超声波检测基本知识56212
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。
超声波检测基本知识
三、超声波探伤原理
把1-5兆赫（1－5MHZ）高频超声波入射到被检物中，如遇到缺陷（界面） 则一部分入射超声波被反射，并利用探头接收反射信号的性能，可不损坏 工件检出缺陷大小（尺寸）和位置，这种方法叫UT检测。 超声波检测能发现最小缺陷尺寸a≥λ/2，当a＜λ/2时，超声波会产生绕 射，超声波在介质中的 反射率：空气是100%，夹渣为46%，水为88%。
三、超声波探伤原理 2、横波探伤示意图
超声波横波探伤水平定位
是，经过界面波型转换得到的。
α
（3）第二临界角
介质1
当纵波入射角继续增大时，在第 Nhomakorabea二介质中的横波折射角也增大，
介质2
当βS达90度时，第二介质中没有 超声波，超声波都在表面，为表
面波。
一、超声波的性质
在有机玻璃与钢的介面，第一 临界角为α1=27.60 βS=33.20第二临界角为 57.7 0，用于焊缝检测的超声波斜 探头的入射角必须大于第一临 界角而小于第二临界角。
第九章 超声波检测基础知识
第九章、超声检测
一、超声波的性质 1、声波 次声波 超声波 声波、次声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声 压、声强等参数，在界面也会发生反射 、折射 。 我们能够听到声音是因为声波传 到了我们的耳内，声波的频 率在20HZ～20000HZ，频率低于或超过上述范围时人们无 法听到声音，频率低于20HZ的声波称为次声波，频率超过 20000HZ的声波称为超声波。
半扩散角θ
副声束瓣
二、超声波的发射与接收
（2）中线轴线上的声压分布情况
在靠晶片的一个范围内，由于波的干涉，出现的声压为“0”点，
从晶片至最后一个声压最大值的距离称为近场距离，此区域称近
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βS βL
=
=
=
C 2L
一、超声波的性质
(2)第一临界角 当在第二介质中的折射纵波角 等于90度时，称这时的纵波入 射角为第一临界角α I。 这时在第二介质中已没有纵波， 只有横波。焊缝探伤用的横波就 是，经过界面波型转换得到的。 （3）第二临界角 当纵波入射角继续增大时，在第 二介质中的横波折射角也增大， 当βS达90度时，第二介质中没有 超声波，超声波都在表面，为表 面波。
六、超声波探伤工艺
1、探伤准备 （1）技术等级、检测区、工件表面准备(对接焊 接接头检测) 检测技术等级 a 技术等级分为A、B、C三级，C级，根据压力容 器产品的重要程度进行选用。 b 选用原则： A级检测适用于承压设备有关的支承件和结构件焊 缝检测； B级检测适用于一般承压设备对接焊缝检测； C级检测适用于重要承压设备对接焊缝检测。
一、超声波的性质
（3）能像光线一样呈直线传播，并在界面上产生
反射、折射和波型转换，在传播过程中还有干
涉、叠加、绕射现象，故可以充分利用这些几 何、物理特征进行探伤。 （4）在金属材料中的传播速度很快， 穿透能力 强、衰减小，如对某些金属的穿透能力可达数 米，其他检测手段θ
副声束瓣
二、超声波的发射与接收
（2）中线轴线上的声压分布情况
在靠晶片的一个范围内，由于波的干涉，出现的声压为“0”点， 从晶片至最后一个声压最大值的距离称为近场距离，此区域称近 场区。
探伤时缺陷在声场中
才能被发现，如在近 场区声压为零处也不 能发现。
N
在距晶片三倍的近场区以外， 声压随距离下降情况与球面波 相似，与理论计算值基本相同。
第九章 超声波检测基础知识
第九章、超声检测
一、超声波的性质 1、声波 次声波 超声波 声波、次声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声 压、声强等参数，在界面也会发生反射 、折射 。 我们能够听到声音是因为声波传 到了我们的耳内，声波的频 率在20HZ～20000HZ，频率低于或超过上述范围时人们无 法听到声音，频率低于20HZ的声波称为次声波，频率超过 20000HZ的声波称为超声波。
超声波检测专题知识
超声波检测专题知识
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CSK-ⅠB
牛角试块
超声波检测专题知识
RB-2
RB-1
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本课小结
1.超声波探伤设备 探头、超声波探伤仪、试块。
2.超声波探伤仪 工作原理 探伤仪主要性能
超声波检测专题知识
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第三节 超声波检测工艺
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垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波 探伤两种基础方法。 1、垂直入射法
垂直入射法（简称垂直法）是采取直探头将声 束垂直入射工件探伤面进行探伤。因为该法是利用 纵波进行探伤，故又称纵波法。
垂直法探伤能发觉与探伤面平行或近于平行 缺点，适合用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单 工件。
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超声波检测专题知识
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超声波检测专题知识
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一、 超声波波形及其转换
因为声源在介质中施力方向与波在介质中传输方向不一 样, 声波波型也不一样。通常有:
① 纵波——质点振动方向与波传输方向一致波;
② 横波——质点振动方向垂直于传输方向波;
③ 表面波——质点振动介于横波与纵波之间， 沿着表面 传输波。 横波只能在固体中传输，纵波能在固体、液体和气 体中传输, 表面波随深度增加衰减很快。
1.编写委托检验书 2.确定参加检验人员 3.检验员探伤前准备 4.现场粗探伤 5.现场精探伤 6.评定焊接缺点
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二、检验等级确实定 普通依据对焊缝探测方向多少，把超声波探
伤划分为A、B、C三个等级： A级——检验完整程度最低，难度系数最小。
适合用于普通钢结构检验。 B级——检验完整程度普通，难度系数较大。适
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超声波的基本知识1 超声波基本原理1.1 振动与波动机械振动：物体在平衡位置附近往复运动。
质量弹簧系统的运动；钟摆的摆动；水上浮标的浮动；担物行走时扁担的颤动；在微风中树梢的摇摆；振动的音叉、锣、鼓、琴弦等都是机械振动。
质量弹簧体系受力分析：虎克定律F=-k•x1.受力方向指向平衡位置2. 受力大小与质点偏离平衡位置的距离成正比单摆体系受力分析机械振动的三个特点：物体，平衡位置，回复力1. 物体：宏观的物体或细观的质点2. 平衡位置：通常是运动过程的中心（静止）位置3. 回复力：偏离平衡位置后，受到指向平衡位置的力确定性振动：可以用确定性的函数描述其运动规律最为简单的是简谐振动有限个简谐振动的叠加无限个简谐振动的叠加随机振动：不能预先确定的振动。
无法用确定性函数描述须用概率统计方法定量描述平稳随机振动：运动随机，概率统计参量稳定非平稳随机振动：运动随机，概率统计参量不稳定产生机械振动的根本原因：1. 偏离平衡位置2. 有与偏离平衡位置位移相关的回复力：指向平衡位置的力，使物体回到平衡位置振动能够持续的原因：1. 物体偏离平衡位置对应克服回复力时集聚的势能 2. 物体在回复力的作用下势能与动能的转换在回复力的作用下，物体回到平衡位置时，回复力减小到零，势能完全转化为动能，此时惯性使其偏离到平衡位置的另一边，克服新产生的回复力，直至达到最大偏离位置，动能完全转化为势能。
循环往复。
质点（细观）振动细观意义上，构成物体的各个部分构成相互作用体系，通常相互之间处于虎克定律意义下的平衡状态，物体某一部分如果相对于其他部分的发生位移，将导致其他部分对其产生“回复力”，促其回到其平衡位置，产生振动。
质点（细观）振动时质点的相互作用1. 前述的质量弹簧体系和单摆体系都有一个固定的支点，刚度无穷大，物体的运动对支点无影响。
2. 质点体系相互之间是等价的，此时自然会引出一个问题，一个质点运动时对其他质点有什么影响呢？①. 关注点在一个质点时，看到的是质点在振动。
超声波检测基本知识
四、仪器探头试块
3、试块 按一用途设计制作的具有简单人工几何反射体的试样。 （1）作用 a 确定探伤灵敏度； b 测试仪器和探头的一些重要性能如放大线性、水平线 性、动态范围、灵敏度 余量、分辨力、盲区、探头入射点、K值等 ；c 调时间扫描线比例 C 评判缺陷的大小 （2）分类 一类是由权威机构制定的试块，称为标准试块如CSK-IA 一类是按具体探伤对象制定的试块，如CSK-IIIA、CS-1
特种设备无损检测相关知识
2010年3月 长春
第九章 超声波检测基础知识
第九章、 第九章、超声检测
一、超声波的性质 1、声波 次声波 超声波 声波、次声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声 压、声强等参数，在界面也会发生反射 、折射 。 我们能够听到声音是因为声波传 到了我们的耳内，声波的频 率在20HZ～20000HZ，频率低于或超过上述范围时人们无 法听到声音，频率低于20HZ的声波称为次声波，频率超过 20000HZ的声波称为超声波。 工业探伤上常用的超声波范围是：0.5～20MHz ;其中金属 探伤最常用的频率是：1～5MHz；探水泥构建用的频率 是：< 0.5MHz,如100KHz,200KHz; 探测玻璃陶瓷中µm级 小缺陷用的频率是100MHz～200MHz,甚至更高。
1、压电效应与逆压电效应 、 某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为压 电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效 应称为逆压电效应。
二、超声波的发射与接收
2、超声波的发射与接收 用有压电效应的晶体材料做的晶片，在高频电压的激励下在产生厚度 方向的伸缩，这样产生振动传出就成超声波。 如果晶片在超声波的声压作下，在晶片两侧产生电荷，产生一个小的 电信号，经放大器放大后可识别。 超声波的发射与接收是由超声波探头完成的，有的是一个晶片（单晶 探头）完成发射与接收超声波，有的是两块晶片（双晶探头）分别完 成发射 与接收超声波
超声波检测理论基础
2024/4/15 超声波检测理论基础
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机械波主要物理量
4、周期T：声波向前传输一个波长距离时所需 时间；
5、角频率ω： 其中频率和周期是由波源决定，声速与传声介
质特征和波型相关。
T 1 2π λ f ωc
2024/4/15 超声波检测理论基础
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2.2 波类型
2.2.1按波型分类 1、纵波L：介质中质点振动方向和波传输方向
2.5.1 声压P：当介质中有超声波传输时，因为介质 质点振动，使介质中压强交替改变。超声场中某一 点在某一瞬时所含有压强p1与没有超声波存在时同 一点静态压强P0之差称为该点声压，用p表示,单位 为帕，Pa，
2024/4/15 超声波检测理论基础
p p1 p0 (Pa)
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2.5 超声场特征值
（1）当δ=nλ（n为正数）时，A=A1+A2， （2）当δ=(2n+1)λ/2时，A=∣A1-A2∣.
2024/4/15 超声波检测理论基础
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2.3.2 波绕射
1.惠更斯-菲涅尔原理
2.波绕射（衍射） TOFD成为可能 绕射能使超声波在介质中顺利传输 绕射使小缺点回波幅度显著下降，造成漏检 超声检测灵敏度约为λ/2
2024/4/15 超声波检测理论基础
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1.2.4超声检测优点和不足
1、优点 适合用于金属、非金属和复合材料等各种材料
无损检测
穿透力强，多较大厚度工件内部缺点进行检测
缺点定位较准确
面积型缺点检出率高
灵敏度高
检测成本低、速度快、设备轻便、使用方便， 对人和环境无害
2024/4/15 超声波检测理论基础
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第二章 超声检测物理基础
超声波检测全.pdf.pdf
超声波检测
垂直入射
单一平面界面
超声波在介质中的传播特性
I0
Ir
Z1
p0
pr
Z2
It
pt
由于Z不同，使I、p在介质两端的分配率不同
超声波检测
超声波在介质中的传播特性
* 声压反射率 * 声压透射率 * 声强反射率
rp
pr p0
Z2 Z1 Z2 Z1
tp
pt p0
2Z 2 Z 2 Z1
R Ir ( Z2 Z1 )2
cS
E
2 (1 )
cR
0 .8 7 1.1 2 1
G
E-杨氏弹性模量；G-剪切弹性模量；σ-泊松比
∴ cL＞cS＞cR
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
② 同一介质中，cL＞cS＞cR 当f 相同，λL＞λS＞λR 因λ短，分辨率高，所以，检测能力 L＜S＜R
③ 在液体和气体中只能传播纵波
械波需要有：振动源、弹性介质，是机械振动 在材料介质中的传播。c = fλ
2 方法
产生超声波的方法很多，归纳起来有：机
械法、热学法、电动力法、磁滞伸缩法和压电
法等。常用压电法
超声波检测
超声波检测物理基础
3 超声波的发射和接收
探头（换能器）中的
压电晶片
压电效应
晶片
单晶： 石英（SiO2）、硫酸锂（LSH）
暂时性失聪（致聋）
汽车噪音介乎 80~100 dB
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
（3）分贝与奈培
声强级：某一点的声强I与标准声强I0之比的对 数，从而得到二者之差的数量级。用IL表示，即
IL lg I I0
超声波检测基本知识
超声波检测基本知识
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六、超声波探伤工艺
1、探伤准备 （1）技术等级、检测区、工件表面准备(对接焊
接接头检测) 检测技术等级 a 技术等级分为A、B、C三级，C级，依据压力容
器产品主要程度进行选取。 b 选取标准： A级检测适合用于承压设备相关支承件和结构件焊
缝检测； B级检测适合用于普通承压设备对接焊缝检测； C级检测适合用于主要承压设备对接焊缝检测。
超声波检测基本知识
介质1 介质2
介质1 介质2
α βL
βS α
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一、超声波性质
在有机玻璃与钢介面，第一临 界角为α1=27.60 βS=33.20第二临界角为 57.7 0，用于焊缝检测超声波斜探 头入射角必须大于第一临界角 而小于第二临界角。 我国习惯：斜探头横波折射角 用横波折射角度正切值表 示，如K=2
Sinα
SinβS
=
=
C 1L
C2S
Sin βL = SinαS’
C 2L
C1S
超声波检测基本知识
αS’ α αL’
βS βL
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一、超声波性质
(2)第一临界角 当在第二介质中折射纵波角 等于90度时，称这时纵波入
射角为第一临界角α I。
这时在第二介质中已没有纵波， 只有横波。焊缝探伤用横波就 是，经过界面波型转换得到。 （3）第二临界角 当纵波入射角继续增大时，在第 二介质中横波折射角也增大， 当βS达90度时，第二介质中没有 超声波，超声波都在表面，为表 面波。
半扩散角θ
超声波检测基本知识
副声束瓣
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二、超声波发射与接收
（2）中线轴线上声压分布情况
在靠晶片一个范围内，因为波干涉，出现声压为“0”点，从晶 片至最终一个声压最大值距离称为近场距离，此区域称近场区。
超声波检测基础知识
第一章超声波检测超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
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；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）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。
超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；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；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
1.1超声波检测的基础知识1.1.1 超声波声波：频率在20～20KHz之间；次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡超声波：频率大于20KHz。
方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
超声波检测基础知识汇总
第一章超声波检测超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
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；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）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。
超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；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；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
1.1超声波检测的基础知识1.1.1 超声波声波：频率在20～20KHz之间；次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡超声波：频率大于20KHz。
方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
超声波检测PPT课件2
3.1.1 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。
超声检测的基础知识
超声波是超声振动在弹性介质中传播的机械波。与声波 和次声波在弹性介质中的传播类同，区别在于超声波的频率 高于20kHz。
同一固体介质中，纵波声速cL大于横波声速cs，横波声速cs又 大于表面波声速cr。对于钢材，cL ≈1.8cs，cs≈1.1cr。
（2） 板波的声速。板波的声速与其他波型不同，其相速度随 频率变化而变化，具有频散特性。
声速的一般表达式
几种不同介质中的声速
（1）液体中的声速： cL
K
声速
弹性率 密度
Z p V
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， 介质的声阻抗越大，质点的振动速度就越小。实验证明，气体、液体 与金属之间的特性声阻抗之比大约为1:3000:8000。
中某点的有效声压与通过该点的有效质点速度的比值。又可用介质的密度与声速的乘积 来表示。声波经均质性介质时基本按直线持续传播；声波经两种介质时，其声阻抗差超 过0.1%即产生声学界面，引起反射。脉冲反射式超声诊断仪显示的人体组织断面声像， 实质上是人体组织中声阻抗差别的空间分布图。
2、频率f：单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过完整 波的个数； 3、波长λ：声波在传播时，同一波线上相邻两个相位相同的质点 之间的距离；
4、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需的时间；
5、角频率ω： 2f
其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声介质的特性和 波型有关。