷的檢出和缺陷的評(píng)價(jià)是十分重要的。實(shí)際中總是結(jié)合圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)規(guī)律，討論在圓盤(pán)聲場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)中，介質(zhì)衰減可以忽略且界面聲壓反射率為1時(shí)，不同形狀反射體反射聲壓的變化規(guī)律。 超聲波檢測(cè)當(dāng)量定量 規(guī)則反射體回波聲壓超聲波檢測(cè)當(dāng)量定量 由于實(shí)際缺陷形狀是各種各樣的，甚至可能是不規(guī)則的， 在進(jìn)行理論分析時(shí)，采用幾種簡(jiǎn)化的規(guī)則形狀模型來(lái)進(jìn)行計(jì)

19、算。 有些形狀可在試樣上人工制作，從而可作為人工模擬反射體， 用于儀器的調(diào)整和缺陷的評(píng)價(jià)。規(guī)則形狀反射體主要包括大平面、圓形或方形平面、球形反射體和圓柱形反射體。具體的規(guī)則反射體回波聲壓公式可查閱有關(guān)資料。當(dāng)對(duì)實(shí)際缺陷大小進(jìn)行計(jì)算時(shí)，往往得到的是該缺陷相當(dāng)于多大的規(guī)則反射體， 把這個(gè)大小稱(chēng)為缺陷的當(dāng)量尺寸。超聲波檢測(cè)當(dāng)量定量 由于實(shí)際缺陷形狀是各種超聲波檢測(cè)方法 2.1 超聲檢測(cè)設(shè)備和器材 超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊、 耦合劑和機(jī)械掃查裝置等。超聲檢測(cè)儀和探頭對(duì)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵性的作用，是產(chǎn)生超聲波并對(duì)經(jīng)材料中傳播后的超聲波信號(hào)進(jìn)行接收、處理、顯示的部分。由這些設(shè)

20、備組成一個(gè)綜合的超聲檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的總體性能不僅受到各個(gè)分設(shè)備的影響，還在很大程度上取決于它們之間的配合。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)檢測(cè)的可靠性、速度提出了更高的要求，以往的手工檢測(cè)越來(lái)越多地被自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)取代。超聲波檢測(cè)方法 2.1 超聲檢測(cè)設(shè)備和器材超聲波檢測(cè)方法 1) 超聲波檢測(cè)儀 超聲波檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備， 是專(zhuān)門(mén)用于超聲檢測(cè)的一種電子儀器。 (1) 超聲波檢測(cè)儀的作用。它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器探頭，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后以一定方式顯示出來(lái)，從而得到被探測(cè)工件內(nèi)部有無(wú)缺陷及缺陷的位置和大小等信息。 超聲波檢測(cè)方法 1) 超聲波檢測(cè)

21、儀超聲波檢測(cè)方法圖2-1A型顯示原理圖超聲波檢測(cè)方法圖2-1A型顯示原理圖超聲波檢測(cè)方法圖2-2 B型顯示原理圖超聲波檢測(cè)方法圖2-2 B型顯示原理圖超聲波檢測(cè)方法圖2-3 C型顯示原理圖超聲波檢測(cè)方法圖2-3 C型顯示原理圖超聲波檢測(cè)方法 2) 超聲波探頭 （1） 超聲波探頭的作用。 超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換。它是利用壓電晶體的正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能的。探頭是組成檢測(cè)系統(tǒng)的最重要的組件，其性能的好壞直接影響超聲檢測(cè)的效果。 （2） 常用超聲波探頭的類(lèi)型。超聲波檢測(cè)中由于被探測(cè)工件的形狀和材質(zhì)、探測(cè)的目的、探測(cè)的條件不同， 因而要使用各種不同形式的探頭。其中最常用的是接觸式縱波直

22、探頭、接觸式橫波斜探頭、雙晶探頭、水浸探頭與聚焦探頭等。一般橫波斜探頭的晶片為方形，縱波直探頭的晶片為圓形，而聚焦聲源的圓形晶片為聲透鏡。 所以聲場(chǎng)就有圓盤(pán)源聲場(chǎng)、聚焦聲源聲場(chǎng)和斜探頭發(fā)射的橫波聲場(chǎng)。 圖2-4為一組探頭的圖片。超聲波檢測(cè)方法 2) 超聲波探頭超聲波檢測(cè)方法圖2-4各種探頭 (a) 縱波直探頭； (b) 橫波斜探頭； (c) 雙晶探頭超聲波檢測(cè)方法圖2-4各種探頭 超聲波檢測(cè)方法 3） 試塊與耦合劑 與一般的測(cè)量過(guò)程一樣，為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性、可比性，必須用一個(gè)具有已知固定特性的試樣(試塊)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。這種按一定的用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單形狀人工反射體的試件即

23、稱(chēng)為試塊。超聲檢測(cè)用試塊通常分為兩種類(lèi)型，即標(biāo)準(zhǔn)試塊(校準(zhǔn)試塊)和對(duì)比試塊(參考試塊)。 超聲波檢測(cè)方法 3） 試塊與耦合劑超聲波檢測(cè)方法 當(dāng)探頭和試件之間有一層空氣時(shí)，超聲波的反射率幾乎為100，即使很薄的一層空氣也可以阻止超聲波傳入試件。 因此，排除探頭和試件之間的空氣非常重要。耦合劑就是為了改善探頭和試件間聲能的傳遞而加在探頭和檢測(cè)面之間的液體薄層。耦合劑可以填充探頭與試件間的空氣間隙，使超聲波能夠傳入試件，這是使用耦合劑的主要目的。除此之外， 耦合劑有潤(rùn)滑作用，可以減少探頭和試件之間的摩擦， 防止試件表面磨損探頭，并使探頭便于移動(dòng)。在液浸法檢測(cè)中， 通過(guò)液體實(shí)現(xiàn)耦合，此時(shí)液體也是耦合劑

24、。常用的耦合劑有水、甘油、 變壓器油、化學(xué)漿糊等。 超聲波檢測(cè)方法 當(dāng)探頭和試件超聲波檢測(cè)方法2. 超聲檢測(cè)方法超聲檢測(cè)的方法很多，可按原理、波型和使用探頭的數(shù)目及探頭接觸方式來(lái)分類(lèi)。按原理分類(lèi)，有脈沖反射法、穿透法和共振法；按顯示方式分類(lèi)，有A型顯示、B型顯示和C型顯示；按波型分類(lèi)，有縱波法、橫波法、表面波法和板波法；按探頭數(shù)目分類(lèi)，有單探頭法、雙探頭法和多探頭法；按耦合方式分類(lèi)，有接觸法和液浸法；按入射角度分類(lèi)，有直射聲束法和斜射聲束法。 超聲波檢測(cè)方法2. 超聲檢測(cè)方法超聲波檢測(cè)方法1） 穿透法穿透法通常采用兩個(gè)探頭，分別放置在試件兩側(cè)，一個(gè)將脈沖波發(fā)射到試件中，另一個(gè)接收穿透試件后的脈

25、沖信號(hào)， 依據(jù)脈沖波穿透試件后幅值的變化來(lái)判斷內(nèi)部缺陷的情況(見(jiàn)圖2-5)。 圖2-5 直射聲束穿透法超聲波檢測(cè)方法1） 穿透法圖2-5 直射聲束穿透法超聲波檢測(cè)方法 2） 脈沖反射法 脈沖反射法是由超聲波探頭發(fā)射脈沖波到試件內(nèi)部，通過(guò)觀察來(lái)自?xún)?nèi)部缺陷或試件底面的反射波的情況來(lái)對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)的方法。圖2-6 顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理。 圖2-6 接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法超聲波檢測(cè)方法 2） 脈沖反射法圖2-6 接觸法單探頭超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用 1） 鍛件檢測(cè) 鍛件的種類(lèi)和規(guī)格很多，常見(jiàn)的類(lèi)型有：餅盤(pán)件、環(huán)形件、軸類(lèi)件和筒形件等。鍛件中的缺陷多呈現(xiàn)面積形或長(zhǎng)條形的特征。由于超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)面積型缺陷檢測(cè)最為有利，因此鍛件是超聲檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用的主要對(duì)象。 鍛件中的常見(jiàn)缺陷。鍛件中的缺陷主要來(lái)源于兩個(gè)方面：材料鍛造過(guò)程中形成的縮孔、縮松、夾雜及偏析等； 熱處理中產(chǎn)生的白點(diǎn)