超聲波無損探傷檢定系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)

1、任務(wù)八任務(wù)八 超聲波傳感技術(shù)及應(yīng)用超聲波傳感技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目二項(xiàng)目二 超聲波無損探傷檢定系統(tǒng)的原理與超聲波無損探傷檢定系統(tǒng)的原理與 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）了解無損探傷的方法。（2）掌握超聲波探傷方法的分類。（3）掌握 探頭的種類和結(jié)構(gòu)?！局R準(zhǔn)備【知識準(zhǔn)備】 隨著超聲波探傷技術(shù)和數(shù)字信號處理等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式超聲波無損探傷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它在傳統(tǒng)探傷的基本功能上，增加了數(shù)字信號處理技術(shù)帶來的高精度、高可靠、高靈活性，以及數(shù)據(jù)測量、顯示處理、存儲、輸出等功能。數(shù)字式超聲波無損探傷系統(tǒng)對接收到的超聲回波信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后再進(jìn)行處理，實(shí)時顯示數(shù)字化的超聲回波波形，可以實(shí)現(xiàn)

2、與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)的實(shí)時通信，極大提高了超聲波無損探傷系統(tǒng)的性能。 與模擬式超聲波探傷系統(tǒng)相比，數(shù)字式超聲波探傷系統(tǒng)的優(yōu)勢在于： （1）數(shù)字式超聲波探傷系統(tǒng)對接收信號進(jìn)行存儲、記錄、再現(xiàn)十分方便，而模擬式探傷系統(tǒng)缺少永久記錄的能力； （2）數(shù)字信號處理技術(shù)可用于超聲回波信號的消噪、濾波等處理，使缺陷信息更容易被提取，極大提高了探傷的準(zhǔn)確性和精度； （3）數(shù)字式超聲波探傷系統(tǒng)的數(shù)字式控制使檢測參數(shù)可以存儲，探傷過程的重現(xiàn)也更加方便； （4）數(shù)字器件具有高度規(guī)范性，對電路參數(shù)的要求不嚴(yán)，便于大規(guī)模集成和生產(chǎn)，產(chǎn)品的成品率高，相同性能的數(shù)字式探傷系統(tǒng)的體積和重量都比模擬式儀器小。 一、無損探傷的方法一、無

3、損探傷的方法無損檢測包括射線檢測（RT）超聲檢測（UT）磁粉檢測（MT）滲透檢測（PT）渦流檢測（ET）等五種檢測方法。 二、超聲波探傷方法的分類二、超聲波探傷方法的分類 1.按原理分類超聲波探傷方法按原理分類，可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。 （1） 脈沖反射法超聲波探頭發(fā)射脈沖波到被檢試件內(nèi)，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。脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 （2）穿透法穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法。穿透法常采用兩個探頭，一收一發(fā)，分別放置在試件的兩側(cè)進(jìn)行探測。 （3）共振法若聲波（頻率可調(diào)的連續(xù)波）在被檢

4、工件內(nèi)傳播，當(dāng)試件的厚度為超聲波的半波長的整數(shù)倍時，將引起共振，儀器顯示出共振頻率。當(dāng)試件內(nèi)存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時，將改變試件的共振頻率，依據(jù)試件的共振頻率特性，來判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。 2.按波形分類根據(jù)探傷采用的波形，可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。 （1）橫波法將縱波通過楔塊、水等介質(zhì)傾斜入射至試件探測面，利用波型轉(zhuǎn)換得到橫波進(jìn)行探傷的方法，稱為橫波法。由于透入試件的橫波束與探測面成銳角，所以又稱斜射法。此方法主要用于管材、焊縫的探傷；其它試件探傷時，則作為一種有效的輔助手段，用以發(fā)現(xiàn)垂直法不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。 （2）縱波法 使用直探頭發(fā)射縱

5、波進(jìn)行探傷的方法，稱為縱波法。此時波束垂直入射至試件探測面，以不變的波型和方向透入試件，所以又稱為垂直入射法，簡稱垂直法。垂直法分為單晶探頭反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。常用單晶探頭反射法。垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的探傷，該法對與探測面平行的缺陷檢出效果最佳。由于盲區(qū)和分辨力的限制，其中反射法只能發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部離探測面一定距離以外的缺陷。在同一介質(zhì)中傳播時，縱波速度大于其它波型的速度，穿透能力強(qiáng)，晶界反射或散射的敏感性較差，所以可探測工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的探傷。 （3）表面波法使用表面波進(jìn)行探傷的方法，稱為表面波法。這種方法主要用于表面光滑的試件。表面

6、波波長很短，衰減很大。同時，它僅沿表面?zhèn)鞑?，對于表面上的?fù)層、油污、不光潔等，反應(yīng)敏感，并被大量地衰減。利用此特點(diǎn)可通過手沾油在聲束傳播方向上進(jìn)行觸摸并觀察缺陷回波高度的變化，對缺陷定位。 （4）板波法使用板波進(jìn)行探傷的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡單的試件探傷。探傷時板波充塞于整個試件，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部和表面的缺陷。 3.按探頭數(shù)目分類（1）單探頭法使用一個探頭兼作發(fā)射和接收超聲波的探傷方法稱為單探頭法，單探頭法最常用。 （2）雙探頭法使用兩個探頭（一個發(fā)射，一個接收）進(jìn)行探傷的方法稱為雙探頭法，主要用于發(fā)現(xiàn)單探頭難以檢出的缺陷 （3）多探頭法使用兩個以上的探頭成對地組合在一起進(jìn)

7、行探傷的方法，稱為多探頭法。 4.按探頭接觸方式分類 （1）直接接觸法探頭與試件探測面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看作為兩者直接接觸，此法稱為直接接觸法。此法操作方便，探傷圖形較簡單，判斷容易，檢出缺陷靈敏度高，是實(shí)際探傷中用得最多的方法。但對被測試件探測面的粗糙度要求較高。 （2）液浸法將探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進(jìn)行探傷的方法，稱為液浸法。耦合劑可以是油，也可以是水。液浸法適用于表面粗糙的試件，探頭也不易磨損，耦合穩(wěn)定，探測結(jié)果重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)自動化探傷。液浸法分為全浸沒式和局部浸沒式。三、超聲波探傷三、超聲波探傷 1.脈沖反射法測試時探頭放于被測的工件上，并在工件上來回移

8、動。探頭發(fā)出的超聲波以一定的速度向工件內(nèi)部傳播，如工件中沒有缺陷，則超聲波傳到工件的底部才發(fā)生反射，在顯示屏上只出現(xiàn)始脈沖T和底脈沖B，如右圖所示。 如工件中有缺陷，一部分聲波在缺陷處產(chǎn)生反射，另一部分繼續(xù)傳播直到工件的底部才發(fā)生反射。在顯示屏上除出現(xiàn)始脈沖T和底脈沖B外，還出現(xiàn)缺陷脈沖F，如右圖所示。 在實(shí)際測量中，由于工件表面的不平整，探頭與被測物體表面之間必然存在空氣薄層，會引起不同介質(zhì)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成嚴(yán)重的測量干擾。因此經(jīng)常使用一種被稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到排除空氣傳遞超聲波的作用。 2.穿透法 當(dāng)材料內(nèi)有缺陷時，材料內(nèi)的不連續(xù)性成為超聲波傳輸?shù)恼系K，超聲波通過這種障礙時只能穿透一部分聲能。只要十分細(xì)小的細(xì)裂紋，在無損檢測中即可構(gòu)成超聲波不能透過的阻擋層。利用此原理即可構(gòu)成缺陷的穿透檢測法，如圖所示。 在超聲波束的通道中出現(xiàn)的任何缺陷都會使接收信號下降，甚至完全消失，這就表示試件中有缺陷存在。 四、探頭的種類和結(jié)構(gòu)四、探頭的種類和結(jié)構(gòu)鋼板的探傷方法常用單直探頭或聯(lián)合雙直探頭進(jìn)行縱波探傷。探傷時可從母材一側(cè)探測，也可從復(fù)合層一側(cè)探測。 直探頭用于發(fā)射和接收縱波，主要用于探測與探測面平行的缺陷，如板材、鍛件探傷等。 斜探頭可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭和表面波斜探頭，常用的是橫波斜探頭。橫波斜探頭主要用于探測與探測面垂直