無損檢測(cè)技術(shù)0001

1、無損檢測(cè)技術(shù)之超聲檢測(cè)超波檢測(cè)主要用于探測(cè)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20kHz的聲波。用于檢測(cè)的超聲波，頻率為0.4 25MHz,其中用得最多的是15MHz。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(hào)顯示方面，目 前用得最多而且較為成熟的是A型顯示。下面主要敘述A型顯示脈沖反射超聲 探傷法。超聲檢測(cè)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(jìn)行研究，對(duì) 工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表 征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。工業(yè)檢測(cè)中，

2、超聲檢測(cè)通常指宏觀缺陷檢測(cè)和材料厚度測(cè)量。作用：通過超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)工件或設(shè)備中存在的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控 制、節(jié)約原材料、改進(jìn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、消除安全隱患。超聲波的重要特性：1）方向性好超聲波是頻率很高、波長(zhǎng)很短的機(jī)械波，在超聲波檢測(cè)中使用的波長(zhǎng)為毫 米數(shù)量級(jí)。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）能量高超聲波的能力（聲強(qiáng)）與頻率的平方成正比。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(diǎn)，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）穿透能力強(qiáng)超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時(shí)，能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)，

3、在一些金屬材料中穿透能力可達(dá)數(shù)米，這是其它檢測(cè)方法無法比擬的。超聲波的發(fā)生及其性質(zhì)2.1超聲波的發(fā)生和接收聲波是一種機(jī)械波，機(jī)械波是由機(jī)械振動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，也能 將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電振動(dòng)。通常在超聲波探傷中只使用一個(gè)晶片，這個(gè)晶片既作發(fā)射又作接收。圖I超用波的苴生圖92超聲波的縱波與橫波1 IW ?帛片2.2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(dòng)方式 不同，傳播速度也不同。聲波的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致，叫做縱波。 質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播的方向垂直的波叫橫波?？v波可在氣、液、固

4、體中傳 播。可是橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。此外，還有在固體介質(zhì)的表面?zhèn)鞑サ谋?面波、在固體介質(zhì)的表面下傳播的爬波和在薄板中的傳播板波。它們都可用來 探傷。2.3超聲波的主要物理量波長(zhǎng)：入單位：mm、m同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離.或者說：沿著波的傳播 方向，兩個(gè)相鄰的同相位質(zhì)點(diǎn)間的距離。頻率：f單位：赫茲（Hz）波動(dòng)過程中，任一給定點(diǎn)在1秒鐘內(nèi)所通過的完整波的個(gè)數(shù)。波速：C單位：m/s, km/s波動(dòng)中，波在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離稱為波速.C二入f或入=C/f波長(zhǎng)與波速成正比，與頻率成反比。當(dāng)頻率一定時(shí)，波速愈大，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)；當(dāng)波速一定時(shí)，頻率愈低，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)聲速聲波在介質(zhì)中是以

5、一定的速度傳播的，如空氣中的聲速為340m/s，水中的 聲速為1500m/s，鋼中縱波的聲速為5900m/s，橫波的聲速為3230m/s，表面波 的聲速3007m/s。橫波的聲速大約是縱波聲速的一半，而表面波聲速大約是橫 波的0.9倍。分貝與奈培在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所遇到的聲強(qiáng)數(shù)量級(jí)往往相差懸殊，如引起聽覺的 聲強(qiáng)范圍，最大值和最小值相差12個(gè)數(shù)量級(jí)。顯然采用絕對(duì)量來度量是不方 便的，但如果對(duì)其比值（相對(duì)量）取對(duì)數(shù)來比較計(jì)算則可大大簡(jiǎn)化運(yùn)算。分貝 就是兩個(gè)同量綱的量之比取對(duì)數(shù)后的結(jié)果。=20lgP1/P2在超聲波檢測(cè)中，當(dāng)超聲波探傷儀的垂直線性較好時(shí)，儀器示波屏上的波 高與回波聲壓成正比。這時(shí)

6、有=20lgP2/P1 = 20lgH2/H1 （dB）這里聲壓基準(zhǔn)P1或波高基準(zhǔn)H1可以任意選取。當(dāng)H2/H1 = 1時(shí)，nOdB，說明兩波高相等時(shí)，二者的分貝差為零。當(dāng)H2/H1 = 2時(shí)， = 6dB，說明H2為H1的兩倍時(shí)，H2比H1高6dB。當(dāng) H2/H1 = 1/2 時(shí)， = 6dB，說明 H2 為 H1 的 1/2 時(shí)，H2 比 H1 低 6dB。2.4超聲波檢測(cè)的原理超聲波檢測(cè)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(shí)會(huì)發(fā)生反射，聲波通過材料時(shí)能量會(huì)損失等，以脈沖反射 法為例，其原理如下：1）超聲波探傷儀（聲源）產(chǎn)生高頻電磁振蕩信號(hào)（脈沖波），采

7、用一定 的方式使超聲波進(jìn)入工件；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）反射回來的超聲波被超聲波探頭接收，進(jìn)行處理和分析；4）根據(jù)接收的超聲波特征、進(jìn)行評(píng)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(shí)用縱波，在 斜入射探傷時(shí)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?？v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。圖9一9蛆波探仞法瞭理示意圖械檢物圖iE斜射法探物的無何關(guān)系S-斜詢卜的延迅 W缺陷的聲郡。折站期X映陪的水平職離d親陷的聯(lián)肖距離F映陷反寸波丁

8、蝮波試塊超聲探傷中是以試塊作為比較的依據(jù)。試塊上有各種已知的特征，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、凹槽等。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(gè)特點(diǎn)。試塊在超聲探傷中的用途主要有三方面：確定合適的探傷方法。確定探傷靈敏度和評(píng)價(jià)缺陷大小。校驗(yàn)儀器和測(cè)試探頭性能。超聲波檢測(cè)工藝要點(diǎn)探傷時(shí)機(jī)選擇根據(jù)要達(dá)到的檢測(cè)目的，選擇最適當(dāng)?shù)奶絺麜r(shí)機(jī)。探傷方法選擇根據(jù)工件情況，選定探傷方法。例如，對(duì)焊縫，選擇單斜 探頭接觸法；對(duì)鋼管，選擇聚焦探頭水浸法；對(duì)軸類鍛件，選用單探頭垂直探 傷法。探傷方向很重要。探傷方向應(yīng)以能發(fā)現(xiàn)缺陷為準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)缺陷的種類和 方向來決定。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。確定探傷靈敏度用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)試塊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。超聲檢測(cè)方法的能力范圍和局限性5.1能力范圍a）能檢測(cè)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）能檢測(cè)出焊接接頭內(nèi)存在的缺陷，面狀缺陷檢出率較高；c）超聲波穿透能力強(qiáng)，可用于