超声波探伤
超声波检测—超声波探伤技术(无损检测课件)
1.4 工件对定位精度的影响
工件温度
• 当检测的工件温度 发生变化时，工件 中的声速发生变化， 探头折射角也随之 发生变化。
温度对折射 角的影响
1.5 缺陷对定位精度的影响
• 工件内缺陷方向也会 影响缺陷定位精度。
• 缺陷倾斜时，扩散波 束入射至缺陷时回波 较高，而定位时就会 误认为缺陷在轴线上， 从而导致定位不准。
• 当工件尺寸较小， 缺陷位于3N以内 时，利用底波调 灵敏度并定量， 将会使定量误差 增加。
2.5 缺陷状态对定量精度的影响
① 缺陷形状的影响
• 缺陷的形状：圆片形、球形和圆柱形 • 缺陷距离一定，缺陷波高随缺陷直径的变化：圆片形缺陷最快，长圆
柱形缺陷最慢； • 缺陷直径一定，缺陷波高随距离的变化：圆片形和球形缺陷较快，长
2.2 仪器及探头性能对定量精度的影响
④ 探头K值的影响
• 不同K值的探头的灵敏度不同。 • 当K=0.7－1.5（=35°~55°）时，回波较高。 • 当K=1.5~2.0（=55°~63°）时，回波很低，容易引起漏检。
2.3 耦合与衰减对定量精度的影响
耦合的影响
• 耦合层厚度等于半波长的整数倍时，声强 透射率与耦合剂性质无关。
时，声波在有机玻璃内反射回到 晶片，也会引起一些杂波。 • 更换探头的方法来鉴别探头杂波。
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
② 工件轮廓回波
• 当超声波射达工件的
台阶、螺纹等轮廓时
轮
廓
在示波屏上将引起一
回
些轮廓回波。
波
3.1 纵波探头非缺陷回波的判别
③ 幻象波 • 当重复频率过高时，在示波屏上就会产生幻象波，
2.2 穿透法
优 不存在探测盲区，判定缺陷方法简单，适用于连续的自动化 点 探测较薄的工件。
第八章超声波探伤
第三章超声波探伤超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方法。
它可以检查金属材料、部分非金属材料的表面和内部缺陷，如焊缝中裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等缺陷。
超声波探伤具有灵敏度高、设备轻巧、操作方便、探测速度快、成本低、对人体无害等优点，但对缺陷进行定性和定量的准确判定方面还存在着一定的困难。
第一节超声波的产生及其性质超声波是频率大于20000Hz 的声波，它属于机械波。
在金属探伤中使用的超声波，其频率为0.5～10MHz，其中以2～5MHz最为常用。
一、超声波的产生与接收探伤中采用压电法来产生超声波。
压电法是利用压电晶体片来产生超声波的。
压电晶体片是一种特殊的晶体材料，当压电晶体片受拉应力或压应力的作用产生变形时，会在晶片表面出现电荷；反之，其在电荷或电场作用下，会发生变形，前者称为正压电效应，后者称为逆压电效应。
超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来实现的。
由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中的压电晶体片的两面上，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。
若压电晶体片与工件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。
反之，当压电晶体片受到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两表面产生具有不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形式经探伤仪显示，这就是超声波的接收。
二、超声波的性质1．超声波具有良好的指向性由于超声波的波长非常短，因此，它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播。
而且超声波在固定的介质中传播速度是个常数，所以，根据传播时间就能求得其传播距离，这样就为探伤中缺陷的定位提供了依据。
2．超声波能在弹性介质中传播，不能在真空中传播一般探伤中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。
超声波探伤第一节
15
一、超声波探伤的概述
【例1】 示波屏上一波高为80mm，另一波高为20mm，前者比后者 高多少dB?
解：Δ=20lgH2/H1=20lg80/20=12dB 答：前者比后者高12dB。
c. 声阻抗（Z） 超声场中任一点的声压与该处质点振动速度之比为声阻抗，常用Z表示， 单位为克/厘米2·秒（g/cm2·s）。
R
Z2 Z2
Z1 Z1
2
0.99 12
0.99 1
0
T 4Z1Z2 4 0.99 1
Z1 Z2 2 0.99 12
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一、超声波探伤的概述
当界面尺寸很小时，超声波将绕过其边缘继续前进，即产生波的绕射， 如图3-7所示。
三、平板对接焊缝超声波探伤技术
1．焊缝中的常见缺陷 2．探伤方法 3．探伤条件的选择 4. 探伤仪的调节 5．扫查方式 6．缺陷位置的测定 7．缺陷大小的测定 8. 缺陷评定 9．焊缝质量的评定
4
（1）超声波的概念 频率高于20000Hz的机械波叫做超声波。
超声波是一种机械振动波。 听觉范围:声波频率在20Hz-2OkHz 次声波:频率小于20Hz的声波 超声波:频率超过2OkHz的声波 探伤常用的频率范围：1MHz～10MHz
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一、超声波探伤的概述
(2) 超声波入射到界面时的反射和折射 ①垂直入射异质界面时的透射、反射和绕射 当超声波从一种介质垂直入射到第二种介质上时，将在第一种介 质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二种介质中产生与入 射波方向相同的透射波，如图3-6所示。
《超声波探伤》课件
能够将声束聚焦成点、线或面，适用于不同检测需求。
直探头
斜探头
双晶探头
聚焦探头
定期清洁仪器表面，保持清洁干燥。
检查连接线是否松动或破损，及时更换损坏的部件。
定期校准仪器，确保检测结果的准确性。
根据使用情况，及时更换消耗品，如探头、电池等。
超声波探伤技术与方法
超声波探伤基于超声波在介质中传播的物理特性，通过发射超声波到被检测物体，接收反射回的声波，并分析声波的传播时间、振幅等信息，从而判断物体的内部结构和缺陷。
超声波探伤不会对被检测物体造成损伤，可以在不破坏物体的情况下进行检测。
超声波探伤可以检测出微小的缺陷和内部结构变化，具有很高的检测精度。
超声波探伤适用于各种材料和形状的物体，如金属、玻璃、陶瓷等。
03
总结词
基础、简单、直观
详细描述
A型超声波探伤技术是最基本的超声波探伤方法，通过显示波形反映回声情况，操作简单直观，广泛应用于金属材料的探伤。
二维成像、结构清晰
总结词
B型超声波探伤技术通过显示物体的二维图像，能够更清晰地反映物体的内部结构和缺陷，对于复杂形状和不规则物体的探伤具有优势。
详细描述
总结词
智能超声波探伤技术是未来发展的另一个重要趋势，通过人工智能和机器学习等技术提高检测效率和准确性。
详细描述
智能超声波探伤技术结合了人工智能、机器学习等先进技术，能够自动识别和分类缺陷，提高检测效率和准确性。这种技术通过大量的数据训练和学习，逐渐优化和改进检测算法，使得检测结果更加准确可靠。智能超声波探伤技术的应用范围广泛，可以为医疗、工业、航空航天等领域提供更加高效、准确的检测手段。
《超声波探伤》PPT课件
超声波探伤方法和探伤标准
超声波探伤方法和探伤标准超声波探伤是一种非破坏性检测方法，通过超声波在材料中的传播和反射来检测材料内部的缺陷和异物。
它在工业领域广泛应用于金属、塑料、陶瓷等材料的质量检测和安全评估。
本文将介绍超声波探伤的方法和标准，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。
超声波探伤方法主要包括脉冲回波法、相控阵法和多普勒法。
脉冲回波法是最常用的一种方法，它通过发射脉冲超声波，然后接收回波信号来检测材料内部的缺陷。
相控阵法则是利用多个发射和接收元件来形成波束，实现对材料内部的全方位检测。
而多普勒法则是通过测量超声波在材料中的传播速度变化来检测材料中的动态缺陷，如裂纹和腐蚀等。
在进行超声波探伤时，需要根据具体的材料和缺陷类型选择合适的探头和频率。
对于不同材料，需要选择不同的超声波频率，以获得更好的探伤效果。
同时，探头的尺寸和形状也会影响到探伤的精度和灵敏度。
在实际应用中，操作人员需要根据具体情况进行合理选择和调整。
除了探头的选择外，超声波探伤还需要考虑材料的声速和衰减系数。
不同材料的声速和衰减系数会影响超声波在材料中的传播和反射特性，因此需要对这些参数进行准确的测量和计算，以确保探伤结果的准确性和可靠性。
此外，超声波探伤还需要根据相关的探伤标准进行操作和评定。
目前国际上常用的探伤标准包括美国材料和试验协会（ASTM）的标准、国际电工委员会（IEC）的标准以及国际协会认证联盟（IAF）的标准等。
这些标准对于超声波探伤的设备、操作和结果评定都有详细的规定，可以作为操作人员的参考依据。
总的来说，超声波探伤是一种非常有效的材料缺陷检测方法，它具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性的特点。
通过合理选择探头和频率、准确测量材料参数以及遵循相关的探伤标准，可以更好地发挥超声波探伤的优势，为工业生产和安全保障提供可靠的技术支持。
希望本文所介绍的超声波探伤方法和标准能够对读者有所帮助，促进这一技术的应用和发展。
超声波探伤标准
超声波探伤标准超声波探伤是一种非破坏性检测技术，广泛应用于工业领域，特别是在金属材料的质量检测和缺陷检测中起着重要作用。
超声波探伤标准是指对超声波探伤技术的相关标准和规范，它对超声波探伤的设备、操作、数据分析和结果评定等方面进行了详细规定，是保证超声波探伤工作质量和结果准确性的重要依据。
超声波探伤标准的制定是为了规范超声波探伤工作流程，提高探伤结果的可靠性和准确性。
在实际工作中，遵循超声波探伤标准能够帮助操作人员正确操作设备，准确获取数据，并对结果进行科学评定，从而保证探伤工作的质量和效果。
超声波探伤标准主要包括以下几个方面的内容：1. 设备要求，超声波探伤设备是进行超声波探伤工作的基础，其性能和操作方式直接影响探伤结果。
因此，超声波探伤标准对设备的性能、精度、校准和维护等方面进行了详细规定，确保设备能够满足探伤工作的要求。
2. 操作规程，超声波探伤操作规程是指对探伤工作中操作人员的要求和操作流程进行规范。
包括操作人员的资质要求、操作步骤、数据采集方式、记录方法等内容，确保操作人员能够正确、规范地进行探伤工作。
3. 数据分析，超声波探伤的数据分析是对探伤结果进行科学评定和判读的重要环节。
超声波探伤标准对数据分析的方法、标准曲线的建立和使用、缺陷识别和评定等方面进行了规定，确保数据分析结果的准确性和可靠性。
4. 结果评定，超声波探伤标准对探伤结果的评定标准和方法进行了详细规定，包括对正常和异常结果的判定标准、缺陷的类型和大小评定等内容，确保探伤结果能够客观、准确地反映被检测物体的质量和状态。
总之，超声波探伤标准是保证超声波探伤工作质量和结果准确性的重要依据，遵循超声波探伤标准能够帮助操作人员规范操作、准确获取数据，并对结果进行科学评定，从而保证探伤工作的质量和效果。
因此，在超声波探伤工作中，必须严格遵循超声波探伤标准的要求，确保探伤工作的准确性和可靠性。
无损检测-超声波探伤
pd
3.5 垂直入射超声波在界面两侧声压的分配
界面声压反射率: 界面声压反射率
Rp=pr/pe=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)
界面声压透射率： 界面声压透射率：
Dp=pd/pe=2Z2/(Z2+Z1)
由上两式可见： ① 如Z1≈Z2 则 Rp ≈0 Dp ≈1
超声波检测无法检出声阻抗与焊缝金属很接近的金 属夹杂物的原因。 ②如Z2<<Z1 则 Rp ≈-1 Dp ≈0
αL
有机玻璃
α
钢 γ
3.12
外壳形状
5P8×12k2.5 k=折射角γ的正切值 晶片面积8×12mm2 发射接收f=5MHz 的超声波
2 横波探头的主要性能 ⑴折射角γ值（k值） 决定了声束入射于工件的方向和声波传播途 径，是缺陷定位计算的重要数据。 公称折射角：45 50 60 K值: 1.0 1.5 2.0 2.5 70
对奥氏体钢焊缝进行探伤时，宜选用频率较低的探头。
⑵吸收引起的衰减 因介质的粘滞性使部分声能转变为热 能而导致的声能损耗 ⑶声束扩散引起的衰减 随着传播距离的增大，波束截面增大 使单位面积上声能逐渐减小所致。
2 衰减表示方法与衰减系数 ⑴用底波高度或底波反射次数的多少粗略估计。
δ
（a） 3.8
（b）
L
α
αs αL
S1
L1
介质Ⅰ 介质Ⅱ γL γs L2 S2
3.7有耦合剂的反、折射
② 横波入射到钢/空气界面将 会产生反射纵横波
L 有机玻璃 α3m S 钢 L 空气 3.8 α3m示意图
α3m＝33.2o
⑶ 聚焦
五、超声波的衰减
随着声程的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象 1 衰减的原因 ⑴散射引起的衰减 超声波遇到尺寸与波长可比的障碍物，并因此而产生球 面波的现象称为超声波的散射。
超声波探伤基础知识
超声波探伤基础知识
超声波探伤是利用超声波在材料中传播和反射的特性来检测材料内部缺陷的一种无损检测技术。
以下是一些超声波探伤的基础知识：
1. 超声波：超声波是频率超过20kHz的机械波，它在材料中
的传播速度跟材料的密度、刚度等物理性质有关。
2. 超声波的传播：超声波在均匀材料中沿直线传播，当遇到界面或缺陷时会发生折射、反射和散射等现象。
3. 超声波的传感器：超声波传感器通常由压电材料制成，其中压电片会产生机械振动，将电能转换为超声波能量。
4. 超声波探头：超声波探头由超声波传感器和库仑耦合剂组成，用于将超声波能量传递到被检测材料中，并接收反射的超声信号。
5. 超声波的传播方式：超声波的常见传播方式包括纵波（沿着传播方向的振动方向与传播方向一致）和横波（沿着传播方向的振动方向与传播方向垂直）。
6. 超声波的缺陷检测：当超声波遇到材料中的缺陷（如裂纹、夹杂、气泡等），它会反射一部分能量回到探头。
通过分析反射信号的幅度、时间和形状等参数，可以判断缺陷的类型、大小和位置。
7. 超声波的图像生成：通过多次探测，将分析得到的超声信号以图像形式展示，可以获得材料内部缺陷的位置和形状信息。
超声波探伤在工业领域广泛应用，可用于检测金属、塑料、陶瓷等材料的缺陷，如焊接质量、母线接头、管道内部等。
它具有无损、快速、准确、可重复性好等优点，成为重要的材料检测技术。
超声波探伤
(2) 倾斜入射异质界面时的反射、折射、波型转换和聚焦
从式(4-3)知，当入射角增大时，折射角和反射角随之增大。 从图4-5可知，当纵波L2折射角为90°时，在第II介质内只传播
横波，这时声波入射角称第一临界角； 当横波S2折射角为90°时，在第I介质和第Ⅱ介质界面上产生 表面波的传播，这时的声波入射角称第二临界角。 在进行焊缝超声波探伤时，第I介质为探头的有机玻璃或环氧 树脂，第Ⅱ介质为钢材，由式(4-3)得：
利用压电效应使探头(压电晶片)发 射或接收超声波，就使发现缺陷成 为可能。因此，探头(压电晶片)是 理想的电声换能器。
6
二、超声波的性质
探伤中所用超声波的性质： 有良好的指向性； 能在弹性介质中传播，不能在真空中传播； 界面的透射、反射、折射和波型转换; 具有可穿透物质和在物质中有衰减特性。
实际探伤中，奥氏体钢焊缝晶粒 粗大(达数毫米)，衰减很严重，在 示波屏上形成 “草状回波”，显 著降低探伤时的信噪比(图4-6)。
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超声波的衰减的三个原因：
2) 吸收引起的衰减 超声波传播时，介质质点间产生相对运动，互相
摩擦使部分声能转换为热能，通过热传导引起衰减。 金属介质的吸收衰减与散射衰减相比，几乎略去不计, 但液体介质的吸收衰减则是主要的。 3) 声束扩散引起的衰减
(4) 匹配电感 对于压电陶瓷晶片制成的探头，其电气 阻抗匹配很重要。加入与晶片并联的匹配电感(或电阻) 可使探头与仪器的发射电路匹配，以提高发射效率。 它也可装在仪器内部。
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超声波的产生和接收机理
当高频电压加在晶片两面电极时，由于逆压电效应，晶 片会在厚度方向产生伸缩变形的机械振动。晶片与工件 表面有良好耦合时,机械振动就以超声波形式传播进去, 这就是发射。反之，当晶片受到超声波作用(遇到异质界 面反射回来)而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片 两表面产生不同极性电荷，形成超声频率的高频电压， 这就是接收。
超声探伤知识点总结
超声探伤知识点总结一、超声波传播和检测原理超声探伤是一种利用超声波来检测材料内部缺陷的一种非破坏性检测方法。
它利用超声波在材料中的传播特性和反射特性来发现和确定材料内部的缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等。
超声波是一种机械波，它通过材料中的分子间的弹性传递能量，具有穿透性和反射性。
当超声波遇到材料内部的缺陷时，会发生反射、折射和散射现象，根据这些现象可以确定缺陷的位置、形状、大小等信息。
二、超声探伤设备超声探伤设备主要包括超声波发射装置、接收装置、信号处理装置和显示装置。
超声波发射装置用于产生超声波信号，一般采用压电晶体或磁致伸缩换能器。
接收装置用于接收超声波信号并将其转化为电信号，一般也采用压电晶体或磁致伸缩换能器。
信号处理装置用于放大、滤波、延迟控制等对接收到的信号进行处理，以便于分析和显示。
显示装置用于显示探测到的缺陷和材料的内部结构，一般采用示波器、闪存图像仪等。
三、超声波的传播特性超声波在材料中的传播特性受到材料的声速、密度和声衰减系数的影响。
在各种材料中，声速越大，密度越小，声衰减系数越小，超声波的穿透性越好。
另外，材料的晶粒结构、组织、应力等因素也会对超声波的传播特性产生影响。
因此，在进行超声探伤时，需要根据被测材料的性质和要检测的缺陷类型来选择合适的超声波检测方法和参数。
四、超声探伤方法根据超声波的传播方式，超声探伤方法可以分为纵波检测和横波检测。
纵波检测是指超声波在材料中的传播方向和振动方向一致的检测方式，适用于发现和定位表面和近表面的缺陷。
横波检测是指超声波在材料中的传播方向和振动方向垂直的检测方式，适用于发现和定位材料内部的缺陷。
此外，超声探伤方法还包括脉冲回波法、多普勒效应法、相控阵法、声照相法等多种技术方法，可以根据具体的应用需求和条件选择合适的方法。
五、超声探伤参数在进行超声探伤时，需要确定合适的超声探伤参数，包括超声波频率、脉冲宽度、发射能量、探头直径等。
这些参数的选择应根据被测材料的性质和要检测的缺陷类型来确定。
超声波探伤
(3) 保护膜 可使压电晶片免于和工件直接接触受磨损, 其中软膜(耐磨橡胶、塑料等)用于粗糙表面的工件； 硬膜(不锈钢片、刚玉片、环氧树脂等)声能量损失小, 比软膜应用广。
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2．能在弹性介质中传播，不能在真空中传播
超声波通过介质时，以介质质点的振动方向与波的传播方向 间相互关系的不同，可分为纵波、横波、表面波和板波等。各类 型波的传播介质和具有的特点见表4-l、表4-2。
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2．能在弹性介质中传播，不能在真空中传播
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2．能在弹性介质中传播，不能在真空中传播 注意：
9
(2)束射性
4)未扩散区(图4-2a中，ｂ≈1.64N)内， 波阵面近似平面，声场可看成是平面波 声场，平均声压基本不变；扩散区其主 波束可视为底面直径为D的截头圆锥体， 当x≥3N时，波束按球面波规律扩散。 实际焊缝探伤所用金属介质中的脉冲波 横波声场(简称实际声场)，这要比以上 分析的理想声场复杂的多，但二者有其 基本相似之处。
(1) 垂直入射异质界面时的透射、反射和绕射
当超声波从一种介质垂直入射到第二种介质上时，其能量一部 分反射而形成与入射波方向相反的反射波，其余能量则透过界面 产生与入射波方向相同的透射波(图4-3)。 超声波反射能量W反与超声波入射能量W入 之比称之为超声波能量反射系数，即 K=W反/W入。
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超声波能量反射系数K值：
1. 有良好的指向性 (1)直线性 超声波的波长很短(毫米级)，它在弹性 介质中能象光波一样沿直线传播，符合几何光学规律。 声速对固定介质是常数，根据传播时间就能求得其传 播距离，这为探伤中缺陷定位提供依据。
实验十五 超声波探伤
实验十五超声波探伤一、实验目的1、了解超声波探伤仪的简单工作原理。
2、掌握超声波波探伤仪的使用方法。
3、熟练探测SG-Ⅱ试块上人工缺陷。
二、工作原理超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。
超声波是由频率大于20000HZ的机械震动在弹性介质中的一种传播过程，因此超声波是机械波。
超声波是由超声波探伤仪产生的电振荡并施加于探头，利用其晶片的压电效应而获得。
当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方向上产生伸缩变形的机械振动。
若晶片与工件有良好的耦合时，机械振动就以超声波的形式传播出去，这就是发射。
反之，当晶片受到超声波作用（遇到异质界面反射回来）而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片两面产生不同极性电荷，形成超生频率的高频电压，这就是接受。
利用压电效应使探头（压电晶片）发射或接受超声波，就使发现缺陷成为可能。
探伤时，超声波通过探测表面的耦合剂传入工件，超声波在传播途中若遇到缺陷时，部分超声波反射回到探头，其余的超声波传播到工件底部也反射回探头，由探头内晶片的压电效应将超声波转变为电讯号，再传至探伤仪，在荧光屏的扫描线上出现始脉冲（表面反射波T）、伤脉冲（缺陷反射波F）和底脉冲（底面反射波B）。
他们在时间扫描线上呈现的距离与工件表面、缺陷及底部之间的距离相对应，因此，便可确定缺陷所在的位置。
同时由伤脉冲的高度亦可反映缺陷的大小。
三、仪器的校准方法和步骤在使用仪器进行检测之前，首先进行校准：依据被测工件的材料、尺寸和相关标准，选择合适的探伤方法和探头，进行材料声速、探测范围和工作频率等仪器参数及探头参数的设置，并校正探头零点等。
1、探头参数设置（1）首先根据有关行业标准或现场要求，确定探伤方法和选择合适的探头。
（2）在计测主菜单中的角度值（探头折射角）。
直探头角度值设置为“0”。
（3）采用单探头工作模式时，应将收发菜单里的双探头置为“off”。
超声波探伤基础知识
超声波探伤设备
钢轨母材探伤设备
超声波探伤设备
钢轨焊缝探伤设备
03 超声波探伤优缺点
超声波探伤优缺点
优点
1 2
探测范围大 检测灵敏度高
指向性好 缺陷定位准确
3
检测速度快 费用低廉
超声波探伤优缺点
缺点
1．难于对缺陷作精 确定性和定量，对探 伤者技术要求高。 2．探测表面要求制 备，形状复杂的工件 和粗晶材料的探测具 有一定的困难。
谢谢！
授课人：黄坚
超声波探声波探伤设备 03 超声波探伤优缺点
01 什么是超声波探伤
B型显示
A型显示
什么是超声波探伤
超声波探伤是利用超声
能透入金属材料的深处，并
由一截面进入另一截面时，
在界面边缘发生反射的特点
来检查零件缺陷的一种方法。
02 超声波探伤设备
超声波探伤
4.3优缺点
超声检测法的优点是：穿透能力较大，例如在钢 中的有效探测深度可达1米以上;对平面型缺陷如 裂纹、夹层等，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷 的深度和相对大小；设备轻便，操作安全，易于 实现自动化检验。缺点是：不易检查形状复杂的 工件，要求被检查表面有一定的光洁度，并需有 耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以 保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊 缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。此外，超 声检测还要求有一定经验的检验人员来进行操作 和判断检测结果。
超声波在材料中传播，由于吸收和散射等，强度会衰
减，因此测量在诸如真空自耗炉中熔炼的合金材料中的衰
减，有可能无损地了解材料组织均匀性的情况。
脉冲反射式超声波法同其他无损检验方法相比
3.1A型显示脉冲超声波探伤仪
A型脉冲反射式超声探伤仪具有缺陷定位精 度高、能确定缺陷的当量尺寸、灵敏度高、 只需单面接近试件、适用于各种形状等优 点,是目前使用最广泛的探伤仪。然而由于 其综合了声学、材料、传感器等多方面的 知识,对使用人员的素质和经验提出了较高 的要求。
②对粗糙、形状不规则、小、薄或非均质材料难以检查； ③对所发现缺陷作十分准确的定性、定量表征仍有困难。
机械振动在介质中的传播过程叫做波。通常，人耳能
够感受到频率高于16次/秒（赫兹），低于20000赫兹的
弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又称为声波。频
4.超声检测
4.1原理 4.2应用 4.3优缺点
4.1原理
超声波是频率高于20千赫的机械波。在超声探伤中常用的 频率为0.5～5兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度 和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面（如缺陷或被测 物件的底面等）就会产生反射。这种反射现象可被用来进 行超声波探伤，最常用的是脉冲回波探伤法探伤时，脉冲 振荡器发出的电压加在探头上（用压电陶瓷或石英晶片制 成的探测元件），探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质 （如机油或水等）进入材料并在其中传播，遇到缺陷后， 部分反射能量沿原途径返回探头，探头又将其转变为电脉 冲，经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反 射波在荧光屏上的位置和幅度（与参考试块中人工缺陷的 反射波幅度作比较），即可测定缺陷的位置和大致尺寸。 除回波法外，还有用另一探头在工件另一侧接受信号的穿 透法。利用超声法检测材料的物理特性时，还经常利用超 声波在工件中的声速、衰减和共振等特性
实验十五 超声波探伤
实验十五超声波探伤一、实验目的1、了解超声波探伤仪的简单工作原理。
2、掌握超声波波探伤仪的使用方法。
3、熟练探测SG-Ⅱ试块上人工缺陷。
二、工作原理超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。
超声波是由频率大于20000HZ的机械震动在弹性介质中的一种传播过程，因此超声波是机械波。
超声波是由超声波探伤仪产生的电振荡并施加于探头，利用其晶片的压电效应而获得。
当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方向上产生伸缩变形的机械振动。
若晶片与工件有良好的耦合时，机械振动就以超声波的形式传播出去，这就是发射。
反之，当晶片受到超声波作用（遇到异质界面反射回来）而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片两面产生不同极性电荷，形成超生频率的高频电压，这就是接受。
利用压电效应使探头（压电晶片）发射或接受超声波，就使发现缺陷成为可能。
探伤时，超声波通过探测表面的耦合剂传入工件，超声波在传播途中若遇到缺陷时，部分超声波反射回到探头，其余的超声波传播到工件底部也反射回探头，由探头内晶片的压电效应将超声波转变为电讯号，再传至探伤仪，在荧光屏的扫描线上出现始脉冲（表面反射波T）、伤脉冲（缺陷反射波F）和底脉冲（底面反射波B）。
他们在时间扫描线上呈现的距离与工件表面、缺陷及底部之间的距离相对应，因此，便可确定缺陷所在的位置。
同时由伤脉冲的高度亦可反映缺陷的大小。
三、仪器的校准方法和步骤在使用仪器进行检测之前，首先进行校准：依据被测工件的材料、尺寸和相关标准，选择合适的探伤方法和探头，进行材料声速、探测范围和工作频率等仪器参数及探头参数的设置，并校正探头零点等。
1、探头参数设置（1）首先根据有关行业标准或现场要求，确定探伤方法和选择合适的探头。
（2）在计测主菜单中的角度值（探头折射角）。
直探头角度值设置为“0”。
（3）采用单探头工作模式时，应将收发菜单里的双探头置为“off”。
超声波探伤基础知识
超声波探伤基础知识超声波探伤是一种非破坏性检测技术，广泛应用于各个领域，如工业制造、医学诊断等。
本文将介绍超声波探伤的基础知识，包括原理、设备和应用。
一、原理超声波探伤是利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部的缺陷或异物。
超声波是一种机械波，具有高频率和短波长的特点，能够穿透材料并在材料内部的缺陷处发生反射、散射或透射。
通过检测超声波的传播时间、幅度和频谱等参数，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和大小。
二、设备超声波探伤设备主要由发射器、接收器、传感器和显示器组成。
发射器负责产生超声波信号，接收器负责接收反射、散射或透射的超声波信号，传感器将超声波信号转化为电信号，显示器用于显示检测结果。
根据具体应用需求，超声波探伤设备可以选择不同的传感器和工作模式。
三、应用超声波探伤广泛应用于工业制造领域。
在金属材料的生产过程中，超声波探伤可以检测材料的内部缺陷，如裂纹、夹杂等，以保证产品的质量。
在焊接、铸造等工艺中，超声波探伤可以检测焊缝的质量，排除潜在的缺陷。
超声波探伤也广泛应用于航空航天、汽车制造、电力设备等领域。
在航空航天领域，超声波探伤可以检测飞机零部件的缺陷，如发动机叶片的裂纹，以确保飞机的安全飞行。
在汽车制造领域，超声波探伤可以检测汽车零部件的缺陷，如车轮的裂纹，以提高汽车的安全性。
在电力设备领域，超声波探伤可以检测电力设备的绝缘状况，以保证电力设备的正常运行。
总结：超声波探伤是一种非破坏性检测技术，通过利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部的缺陷或异物。
超声波探伤设备主要由发射器、接收器、传感器和显示器组成，可以根据具体应用需求选择不同的传感器和工作模式。
超声波探伤广泛应用于工业制造、航空航天、汽车制造和电力设备等领域，用于检测材料的内部缺陷，保证产品的质量和安全性。
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齿轮检测探头分布图
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1．齿顶面入射检测
齿顶面入射检测主要是探测每个轮齿内部的缺陷，由于轮齿是顶部到
齿根为近似梯形。
图2 齿顶面入射检测轮齿内部示意图 因此若采用纵波垂直入射只能检测每个轮齿内部的检测2区的那一部分如图b2所 示。为了对1区、3区检测需采用纵波小入射角斜入射检测，如图 (a)、(c)所示。通 过三种入射角度的超声纵波检测，将完整地探知每个轮齿内部的缺陷。
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常用的齿轮检测方法有磁粉探伤、射线探伤、涡流探 伤、超声波探伤等。 其中，磁粉探伤能直观显示缺陷的形状、位置、大小、 严重程度，可大致确定缺陷的性质，但是，它只能检测齿 轮表面裂纹，内部缺陷不能检测出来； 涡流探伤在工作期间要求探头与工件表面保持固定间隙 或紧密接触，对受检工件表面状况要求较高。因为对探头 与受检工件之间的间隙比较敏感，这就对探伤灵敏度影响 巨大。
第二次检测
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磨齿
磨削裂纹
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制成
其中，磨削裂纹的深度一般在几μ至几百μ之间,方向与齿顶垂直。 使用过程中,磨削裂纹在齿面上产生剥落,硬齿面尤为严重要,从而影响 整个齿轮的寿命。所以,磨削裂纹也是不可忽视的一种缺陷。 显然,无论是内部缺陷,还是外部缺陷,都在不同程度上影响齿轮的使 用寿命,都是应该检测的内容
因此锻件是超声检测实际应用的主要对象。
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（1） 锻件中的常见缺陷。锻件中的缺陷主要来源于两 个方面：
材料锻造过程中形成的缩孔、缩松、夹杂及偏析等；
热处理中产生的白点、裂纹和晶粒粗大等。
（2） 锻件超声检测的特点。
锻件可采用接触法或液浸法进行检测。锻件的组织很细，
由此引起的声波衰减和散射影响相对较小。因此，锻件上有
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Hale Waihona Puke 射线探伤也可以实现齿轮检测，但是辐射生物效 应对人体有一定的伤害，而且检验成本较高，操 作不便。 与涡流探伤、磁粉探伤、射线探伤相比，超声波 探伤方法具有指向性好、高灵敏度、性能稳定、 不受电磁干扰的特点，目前在裂纹探伤方面有广 泛的应用。
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一种齿轮缺陷超声自动检测系统的简介
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齿轮常见缺陷
①齿轮加工缺陷 齿轮一般都是经过
浇铸 锻打 第一次检测
产生的缺陷多为夹杂硫松、缩孔及气孔等 在锻打过程中,疏松、缩孔、气孔等缺陷有 可能被焊合，但也有一部分会保留下来。 机械加工裂纹
工粗加工 工 调质热处理 表面热处理
可能产生热处理裂纹
可能产生热处理裂纹(一般为龟裂)
查磨削裂纹的
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齿轮传动过程中产生的缺陷
齿轮在传动过程中出现的缺陷一般表现为：啮合齿轮
副磨损、断齿、轮毂孔和键槽磨损、齿圈和轮幅开裂 等。
其中大部分缺陷都是从齿轮内部或表面的微小裂纹开
始慢慢扩大形成的。因此，定期检查齿轮内部及表面 微细裂纹，对于及时修补更换齿轮，保证齿轮传动的 正常工作，具有重要意义
超声波检测原理：
超声波无损智能检测是利用材料及其缺陷的声学性能差
异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量的影响 变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。
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超声检测的方法很多，可按原理、波型和使用探头的数
目及探头接触方式来分类。按显示方式分类，有A型显示、B 型显示和C型显示；按波型分类，有纵波法、横波法、表面波 法和板波法；按探头数目分类，有单探头法、双探头法和多 探头法；按耦合方式分类，有接触法和液浸法；按入射角度 分类，有直射声束法和斜射声束法。按原理分类，有脉冲反 射法、穿透法和共振法；
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A型脉冲反射
在实际应用中，脉冲反射法以该法为主。 A型脉冲反射法超声波检测原理 (1)原理： A型脉冲反射法超声波检测就是利用超声波在传 播过程中，遇到声阻抗差较大的异质界面时，将产生 反射的原理来实现对内部缺陷检测的。
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(2)实现方法： 该法采用单一探头——既作发射器件，又作接收元 件，以脉冲方式间歇地向工件发射超声波；接受到 的回波信号经功能电路放大、检波后，在探伤仪的 示波屏上，以脉冲信号显示出来。
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2、透射法（穿透法）
透射法通常采用两个探头，分别放置在试件两侧，一个将脉冲
波发射到试件中，另一个接收穿透试件后的脉冲信号， 依据脉冲
波穿透试件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况。
直射声束穿透法
(a) 无缺陷； (b) 有缺陷
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透射法检测的优点：
① 在试件中声波单向传播，适合检测高衰减的材料； ② 对发射和接收探头的相对位置要求严格，须专门的探头支 架。特别适用于单一产品大批量加工过程中的自动化检测； ③ 检测时几乎不存在盲区。
时可以应用较高的检测频率(如10 MHz以上)， 以满足高分辨
力检测的要求， 以及实现较小尺寸缺陷检测的目的。
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轴类件径向和轴向检测示意图
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2) 铸件检测 铸件具有组织不均匀、组织不致密、表面粗糙和形状复
杂等特点，因此常见缺陷有孔洞类（包括缩孔、缩松、疏松、
一、齿轮的无损智能检测
齿轮在工业生产中，广泛应用于航空、航天、电子、 船舶、兵器等行业的各类仪器仪表中，是传递运动和 动力的重要部件。 齿轮是机械产品的重要基础零部件。它是许多机械 产品不可缺少的传动部件。齿轮的设计与制造水平直 接影响到机械产品的性能和质量。据统计，汽车变速 器故障约占汽车底盘故障的1／3，而变速器中由于齿 轮本身质量问题造成的故障比重最大。由于齿轮缺陷 未能及时发现而酿成设备事故，带来巨大的经济损失 的事例屡见不鲜。
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B型脉冲反射
B型显示的是试件纵断面的一个二维截面图，屏幕纵坐标 代表探头在探测面上沿一直线移动扫查的位置坐标，横坐标是 声传播的时间（或距离）。该方式可以直观地显示出被探工件 任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。
B型显示原理图
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C型脉冲反射
C型显示显示的是试件横断面的一个平面投影图，探头在试件表面做二
气孔等）、裂纹冷隔类（冷裂、热裂、白带、冷隔和热处理 裂纹）、夹杂类以及成分类（如偏析）等。 铸件的上述特点，形成了铸件超声检测的特殊性和局限 性。检测时一般选用较低的超声频率，如0.5～2 MHz，因此
检测灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检测要求较低。
铸件检测常采用的超声检测方法有直接接触法、 液浸法、 反射法和底波衰减法。
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2. 齿轮检测的时间和方法
齿轮及齿轮轴的检侧一般分两次进行；
第一次是在粗加工后,检测内部缺陷,一般采用超声波探伤的方 法。对有些焊缝和重要零件,也有采用X射线探伤的方法。
第二次是在齿轮加工成形后进行,主要检侧表面缺陷(如热处
理裂纹、磨刘裂纹等),一般采用表面探伤的方法,如磁粉、荧光 着色等无损检侧手段,对大的齿轮表面也有用超声表面波方法检
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3．齿侧面入射检测
从齿顶面和内孔面入射进行检测，对齿轮中与径向垂直的面状、线状缺陷 是敏感的，当然对体状缺陷也敏感。但对与径向平行的面状、线状缺陷其 回波反射率很低不敏感，为了对这类缺陷进行检测将采用从齿轮侧面入射 检测的方法。
图4 齿轮齿侧面检测
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二、超声检测简介
该齿轮超声自动检测系统是一套汽车变速箱齿轮 内部缺陷自动检测系统。 本系统最大的特点在于：借助了数控技术、现代 电子技术和超声检测技术，适合现场使用、性价比高， 同时将超声检测系统和三轴联动的数控扫描运动系统 集成于一体，使用方便。下图是齿轮超声波自动检测 系统结构示意图。
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图1 齿轮超声自动检测系统结构示意图
透射法检测的缺点：
① 一对探头单发单收，只能判断缺陷的大小和有无，不能确 定缺陷的方位； ② 当缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低。
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3、脉冲反射法
（1）脉冲反射法的工作原理 脉冲反射法是利用超声波探头脉冲试件内传播的过程中， 遇到有声阻抗相差较大的两种介质的界面时，将发生反射的原 理进行检测的方法。采用一个探头兼做发射和接收器件，接收
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1、 共振法
应用共振现象对试件进行检测的方法叫共振法。当试件 的厚度为声波半波长的整数倍时，发生共振。在测得超声波 的频率和共振次数后，可计算试件的厚度：
nc n 2 2f
当试件中有较大的缺陷或厚度改变时，共振点偏移甚至 共振现象消失，因此共振法常用于壁厚的测量，不用来检测 缺陷。
总之，液浸法与直接接触法各有利弊，应根据被检对象的
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具体情况， 选用不同的方法。
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超声检测技术的应用
1. 典型构件的超声探伤技术 1） 锻件检测 锻件的种类和规格很多，常见的类型有：饼盘件、环形 件、轴类件和筒形件等。锻件中的缺陷多呈现面积形或长条 形的特征。由于超声检测技术对面积型缺陷检测最为有利，
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4. 液浸法 液浸法是在探头与试件之间填充一定厚度的液体介质作耦
合剂，使声波首先经过液体耦合剂，而后再入射到试件中，
探头与试件并不直接接触。 液浸法中，探头角度可任意调整， 声波的发射、接收也 比较稳定，便于实现检测自动化，大大提高了检测速度。液浸 法的缺点是当耦合层较厚时，声能损失较大。另外，自动化检 测还需要相应的辅助设备，有时是复杂的机械设备和电子设备， 它们对单一产品(或几种产品)往往具有很高的检测能力，但缺 乏灵活性。