五大常规无损检测技术之一：超声检测(UT)的原理和特点

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五大常规无损检测技术之一：超声检测(UT)的原理和

特点

五大常规无损检测技术之一：

超声检测(UT)的原理和特点五大常规无损检测技术之一：超声检测（UT）的原理和特点超声检测（Ultrasonic Testing），业内人士简称 UT，是工业无损检测（Nondestructive Testing）中应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术，可以用于产品制造中质量控制、原材料检验、改进工艺等多个方面，同时也是设备维护中不可或缺的手段之一。

超声检测主要的应用是检测工件内部宏观缺陷和材料厚度测量。

按照不同特征，可将超声检测分为多种不同的方法：

（1）按原理分类：

超声波脉冲反射法、衍射时差法（Time of Flight Diffraction，简称 TOFD）等。

（2）按显示方式分类：

A 型显示、超声成像显示（B、C、D、P 扫描成像、双控阵成像等）。

A 型显示的超声波脉冲反射法是五大常规无损检测技术之一，其他四种是：

射线检测（Radiographic Testing）：

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射线照相法、磁粉检测（Magnetic Particle Testing）、渗透检测（Penetrant Testing）、涡流检测（Eddy Current Testing）。

超声检测原理超声检测，本质上是利用超声波与物质的相互作用：

反射、折射和衍射。

（1）什么是超声波？我们把能引起听觉的机械波称为声波，频率在 20-20190Hz 之间，而频率高于 20190Hz 的机械波称为超声波，人类是听不到超声波的。

对于钢等金属材料的检测，我们常用频率为 0.5~10MHz 的超声波。

（1MHz=10 的六次方 Hz）（2）如何发出和接收超声波？超声检测用探头的核心元件是压电晶片，其具有压电效应：在交变拉压应力的作用下，晶体可以产生交变电场。

当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换成声能（机械能），探头以脉冲的方式间歇发射超声波，即脉冲波。

当探头接受超声波时，发生正压电效应，将声能转换成电能。

超声检测所用的常规探头，一般由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和外壳组成，一般分为直探头和斜探头两个类别，后者的话通常还有一个使晶片与入射面成一定角度的斜锲块。

下图为典型的斜探头结构图（图片来源于网络）。

下图为斜探头的实物图：

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 该探头型号:2.5P8*12 K2.5，其参数为：

a）2.5 代表频率 f：

2.5MHz； b）P 代表晶片材料为：

锆钛酸铅陶瓷，具有温度稳定性好、电性能优异、容易制造而且价格低廉等优点； c）8*12 代表矩形晶片尺寸为：

8mm*12mm； d）K2.5 代表：

斜探头折射角的正切值为 2.5，即 tan(68.2)=2.5，其折射角为

68.2。

A 型显示的超声波脉冲反射法工作原理：

声源产生的脉冲波进入到工件中，超声波在工件中以一定方向和速度向前传播。

当遇到两侧声阻抗有差异的界面时（声阻抗存在差异往往是因为材料中某种不连续性造成，如裂纹、气孔、夹渣等）部分声波被反射，检测设备接受和显示：

分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。

A 型显示的超声波脉冲反射法的特点 1、适用范围适用于金属、非金属和复合材料等多种制件。

a）原材料、零部件检测：

钢板、钢锻件、铝及铝合金板材、钛及钛合金板材、复合板、无

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缝钢管等。

b）对接焊接接头检测：

钢制对接接头（包括管座角焊缝、T 形焊接接头，支撑架和结构件），铝及铝合金对接接头下图为钢制对接接头：

T 形焊接接头。

2、A 型显示的超声波脉冲反射法的优点 a）穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。

如对于金属材料，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。

b）缺陷定位较准确。

c）对面积型缺陷的检出率较高。

d）灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷。

超声检测理论灵敏度约为超声波波长的一半，当检测对象为钢制件，采用 2.5MHz 频率的超声斜探头，其灵敏度约为 0.65mm。

e）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。

3、A 型显示的超声波脉冲反射法的局限 a）对工件中的缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入研究。

请参考：

超声检测如何评定工件内部缺陷位置和大小。

b）对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难。

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超声检测中常见的非缺陷回波的辨别与排除 c）缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响。

d）工件材质、晶粒度等对检测有较大影响。

e）检测结果显示不直观，检测结果无直接见证记录。

参考资料：

【1】《超声检测》全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材。

【2】果壳果篮：

声学

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