超声波检测1

①超声波传播时，遇到界面会发 生反射；②超Hale Waihona Puke Baidu波频率愈高，指 向性愈好；③超声波传播能量大， 对材料的穿透力较强。
表面缺陷的检测，超声波法比磁粉 法和渗透法的灵敏度要低；但超声 波法可以检测表面裂纹的深度。
近年来的研究表明，超声波的声速、 衰减、阻抗和散射等待性应用提供了丰 富的信息，并且成为超声波广泛应用的 条件。
超声 场及 介质 的声 参量 简介
充满超声波的空间，或在介质 中超声振动所波及的质点占据 的范围叫超声场。
描述超声场的物理量
声压 声强 声阻抗
质点振 质点振 动位移 动速度
声压
超声场中某一点在某一瞬间所具有的压 强p1，与没有超声场存在时同一点的静 态压强p0之差叫做该点的声压p
P=P1-P0
超声波检测
张东博
超声波检测(探伤)具有可探测的 厚度大、成本低、速度快、对 人体无害及对危害较大的平面 型缺陷的探测灵敏度的优点。
主要取决于操作人员的责任心，
概
工作时的精神状态和技术高低。
述
提高自己的技术水平。
(1)掌握超声探伤的基础知识 和技术。
(2)掌握与材料及其制造工艺 有关的知识。
用多频探头法对奥氏体不锈钢厚焊缝的检测；
用超声测定材料内应力的研究，特殊波型例如 用管波模式检测管材的研究。
发展 趋势
微型计算机:能够完成数据采 集、信息处理、过程控制和记 录存储等多种功能。全电脑对 话式超声波探伤仪，可在屏幕 上同时显示回波曲线和检测数 据、存储仪器调整状态、缺陷 波形和各种操作功能。
(3)了解被探工件的结构、几 何形状和状态。
超声 波检 测的 特点 与应
用
1930年 1944年 1946年
美国 英国
脉冲反射式超 声波探伤仪
50年代 60年代
工业检测领域
德国
高灵敏度和高分辨 率的超声波仪器
超声 波检 测的 特点
=c/f
工作频率为0.4—5 MHz，可达 l0～50 MHz， 高达100 MHz。
超声波 的传播
纵波 横波 表面波 兰姆波
纵波
质点振动方向和传播
方向一致的波
纵波
质点振动方向垂直于传播方向的
横波
表面 波
质点的振动介于纵波和横波之 间，沿着固体表面传播，振幅 随深度增加而迅速衰减的波
只产生在有一定厚度的薄板内 对称型兰姆波 非对称型兰姆波
兰姆 波
若两表面质点振 动的相位相反， 中部质点以纵波 的形式振动
折射
斯涅耳定律
声压反射率与透射率
超声场的特征
超声场的指向性和扩散角
若两表面质点 振动的相位相 同，中部质点 以横波的形式 振动
兰姆波可检测板厚及分层、裂纹 等缺陷，还可检测材料的晶粒度 和复合材料的粘合质量等
兰姆波的声速：群速度和相速度
群速度是声能 (或电磁能)变 更的速度
相速度是以声波(或 电磁波)沿行进路线 变更相位的速度
脉冲波是以群速度传播的，是多个 不同频率的谐波成分的叠加，即以 不同频率和不同振幅的声波同时入 射到板中，必然在板中激起不同相 速度的板波
声强 I
在超声波传播的方向上，单位时 间内介质中单位截面上的声能叫做 声强，常用I表示；单位为W／cm2。
引起听觉的最弱声强I0=10-16 W／ cm2为声强标准
将某一声强I与标准声强I0之比取常 用对数得到二者相差的数量级，称 为声强级，用IL表示。声强级的单 位为BeL(贝尔)，即，IL＝lg(I／I0)。
连续波则以相速度传播，指持 续时间无穷的波动，而脉冲波 是指持续时间有限的波动
超声波检测中由探头发射的超 声脉冲波，所包含的频率成分 决定于激励脉冲的形状、晶片 形式和探头结构
超声 波在 介质 中的 传播 特性
超声波垂直入射到平界面上的反射和
透射
单一界面
薄层界面
超声波倾斜入射到平界面上的反射和
声阻 抗
超声波在介质中传播时，任一 点的声压P与该点速度振幅V 之比叫做声阻抗 g/(cm2.s)
声阻抗表示声场中介质对质点 振动的阻碍作用。在同一声压 下，介质的声阻抗愈大，质点 的振动速度就愈小。
超声检测的优点: 1.适用于金属、非金属和复合
材料的检测。
2.穿透能力强，对厚大件可进 行内部检测。
冶金厂钢板、钢带、型材和管 材的自动轧制生产线上。
采用自适应网络对不同类型缺陷的波 形特征进行识别和分类，噪声信号超 声波检测法，超高频超声波检测法， 宽频窄脉冲超声波检测法，超声显像 法和超声频谱分析法的进展和应用， 以及新型声源的研究例如用激光来激 发和接收超声的方法和各种新型超声 波检测仪器的研究等，都是比较典型 和集中的研究方向。
5 .检测结果不直观。
声速
声波在介质中传播的速度 在同一种介质中，超声波的波形不同,其传播速
度亦各不相同，超声波的声速还取决于介质的 特性(如密度、弹性模量等)
声速
相速度
群速度
声波传播到介 质的某一选定 的相位点时， 在传播方向上 的声速
指传播声波的包络 上，具有某种特性 (如幅值最大)的点 上，声波在传播方 向上的速度。
超声波法可以无损检测厚度、 材料硬度、淬硬层深度、晶粒 度、液位和流量、残余应力和 胶接强度等。
用声速测定法评估灰口铸铁的强度和石墨含量；
用超声衰减和阻抗测定法确定材料的性能；
用超声波衍射和临界角反射法检测材料的机械 性能和表层深度；
用棱边波法、表面波法和聚焦探头法对缺陷进 行定量的研究；
3.缺陷定位准确。 4.平面型缺陷检出效率高。 5.灵敏度高，可检测内部小尺
寸缺陷。
6.检测成本低，速度快。
局限性
1 .对工件中缺陷精确定性和定 量需深入研究。
2 .对形状复杂或不规则的工件 检测困难。
3 .缺陷的位置、取向和形状对 检测结果有影响。
4 .工件材质和晶粒度对检测结 果有影响。
超声 波探 伤的 原理
通过测量信号往返于缺陷的渡 越时间，来确定缺陷和表面间 的距离；测量回波信号的幅度 和发射换能器的位置，来确定 缺陷的大小和方位，脉冲反射 法或A扫描法。B扫描可以显示 工件内部缺陷的纵截面图形， C扫描可以显示工件内部缺陷 的横剖面图形。
超声 波检 测的 应用
超声波法适用锻件、轧制件、 焊缝和某些铸件，无论是钢铁、 有色金属和非金属，都可以采 用超声波法进行检验。