《超聲檢測技術》課件

超聲檢測技術超聲檢測技術是一種無損檢測方法，利用聲波在材料中傳播的特性來檢測材料內(nèi)部缺陷和結構變化。超聲檢測技術的概述定義超聲檢測技術是利用超聲波的特性，通過探測超聲波在被測物體中傳播的波形變化來獲取物體的內(nèi)部信息，進而對其結構、缺陷、狀態(tài)進行檢測的一種無損檢測技術。原理超聲波在介質(zhì)中傳播時，遇到界面會發(fā)生反射或折射。通過檢測反射或折射的超聲波信號，可以判斷物體的內(nèi)部結構、缺陷或狀態(tài)。超聲波檢測技術應用于許多領域，如機械制造、醫(yī)療診斷、材料科學、航空航天等。超聲波的基本性質(zhì)1頻率高超聲波是指頻率高于20kHz的聲波，高于人耳能聽到的聲波頻率。2方向性強超聲波的波長較短，具有很強的方向性，易于聚焦，可以準確地進行探測。3穿透力強超聲波可以穿透許多材料，如金屬、塑料、橡膠等，可以用于探測內(nèi)部結構和缺陷。4易于反射超聲波在不同介質(zhì)的界面上會發(fā)生反射，利用反射信號可以獲取有關物體的信息。超聲波的產(chǎn)生原理1機械振動超聲波是由物體機械振動產(chǎn)生的2頻率頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波3換能器換能器將電能轉換為機械振動，進而產(chǎn)生超聲波4壓電效應壓電晶體在電場作用下產(chǎn)生機械變形，反之亦然壓電換能器是超聲波探測系統(tǒng)的重要組成部分，它將電信號轉換為機械振動，并反之。超聲波探測儀通常利用壓電效應來實現(xiàn)超聲波的產(chǎn)生和接收。超聲波的傳播特性直線傳播超聲波在均勻介質(zhì)中以直線形式傳播，類似于光線。反射當超聲波遇到兩種不同介質(zhì)的界面時，一部分能量會反射回原來的介質(zhì)。折射超聲波在從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生改變，這就是折射現(xiàn)象。衍射當超聲波遇到障礙物或孔洞時，會發(fā)生繞射現(xiàn)象，波形會發(fā)生彎曲。超聲波的反射及折射超聲波反射當超聲波遇到兩種不同介質(zhì)的分界面時，一部分能量會反射回來，另一部分能量會透射到另一種介質(zhì)中。反射的能量取決于介質(zhì)的聲阻抗差，聲阻抗差越大，反射的能量就越大。超聲波折射當超聲波從一種介質(zhì)斜向入射到另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為超聲波折射。折射角的大小取決于兩種介質(zhì)的聲速比和入射角的大小。超聲波的衍射及干涉衍射現(xiàn)象當超聲波遇到障礙物或孔徑時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象，超聲波會繞過障礙物或孔徑繼續(xù)傳播。干涉現(xiàn)象當兩束或多束超聲波相遇時，會發(fā)生干涉現(xiàn)象，形成波峰疊加或波谷疊加的現(xiàn)象。應用領域超聲波的衍射和干涉現(xiàn)象廣泛應用于超聲波探傷、超聲波成像以及超聲波測距等領域。超聲波的衰減及吸收介質(zhì)吸收超聲波在傳播過程中，能量會逐漸減弱，這稱為衰減。介質(zhì)的吸收會造成超聲波能量損失。傳播距離隨著傳播距離增加，超聲波能量不斷衰減，最終信號難以探測。頻率影響頻率越高，超聲波衰減越快，這是因為更高頻率的超聲波更容易被介質(zhì)吸收。溫度影響溫度也會影響超聲波的衰減，溫度越高，衰減越快。這是因為溫度升高會導致介質(zhì)的分子運動加劇，從而增強對超聲波的吸收。超聲波探測元件的原理壓電效應壓電效應是某些材料在機械應力作用下產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象。利用這種現(xiàn)象，可以將機械振動轉換為電信號，反之亦然。聲波的產(chǎn)生當壓電材料受到電信號驅動時，會產(chǎn)生機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。聲波的接收當超聲波照射到壓電材料上時，會引起壓電材料的機械變形，從而產(chǎn)生電信號，將超聲波轉換為電信號。信號處理接收到的電信號需要經(jīng)過放大、濾波等處理，才能被儀器顯示或記錄。探頭的基本結構及類型超聲探頭是超聲檢測系統(tǒng)的重要組成部分，負責將電信號轉換為超聲波并發(fā)射，以及接收超聲波信號并將其轉換為電信號。探頭結構通常包括壓電晶片、阻尼材料、匹配層、保護殼等。探頭的類型主要分為直探頭、斜探頭、雙晶探頭、相控陣探頭等，不同的探頭結構和類型對應不同的檢測需求。超聲波脈沖回波法的工作原理發(fā)射超聲波脈沖超聲波探頭發(fā)出短促的超聲波脈沖，這些脈沖進入被測物體。超聲波在物體中傳播超聲波脈沖在物體中傳播，遇到缺陷或介質(zhì)界面會發(fā)生反射或折射。接收反射回波探頭接收反射回波，并將其轉化為電信號，這些信號包含了缺陷信息。信號處理與分析信號處理系統(tǒng)對接收到的回波信號進行分析，以確定缺陷的位置、尺寸和性質(zhì)。A模式及B模式的基本特點A模式A模式主要顯示超聲波信號的幅度變化，以時間為橫坐標，信號強度為縱坐標，顯示為一維曲線圖。A模式主要用于測量物體的厚度、缺陷深度以及檢測材料內(nèi)部結構的簡單變化。B模式B模式顯示的是超聲波探測到的圖像，它將超聲波信號的強度轉換成灰度等級，并以二維圖像的形式呈現(xiàn)。B模式可以直觀地顯示物體的內(nèi)部結構，例如裂縫、孔洞、夾雜物等缺陷，廣泛應用于超聲波檢測領域。超聲波相控陣技術的發(fā)展11.理論基礎相控陣技術理論成熟，應用于醫(yī)學、材料科學等領域。22.技術進步電子技術、計算機技術發(fā)展，推動相控陣技術的進步。33.應用擴展相控陣技術應用擴展到超聲探傷、無損檢測等領域。44.未來發(fā)展智能化、自動化、高精度是相控陣技術未來的發(fā)展趨勢。相控陣探頭的基本結構及工作原理相控陣探頭由多個獨立的壓電晶片組成，每個晶片都能獨立地產(chǎn)生和接收超聲波。通過控制各個晶片的激發(fā)時間和相位，可以形成不同形狀的超聲波束，實現(xiàn)對目標區(qū)域的精確掃描和成像。相控陣成像技術的特點高分辨率成像相控陣技術可實現(xiàn)更高的空間分辨率，對更小的缺陷進行檢測。多角度掃描可以通過電子控制改變超聲波束的方向，實現(xiàn)對目標物體的多角度掃描。快速成像相控陣技術可快速掃描目標物體，提高檢測效率，縮短檢測時間。靈活性和適應性相控陣技術可以根據(jù)不同的檢測需求，靈活調(diào)整探頭配置和掃描模式。超聲波探傷的基本方法穿透法利用超聲波穿透工件，通過探測超聲波的衰減情況來判斷工件內(nèi)部缺陷。反射法利用超聲波遇到缺陷或材料界面時產(chǎn)生的反射波來探測缺陷的位置和尺寸。透射法通過測量超聲波穿透工件后的強度來判斷缺陷的存在，以及缺陷的性質(zhì)。脈沖回波法通過發(fā)射和接收超聲波脈沖，測量脈沖從探頭到缺陷的往返時間來確定缺陷的位置。超聲波檢測的主要應用領域1工業(yè)領域超聲波檢測在工業(yè)中應用廣泛，包括金屬材料、焊接、復合材料的缺陷檢測，可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。2醫(yī)療領域超聲波檢測在醫(yī)學診斷中具有重要作用，可用于檢查心臟、肝臟、腎臟、胎兒等器官，為醫(yī)生提供診斷依據(jù)。3航空航天領域超聲波檢測在航空航天領域的應用包括檢測飛機、火箭、衛(wèi)星等結構的缺陷，確保其安全性和可靠性。4其他領域超聲波檢測還廣泛應用于農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)保、建筑等領域，其用途十分廣泛，具有良好的應用前景。超聲波檢測在工程中的應用橋梁檢測超聲波檢測可用于評估橋梁結構的完整性，檢測裂縫、空洞、腐蝕和其他缺陷。管道檢測超聲波可用于檢查管道內(nèi)部和外部的缺陷，例如腐蝕、裂縫、焊縫缺陷等。建筑結構檢測超聲波檢測可用于檢測混凝土結構中的缺陷，例如空洞、裂縫、鋼筋銹蝕等。風力發(fā)電超聲波檢測可用于評估風力渦輪機葉片的完整性，檢測葉片表面或內(nèi)部的缺陷。超聲波檢測在醫(yī)療中的應用產(chǎn)科檢查用于評估胎兒發(fā)育、監(jiān)測胎兒健康狀況、篩查先天性疾病等。心臟檢查可用于評估心臟結構、功能、血流動力學等，診斷心臟病、心臟瓣膜疾病等。肝臟檢查可以評估肝臟大小、形態(tài)、結構、血流等，診斷肝臟疾病、腫瘤等。手術引導可用于實時監(jiān)控手術過程，幫助醫(yī)生精確定位目標組織，提高手術精度和安全性。超聲波檢測在航空航天中的應用飛機結構檢測超聲波檢測可用于檢測飛機機身、機翼、尾翼等結構中的裂紋、孔洞、腐蝕等缺陷，保證飛機結構的完整性。火箭發(fā)動機檢測超聲波檢測可用于檢測火箭發(fā)動機燃燒室、噴嘴等部件的材質(zhì)缺陷，確保發(fā)動機正常工作。超聲波檢測在材料科學中的應用材料微觀結構分析超聲波可用于研究材料的晶粒尺寸、形貌和缺陷，進而了解材料的性能。材料性能測試超聲波檢測可用于評估材料的彈性模量、泊松比、剪切模量等力學性能。材料相變研究通過分析超聲波信號的變化，可識別材料的相變過程，如晶體結構的變化。材料缺陷檢測超聲波檢測可用于識別材料中的裂紋、孔洞、夾雜物等缺陷，保證材料質(zhì)量。超聲波檢測在非破壞性檢測中的應用橋梁結構檢測超聲波檢測可以用來評估橋梁結構的完整性，檢測裂縫和腐蝕。航空器檢測超聲波檢測在航空航天領域得到廣泛應用，例如檢測飛機機身和發(fā)動機部件的缺陷。管道檢測超聲波檢測可以用來檢測管道中的腐蝕、裂縫和缺陷，確保管道安全運行。超聲波檢測的優(yōu)勢及局限性優(yōu)點超聲波檢測技術具有非破壞性、靈敏度高、速度快、成本低等優(yōu)點，廣泛應用于各個領域。該技術能準確識別材料內(nèi)部缺陷，并能有效地進行實時監(jiān)測和在線檢測。局限性超聲波檢測技術存在局限性，例如對于復雜形狀的物體難以進行檢測，且對材料的表面質(zhì)量要求較高。此外，該技術受材料性質(zhì)影響較大，存在一定的誤判率，需要專業(yè)人員進行操作。超聲波檢測技術的發(fā)展趨勢1智能化人工智能和機器學習的應用，提升檢測效率和精度。2數(shù)字化數(shù)字信號處理和數(shù)據(jù)分析技術提高檢測結果的可靠性。3微型化微型超聲探頭和便攜式設備，提升檢測的靈活性和可操作性。4多功能化將超聲波檢測與其他檢測技術結合，實現(xiàn)更全面的材料評價。超聲波檢測的質(zhì)量保證措施設備校準定期校準探頭和儀器，保證其性能符合標準。校準過程應嚴格按照相關規(guī)范進行，并記錄校準結果。人員資質(zhì)操作人員應具備相應的專業(yè)知識和技能，并取得相關資格證書。定期對操作人員進行培訓，提高其操作水平。檢測標準嚴格執(zhí)行相關檢測標準和規(guī)范，確保檢測結果的準確性和可靠性。對檢測結果進行記錄和存檔，以便于追溯和分析。質(zhì)量控制建立完善的質(zhì)量控制體系，對檢測過程進行全面的監(jiān)控，并及時發(fā)現(xiàn)和糾正問題。定期進行內(nèi)部審核，保證質(zhì)量體系的有效運行。超聲波檢測儀器的標定和維護超聲波檢測儀器是重要的檢測設備，需要定期標定和維護，以確保其準確性和可靠性。1儀器標定使用標準試塊進行標定，以校準探頭和儀器的參數(shù)，如頻率、波速和增益。2探頭維護定期清潔探頭，檢查探頭連接線和接頭，確保探頭工作正常。3儀器維護定期檢查儀器的電源、顯示器、鍵盤和連接線，確保儀器運行穩(wěn)定。4記錄保存記錄儀器標定和維護的日期、內(nèi)容和結果，以便追溯。良好的標定和維護可以延長儀器壽命，提高檢測精度，確保檢測結果的可靠性。超聲波檢測數(shù)據(jù)的采集與分析1數(shù)據(jù)采集超聲波檢測儀器將接收到的信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集過程需要進行參數(shù)設置和儀器校準，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。2數(shù)據(jù)處理對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理，包括信號濾波、噪聲去除和數(shù)據(jù)校正。數(shù)據(jù)處理可以消除干擾，提高信號質(zhì)量，為后續(xù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎。3數(shù)據(jù)分析對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，提取特征信息，判斷缺陷類型和大小。數(shù)據(jù)分析可以采用各種方法，例如頻譜分析、時域分析、圖像分析等，根據(jù)具體應用選擇合適的分析方法。超聲波檢測結果的解釋與評估數(shù)據(jù)分析對采集到的超聲波數(shù)據(jù)進行分析，識別缺陷類型、大小、位置等信息。缺陷評估根據(jù)缺陷特征及材料標準，評估缺陷對結構安全的影響程度。結果判定根據(jù)評估結果，判定結構是否合格，并給出相應的處理建議。超聲波檢測技術的安全操作要點11.設備安全操作前檢查設備是否完好，電源線是否完好，避免設備過載或短路。22.環(huán)境安全選擇通風良好的操作環(huán)境，避免噪音，避免在易燃易爆環(huán)境中使用超聲波檢測設備。33.人員安全操作人員需經(jīng)過專業(yè)培訓，熟悉操作規(guī)程，佩戴護目鏡，避免超聲波對眼睛和皮膚的傷害。44.數(shù)據(jù)安全做好數(shù)據(jù)備份，及時維護儀器，定期校準，確保數(shù)據(jù)準確可靠。超聲波檢測技術應用的案例分析超聲波檢測在航空領域廣泛應用，例如對飛機機身、發(fā)動機、機翼等關鍵部件進行