超声波检测方法分类与特点
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识简介超声波检测通常是指通过声波的反射、散射等物理现象对实物进行检测和分析的一种非破坏性检测技术。
超声波具有频率高、穿透力强、灵敏度高、特性稳定等优点，被广泛应用于工业、医学、环保等领域中。
超声波的基本原理超声波是指频率大于20kHz的声波。
超声波在物质中传播的速度受到物质密度、弹性模量和泊松比等因素的影响。
当超声波遇到物体表面或内部结构发生反射或散射时，会在探头中产生电信号，通过信号处理和分析，就可以获得物体的内部结构信息。
超声波探测技术超声波探测系统主要包含以下三个部分：超声发生器、超声探头和信号分析仪。
超声发生器负责产生超声波信号，超声探头负责将超声波信号传递到被测物体中，信号分析仪负责对超声波信号进行处理和分析。
超声波探测技术可以分为接触式和非接触式两种方式。
接触式超声波探测需要将超声探头直接贴附于被测物体表面，适用于对表面缺陷进行检测。
非接触式超声波探测通过传播空气中的超声波来检测物体内部结构，适用于一些特殊要求的场合。
超声波检测应用领域超声波检测技术被广泛应用于工业、医学、环保等领域。
在工业领域中，超声波检测技术可以用于检测金属、非金属材料的缺陷、变形等情况，被广泛应用于航空、汽车、管道等领域。
在医学领域中，超声波检测技术可以用于对人体内部组织器官进行检测和诊断，被广泛应用于心脏、腹部、肝脏等区域。
在环保领域中，超声波检测技术可以用于对大气、水等环境因素进行监测和分析。
超声波检测的优缺点超声波检测技术具有频率高、分辨率高、不破坏被测物体等优点。
同时，超声波检测技术也存在检测深度限制、检测结果易受表面状态影响等缺点。
因此，在选择超声波检测技术时，需要综合考虑其优缺点和适用场合。
超声波检测技术是一种非破坏性检测技术，具有广泛的应用领域和优点。
未来，随着科技的不断发展，超声波检测技术将会发挥更加重要的作用，为人们的生产生活带来更多的便利和贡献。
简述超声检测的特点
简述超声检测的特点
超声检测是一种非破坏性测试技术，通过利用超声波在材料内传播和反射的特性来检测材料的缺陷、结构和性质。
以下是超声检测的几个主要特点：
1. 非破坏性：超声检测是一种非破坏性的测试方法，它不需要对被测物进行破坏性的改变或损坏，可以在不影响被测物完整性的情况下进行检测。
这使得超声检测成为许多应用领域中首选的测试技术。
2. 高灵敏度：超声波能够探测到微小的缺陷或结构变化。
通过分析超声波的传播时间、振幅和频谱等参数，可以确定并量化材料中的缺陷、裂纹、孔洞、界面等。
3. 宽波束和方向性：超声波的传播具有宽波束和方向性。
这意味着可以通过调整超声探头的位置和角度来对被测物进行全方位的检测。
同时，超声波也可以被聚焦到特定的区域，提高检测的分辨率和准确性。
4. 实时性：超声检测具有实时性，可以立即获取到检测
结果。
这使得超声检测在工业生产线上广泛应用，可以实时监测材料的质量和性能。
5. 适应性广：超声检测适用于多种材料，包括金属、塑料、陶瓷、复合材料等。
不同材料对超声波的传播和反射特性有所不同，但超声检测技术可以根据具体材料的特性进行调整和优化。
6. 深度探测：超声波在材料中传播时能够穿透一定的深度，从而可以检测到位于被测物内部的缺陷和结构。
这使得超声检测对于深部缺陷的探测非常有效。
总的来说，超声检测具有非破坏性、高灵敏度、宽波束和方向性、实时性、适应性广以及深度探测等特点，使其在材料科学、工程、医学、航空航天等领域得到广泛应用。
超声波探伤的通用方法和基础技术——(第一节超声波探伤方法分类及特点)
第三章 超声波探伤的通用方法和基础技术第一节 超声波探伤方法分类及特点超声波探伤的实质是：首先将工件被检部位处于一个超声场中，工件若无不连续分布(如无缺陷等)，则超声场在连续介质中的分布是正常的。
若工件中存在不连续分布(如有缺陷等)，则超声波在异质界面上产生反射、折射和透射，使超声场的正常分布受到干扰。
使用一定的方法测出这种异常分布相对于正常分布的变化，并找出它们之间变化规律，这就是超声波探伤的任务。
超声波探伤有许多方法，如将它们逐一分类，一般可用以下几种：下面仅以实际探伤中较为常用的方法和特点作一简介。
一、脉冲反射法和穿透法超声波在传播过程中遇到缺陷会产生反射、透射及缺陷后侧声影，按以上这些引起声场异常变化的不同原理，可将检测方法分为脉冲反射和穿透法(又称阴影法)，前者以检测缺陷的反射声压(或声能)大小来确定缺陷量值，后者以测定缺陷对超声波的正常传播的遮挡所造成的声影大小来确定缺陷的量值。
图3–1和图3–2所示为这两者的工作原理图。
目前，超声波探伤中常用脉冲反射法，与穿透法相比，脉冲反射法有如下特点： 1. 灵敏度高对于穿透法，只有当超声声压变化大于20%以上时才有可能检测，它相当于声压只降低超声波探伤直接接触法 液浸法 按缺陷显示方式分按超声波传播方式分 按探伤工作原理分按探伤波型分按超声波耦合方式分按探头数量分穿透法脉冲反射法连续波法 脉冲波法A 型显示法B 型显示法单探头法双探头法纵波法横波法 表面波法2dB。
由于探头晶片尺寸有一定大小及缺陷本身的声衍射现象，要获得大于20%声压变化量，缺陷对声传播遮挡面积已相当大了。
对于脉冲反射法，缺陷反射波声压仅是入射声压的1%时，探伤仪就已经能够检出，此时，与缺陷反射声压相对应的反射面积是很小的。
2. 缺陷定位精度高脉冲反射法可利用缺陷反射波的传播时间，通过扫描速度(即时间轴比例)调节，对缺陷进行正确定位。
而穿透法只能以观察接收波形高低来确定缺陷面积，而波形所处位置不能表示缺陷声程，即处于不同部位的相同面积的缺陷，其接收波形高度相等，位置不变，见图3–3所示。
超声波探伤的通用方法和基础技术——(第二节超声波探伤的基本方法)
第三章超声波探伤的通用方法和基础技术第二节超声波探伤的基本方法一、超声波探伤的缺陷定位原理脉冲反射法超声波探伤中对缺陷位置的确定，通常以探头所在的探测面作为测量基准。
由于示波管水平刻度线经时间轴比例适当调整后，它就能指示相应的距离，所以时间轴比例的调整(即探测范围调整)是缺陷定位中的重要环节。
1. 直探头纵波探伤直探头纵波探伤时，探测范围的调整可借助标准试块或对比试块进行，也可直接利用工件大平底面。
调节时应同时校正零位，使声程原点与水平刻度零位相互一致，按照需要调整的探测范围选择适当厚度的试块，以便得到两个以上的底面回波。
这是因为发射脉冲前沿位置与声程原点不一定一致，用一次底面反射(一个基准回波)不能正确调整探测范围和校正零位的缘故。
例如，调整钢中200mm的探测范围时，可用IIW试块厚度100mm作探测基准，调节深度粗调与细调，以及水平旋钮，使测距为100mm的一次底波B1和二次底波B2分别位于水平刻度的5格和10格处(见图3–16所示)，此时，时间轴水平刻度每格代表钢中声程20mm。
图3–16 直探头纵波探伤时探测范围调整2. 斜探头横波探伤斜探头横波探伤的定位方法不像直探头纵波探伤那样只用单一的声程定位，而有声程定位、水平定位和深度定位之分。
同时，为使定位计算方便，通常将斜探头入射点作为声程原点，并经零位校正后，声程原点与时间轴零位相一致。
这样，有机玻璃中一段纵波声程移在零位左边，零位右边的时间轴刻度直接表示了工件中反射体的声程、水平距或深度距离，读数方便。
图3–17为用斜探头横波进行焊缝探伤的示例。
图3–17 焊缝中缺陷的定位方法由图可知，所谓声程定位，即示波屏上显示的缺陷波前沿所对应的时间轴刻度，表示了缺陷距入射点的斜声程W ；水平定位则表示缺陷距入射点的水平距离x ；深度定位则表示缺陷距探测面的深度y 。
虽然它们确定缺陷位置的方法有所区别，但实际上经过简单的三角关系计算，可以很方便地进行相互换算。
超声波检测方法分类与特点
• 垂直法主要用于铸造、锻压、轧材及其制 品的检测, 该法对于与检测面平行的缺陷检 出效果最佳。由于垂直法检测时, 波型和传 播方向不变, 所以缺陷定位比较方便。
2．纵波斜探头法 将纵波倾斜入射至工件检测面，利用折射纵波
进行检测的方法，称为纵波斜探头法。此时，入射 角小于第一临界角a一，工件中既有纵波也有横波 ，由于纵波传播速度快，几乎是横波的两倍，因此 可利用纵波来识别缺陷和定量，但注意不要与横波 信号混淆。
• 相控阵可实现多种扫描成像方式，如前 所述的B、C.D扫描成像，较为特殊的是还可 形成S扫描成像，即在某入射点形成一定角
度的扇形扫查范围，又称扇形扫描成像， 如图5-21所示。
超声相控阵技术的优势在于: (1)由于可采用电子控制方法控制声束进行扫查，可在不移
动或少移动探头的情况下进行快速线扫查或扇形扫查， 从而大大提高了检测效率。
(2)由于可对声束角度进行控制，具有良好的声束可达性， 通过多个检测角度的设定， 可以进行复杂形状和在役 零件的检测。如核反应堆压力容器管嘴和其他接头、摩 擦焊发动机组件、发动机盘件及叶片的根部和叶盘结合 部的检测。
(3)通过动态控制声束的偏转和聚焦，可以实现焦点位置 的动态控制，避免了普通聚焦探头为实现全深度聚焦检 测而对不同深度范围频繁更换探头的麻烦。
• 阵元探头相位控制, 合成声束技术（移动, 转 角, 聚焦, 采样相控阵技术（SAMPLING PHASED ARRAY ）
1.B、C.D扫描成像
– 扇形B扫描 – 线形B扫描 – 组合B扫描
• B型显示（亮度-时间扫查记录）
• B型显示(斜探头PE平行扫查)
• B型显示(TOFD非平行扫查)
• 5.1.4 共振法
• 依据试件的共振特性来判断缺陷情况和工 件厚度变化情况的方法称为共振法。常用 于试件测厚。共振法测厚的原理见4.1.6, 目 前已很少使用
四种常用探伤方法特点及区别
四种惯例无损检测方法的比较无损检测就是利用声、光、磁和电等特征，在不伤害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中能否存在缺点或不平均性，给出缺点的大小、地点、性质和数目等信息，从而判断被检对象所处技术状态 (如合格与否、节余寿命等 )的全部技术手段的总称。
常用的无损检测方法：超声检测 (UT)、磁粉检测 (MT)、液体浸透检测 (PT)及 X 射线检测 (RT)。
超声波检测 (UT)1、超声波检测的定义：经过超声波与试件互相作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺点检测、几何特征丈量、组织构造和力学性能变化的检测和表征，并从而对其特定应用性进行评论的技术。
2、超声波工作的原理：主假如鉴于超声波在试件中的流传特征。
声源产生超声波，采纳必定的方式使超声波进入试件；超声波在试件中流传并与试件资料以及此中的缺点互相作用，使其流传方向或特色被改变；改变后的超声波经过检测设施被接收，并可对其进行办理和剖析；依据接收的超声波的特色，评估试件自己及其内部能否存在缺点及缺点的特征。
3、超声波检测的长处：a.合用于全部金属、非金属和复合资料等多种制件的无损检测；b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺点进行检测。
如对金属材料，可检测厚度为 1～2mm 的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；c.缺点定位较正确；d.对面积型缺点的检出率较高；e.敏捷度高，可检测试件内部尺寸很小的缺点；f.检测成本低、速度快，设施轻巧，对人体及环境无害，使用较方便。
4、超声波检测的限制性a.对试件中的缺点进行精准的定性、定量仍须作深入研究；b.对拥有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；c.缺点的地点、取向和形状对检测结果有必定影响；d.材质、晶粒度等对检测有较大影响；e.以常用的手工 A 型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接目睹记录。
5、超声检测的合用范围a.从检测对象的资料来说，可用于金属、非金属和复合资料；b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；d.从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；e.从缺点部位来说，既能够是表面缺点，也能够是内部缺点。
超声波探伤分类及特点
超声波探伤方法的分类及特点超声波探伤有许多方法，如将它们逐一分类，一般可用以下几种方法一. 按原理分类超声波探伤方法按原理分类，可分为脉冲反射法、衍射时差法、穿透法和共振法。
1. 脉冲反射法超声波探头发射脉冲波到被检试件内，遇到工件内部不连续或工件边界产生反射声波，再由探头接收，由此判别工件中是否存在缺陷，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法，是超声检测常用的基础检测方法。
脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
脉冲反射法分类如下：一次脉冲反射法如下图所示。
当工件中无缺陷时，荧光屏上只有始波T与一次底波B。
当工件中有小缺陷时，始波与底波之间出现缺陷F，缺陷波高与其反射面积有关，此时底波幅度会有下降。
当工件中缺陷大于声束直径时，底波消失，荧光屏上只有始波和缺陷波。
多次脉冲反射法这是以多次底面脉冲回波为依据进行探伤的一种方法，超声波在具有平行表面的工件中传播，若无缺陷时，声波经底面反射回探头，一部分能量被探头接收，得到一次底波B1，另一部分能量又折回底面再被探头接收，得到二次底波B2，剩余能量再折回探头，如此往复多次，得到底面多次回波，直至声能完全耗尽为止。
根据多次底波波幅递减的快慢，可用以判断工件材质衰减情况及有无对声能吸收大的缺陷，也可以用来判断工件中缺陷的严重程度，这种方法在板材探伤中经常用到，具有较好的优越性。
2.衍射时差法（TOFD）1）. 方法原理超声波入射到缺陷端部，会在缺陷端部较大角度范围内产生衍射波，检测衍射波就能确定缺陷存在，根据衍射波传播时间差来确定缺陷高度，缺陷产生衍射波本身波高不作为缺陷定量依据。
采用的波型为纵波，其原因是纵波声速比横波快，纵波先被探头接收，使缺陷信号解释简化。
TOFD法检测时适用双探头，分别置于焊缝两侧，其中一个作为发射探头，另一个作接收探头（见教材图5-4），在无缺陷部位，当发射探头发出超声波后，首先到达接收探头的是直通波，后面到达接收探头的是底面反射波。
超声波检测技术
CTS-8006
具有6个独立的发射－接收通道, 性能稳定可靠、抗 干扰能力强。仪器配合不同的机械传动装置，可实现 对钢管、钢板、机械零件等的自动化超声探伤。
2. 超声波探头
1)超声波探头功用
• 超声波探头：一种机械能和电能互相转换的换能
器。大多数探头是利用压电效应制作的。
• 超声波探头功能: 发生和接收超声波。
探头 缺陷
Ｔ Ｆ Ｂ
零件
显示器
超声波检测
1.超声波的定义
• 超声波是一种质点振动频率高于20kHz的机械波， 因其频率超过人耳所能听到的声频段（16Hz— 20kHz）而得名超声波。
• 由于能听到的声波频率不高，波长太大，所以用
于机械零件检测时可能在缺陷周围发生绕射而不 能检测出损伤。 • 而超声波频率极高，波长短，不会发生绕射漏检 问题。所以，都用超声波去检测工件缺陷。
2.超声波的特点
• 方向性好
• 穿透能力强
• 能量高
• 反射、折射和波型的转换
3.超声波的分类
1）按质点的振动方向分类 （1）纵波
（2）横波
（3）表面波
（4）板波
(a) 对称型
(b) 非对称型
波的类型 纵波
质点振动特点
传播介质
应 用
质点振动方向平 固、液、气体介 行于波传播方向 质
质点振动方向垂 直于波传播方向 质点作椭圆运动， 椭圆长轴垂直波 传播方向，短轴 平行于波传播方 向 上下表面：椭圆 运动, 中心：纵 向振动
方法早已被人们采用。如，用手拍西瓜，听是否
熟了；敲瓷碗，听是否裂了。声音反映物体内部
某些性质。
• 真正促使人类研究利用超声波进行探测的事件是
泰坦尼克号沉没事件。瑞查得森用在空气和水下
超声波无损检测概述
超声波无损检测一、超声波无损检测基本介绍超声检测（UT）是利用其在物质中传播、界面反射、折射(产生波型转换)和衰减等物理性质来发现缺陷的一种无损检测方法，应用较为广泛。
按其工作原理不同分为：共振法、穿透法、脉冲反射法超声检测;按显示缺陷方式不同分为： A型、B型、C型、3D型超声检测；按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、表面波法超声检测；二、超声波的产生（发射）与接收（1）超声波的物理本质：它是频率大于2万赫兹的机械振动在弹性介质中的转播行为。
即超声频率的机械波。
一般地说，超声波频率越高，其能量越大，探伤灵敏度也越高。
超声检测常用频率在 0.5～10 MHZ。
（2）超声波的产生机理——利用了压电材料的压电效应。
压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
(3) 超声波的发射与接收①发射——在压电晶片制成的探头中，对压电晶片施以超声频率的交变电压，由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的机械振动——产生超声波；若此机械振动与被检测的工件较好地耦合，超声波就会传入工件——这就是超声波的发射。
②接收——若发射出去的超声波遇到界面被反射回来，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正压电效应，在晶片的上下电极之间就会产生交变的电信号。
将此电信号采集、检波、放大并显示出来，就完成了对超声波信号的接收。
可见，探头是一种声电换能元件，是一种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要的作用3．超声波检测方法的分类（1）按原理分类：超声波探伤方法按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法和共振法。
a脉冲反射法:超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。
超声检测方法分类与特点及通用技术
4.工件表面粗糙度影响
•
•
由上面均匀介质中异质薄层对声波的声压反射 率表示式可知d→0时，可得r≈0。耦合效果越好。 表示工件表面光洁度越光越好，表面粗糙度越 差。则d越大耦合越差。但是当表面太光后探头 和工件之间耦合层由于表面张力吸附作用，变 成真空使探头移动困难。同时因真空不能传播 声波，使耦合变差。 一般工件要求粗糙度Ra=6.3μm
• 此外应考虑检测目的和检测效果，如从发 现最小缺陷能力方面，可提高频率，但对 大工件因声程大频率增加衰减急剧增加。 对粗晶材料如降低频率，且减小晶片尺寸 时，则声束指向性变坏，不利于检测远场 缺陷，所以应综合考虑。
• 3. 晶片尺寸选择： • 原则：①晶片尺寸要满足标准要求，如满 足JB/T4730-2005要求，即晶片面积 ≤500mm2，任一边长≤25mm。
1.纵波：以工件厚度声程为基准调节，一般将工 件二次底波调节10格。
• （直探头）一般将工件一次底波调节5格。 • 多次反射：Bn。根据工件厚和反射次 数决定。
2.横波 ①声程调节法常用于
直探头 管座角焊缝
斜探头
T型焊
•
可用IIW和IIW2试块法来调节。
• •
②水平法 CSK-IA法（利用R100，R50） 横孔试块法（CSK-IIIA和CSK-IIA或薄板 试块法）。
江西省电力科学研究院 王云昌
超声检测方法分类与特点及通用技术
• • 第一节 超声波探伤方法概述 超声波探伤方法按波的类型可分为脉冲 波法和连续波法，按探伤方法原理可分 为反射法、穿透法和共振法，按波形可 分为纵波法、横波法、表面波法、板波 法和爬波法，按耦合方式可分为直接接 触法和液浸法，按探头个数可分为单探 头法、双探头法和多探头法，现将各种 探伤方法分类列于下图4.1：
检测设计之超声波检测原理和特点
绪论过程设备是各个工业部门不可缺少的重要生产设备，用于供电，供热，和储存各种工业原料及产品，完成工业生产过程必须的各种物理过程和化学反应，因此它成为石油，化工，电站，核能和军工等工业部门的重要生产装备。
其制造工艺以焊接为主，质量要求比较高。
焊缝质量直接决定着压力容器的使用安全和使用寿命，因此在制造和使用过程中的焊缝检测显得尤为重要，故需要寻找一种高效，经济，简便可行的无损检测技术及缺陷评定的方法。
无损检测技术主要包括超声检测，射线检测，磁粉检测，渗透检测，涡流检测和声发射等检测技术。
其中超声波探伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷的主要手段。
超声波探伤以其探伤距离大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带，检测速度快，检测费用低等优势，在过程设备制造和检测工作中得到越来越多的应用。
如今，一些过程设备的检验，检测及缺陷评定仍存在很大问题，其检验、检测要求难以统一，制造质量难以保证。
给设备的维护和管理带来很大难度。
焊接缺陷的类型主要包括未焊透，未熔合，裂纹，气孔及夹渣等。
这些缺陷如不进行定期检查及有效的安全评定而盲目使用势必会造成重大恶性事故，给企业带来重大的经济损失，因此怎样实现对焊缝内部缺陷精确定位，定量和定性分析及缺陷评定，是需迫切解决的课题。
在焊缝缺陷检测中，超声检测是目前公认的最有效的常规无损检测方法之一，与其它常规检测相比具有明显的优势。
基于以上原因，本文重点研究焊缝内部缺陷的超声波检测方法，从而对焊接缺陷进行有效的安全评定。
1超声波检测的原理及其特点1.1设计任务书设计目的：为了让我们充分了解超声波检测的方法及原理，以及操作步骤和注意事项，并为我们以后工作打好良好的基础。
设计内容：详细介绍了超声波检测的原理及特点，并以中厚板横焊缝为例介绍了超声波检测的仪器设备，以及检测过程和缺陷评定等内容，最后还介绍了现场探伤，缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过标准对检测中的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。
超声波检测法介绍
据回波情况来判断缺陷。
纵波一次反射脉冲法
纵波一次反射脉冲法
工件无缺陷时，只显示始波T和底波B； 有缺陷时，在始波和底波之间出现一个伤波F； 当缺陷横截面积很大时，将无底波； 根据x=(LF/LB) t 可求出缺陷的位置； 可由伤波高度估计缺陷或损伤的大小； 移动探头，按显示缺陷或损伤的范围求出缺陷或损伤的延伸尺寸。
超声波的产生和接收
超声波的产生：是逆压电效应过程 将压电材料切成在一定频率下发生共振的晶片，将晶片 两面镀上银作为电极，把高频电压加到这两个电极上， 晶片就在厚度方向上发生伸缩振动，其振动频率与高频 电压的频率相同，这种振动就是超声波。
超声波探伤中，常使用同一晶片，即作反射又作接收。
超声波的分类
纵波
质点振动方向与波的传播方向一致 垂直探头产生
横波
质点振动方向与波的传播方向相垂直 斜探头产生
超声波ห้องสมุดไป่ตู้性
超声波特性
超声波特性
超声波特性
超声波检测目前用得最多的方法是脉冲反射
法。把脉冲超声波射入被检物的一面，然后
在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根
可用于金属、非金属、复合材料的损伤探测，既可以检测工件 内部的缺陷，也可以检测表面的缺陷。可用来检测锻件、型材 的裂纹、分层、夹杂；铸件中的气孔、裂纹、疏松等缺陷，焊 缝中的裂纹、气孔、未焊透等缺陷，复合材料的分层、脱胶等 缺陷，还可以测定工件的厚度。
优点：对于检测表面或内部缺陷都很灵敏。超声波对人体和环 境无害，设备轻便，便于携带，可进行现场检测。 局限性：只能检测探头可接触构件的损伤；不适用于形状复杂 或表面粗糙工件的损伤探测；若对工件中的缺陷作精确的定性 、定量分析，需要有参考标准。
4.2 超声波分类
3）别名：1887年，瑞利（Rayleigh wave）首先指出其存在，所以表面波也叫瑞利波。4）传播介质：椭圆运动可视为纵向振动与横向振动的合成，即纵波与横波的合成，所以表面波固体表面传播。5）应用：钢轨探伤中70°探头因声速的扩散性有时会分离出表面波在钢轨表面传播。
板波又称兰姆波，当固体介质的尺寸进一步收到限制而形成板状，且板厚小到一定程度时，瑞利波就不会存在而只能产生各种类型的板波。
球面波
1．声源为点状球体，波阵面是以声源为中心的球面2．声强与距声源距离的平方成反比
柱面波
1．声源为一无限长的线状直柱，波阵面是同轴圆柱面2．声强与距声源的距离成反比
不同波形分类及特性表
而探伤用的超声波是一种活塞波，是平面波和球面波的合成。
（2）横波S(T)
1）定义：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波。2）特点：当介质质点受到交变的剪切应力（剪切力）作用时，产生切变形变，从而形成横波。3）别名：传递横波时介质承受剪切力并产生切变变形，故横波又称为剪切波或切变波。
4）传播介质：因液体和气体无法承受剪切力，所以横波只能在固体介质中传播。5）应用：钢轨探伤中斜探头或者37°、70°探头就是利用横波在检测钢轨。
Байду номын сангаас
在板厚与波长相当的薄板中传播的波，一般用于检测薄板材，在钢轨探伤中应用较少。
（4）板波P
按振动持续时间分类
按波的形状分类
不同波形分类及特性
波 形
特 性
平面波
1．无限大平面（即波长与声源尺寸相比可忽略不计）作谐振动时，在各向同性的弹性介质中传播的波2．如不考虑介质吸收波的能量，声压不随与声源的距离而变化
超声波分类
（1）纵波L
超声波声学特性测量与分析方法研究
超声波声学特性测量与分析方法研究超声波是一种机械波，具有高频、高能量和高穿透力的特点。
在科学研究和工业应用中，超声波的声学特性测量和分析方法起着重要的作用。
本文将探讨超声波声学特性的测量与分析方法的研究。
1. 超声波声学特性的测量方法超声波声学特性的测量方法主要包括干涉法、衍射法、散射法和共振法等。
其中，干涉法是一种常用的测量方法。
通过将超声波与参考波进行干涉，可以测量出超声波的相位差，从而得到超声波的频率和振幅。
衍射法则是利用超声波在物体表面的衍射现象进行测量。
通过测量衍射波的幅度和相位差，可以得到超声波的传播速度和衰减系数。
散射法则是利用超声波在物体内部的散射现象进行测量。
通过测量散射波的振幅和相位差，可以得到物体的结构和性质。
共振法是利用物体在共振频率下的特殊响应进行测量。
通过测量共振频率和共振曲线的形状，可以得到物体的弹性模量和损耗因子。
2. 超声波声学特性的分析方法超声波声学特性的分析方法主要包括频谱分析、波形分析和图像分析等。
频谱分析是将超声波信号转换为频谱图进行分析。
通过分析频谱图的峰值位置和峰值强度，可以得到超声波的频率和振幅。
波形分析是对超声波信号的波形进行分析。
通过分析波形的形状、周期和幅度变化，可以得到超声波的相位和振幅。
图像分析则是将超声波信号转换为图像进行分析。
通过分析图像的亮度、对比度和纹理等特征，可以得到超声波的传播路径和物体的结构。
3. 超声波声学特性测量与分析方法的应用超声波声学特性测量与分析方法在科学研究和工业应用中有着广泛的应用。
在材料科学领域，超声波声学特性的测量与分析可以用于材料的弹性模量和损耗因子的研究。
在医学领域，超声波声学特性的测量与分析可以用于医学影像的获取和疾病的诊断。
在工业领域，超声波声学特性的测量与分析可以用于材料的质量检测和缺陷检测。
总结起来，超声波声学特性测量与分析方法的研究对于科学研究和工业应用具有重要意义。
通过选择合适的测量方法和分析方法，可以准确地获取超声波的声学特性，进而深入研究物体的结构和性质。
超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用
超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用随着科技的不断发展，半导体晶片逐渐成为人们生活中不可或缺的基础元件。
在半导体晶片生产中，检测是至关重要的一步，因为只有通过严格的检测才能保证生产出来的晶片质量稳定可靠。
而超声波检测技术则成为了半导体晶片检测中的一种常用技术，下面我们就来了解一下超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用。
一、超声波检测技术的原理及特点超声波检测技术是指通过超声波在被测物体中进行传播、反射、衍射等过程，来检测物体的性质和结构的一种技术手段。
这种技术主要可分为脉冲回波法和多普勒效应法两种。
超声波检测技术具有以下几个显著的特点：1、非接触性：由于其探测原理，超声波检测技术不需要与被测物体有任何接触，只需将探头靠近被测物体即可进行检测。
2、高精度：超声波检测技术具有较高的精度，可检测到微小的变化，并可对被测物体进行精确定位。
3、高效率：超声波检测技术在检测速度方面非常快，能够实现快速的检测和诊断。
二、超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用主要体现在以下几个方面：1、晶片的外壳检测：半导体晶片在生产过程中，通常需要进行外包装，这就需要对外包装进行检测。
超声波检测技术可以通过对外包装进行超声波探测，检测出外包装是否完好，以及是否存在裂口、孔洞等问题，从而保证晶体芯片包装过程的质量。
2、结合层检测：半导体晶片通常都是由不同的层级结合而成，如晶圆、芯片、电极等，并需要通过焊接等方式进行连接。
这就需要在生产过程中对这些连接进行检测。
超声波检测技术可以通过对芯片与电极之间的结合层进行超声波探测，来检测结合层的质量，从而保证芯片电极连接的可靠性。
3、芯片的缺陷检测：在半导体晶片生产过程中，由于种种原因，可能会出现芯片的缺陷，例如裂缝、气泡、金粒等。
这些缺陷会严重影响芯片的性能。
超声波检测技术可以通过对芯片进行超声波探测，检测出芯片内部是否存在缺陷，从而保证芯片性能的稳定。
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5.2 A型显示和超声成像
5.2 A型显示和超声成像 按超声信号的显示方式，可将超声检测方 法分为A型显示和超声成像方法，其中超声 成像显示按成像 方式的不同又可再分为B、C、D、S、P型显示 等。
5.1.1 A型显示 A型显示是一种波形显示，是将超声信号的幅 度与传播时间的关系以直角坐标的形式显示出来， 横坐标代表声波的传播时间，纵坐标代表信号幅度。 A型显示是最基本的一种信号显示方式。 此时，示波管的电子束是振幅调制的。换言之， A型显示的内容是探头驻留在工件上某一点时，沿 声束传播方向的回波振幅分布。 结合脉冲放射法的A型显示超声检测是目前用 的最多的一种方法，目前特种设备行业常用的JB/T 4730.3－2005标准规定的就是A型脉冲反射法超声检 测，采用该方法时，检测结果受检测人员的素质、 经验等人为因素影响较大。
纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波 法等 5. 3.1纵波法 使用纵波进行检测的方法，称为纵波法。
在同一介质中传播时，纵波速度大于其 他波型的速度，穿透能力强，对晶界反射 或散射的敏感性不高，所以可检测工件的 厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗 晶材料的检测。
1．纵波直探头法 使用纵波直探头进行检测的方法，称 为纵波直探头法。 波束垂直入射至工件检测面，以不变 的波型和方向透人工件，所以又称垂直入 射法，简称垂直法，如图5-22所示。
1.B、C、D扫描成像
– 扇形B扫描 – 线形B扫描 – 组合B扫描
• B型显示（亮度-时间扫查记录）
• B型显示(斜探头PE平行扫查)
• B型显示(TOFD非平行扫查)
• 相控阵线扫和扇扫的B扫描成像
• B型显示(TOFD平行扫查)
• C型显示（）
• D扫显示
2. P扫描成像
• P扫描是“投影成像扫描”的简称，是专为检测 焊缝而开发的，其工作原理如图5 16所示。两 个斜探头位于焊缝两侧并按事先规划好的方式 扫查，扫查可手动或自动。测到的声波以1 dB 甚至更小的精度记录于硬盘上，然后，将测得 的结果送入P扫描处理器，它以声线理论为基 础进行计算，并将计算结果以两个投影图的方 式显示：一个是俯视图，投影面平行于表面； 另一个是侧视图，投影面平行于焊缝，且垂直 于表面。
3、TOFD检测显示示例
• 4、物理基础－衍射
• 5.1.3 穿透法 • 穿透法是采用一发一收双探头分别放置 在试件相对的两端面，依据脉冲波或连续 波穿透试件之后的能量变化来检测试件缺 陷的方法
特点：一收一发，超声波通过检测区域， 指示透过声波幅度。
应用：复合材料；非金属材料；粗晶材料； 粘接或焊接质量。 发展：早期采用单频连续波；脉冲波；调 制脉冲波。被脉冲回波检测仪取代。
5.3.2横波法 将纵波倾斜入射至工件检测面，利用波型转换 得到横波进行检测的方法，称为横波法。由于入射 声束与检测面成一定夹角，所以又称斜射法。 斜射声束的产生通常有两种方式： 接触法时采用斜探头，由晶片发出的纵波通过 一定倾角的斜楔到达接触面，在界面处发生波型转 换，在工件中产生折射后的斜射横波声束； 利用水浸直探头，在水中改变声束入射到检测 面时的入射角，从而在工件中产生所需波型和角度 的折射波。
•
相控阵可实现多种扫描成像方式，如前 所述的B、C、D扫描成像，较为特殊的是还 可形成S扫描成像，即在某入射点形成一定 角度的扇形扫查范围，又称扇形扫描成像， 如图5-21所示。
超声相控阵技术的优势在于： (1)由于可采用电子控制方法控制声束进行扫查，可在不移 动或少移动探头的情况下进行快速线扫查或扇形扫查， 从而大大提高了检测效率。 • (2)由于可对声束角度进行控制，具有良好的声束可达 性，通过多个检测角度的设定， 可以进行复杂形状和在 役零件的检测。如核反应堆压力容器管嘴和其他接头、 摩擦焊发动机组件、发动机盘件及叶片的根部和叶盘结 合部的检测。 • (3)通过动态控制声束的偏转和聚焦，可以实现焦点位 置的动态控制，避免了普通聚焦探头为实现全深度聚焦 检测而对不同深度范围频繁更换探头的麻烦。
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设备参数： 外形尺寸：45cm×30cm×22cm 最大重量：12.8公斤 脉冲输出：50V～300V，1V步进； 系统带宽：（0.5~25）MHz； 脉冲发射/接收器数量：16； 增益范围：（0~70）dB ，每步0.1dB； 检波方式：全波，正半波，负半波，射频； 脉冲重复频率：20KHz可调； 检测模式：PE、PC、TT、TOFD； 编码器：2个正交编码器或数字输入； 记录方式：时间，连续，位置或外部； 实时平均次数：1～16 高通滤波器：无，1,2,5,10MHz; A扫查长度：32～8092点
超声波检测方法分类与特点
概 述
1、按原理分类：
脉冲反射法 衍射时差法 （TOFD） 穿透法 共振法
UT
概 述
2．按显示方式分类：
B型显示
A型显示
UT 超声成像 显示
C型显示 D型显示 S型显示 P型显示
概 述
3．按波型分类：
纵波法 横波法
UT
表面波法 板波法
爬波法
概 述
4、按探头数目分类：
单探头法 UT 双探头法 多探头法
•
超声成像方法发展到现代，主要采用扫 描接收信号、再进行图像重构的方式，因 此又称为超声扫描成像技术，起初主要为B、 C扫描成像，随后为检测焊缝而开发出D、P 扫描（投影扫描成像）；因为相控阵技术 的出现，又出现S扫描（扇形扫描成像）等。 而对应的，A型显示又可称为A扫描显示。
探头扫查位置相关的图象显示（B扫描成像， C扫描成像，D扫描成像，P扫描成像，TOFD 扫查成像，合成孔径聚焦技术（SAFT）， 波峰延时定位技术（ALOK）） 阵元探头相位控制，合成声束技术（移动， 转角，聚焦，采样相控阵技术（SAMPLING PHASED ARRAY ）
P扫描实际上是一种同时显示C扫描图 像（侧视）和D扫描图像（侧视）的商品化 成像系统
3. ALOK超声成像 ALOK（德文）是“振幅一传播时间一位置曲线” 的缩写，其成像基本原理如图5-17所示。在采集数 据时不加时间闸门，测量系统记下探头在各测量点 Pi得到的回波串中所有的正峰值及其出现的时间。 ALOK允许32个不同的探头同时在线收集数据。成像 和数据分析事后在计算机上进行。根据几何声学原 理，回波的传播时间r．k在重构空间中确定了圆心 在测量点P。半径rik—Cik/V的一条圆弧。许多圆弧 的交点就是重构出的缺陷的像点，回波振幅用来对 重建图像作修正。振幅修正后可提高信噪比约20 dB。
英国TD FOCUS-SCAN 多功能超声相控阵探伤 仪 一、TD FOCUS-SCAN超声相控阵主机 1、硬件规格 128/64/16 128晶片 /64有源 /16常规 晶片数量 128个晶片 + 16个常规晶片 激活通道数量 可达64个 动态深度聚焦 是
管道腐蚀成像三视图检测
5.3 按波型分类的超声检测方法
• 垂直法分为单晶直探头脉冲反射法、双晶直探 头脉冲反射法和穿透法。 • 常用的是单、双晶直探头脉冲反射法。 单直探头，由于远场区接近于按简化模型进行 理论推导的结果，可用当量法对缺陷进行评定； 同时由于盲区和分辨力的限制，只能发现工件 内部离检测面一定距离以外的缺陷。 双晶直探头利用两个晶片一发一收，很大程度 上克服了单直探头盲区的影响，因此适用于检 测近表面缺陷和薄壁工件。
•
ALOK成像系统已试用于核电站作役前 和在役超声检测。它是目前获得实际应用 的少数高级成像系统之一。
4 相控阵和S扫描成像 超声相控阵技术是借鉴相控阵雷达技术的原理 而发展起来的。超声检测中，往往要进行声束扫描。 常用的快速扫描方式有机械扫描和电子扫描。机械 扫描又分为线扫描、扇形扫描、弧形扫描和圆周扫 描等几种形式，而电子扫描则也有线形和扇形扫描 两种形式。相控阵成像是通过控制换能器阵列中各 阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵 元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点 时的相位关系，就可实现聚焦点和声束方位的变化， 从而可进行扫描成像。
• 垂直法主要用于铸造、锻压、轧材及其制 品的检测，该法对于与检测面平行的缺陷 检出效果最佳。由于垂直法检测时，波型 和传播方向不变，所以缺陷定位比较方便。
2．纵波斜探头法 将纵波倾斜入射至工件检测面，利用折射纵波 进行检测的方法，称为纵波斜探头法。此时，入射角 小于第一临界角a一，工件中既有纵波也有横波，由 于纵波传播速度快，几乎是横波的两倍，因此可利用 纵波来识别缺陷和定量，但注意不要与横波信号混淆。 小角度纵波斜探头： 探头移动范围较小、检测范围较深的一些部件，如 从螺栓端部检测螺栓，多层包扎设备的环焊缝等。 粗晶材料，如奥氏体不锈钢焊接接头的检测。 TOFD检测技术使用的探头一般也为纵波斜探头。
特点：自收自发或一发一收，显示测量接 收脉冲信号的传输时间和幅度。 应用：一般金属，非金属的无损检测。 模拟A扫显示；传输延时比例；回波幅度比 较 数字化A扫显示；参数化控制和读数
• A型显示（幅度-时间曲线记录）
• 5.1.2 超声成像方法 • 超声成像就是用超声波获得物体可见图像的方 法。由于声波可以穿透很多不透光的物体，故利用 声波可以获得这些物体内部结构声学特性的信息， 超声成像技术将这些信息变成人眼可见的图像，即 可以获得不透光物体内部声学特性分布的图像。物 体的超声图像可提供直观和大量的信息，直接显示 物体内部情况，且可靠性、复现性高，可以对缺陷 进行定量动态监控。一般而言，超声成像方法是基 于A型显示形成的工件不同截面的图像显示，大都 具有自动数据采集、自动数据处理和自动作出评价 的功能。
衍射时差法超声检测
• TOFD(time of flight diffraction) • 超声波衍射时差法,是采用一发一收两只探头, 利用缺陷端点处的衍射信号探测和测定缺陷尺 寸的一种自动超声检测方法 TOFD基本结构：一发一收双探头,宽角度 纵波斜探头（通常）