4第四章超声波检测技术教程
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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。
4.通用超声波检测技术
4．纵波法的缺点是存在盲区，只能探测盲区以外的缺陷。
15
二、双晶探头脉冲反射法：
1．方法简介：双晶探头脉冲反射法利用两个晶片一发一 收，可以在很大程度上克服直探头反射法盲区的影响。其检测 原理见图4-6。
2．波形显示情况：采用双探头检测时，虽然探头中的两 个晶片用隔声层隔开，仍能接收到少量界面处直接反射的声波 （S），但其幅度通常较低。无缺陷时接收的第一个较高幅度的 回波应为底面回波（B），如图4-6（a）。如存在缺陷，缺陷 回波位于界面回波（S）和底面回波（B）之间，如图4-6（b）。
工件中无缺陷，超声波从工件底面的反射波，一部分能量被探头
接收使示波屏上产生一次回波(B1)，另一部分能量又从探测面折
回底面再被探头接收，得到二次回波B2，如此往复多次，直至声
能损耗完为止，使示波屏上出现的多次底波高度依次递减(如图4-
4a)；如果工件中存在吸收性的缺陷，由于缺陷的反射和散射增加
了声能的损耗，从而使底波次数减少(如图4-4b)；另一方面，缺
CL=2.73×103m/s)，根据折射定律，当工件材料为钢时(纵波速度 CL=5.9×103m/s,横波速度CS=3.23×103m/s)，可得第一临界角
αⅠ为27.6°, 第二临界角αⅡ为57.8°,当入射角在这两个角度之间时，
可在工件中呈现单一横波。通常检测所用横波折射角为38°∽80°之
间。如图4-7所示，横波斜射声束检测时，声束在上下表面间反射
形成W形路径。如果声波在前进中没有遇到障碍，声波不会返回，
A扫描显示除发射脉冲T外无其它回波。当声束路径中遇到缺陷时，
反射回波将出现在相应的声程位置处。
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图4-7 斜射声束横波接触法平板检测 图4-8 横波水浸法管材检测
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二、双晶探头脉冲反射法：
1．方法简介：双晶探头脉冲反射法利用两个晶片一发一 收，可以在很大程度上克服直探头反射法盲区的影响。其检测 原理见图4-6。
2．波形显示情况：采用双探头检测时，虽然探头中的两 个晶片用隔声层隔开，仍能接收到少量界面处直接反射的声波 （S），但其幅度通常较低。无缺陷时接收的第一个较高幅度的 回波应为底面回波（B），如图4-6（a）。如存在缺陷，缺陷 回波位于界面回波（S）和底面回波（B）之间，如图4-6（b）。
工件中无缺陷，超声波从工件底面的反射波，一部分能量被探头
接收使示波屏上产生一次回波(B1)，另一部分能量又从探测面折
回底面再被探头接收，得到二次回波B2，如此往复多次，直至声
能损耗完为止，使示波屏上出现的多次底波高度依次递减(如图4-
4a)；如果工件中存在吸收性的缺陷，由于缺陷的反射和散射增加
了声能的损耗，从而使底波次数减少(如图4-4b)；另一方面，缺
CL=2.73×103m/s)，根据折射定律，当工件材料为钢时(纵波速度 CL=5.9×103m/s,横波速度CS=3.23×103m/s)，可得第一临界角
αⅠ为27.6°, 第二临界角αⅡ为57.8°,当入射角在这两个角度之间时，
可在工件中呈现单一横波。通常检测所用横波折射角为38°∽80°之
间。如图4-7所示，横波斜射声束检测时，声束在上下表面间反射
形成W形路径。如果声波在前进中没有遇到障碍，声波不会返回，
A扫描显示除发射脉冲T外无其它回波。当声束路径中遇到缺陷时，
反射回波将出现在相应的声程位置处。
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图4-7 斜射声束横波接触法平板检测 图4-8 横波水浸法管材检测
超声波检测专题知识讲座培训课件
X
联合双探头 （分割探头）
FG
水浸探头
SJ
瑞利波（表面 波）探头
可变角探头
超声波检测专题知识讲座
BM
KB
39
超声波探头
▪ 探头与仪器的连接
▪ 为了消除外来电波对探头的激励脉冲及回波脉冲 产生影响，探头须用同轴高频电缆。注意事项如 下：
▪ 对于用石英、硫酸锂等压电晶片所制成的探头，不能 任意配用非规定的（长度、种类）电缆。
超声波检测专题知识讲座
10
超声波检测仪
A型显示超声仪
超声波检测专题知识讲座
11
CTS-22
仪器抗干扰能力强、分辨率高、操作简单
超声波检测专题知识讲座
12
CTS-9002
入门级数字探伤 仪，性能价格比 高、操作简单、 低温性能优越， 适合大多数无损 检测场合使用。
超声波检测专题知识讲座
13
CTS-9003
超声波检测专题知识讲座
26
超声波检测仪
发射部分 接收部分 时间轴部分
A超声仪基 本组成
示波管 电源部分 辅助电路
超声波检测专题知识讲座
27
超声波检测仪
发射部分
发射部分能产生约500V以上的高压电脉冲，这个电脉冲加到 （探头的）压电晶片上（使晶片产生振荡，其振荡频率超过 20KHz）能使晶片发出超声波。
• 横波斜探头主要用于探测与探测面成一定角度的平面型及立 方体型缺陷，应用广泛。
▪ 接触式聚焦探头：
• 接触式聚焦探头可分为三类：透镜式、反射式和曲面晶片式。
超声波检测专题知识讲座
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超声波探头
探
基本频率： 用阿拉伯数字表示，单位为MHz
头
超声波检测-第4章讲义ppt课件.ppt
2024/10/10
数字超声在友联
13
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
模拟仪主要组成部分的作用
➢ 扫描电路P88： ➢ 组成：扫描闸门发生器、锯齿波发生器、锯齿波
放大器 ➢ 扫描电路又称时基电路，用来产生锯齿波电压，
模拟仪主要组成部分的作用
➢接收电路
由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微 伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏， 所以接收电路必须具有约105的放大能力。
接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直 接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围伤灵敏 度、分辨力等重要技术指标。一般把放大器的 电压放大倍数用分贝来表示。
加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的 光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描 时基线。 ➢ 探伤仪面板上的深度粗调、微调、扫描延迟旋钮 都是扫描电路的控制旋钮。探伤时，应根据被探 工件的探测深度范围选择适当的深度档级．并配 合微调旋钮调整，使刻度板水平轴上每一格代表 一定的距离。
2024/10/10
➢ 随着新的计算机技术的应用，还将时间轴上的不 同深度的信号幅值全部采集下来，用亮度（颜色） 显示信号幅度。
2024/10/10
数字超声在友联
8
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
C型显示
➢ 一种图像显示，横坐标和纵坐标都代表探头的扫 查轨迹（探头在工件表面的位置），用亮度（颜 色）来表面信号幅度。可以显示工件内部缺陷平 面图像，但不能显示缺陷的深度。（图4-5）
现代检测技术实例教程4.项目四 压电传感器与超声波传感器
多通道输入电荷放大器
4.1.4 玻璃破碎报警器电路
图4-10 一种玻璃破碎报警器电路
玻璃破碎报警器的电路如图4-10所示。压电陶瓷片B将破碎 发出的振动信号或响声转换成电信号，这个极其微弱的电 信号经过由三极管VT1和VT2构成的直耦式放大器放大后， 利用C2从VT2的集电极上取出放大信号，然后经二极管 VD1、VD2倍压整流后使VT3导通。VT3导通后在R4两端产 生的压降使单向可控硅VS导通并锁存，于是语言报警喇叭 HA通电反复发出“抓贼呀—”的喊声。这时，只有按一下 SB，方可解除警报声。 该装置的电源是由电源变压器T将220V市电降压为12V，经 QD全桥整流、C5滤波后供给整机工作。为了防备交流电中 断，还增加了12V电池组。这样，当电网停止供电时，G自 动续接供电，当电网复电后，G自动停止供电，始终让报警 电路处于准备状态，十分实用可靠。
ห้องสมุดไป่ตู้
压电式加速度传感器由压电元件、质量块、预压 弹簧、基座及外壳等组成。如图4-11所示，整个 部件装在外壳内，并用螺栓加以固定。
图4-11 压电式加速度传感器
具体过程：当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时 ，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律， 此惯性力是加速度的函数，即 （4-5） F ma 式中：F——质量块产生的惯性力； m——质量块的质量； a——加速度。 此时惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷q，当传感 器选定后，m为常数，则传感器输出电荷为 q dF dma （4-6） 与加速度a成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷 便可知加速度的大小。
第四章 压电式和超声波式传感器典型应用
学习目标
● 了解压电式和超声波式传感器的工作原理。 ● 学会超声波传感器好坏的检测。
超声波检测技术PPT课件
Vm A
由上式可知：超声场中某一点的声压幅值Pm与角Pm 频率成c正A 比，也就与频率成正
比。由于超声波的频率很高，远大于声波的频率，故超声波的声压一般也远大于声波
的声压。
第16页/共95页
2）
介质中某一点的声压幅值Pm与该处质点振动速度幅值Vm之比，称为声阻抗，常 用Z表示。在同一声压下，声阻抗Z愈大，质点的振动速度就愈小。声阻抗表示超声 场中介质对质点振动的阻碍作用。 由式(6-4)得
（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。相速度随频率变化而变化的现象被称为频散。
第22页/共95页
2）
超声波的衰减指的是超声波在材料中传播时，声压或声能随距离的增大逐渐 减小的现象。引起衰减的原因主要有三个方面：一是声束的扩散；二是由于材料 中的晶粒或其他微小颗粒引起声波的散射；三是介质的吸收。
4）遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时 这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提 高。
第1页/共95页
3. 超声波的分类 超声波的分类方法很多，如图6.1所示。主要有：按介质质点的振动方向与波的 传播方向之间的关系分类，即按波型分类；按波振面的形状分类，即按波形分；按 振动的持续时间分类等。其中，按波型是研究超声波在介质中传播规律的重要理论 依据，将着重讨论。
第14页/共95页
6.1.2 超声场及介质的声参量简介
1) 声压 当介质中有超声波传播时，由于介质质点振动，使介质中压强交替变化。超
声场中某一点在某一瞬时所具有的压强P1与没有超声波存在时同一点的静态压强 P0之差称为该点的声压，用P表示,即
PP1P0 (P )a
(6-3)
由上式可知：超声场中某一点的声压幅值Pm与角Pm 频率成c正A 比，也就与频率成正
比。由于超声波的频率很高，远大于声波的频率，故超声波的声压一般也远大于声波
的声压。
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2）
介质中某一点的声压幅值Pm与该处质点振动速度幅值Vm之比，称为声阻抗，常 用Z表示。在同一声压下，声阻抗Z愈大，质点的振动速度就愈小。声阻抗表示超声 场中介质对质点振动的阻碍作用。 由式(6-4)得
（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。相速度随频率变化而变化的现象被称为频散。
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2）
超声波的衰减指的是超声波在材料中传播时，声压或声能随距离的增大逐渐 减小的现象。引起衰减的原因主要有三个方面：一是声束的扩散；二是由于材料 中的晶粒或其他微小颗粒引起声波的散射；三是介质的吸收。
4）遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时 这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提 高。
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3. 超声波的分类 超声波的分类方法很多，如图6.1所示。主要有：按介质质点的振动方向与波的 传播方向之间的关系分类，即按波型分类；按波振面的形状分类，即按波形分；按 振动的持续时间分类等。其中，按波型是研究超声波在介质中传播规律的重要理论 依据，将着重讨论。
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6.1.2 超声场及介质的声参量简介
1) 声压 当介质中有超声波传播时，由于介质质点振动，使介质中压强交替变化。超
声场中某一点在某一瞬时所具有的压强P1与没有超声波存在时同一点的静态压强 P0之差称为该点的声压，用P表示,即
PP1P0 (P )a
(6-3)
超声波检测技术教学课件PPT
• 现实中常常利用声响来检测物体的的好坏，这种 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。
2021/5/16
4
• 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 传播的声音回声进行探测定位查找泰坦尼克号。2021/5/16来自201）超声波检测仪分类
(1)按超声波的连续性分
① 脉冲波检测仪 ② 连续波检测仪 ③ 调频波检测仪
2021/5/16
21
(2)按缺陷显示的方式分
可将超声波检测仪分为A型、B型和C型等三种 类型。
（b）A型 （c）B型 （d）C型
2021/5/16
22
2) A型显示检测仪
（1）A型显示检测仪组成 • A型显示检测仪是目前使用最广泛的检测仪。 • A型显示检测仪主要由同步电路、时基电路、发射
• 适用于探测晶片正下方与声 束方向垂直的缺陷。 • 检测灵敏度高； • 探测深度较大,适用范围广； • 直探头用来发射和接收纵波；
2021/5/16
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（2）斜探头
• 适合探测探头斜下方不同角度方向的缺陷；如焊 缝中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。
• 探测深度较小,适用直探头难以探测的部位； • 检测灵敏度较高。 • 斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。
2021/5/16
2
• 超声波检测一般是指使超声波与工件相互作用， 就反射、衍射、透射和散射的波进行研究，对 工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估的技术。
2021/5/16
3
• 在特种设备行业中，超声波检测通常指宏观缺陷 检测和材料厚度测量。
2021/5/16
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• 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 传播的声音回声进行探测定位查找泰坦尼克号。2021/5/16来自201）超声波检测仪分类
(1)按超声波的连续性分
① 脉冲波检测仪 ② 连续波检测仪 ③ 调频波检测仪
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(2)按缺陷显示的方式分
可将超声波检测仪分为A型、B型和C型等三种 类型。
（b）A型 （c）B型 （d）C型
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2) A型显示检测仪
（1）A型显示检测仪组成 • A型显示检测仪是目前使用最广泛的检测仪。 • A型显示检测仪主要由同步电路、时基电路、发射
• 适用于探测晶片正下方与声 束方向垂直的缺陷。 • 检测灵敏度高； • 探测深度较大,适用范围广； • 直探头用来发射和接收纵波；
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（2）斜探头
• 适合探测探头斜下方不同角度方向的缺陷；如焊 缝中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。
• 探测深度较小,适用直探头难以探测的部位； • 检测灵敏度较高。 • 斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。
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• 超声波检测一般是指使超声波与工件相互作用， 就反射、衍射、透射和散射的波进行研究，对 工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估的技术。
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• 在特种设备行业中，超声波检测通常指宏观缺陷 检测和材料厚度测量。
第4章 超声波探伤设备简介
第4章超声波探伤设备简介超声波探伤仪是利用超声波反射或透射原理检查工件缺陷的电子设备。
它的作用是产生电振荡并加于探头晶片，激励晶片发射超声波；同时将探头接收回来的电信号进行放大，通过一定的形式显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。
超声波探伤仪的种类很多，分类的方法各不相同，若按缺陷的显示方式主要可分为以下两种：(一) A型显示通常所说的超声波探伤仪，就是指A型显示的脉冲反射式探伤仪。
它是以水平基线（X轴）表示距离和时间，用垂直于基线的偏转（Y轴）表示幅度的一种信号显示方式。
对同一种均匀介质而言，由于超声波传播时间与缺陷的埋藏深度成正比，因此，可以根据缺陷回波在荧光屏水平线上的位置确定缺陷的深度，用回波幅度的高低来衡量缺陷的大小。
（二）B型显示这是一种能够显示被检工件的横截面的图像，指示反射体的大致尺寸及其相对位置的超声信息显示方法,如图4-1 B型扫描示意图。
这种显示方法是将荧光屏上横坐标代表探头移动距离，纵坐标代表声波传播时间（或距离），基线随探头的移动和回波时间而变化，可直观了解探头移动下方横断面的缺陷分布和离探测面的深度，获得在探头扫查方向的断面图。
图4-1 B型扫描示意图1—探头；2—试件；3—缺陷；4—表面反射；5—底面反射；6—缺陷反射；7 -示波屏4.1 常用超声波探伤仪上海目前具有420公里的投入使用线路里程，但是目前上海地铁运营公司工务分公司只负责1～4号线四条线路的探伤检测工作，共148.53公里，只占上海地铁总里程的35%，其他的线路目前都委托外单位负责探伤检测，所以目前拥有的探伤设备数量不多，但是今后新线的陆续开通，外单位负责线路的接管，地铁工务负责的探伤里程会快速增加，对于钢轨探伤工作量增加的这种预期压力，上海地铁工务放弃增加设备和人员的做法，探讨研究使用大型钢轨探伤车，改变探伤模式，在不大幅增加设备和人员的情况下，提高探伤效率，以满足将来日常的对钢轨探伤检测要求。
【超声二级取证】声学检测技术第四章4-4
第4章 超声波通用探伤技术
缺陷迟到波 经侧壁发生波型，由缺陷发射的回 波
第4章 超声波通用探伤技术
61度反射 入射角 反射角 如果 90 有 sin cos 由反射定律得
cl sin sin tg cs sin cos
b x61 xl xs a cl a btg L cs
第4章 超声波通用探伤技术
4.缺陷 缺陷形状 方位 指向性 缺陷表面状态 缺陷性质 缺陷位置
第4章 超声波通用探伤技术
4.8 缺陷性质分析 一.根据加工工艺分析 焊接件可能存在的缺陷 气孔 夹渣 未焊透 未融合 裂纹
第4章 超声波通用探伤技术
密集气孔
夹渣缺陷
第4章 超声波通用探伤技术
纵裂纹
横裂纹
第4章 超声波通用探伤技术
未焊透缺陷
线状夹渣缺陷
第4章 超声波通用探伤技术
铸造件可能存在的缺陷 气孔
夹渣
疏松
第4章 超声波通用探伤技术
锻件可能存在的缺陷 白点
折叠
裂纹
第4章 超声波通用探伤技术
二.根据缺陷特征分析 缺陷的形状、大小和密集程度 1.平面缺陷 裂纹 夹层 折叠 2.点状缺陷 气孔 小夹渣 3.密集形缺陷 白点 疏松 密集气孔
第4章 超声波通用探伤技术
三.根据缺陷波形分析 静态波形 动态波形 四.根据底波分析 底波消失－大面积缺陷 底波降低－点状或小缺陷 底波和缺陷波均无－疏松或倾斜 缺陷
第4章 超声波通用探伤技术
4.9 非缺陷波的判定 迟到回波 来自同一反射体，因所经过的路径 不同或发生波型转换延迟返回的波。 底面迟到波
纵波
横波 L
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
超声波无损检测I级第四部分。
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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。 入射角小于第一临界角α I ，工件中既有纵波又有
横波，纵波声速快，利用纵波来识别缺陷和定量。 对粗晶材料，如A体不锈钢焊接接头UT检测，常
采用纵波斜探头法检测。 在TOFD检测技术中，使用的探头一般也为纵波
25
谢谢大家 祝大家取得好成绩
26
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5.4.3多探头法 使用两个以上的探头组合在一起进行检测
的方法。 主要通过增加声束来提高检测速度或发现
各种取向的缺陷。通常与多通道检测仪和 自动扫查装置配合。
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5.5按探头接触方式分类的超声检测方法 5.5.1接触法和液浸法 探头与工件检测面之间涂有很薄的耦合剂层，因
9
5.1.4共振法 依据工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。 用于工件测厚，现已很少使用。
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5.2 A型显示和超声成像 5.2.1 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。 目前特种设备行业执行的JB/T4730-2005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 验等人为因素较多。
（纵坐标）对缺陷定量。 T——始波（校零时始波前沿置于零，校零后始波
前沿置于零刻度前。） F——伤波（缺陷面积大于声束截面，只有F1;缺陷
面积小于声束截面，视声能衰减情况，会出现 F1F2F3……） B——底波（底波回波情况视扫描比例、有无缺陷 及缺陷尺寸相对于声束截面大小。）
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。 入射角小于第一临界角α I ，工件中既有纵波又有
横波，纵波声速快，利用纵波来识别缺陷和定量。 对粗晶材料，如A体不锈钢焊接接头UT检测，常
采用纵波斜探头法检测。 在TOFD检测技术中，使用的探头一般也为纵波
25
谢谢大家 祝大家取得好成绩
26
17
5.4.3多探头法 使用两个以上的探头组合在一起进行检测
的方法。 主要通过增加声束来提高检测速度或发现
各种取向的缺陷。通常与多通道检测仪和 自动扫查装置配合。
18
5.5按探头接触方式分类的超声检测方法 5.5.1接触法和液浸法 探头与工件检测面之间涂有很薄的耦合剂层，因
9
5.1.4共振法 依据工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。 用于工件测厚，现已很少使用。
10
5.2 A型显示和超声成像 5.2.1 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。 目前特种设备行业执行的JB/T4730-2005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 验等人为因素较多。
（纵坐标）对缺陷定量。 T——始波（校零时始波前沿置于零，校零后始波
前沿置于零刻度前。） F——伤波（缺陷面积大于声束截面，只有F1;缺陷
面积小于声束截面，视声能衰减情况，会出现 F1F2F3……） B——底波（底波回波情况视扫描比例、有无缺陷 及缺陷尺寸相对于声束截面大小。）
超声波检测学习教案
性滞后造成的, 介质吸收声能并转换为热能。
第7页/共46页
第八页，编辑于星期三：二点 八分。
二节 超声波检测设备
超声波探伤设备一般由超声波探 伤仪、探头和试块组成。
第8页/共46页
第九页，编辑于星期三：二点 八分。
超声波探头又称压电超声换能 器，是实现电-声能量相互转换 的能量转换器件。
一、探头的种类
按探头与工件接触方式分类，可将超声波 探
伤分为直接接触法和液浸法两种。
第22页/共46页
第二十三页，编辑于星期三：二点 八分。
使探头直接接触工件进行探伤的 方法称之为直接接触法。
使用直接接触法应在探头和被探 工件表面涂有一层耦合剂作为传声 介质。常用的耦合剂有机油、甘油、 化学浆糊、水及水玻璃等。焊缝探 伤多采用化学浆糊和甘油。
至探头，激励压电晶片振动而产生超声波， 再通过
探测表面的耦合剂将超声波导入工件。超声 波在工
件中传播遇到缺陷或底面时会发生反射，回
波被同
第17页/共46页
一探头或接收探头所接收并被转变为电信号，
经接
第十八页，编辑于星期三：二点 八分。
能力知识点2 超声波探伤仪
2．探伤仪主要性能 仪器性能将直接影响探伤结果的正确，为 此规
第23页/共46页
第二十四页，编辑于星期三：二点 八分。
垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波
探伤的两种基本方法。
1、垂直入射法
垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将 声
束垂直入射工件探伤面进行探伤。由于该 法是利用
纵波进行探伤，故又称纵波法。
垂直法探伤能发现与探伤面平行或近于平行 的
缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单
继续传播。这样的两种情况称之为声波的反射和折射, 如图10 2所示。
第7页/共46页
第八页，编辑于星期三：二点 八分。
二节 超声波检测设备
超声波探伤设备一般由超声波探 伤仪、探头和试块组成。
第8页/共46页
第九页，编辑于星期三：二点 八分。
超声波探头又称压电超声换能 器，是实现电-声能量相互转换 的能量转换器件。
一、探头的种类
按探头与工件接触方式分类，可将超声波 探
伤分为直接接触法和液浸法两种。
第22页/共46页
第二十三页，编辑于星期三：二点 八分。
使探头直接接触工件进行探伤的 方法称之为直接接触法。
使用直接接触法应在探头和被探 工件表面涂有一层耦合剂作为传声 介质。常用的耦合剂有机油、甘油、 化学浆糊、水及水玻璃等。焊缝探 伤多采用化学浆糊和甘油。
至探头，激励压电晶片振动而产生超声波， 再通过
探测表面的耦合剂将超声波导入工件。超声 波在工
件中传播遇到缺陷或底面时会发生反射，回
波被同
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一探头或接收探头所接收并被转变为电信号，
经接
第十八页，编辑于星期三：二点 八分。
能力知识点2 超声波探伤仪
2．探伤仪主要性能 仪器性能将直接影响探伤结果的正确，为 此规
第23页/共46页
第二十四页，编辑于星期三：二点 八分。
垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波
探伤的两种基本方法。
1、垂直入射法
垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将 声
束垂直入射工件探伤面进行探伤。由于该 法是利用
纵波进行探伤，故又称纵波法。
垂直法探伤能发现与探伤面平行或近于平行 的
缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单
继续传播。这样的两种情况称之为声波的反射和折射, 如图10 2所示。
焊接接头超声检测讲稿4-管座角焊缝的超声检测
P0 Fs 2X 1 D d
原检测方法
PB
Pf
P0 Fs F f
2 X 2 2
PB / Pf
X 2 2
2 X 1Ff
D d
计算可得： 20 lg( PB / Pf ) 39.8dB 即用直探头在接管内壁把管壁一次底波调到仪器荧光屏满刻度 80%，再提 高 40dB 作为检测灵敏度进行检测。发现缺陷后，可根据深度（声程）判断缺陷 波幅所在区域，需要时测量缺陷的长度。
a
t
b
a) 横截面
b) 俯视
说明： A、B、C、D、E、F、W、X、Y、Z——探头位置； a、b、c、d、e——探头移动区宽度； t——工件厚度； 1——筒体或封头； 2——接管。
表 N.3
插入式接管角接接头超声检测的具体要求
纵向缺陷检测 斜探头检测 横向缺陷检测 斜探头横向扫查 检测面 （X 和 Y）或 （W 和 Z） （X 和 Y）或 （W 和 Z） （X 和 Y）和 （W 和 Z）
焊接接头超声波检测工艺卡
委托单位：
设备名称 检件规格 焊接方法 检测技术等级 合格级别 表面状态 扫查面 探头 探头移动区 人工反射体 表面补偿 评定线 定量线 判废线 XX 容器 手工电弧焊 C级 Ⅰ级 露出金属光泽 产品编号 坡口型式 检测标准 试 块 2014-009
工艺卡编号：XXX-XXXX
四 管座角焊缝超声检测
管座角焊缝的结构形式有插入式和安放式两种。 1 检测条件的选择： （1）探头 采用直探头检测时，由于筒体或接管表面为曲面，二者接触面
小，为保证耦合，探头的尺寸不宜过大。 （2）试块 直探头检测用试块与锻件检测的平底孔试块相似。试块材质、
曲率半径、表面粗糙度与被检工件相同。斜探头检测用试块与平板对接接头检测 用试块相同。 2 检测原则 在选择检测面和探头时应考虑到各种类型缺陷的可能性， 并使声束尽可能 垂直于该焊接接头结构的主要缺陷。 3 检测方式 根据结构形式，管座角焊缝的检测有如下五种检测方式，可选择其中一种 或几种方式组合实施检测。检测方式的选择应由合同双方商定，并应考虑主要检 测对象和几何条件的限制。 1） 在接管内壁采用直探头检测，见图 1 位置 1。 2） 在容器内壁采用直探头检测，见图 2 位置 1。在容器内壁采用斜探头 检测，见图 1 位置 4。 3） 在接管外壁采用斜探头检测，见图 2 位置 2。 4） 在接管内壁采用斜探头检测，见图 1 位置 3 和图 2 位置 3。 5） 在容器外壁采用斜探头检测，见图 1 位置 2。
原检测方法
PB
Pf
P0 Fs F f
2 X 2 2
PB / Pf
X 2 2
2 X 1Ff
D d
计算可得： 20 lg( PB / Pf ) 39.8dB 即用直探头在接管内壁把管壁一次底波调到仪器荧光屏满刻度 80%，再提 高 40dB 作为检测灵敏度进行检测。发现缺陷后，可根据深度（声程）判断缺陷 波幅所在区域，需要时测量缺陷的长度。
a
t
b
a) 横截面
b) 俯视
说明： A、B、C、D、E、F、W、X、Y、Z——探头位置； a、b、c、d、e——探头移动区宽度； t——工件厚度； 1——筒体或封头； 2——接管。
表 N.3
插入式接管角接接头超声检测的具体要求
纵向缺陷检测 斜探头检测 横向缺陷检测 斜探头横向扫查 检测面 （X 和 Y）或 （W 和 Z） （X 和 Y）或 （W 和 Z） （X 和 Y）和 （W 和 Z）
焊接接头超声波检测工艺卡
委托单位：
设备名称 检件规格 焊接方法 检测技术等级 合格级别 表面状态 扫查面 探头 探头移动区 人工反射体 表面补偿 评定线 定量线 判废线 XX 容器 手工电弧焊 C级 Ⅰ级 露出金属光泽 产品编号 坡口型式 检测标准 试 块 2014-009
工艺卡编号：XXX-XXXX
四 管座角焊缝超声检测
管座角焊缝的结构形式有插入式和安放式两种。 1 检测条件的选择： （1）探头 采用直探头检测时，由于筒体或接管表面为曲面，二者接触面
小，为保证耦合，探头的尺寸不宜过大。 （2）试块 直探头检测用试块与锻件检测的平底孔试块相似。试块材质、
曲率半径、表面粗糙度与被检工件相同。斜探头检测用试块与平板对接接头检测 用试块相同。 2 检测原则 在选择检测面和探头时应考虑到各种类型缺陷的可能性， 并使声束尽可能 垂直于该焊接接头结构的主要缺陷。 3 检测方式 根据结构形式，管座角焊缝的检测有如下五种检测方式，可选择其中一种 或几种方式组合实施检测。检测方式的选择应由合同双方商定，并应考虑主要检 测对象和几何条件的限制。 1） 在接管内壁采用直探头检测，见图 1 位置 1。 2） 在容器内壁采用直探头检测，见图 2 位置 1。在容器内壁采用斜探头 检测，见图 1 位置 4。 3） 在接管外壁采用斜探头检测，见图 2 位置 2。 4） 在接管内壁采用斜探头检测，见图 1 位置 3 和图 2 位置 3。 5） 在容器外壁采用斜探头检测，见图 1 位置 2。
超声波检测之超声波探伤技术(无损检测课件)
➢ 超声波探头是用来产生与接收超声波的器件。探头中的关 键部件是换能器，最常用的是压电换能器，又称为压电晶 片。
➢ 压电换能器将电脉冲转换为超声脉冲，再将超声脉冲转换 为电脉冲，实现电能和声能的相互转换。
➢
机械变形
电压（交变）
8.2 探头
探头的类型 ➢ 接触式纵波直探头（主要参数频率和晶片尺寸）
第3节 超声波检测方法
8.1 超声检测仪
检测方法的分类 超声波探伤有多种分类方法： （1）按原理分类。脉冲反射法、穿透法和共振法三种。
目前用得最多的是脉冲反射法。 （2）按显示方式分类。按超声波探伤图形的显示方式分：
有A型显示、B型显示、C型显示等。目前用得最多的是A 型显示探伤法。
8.1 超声检测仪
种类的变化——探头与检测仪间阻抗情况改变——影响灵 敏度，不能随意更换。 ➢ 探头与工件间的声耦合需采用耦合剂，目的是以液体置于 探头与工件之间代替空气间隙，增大声能的透过率，使声 能更好地传入工件。 ➢ 接触法中常用耦合剂有机油、甘油、水玻璃等。
8.3 试块
试块的用途： 用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据，是超声探伤 的一个特点。超声探伤的试块上有各种已知的特征，例如 特定的尺寸、规定形状和尺寸的人工缺陷，如平底孔、横 通孔、凹槽等。
通过观察F的高度可对缺陷的大小进行评估，通过观察回 波F距发射脉冲的距离，可得到缺陷的埋藏深度。
8.1 超声检测仪
➢ 2.穿透法 穿透法是依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来 判断缺陷情况的一种方法。穿透法常采用两个探头，一收 一发，分别放置在试件的两侧进行探测。这种方法无法得 知缺陷深度的信息，对于缺陷尺寸的判断也是十分粗略的。
➢ 接触法 • 将探头与试件表面直接接触进行检测的方法，在二者间涂
电气设备检修中的超声波检测技术使用教程
电气设备检修中的超声波检测技术使用教程超声波检测技术是电气设备检修中非常重要的一项技术。
它通过使用超声波信号对设备进行检测和诊断，可以帮助工程师及时发现和解决设备故障，提高设备的可靠性和安全性。
本文将介绍超声波检测技术的基本原理、使用方法和注意事项，以帮助读者更好地理解和应用这一技术。
一、超声波检测技术的基本原理超声波检测技术是利用超声波在物质中传播的特性进行检测和诊断的一种方法。
当超声波传播到材料的内部或表面时，会发生反射、散射、透射等现象，从而产生不同的声信号。
通过分析这些声信号的变化，我们可以了解到材料的内部结构、缺陷情况以及可能存在的故障。
超声波检测技术主要包括两个关键参数：超声波的传播速度和超声波的回波信号。
超声波的传播速度取决于材料的性质，不同材料传播速度不同。
而超声波的回波信号则反映了材料中的缺陷情况，如裂纹、松动等。
通过对超声波的传播速度和回波信号进行分析，我们可以判断出设备是否存在故障，并采取相应的修复措施。
二、超声波检测技术的使用方法1. 仪器准备在进行超声波检测之前，首先需要准备好相应的仪器设备。
通常需要使用超声波发生器、探头、示波器等设备。
确保这些设备能够正常工作，且能够提供高质量的超声波信号。
2. 设备检测将超声波探头放置在需要检测的设备表面或内部，并将超声波发生器与探头连接。
通过发射超声波信号，观察示波器上的回波信号。
根据回波信号的强度、延迟时间和波形特点等参数，判断设备的状态和可能存在的故障。
3. 结果分析根据回波信号的特征，对设备进行故障分析。
比较回波信号与背景噪声的差异，识别和定位可能存在的缺陷或故障。
采取适当的措施，如修复、更换或调整设备，以恢复设备的正常运行。
三、超声波检测技术的注意事项1. 设备准备在进行超声波检测之前，需要确保设备准备完善。
相关仪器设备要经过校准，并保持清洁和良好的工作状态。
超声波发生器和探头的连接要稳固可靠，不得出现松动或接触不良的情况。
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a) 入射纵波反射、折射波型转换：
纵波倾斜入射到不同介质的表面时，会产 生反射纵波、反射横波，折射纵波、折射 横波，反射、折射角度符合一般的反射折 射定律。
b) 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。 在第二介质中已没有纵波，只有横波。
c) 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，当达到90度时， 第二介质中没有超声波，超声波都在表 面，为表面波。
IIW2试块也是国际焊接学会标 准试块，由于外形像牛角，故 俗称牛角试块。与IIW试块相比 IIW2试块体积小重量轻，形状 简单，易加工，便携带，但功 能较IIW试块要少。
对称型(S波，扩展波)兰姆波的特点是 薄板中心质点作纵向振动，上下表面 质点作椭圆运动、振动相位相反并对 称于中心。 非对称型(A型，弯曲波)兰姆波特点是 薄板中心质点作横向振动，上下表面 质点作椭圆运动、相位相同，不对 称。
机械工程学院 机械装备及控制系
4
超声波的性质
超声波的反射、折射及波型转换
机械工程学院 机械装备及控制系
接口 外壳 隔声层 电缆线 阻尼块 压电晶 片延时块 探伤区
12
探头的种类和结构
4）聚焦探头
聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点，其 声透镜为球面；线聚焦理想焦点为一条线，其声透镜为柱面。
吸声材料 斜楔
外壳
电缆线 接口
压电晶片
聚焦区
探伤区 声透镜
机械工程学院 机械装备及控制系
铜
5900 1400 2720 6260 4700
3230 ----1460 3080 2260
机械工程学院 机械装备及控制系
2
超声波的波型与适用性
超声波的波型有：纵波、横波、 表面波和兰姆波
纵波（L） 质点的振动方向与波的传播方向相 平行 。纵波在固、液、气三种介质 中均能传播。
横波（S） 质点的振动方向与传播方向相垂
直 ，质点受到的是交变剪切应力的作 用，故亦称切变波。液体和气体不能够 承受剪切应力，故无横波传播。
机械工程学院 机械装备及控制系
3
超声波的波型与适用性
表面波：在物体表面传播的如海浪
兰姆波：因物体两平行表面所限而 形成的纵波与横波组合的波，它在 整个物体内传播，质点作椭圆轨迹 运动 。板材中传播。
常应用于：
工业：探伤、距离和厚度测量、流量和密度测量、超声清洗、 超声焊接等；
医疗：超声诊断；
海洋：鱼群探测、深度探测、水中摄影等
机械工程学院 机械装备及控制系
1
超声波的特点
a) 有良好的指向性 b) 能量高 c) 具有光的特性 d) 穿透能力强、衰减小
纵波声速 横波声速 材料 米每秒 米每秒
钢 水 有机 玻璃 铝
机械工程学院 机械装备及控制系
接口 外壳 电缆线 阻尼块 压电晶片 保护膜
10
探头的种类和结构
2) 斜探头
吸声材料 外壳 电缆线 接口
斜探头可分为纵波斜探头（aL<a1）, 横波斜探头（aL=a1~aII）和表面波 探头(aL≧aII) 横波斜探头是利用横波探伤，主要 是用于检测与探测面垂直或成一定 角度的缺陷，如焊接汽轮机叶轮 等。 表面波探头当入射角大于第二临界 角在工件中产生表面波，主要检测 工件表面缺陷
阻尼块
13
探头的种类和结构
４) 可变角探头
可变角探头入射角可变，转动压电晶片可使入射角连续变化， 从而实现纵波、横波、表面波和板波探伤。
角度标尺
外壳
接口
旋转杆 保护膜
机械工程学院 机械装备及控制系压电晶片耦合剂14标准试块
1.确定检测灵敏度 2.测试仪器和探头的性能 3.调整扫描速度 4.评判缺陷的大小 此外，还可利用试块来测 量材料的声速、衰减性能 等。
超声检测技术
超声波是频率高于20千赫的机械波。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。
在超声探伤中常用的频率为0.5～20兆赫。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。
机械工程学院 机械装备及控制系
8
超声检测工作原理
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检出缺陷大小（尺 寸）和位置。
机械工程学院 机械装备及控制系
9
探头的种类和结构
1) 直探头（纵波探头）
直探头用于发射和接收纵波 故又称纵波探头。主要用于探 测与探测面平行的缺陷。如板 材锻件探伤等。
常用：压电换能器和磁致伸缩换能器
机械工程学院 机械装备及控制系
6
压电换能器——压电效应
（1）逆压电效应：将具有逆压电效应的介质置于电场内，由 于电场作用介质内部正负电荷中心发生位置受化，这种位 置变化在宏观上表现为产生了形变，形变与电场强度成正 比，这一现象称为逆压电效应。
（2）正压电效应：当对某电介质施加应力时，产生的变形将 引起内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化，在介质 两端面上出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成 正比，这种效应称为正压电效应。
机械工程学院 机械装备及控制系
5
超声波换能器
超声波换能器又称为超声波探头，是完成超声波发射 和接收的关键器件。
所谓换能器就是能进行能量转换的器件。超声波换能 器可以将其他形式的能量转换成高频声能(发射换能 器)，并且也能够把超声能量转换成其他易于检测的能 量(接收换能器)：在超声检测中往往用一个超声换能 器，既作发射换能器，又作接收换能器。
斜楔
压电晶片 阻尼块
机械工程学院 机械装备及控制系
11
探头的种类和结构
3) 双晶探头（分割探头）
双晶探头有两块压电晶片，一块用于 发射声波，一块用于接收声波。根据 入射角不同分为纵波双晶探头和横波 双晶探头。 优点： （1）灵敏度高 （2）杂波少盲区小 （3）工件中近场区小 （4）探测范围可调
双晶探头主要用于检测近表面缺陷。 根椐工件因选择合适的工作频率、晶 片尺寸和探测深度。
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7
脉冲超声波产生
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时，由于逆压电效应， 晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡。振荡频率与晶片的厚度 和声速有关，适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹 性波，即超声波。此种方式发射出的是一个超声波波包，通常 称为脉冲波。 目前常用超声波检测技术多数常用脉冲超声波检测。
纵波倾斜入射到不同介质的表面时，会产 生反射纵波、反射横波，折射纵波、折射 横波，反射、折射角度符合一般的反射折 射定律。
b) 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。 在第二介质中已没有纵波，只有横波。
c) 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，当达到90度时， 第二介质中没有超声波，超声波都在表 面，为表面波。
IIW2试块也是国际焊接学会标 准试块，由于外形像牛角，故 俗称牛角试块。与IIW试块相比 IIW2试块体积小重量轻，形状 简单，易加工，便携带，但功 能较IIW试块要少。
对称型(S波，扩展波)兰姆波的特点是 薄板中心质点作纵向振动，上下表面 质点作椭圆运动、振动相位相反并对 称于中心。 非对称型(A型，弯曲波)兰姆波特点是 薄板中心质点作横向振动，上下表面 质点作椭圆运动、相位相同，不对 称。
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4
超声波的性质
超声波的反射、折射及波型转换
机械工程学院 机械装备及控制系
接口 外壳 隔声层 电缆线 阻尼块 压电晶 片延时块 探伤区
12
探头的种类和结构
4）聚焦探头
聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点，其 声透镜为球面；线聚焦理想焦点为一条线，其声透镜为柱面。
吸声材料 斜楔
外壳
电缆线 接口
压电晶片
聚焦区
探伤区 声透镜
机械工程学院 机械装备及控制系
铜
5900 1400 2720 6260 4700
3230 ----1460 3080 2260
机械工程学院 机械装备及控制系
2
超声波的波型与适用性
超声波的波型有：纵波、横波、 表面波和兰姆波
纵波（L） 质点的振动方向与波的传播方向相 平行 。纵波在固、液、气三种介质 中均能传播。
横波（S） 质点的振动方向与传播方向相垂
直 ，质点受到的是交变剪切应力的作 用，故亦称切变波。液体和气体不能够 承受剪切应力，故无横波传播。
机械工程学院 机械装备及控制系
3
超声波的波型与适用性
表面波：在物体表面传播的如海浪
兰姆波：因物体两平行表面所限而 形成的纵波与横波组合的波，它在 整个物体内传播，质点作椭圆轨迹 运动 。板材中传播。
常应用于：
工业：探伤、距离和厚度测量、流量和密度测量、超声清洗、 超声焊接等；
医疗：超声诊断；
海洋：鱼群探测、深度探测、水中摄影等
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1
超声波的特点
a) 有良好的指向性 b) 能量高 c) 具有光的特性 d) 穿透能力强、衰减小
纵波声速 横波声速 材料 米每秒 米每秒
钢 水 有机 玻璃 铝
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接口 外壳 电缆线 阻尼块 压电晶片 保护膜
10
探头的种类和结构
2) 斜探头
吸声材料 外壳 电缆线 接口
斜探头可分为纵波斜探头（aL<a1）, 横波斜探头（aL=a1~aII）和表面波 探头(aL≧aII) 横波斜探头是利用横波探伤，主要 是用于检测与探测面垂直或成一定 角度的缺陷，如焊接汽轮机叶轮 等。 表面波探头当入射角大于第二临界 角在工件中产生表面波，主要检测 工件表面缺陷
阻尼块
13
探头的种类和结构
４) 可变角探头
可变角探头入射角可变，转动压电晶片可使入射角连续变化， 从而实现纵波、横波、表面波和板波探伤。
角度标尺
外壳
接口
旋转杆 保护膜
机械工程学院 机械装备及控制系压电晶片耦合剂14标准试块
1.确定检测灵敏度 2.测试仪器和探头的性能 3.调整扫描速度 4.评判缺陷的大小 此外，还可利用试块来测 量材料的声速、衰减性能 等。
超声检测技术
超声波是频率高于20千赫的机械波。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。
在超声探伤中常用的频率为0.5～20兆赫。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。
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超声检测工作原理
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检出缺陷大小（尺 寸）和位置。
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探头的种类和结构
1) 直探头（纵波探头）
直探头用于发射和接收纵波 故又称纵波探头。主要用于探 测与探测面平行的缺陷。如板 材锻件探伤等。
常用：压电换能器和磁致伸缩换能器
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压电换能器——压电效应
（1）逆压电效应：将具有逆压电效应的介质置于电场内，由 于电场作用介质内部正负电荷中心发生位置受化，这种位 置变化在宏观上表现为产生了形变，形变与电场强度成正 比，这一现象称为逆压电效应。
（2）正压电效应：当对某电介质施加应力时，产生的变形将 引起内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化，在介质 两端面上出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成 正比，这种效应称为正压电效应。
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超声波换能器
超声波换能器又称为超声波探头，是完成超声波发射 和接收的关键器件。
所谓换能器就是能进行能量转换的器件。超声波换能 器可以将其他形式的能量转换成高频声能(发射换能 器)，并且也能够把超声能量转换成其他易于检测的能 量(接收换能器)：在超声检测中往往用一个超声换能 器，既作发射换能器，又作接收换能器。
斜楔
压电晶片 阻尼块
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探头的种类和结构
3) 双晶探头（分割探头）
双晶探头有两块压电晶片，一块用于 发射声波，一块用于接收声波。根据 入射角不同分为纵波双晶探头和横波 双晶探头。 优点： （1）灵敏度高 （2）杂波少盲区小 （3）工件中近场区小 （4）探测范围可调
双晶探头主要用于检测近表面缺陷。 根椐工件因选择合适的工作频率、晶 片尺寸和探测深度。
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脉冲超声波产生
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时，由于逆压电效应， 晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡。振荡频率与晶片的厚度 和声速有关，适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹 性波，即超声波。此种方式发射出的是一个超声波波包，通常 称为脉冲波。 目前常用超声波检测技术多数常用脉冲超声波检测。