超聲波探傷知識

超聲波探傷知識第1頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六無損檢測

（NDT）

無損檢測（Non-destructiveTesting，簡稱NDT）是一門綜合性的應(yīng)用科學技術(shù)，它是在不改變或不影響被檢對象使用性能的前提下，借助于物理手段，對材料或構(gòu)件進行宏觀與微觀缺陷檢測，幾何特性度量，化學成分、組織結(jié)構(gòu)和力學性能變化的評定，并進而就材料或構(gòu)件使用性能做出評價的一門學科。第2頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六射線探傷（RT）基本原理：射線在穿過物質(zhì)的過程中，會受到物質(zhì)的散射和吸收作用，依物體材料、缺陷和穿透距離的不同，射線強度將產(chǎn)生不同程度的衰減，這樣，當把強度均勻的射線照射到物體的一側(cè)，使透過的射線在物體另一側(cè)的膠片上感光，把膠片顯影后，得到與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對應(yīng)的黑度不同的圖像，即射線底片。通過對圖像的觀察分析，最終確定物體缺陷的種類、大小和分布情況。射線探傷適用于體積型缺陷探測。如氣孔、夾碴、縮孔、疏松等，對片型缺陷檢測較難。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六磁粉探傷（MT）原理磁粉探傷是指把鋼鐵等鐵磁性材料磁化后，利用缺陷部位所發(fā)生的磁極吸附磁粉的特性，顯示缺陷位置的方法。特點磁粉探傷僅適用于鐵磁材料的表面或近表面缺陷的檢測，其探傷靈敏度高低受試件表面光潔度、缺陷形狀和取向、磁化方法和范圍等影響。磁粉探傷能確定缺陷的位置、大小和形狀，但對缺陷深度確定較難。第4頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六滲透探傷（PT）滲透探傷指將溶有熒光染料（熒光探傷）或著色染料（著色探傷）的滲透劑施加在試件表面，滲透劑由于毛細作用能滲入到各型開口于表面的細小缺陷中，此時清除附著在表面的多余滲透劑，經(jīng)干燥和施加顯像劑后，在黑光或白光下觀察，缺陷處可分別相應(yīng)地發(fā)出黃綠色的熒光或呈現(xiàn)紅色，從而能夠用肉眼檢查出試件表面的開口缺陷。特點滲透探傷適用于檢測金屬和非金屬材料表面開口的裂紋、折疊、疏松、針孔等缺陷。它能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難于確定其深度，不適用于探測多孔性材料及材料內(nèi)部缺陷。第5頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六渦流探傷（ET）

渦流探傷將通有交流電的激勵線圈靠近某一導電試件，由于電磁感應(yīng)作用，進入試件的交變磁場可在試件中感生出方向與激勵磁場相垂直的、呈旋渦狀流動的電流（渦流），此渦流會轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一與激勵磁場方向相反的磁場使原磁場有部分減少，從而引起線圈阻抗的變化，通過對線圈阻抗變化的測量，就可得知試件中產(chǎn)生的渦流狀況，從而獲悉與試件有關(guān)的一些參量。特點渦流探傷主要適用于金屬和石墨等導電材料的表面和近表面缺陷，通常能夠確定缺陷的位置和相對尺寸，不適用于非導電材料的缺陷檢測。第6頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六幾種常規(guī)探傷方法比較以上介紹了幾種常用探傷方法的基本原理，實際應(yīng)用當中，射線探傷和超聲波探傷適合于內(nèi)部缺陷探測，而磁粉、滲透、渦流探傷則適合于表面缺陷探測它們各有其優(yōu)越性，因此必須結(jié)合缺陷具體情況合理配合使用，才會收到更好的效果

第7頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六波的一般常識人們把聲源振動在介質(zhì)（如空氣等）中的傳播過程，稱為波動，簡稱波。波是物質(zhì)的一種運動形式，可分為電磁波和機械波兩類。電磁波是交變電磁場在空間的傳播過程，如無線電波、紅外線等機械波是指機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程，如水波、超聲波等。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波的產(chǎn)生產(chǎn)生機械波需要兩個必要條件：第一要有作機械振動的振源；第二要有能傳遞機械振動的彈性介質(zhì)。產(chǎn)生超聲波需要兩個必要條件：第一:要有超聲波的振源（即超聲波源）；第二:要有能傳遞超聲波的彈性介質(zhì)。第9頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波產(chǎn)生原理原則上凡是能將其它形式能量轉(zhuǎn)換成超聲振動方式能量的方法都可以產(chǎn)生超聲波，如機械方法、熱效應(yīng)法、磁伸縮法和電磁聲法。在超聲波探傷中應(yīng)用最廣的是利用某些壓電材料（石英、鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)，來實現(xiàn)超聲波的發(fā)生和接收。必須注意的是，超聲波在傳播過程中，實際上只是振動能量的傳播，并沒有產(chǎn)生物質(zhì)的遷移，介質(zhì)質(zhì)點本身僅限于平衡位置附近振動。第10頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六壓電晶體（例如石英晶體、鈦酸鋇及鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷）在外力作用下發(fā)生變形時，就會引起它內(nèi)部正負電荷中心相對轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導致其兩個相對表面(極化面)上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷（正壓電效應(yīng)）。反之，當向壓電晶體施加電場時，壓電晶體將會發(fā)生形變，亦即彈性變形（逆壓電效應(yīng)或電致伸縮）。壓電陶瓷柱點火器超聲波如何產(chǎn)生、接收第11頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波如何產(chǎn)生、接收

從能量角度分析超聲波的產(chǎn)生和接收產(chǎn)生超聲波(逆壓電效應(yīng))

電能

機械能接收超聲波(正壓電效應(yīng))

機械能

電能第12頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六利用壓電晶體制成超聲波換能器（探頭），對其輸入高頻電脈沖，則探頭將以相同頻率產(chǎn)生超聲波發(fā)射到被檢物體中去，在接收超聲波時，探頭則產(chǎn)生相同頻率的高頻電信號用于檢測顯示。超聲波如何產(chǎn)生、接收儀器發(fā)射電路限幅接收放大電路壓電晶片第13頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波的分類超聲波的類型超聲波的分類方法很多，下面介紹幾種常見的分類方法：按質(zhì)點的振動方向分根據(jù)波動傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向不同，可將超聲波分為縱波（壓縮波）、橫波（剪切波）、表面波（瑞利波）、蘭姆波、爬波等第14頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六

縱波（LongitudionalWave，簡稱L波，又稱作壓縮波、疏密波）：是傳聲介質(zhì)的質(zhì)點振動方向與超聲波的傳播方向相同?？v波在固、液、氣三種介質(zhì)中均能傳播，傳播時質(zhì)點受交變拉、壓應(yīng)力的作用，使質(zhì)點之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸、縮變形，構(gòu)成疏密相間的質(zhì)點排列。故亦稱為壓縮波、疏密波。液體和氣體能夠承受壓應(yīng)力而產(chǎn)生容積壓變，因而這種介質(zhì)能夠傳播縱波。超聲波的波型第15頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六（2）橫波（ShearWave，簡稱S波，又稱作Transversewave，簡稱T波，也稱為切變波或剪切波）：傳聲介質(zhì)的質(zhì)點振動方向與超聲波的傳播方向垂直。質(zhì)點受到的是交變剪切應(yīng)力的作用，故亦稱切變波。液體和氣體不能夠承受剪切應(yīng)力，故無橫波傳播。

超聲波的波型第16頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六（3）表面波（SurfaceWave）：是指超聲波沿介質(zhì)表面?zhèn)鬟f，而傳聲介質(zhì)的質(zhì)點沿橢圓形軌跡振動的瑞利波（RayleighWave，簡稱R波），瑞利波在介質(zhì)上的有效透入深度只有一個波長的范圍，因此只能用于檢查介質(zhì)表面的缺陷，不能像縱波與橫波那樣深入介質(zhì)內(nèi)部傳播，從而可以檢查介質(zhì)內(nèi)部的缺陷。超聲波的波型第17頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波探傷原理超聲波探傷是依據(jù)定向輻射超聲波束在缺陷界面上產(chǎn)生反射或使透過聲能下降等原理，通過測量回波信息和透過聲波強度變化來指示傷損的一種方法。（也就是反射法和穿透法探傷原理）第18頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六聲波的分類人們把能引起聽覺的機械振動稱為聲波，頻率大致在20Hz～20kHz（即20

000Hz，1kHz＝1000Hz）。頻率低于20Hz的機械波稱為次聲波頻率高于20kHz的機械波稱為超聲波（用于探傷的超聲波頻率范圍為0.2～25MHz，其中最常用的頻段為0.5～10MHz）。超聲波探傷可檢查金屬材料、部分非金屬材料的表面和內(nèi)部缺陷。第19頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波探傷的優(yōu)點1．指向性好。超聲波波長很短，像光波一樣，可以定向發(fā)射，因而能方便、準確地對缺陷定位。2．穿透能力強。超聲波能量高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時能量損失小，在一些金屬材料中傳播時，其穿透能力可達數(shù)米，其它無損探傷手段無法比擬。3．檢測靈敏度高。一個存在于鋼中的空氣分層厚度為10-6mm，反射率可超過21%，當分層厚度在10-5mm以上時，反射率可超過94%，其靈敏度居所有無損探傷方法之首。第20頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波探傷的優(yōu)點4．可檢出各種取向的缺陷。通過應(yīng)用多種波型以及各種探頭作不同方向的探測，能探出工件內(nèi)部和表面各種取向（與表面平行或傾斜）的缺陷。5．檢測速度快，費用低.僅耗損少量電能和耦合劑。第21頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波探傷的局限性1．探測結(jié)果受人的因素影響。對試件中缺陷的發(fā)現(xiàn)與評價，主要取決于探傷人員對儀器的調(diào)節(jié)和判斷。2．探測表面要求制備。不良的探測面影響傷損檢測靈敏度。3．檢測結(jié)果受工件形狀、晶粒和組織不均勻性的限制。4．定量精度差。探測出缺陷的當量或延伸度與實際缺陷大小均有一定的誤差。第22頁，共24頁，2022年，5月20日，9點36分，星期六超聲波探傷方法脈沖反射法超聲波以持續(xù)極短的時間發(fā)射脈沖到被檢工件內(nèi)，當遇到缺陷和底面就會產(chǎn)生反射，根據(jù)反射波的情況來檢測試件缺陷的方法稱為脈沖反射法。脈沖反射法可分為垂直探傷法和斜角探傷法兩種1．垂直探傷法垂直探傷時，探頭垂直地或以小于第一臨界角的入射角度耦合到被測件上，在被測件內(nèi)部只產(chǎn)生縱波。垂直探傷法