超声检测特点及基础知识之一

超声检测特点及基础知识之一

超声波检测主要用于探侧试件的内部缺陷，它的应用十分广泛。超声波检测属于反射波检测法，即根据反射波的强弱和传播时间来判断缺陷的大小和位置。超声波检测的频率范围为0.4-25MHz，其中用得最多的是1~5 MHz。

一、超声波检测的分类及特点

超声波检测有多种分类方法：

1、按原理分类

超声波检测按原理来分：有脉冲反射法、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。

3、按探伤波型分类

按超声波的波型来分，脉冲反射法大致可分为直射探伤法(纵波探伤法)、斜射探伤法(横波探伤法)、表面波探伤法和板波探伤法4种。用的较多的是纵波和横波探伤法。

4、按探头数目分类

按探伤时使用的探头数目分：有单探头法，双探头法，多探头法3种。用得最多的是单探头法。

5、按接触方法分类

按接触方法分类有直接接触法和水浸法两种。直接接触法的操作要领是，在探头和试件表面之间要涂上耦合剂，以消除空隙，让超声波能顺利地进入被检工件。耦合剂可以用机油、水、甘油和水玻璃等。用水浸法时，探头和试件之间有水层，超声通过水层传播，受表面状态影响不大，可以进行稳定的探伤。

在金属的探测中，超声波检测具有如下特点：（1）面积型缺陷的检出率较高，体积型缺陷的检出率较低；（2）适宜检验厚度较大的工件，例如直径达几米的锻件，厚度达几百毫米的焊缝。不适宜检验较薄的工件，例如对厚度小于8nm的焊缝和6mm的板材的检验是困难的；（3）适用于各种试件，包括对接焊缝、角焊、板材、管材、棒材、锻件，以及复合材料等；（4）检验成本低、速度快、检测仪器体积小、重量轻，现场使用较方便；（5）无法得到缺陷直观图象、定性困难，定量精度不高；（6）检测结果无直接见证记录；（7）对缺陷在工件厚度方向上定位较准确；（8）材质、晶粒度对探伤有影响，例如铸钢材料和奥氏体不锈钢焊缝，因晶粒粗大不宜用超声波进行探伤。

二、超声波检测原理

超声波检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，以及超声波测晶粒度、测应力等。在超声探伤中，有脉冲反射法、穿透法和共振法。脉冲反射法是根据缺陷的回波和底面的回波进行判断，穿透法是根据缺陷的阴影来判断缺陷情况，而共振法是根据被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚。目前用得最多的方法是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜射探伤时用横波。把超声波射入被检物

的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的叫波，根据回波情况来判断缺陷的情况。脉冲反射法有纵波探伤和横波探伤。

1、垂直探伤法

把脉冲振荡器发生的电压加到晶片上时，晶片振动，产生超声波脉冲。超声碰到缺陷时，一部分从缺陷反射回到晶片。而另一部分未碰到缺陷的超声波继续前进，直到被检物底面才反射回来。因此，缺陷处反射的超声波先回到晶片。回到晶片的超声波又反过来被转换成高频电压，通过接收、放大进入示波器，示波器将缺陷回波和底面回波显示在荧光屏。

2、斜射探伤法

超声波的垂直入射纵波探伤和倾斜入射的横波探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法。两种方法各有用途互为补充，纵波探伤主要能发现与探测面平行或稍有倾斜的缺陷，主要用于钢板、锻件、铸件的探伤，而斜射的横波探伤，主要能发现垂于探测面或倾斜较大的缺陷，主要用于焊缝的探伤。

三、超声波检测仪器

1、超声波厚度计

超声波厚度计是利用该仪器具有精确测量返回波时间的能力来测量部件的厚度。根据大部分被检验材料的弹性模量和密度，即可知道其传声的速度。把这种材料的弹性模量和密度两个因素结合起来，

乘以传递的时间和速度，即可算出到缺陷的距离或部件厚度的比较精确的数值。要测量管子、压力容器或铸件的厚度，可从其一侧某一部分进行。超声波仪器是比测仪器，必须按已知的设定值来标定，才能得出有意义的结果。必须引起注意的是，不锈钢铸件的晶粒通常粗大，因而超声波方法对其不实用。

超声波厚度计一般采用数字直接读出以显示壁厚，其速度也可按材料性来调节。在测量厚度小于6.5mmn较薄的壁厚时，必须仔细小心，因为读出的数字是较高反射波，而不是初始返回波，因而读出数字比实际的要大。

在高温下测厚不能用普通的厚度计，而要采用高温压电测厚仪。国外炼油厂及石油化工工厂采用压电设备在线检测十分普遍。高温厚度测量一般必须要有一个给定的校正系数。由于测试件的速度随温度而变化，其实际厚度随温度而变化。这两种变化的联合效应增加了声波的传递时间，相应地增大了厚度的读数，因而这种误差需要进行校正。常用的经验校正方法是测试每高于室温38T，便减少超声波的读数大约1%，高温测厚也必须使用特殊的超声波耦合剂。

电磁式声波发射器，可用于高温在线检测。用这种专门的发射器系统，可以实实在在地在测试件表面层产生声脉冲，不再需要液体耦合剂来减少探头和部件间表面的空气间隙。这种变送器探头与测试件作瞬时接触时，可以用到650℃。

2、超声波缺陷探测仪

超声波缺陷探测仪，或称超声波探伤仪，用以探测试件中不连续

性的缺陷，提供不连续三维位置的信息，并给出可用来评估产品质量的数据。选择使用仪器时，要使声波进入怀疑有缺陷的区域，引导声波射向垂直于缺陷平面的可疑的缺陷，或贯穿缺陷和几何表面形成的夹角，把大部分声波返回到用来发射和接收的单一发适器上来，同时还应考虑到扫描的覆盖面的大小。一个非常重要的因素是要选择好适当的耦合剂，使声音可以连续地从发射器传送到测试件并返回。根据简单的几何比例关系可以确定缺陷的空间位置，根据反射波的强弱，采用当量法或半波法可以确定缺陷的大小和范围。

超声波缺陷探测仪通常是用于探测焊接的裂纹。焊接裂纹可以出现在焊接金属任何区域。裂纹通常平行于焊缝的中心线方向。高强度螺栓、压缩机驱动轴以及其他工艺设备的部件，都容易在正常操作的寿命周期内产生疲劳裂纹。疲劳裂纹常常位于高应力区，出现在横截面变化处，横截于部件轴的平面内和主应力的方向。