浅谈粗晶材料及其超声检测技术
基于超声波检测技术的金属材料检测研究
基于超声波检测技术的金属材料检测研究随着工业的不断发展，金属材料已经成为各种工业制品不可或缺的原材料之一。
对于金属材料的质量要求越来越高，因此需要采用更加精确的检测方法。
超声波检测技术作为一种非常先进的金属材料无损检测技术，已经广泛应用于工业领域中。
本文将介绍超声波检测技术及其在金属材料检测中的应用。
一、超声波检测技术的原理及优点1.1 超声波检测技术原理超声波检测技术是利用超声波在材料中的传播特性来检测材料中的缺陷和材质变化的一种非破坏性检测技术。
当超声波在材料中传播时，如果遇到材料中的缺陷或材质变化，会发生声波的反射和衍射，这些反射和衍射波可以被接收器接收并转化为电信号。
通过分析这些电信号可以确定材料中的缺陷位置、形状和大小等信息。
1.2 超声波检测技术优点超声波检测技术具有以下优点：（1）非破坏性检测，不会对材料造成任何损伤；（2）检测结果准确可靠；（3）可以对材料内部进行检测，不受表面腐蚀等因素的影响；（4）检测速度快，可以对大面积的材料进行全面检测。
二、超声波检测技术在金属材料检测中的应用2.1 超声波检测技术在金属材料缺陷检测中的应用超声波检测技术可以用于检测金属材料中的各种缺陷，包括裂纹、夹杂、孔洞、气泡等。
超声波检测技术可以确定缺陷的位置、大小、形状等信息，并且可以判断缺陷的类型和程度。
在金属材料生产中，超声波检测技术可以用于在生产过程中及时发现缺陷并采取措施进行修复，以确保产品质量。
2.2 超声波检测技术在金属材料结构检测中的应用超声波检测技术可以用于检测金属材料的结构，包括材料的厚度、硬度、密度等。
与传统的测厚仪、硬度计等检测仪器相比，超声波检测技术的检测范围更为广泛，可以对材料表面和内部进行全面检测。
在制造金属制品中，超声波检测技术可以用于在加工过程中确定金属材料的加工情况，以确保产品质量。
2.3 超声波检测技术在金属材料无损检测中的应用超声波检测技术是一种非破坏性检测技术，可以在不损坏金属材料的情况下对其进行全面检测。
超声在金属材料检测中的应用及其机理研究
超声在金属材料检测中的应用及其机理研究随着工业技术的不断进步和金属材料的广泛应用，对金属材料的质量控制和检测变得越来越重要。
在检测中，超声技术是应用最广泛、技术最成熟的一种检测方法之一。
本文将介绍超声技术在金属材料检测中的应用和机理研究，以期更好地了解超声技术在工业生产中的作用。
一、超声技术在金属材料检测中的应用超声技术是一种利用声波探测物体内部缺陷和结构的方法，具有无损、高效、高可靠性等特点，因此被广泛应用于金属材料的检测中。
常见的超声检测方法主要有以下几种：1. 脉冲回波法脉冲回波法是最早开发的一种超声检测方法，它通过将超声传递到被测材料中并接收回传的声波信号来判断材料内部的缺陷。
该方法可以检测出多种不同形状和大小的缺陷，如裂纹、夹杂、硬化、腐蚀等。
2. 相控阵技术相控阵技术是一种先进的超声检测技术，它通过多个发射和接收超声波的传感器，可以实现对被测物体的全方位扫描和成像。
该技术不仅可以检测出缺陷，还可以提供更为精确的缺陷位置和大小信息。
3. 超声波传播时间差法超声波传播时间差法是一种通过测量超声波在被测材料中传播的时间来判断材料内部缺陷的方法。
该方法简单易行，可适用于不同厚度和形状的材料，但对于深度较大的缺陷检测效果会有所降低。
二、超声技术在金属材料检测中的机理研究超声技术在金属材料检测中的机理研究主要涉及声波传播、反射和散射等方面。
在声波传播方面，研究表明，超声波在穿过金属材料时，会发生多次反射和折射，其波长和频率与材料的密度、弹性模量和传播速度等因素有关。
在检测中，我们常常会使用声速和声阻抗作为指标来描述材料的声学性质。
另外，超声波在与材料中的缺陷或界面相遇时，会发生反射、散射和透射等现象。
通过分析声波信号的反射和散射规律，可以推断出材料中的缺陷信息。
这些反射和散射信号的特点又受到诸多因素的影响，如缺陷的大小、形状、方向、深度和材料的物理性质等等。
总体来说，超声技术在金属材料检测中的机理研究，涉及了多个学科，如声学、材料科学、信号处理等等，也需要结合实际工业生产的需求，不断优化检测技术和方法。
超声检测技术在材料分析中的应用
超声检测技术在材料分析中的应用随着科技的不断发展，各种新材料不断涌现，并广泛应用于工业和社会生活的各个方面。
对于材料的质量和性能的控制和评估已经成为各个领域的重要问题之一，而这也使得材料分析技术日益重要。
其中，超声检测技术作为一种非破坏性、高效、准确的材料分析技术，被广泛应用于各个领域。
一、超声检测技术的基本原理超声波是频率高于人耳可听到的声波。
超声波在材料中传播时会受到材料的物理特性的影响，如密度、弹性、声速等。
通过超声波的传播时间、波形和幅度等特征，可以获取材料的内部结构、缺陷等信息，从而实现对材料性能的评估。
二、1.材料的缺陷检测：超声检测技术可以检测材料内部的裂纹、孔洞、气泡等缺陷，为材料的质量控制提供重要的依据。
在钢铁、金属、陶瓷等领域，超声检测技术被广泛应用。
2.信号传输线路的故障检测：超声检测技术可以检测信号传输线路中的连接问题、接触不良问题等，从而提升通讯网络的稳定性和可靠性。
3.医疗及生命科学领域：超声检测技术在医疗领域应用广泛，如超声心动图、超声检查等。
此外，在生命科学领域，超声检测技术也可用于生物组织的研究。
三、超声检测技术的应用案例1.汽车制造：超声检测技术在汽车制造行业中应用广泛。
通过超声检测技术，可以检测汽车钢板内部的气孔、裂缝、杂质等缺陷，从而提升汽车质量和安全性。
2.管道检测：在石油、化工、天然气等领域，超声检测技术可用于管道和管件的检测，检测管道内部是否有裂缝、腐蚀、阻塞等问题，从而发现隐患并及时解决。
3.船舶制造：在造船过程中，超声检测技术可以用于检测船体的板材、结构件、焊接缝等处的缺陷，从而提升船舶质量和安全性。
四、超声检测技术的未来发展随着科技的进步和各个行业对材料性能的要求提高，超声检测技术也将不断发展和完善。
一方面，超声检测技术将更加智能化，通过人工智能技术，实现快速、准确的对材料缺陷的分析和诊断。
另一方面，超声检测技术也将与其他技术融合，如光纤传感技术、图像处理技术等，从而实现更加高效、精准的材料分析。
浅谈粗晶材料及其超声检测技术
浅谈粗晶材料及其超声检测技术安东石油技术（集团）有限公司陈先富[摘要]本文介绍了几种常见粗晶材料的组织结构特点，理论上分析了粗晶材料晶粒度对超声检测的影响，总结了粗晶材料的现有超声检测方法。
超声检测是常规无损检测方法之一。
与其他方法相比，超声检测具有灵敏度高、穿透力强、指向性好、检测速度快、成本低等优点，因此在机械制造、冶金、航空航天、石油化工、铁路运输等众多工业领域中得到了广泛应用。
然而，当被检测材料的微观结构（如钢中的晶粒和铸铁中的石墨片）较大时，会造成严重的材料噪声和声波衰减，致使超声检测的高灵敏度、强穿透力等优越性严重下降。
因此，提高强散射材料缺陷检出能力和信噪比是无损检测领域中的重要研究课题。
粗晶材料是超声探伤中经常遇到的强散射材料，其对超声检测能力的影响是由材料本身组织特点决定的。
1．几种常见粗晶材料⑴奥氏体不锈钢工业生产中，通过向钢中添加镍、锰、氮等奥氏体化合金元素，抑制奥氏体转化温度，使常温下奥氏体相呈稳定状态，以获得奥氏体不锈钢。
奥氏体钢冷却时不经过相变，常温下的晶粒就是高温时的粗大奥氏体晶粒。
这使奥氏体不锈钢对超声的散射很大，散射信号作为噪声，在探伤仪屏幕上呈现草状回波，同时散射使衰减增大，缺陷信号强度大大降低。
另外，奥氏体钢的热处理（如固溶处理）并不能改变其奥氏体组织，无法细化晶粒。
因此，奥氏体不锈钢铸件都是粗晶粒的，很难进行超声探伤[1]。
⑵灰铸铁灰铸铁中含碳量高（大于 2.11%），材料内部含有大量片状石墨。
若进行超声检测，这些片状石墨和粗大晶粒会造成非常显著的散射回波和信号衰减，因此，通常灰铸铁件很难采用超声探伤[2]。
⑶粗晶钛合金相比粗晶奥氏体不锈钢和铸铁件，粗晶钛合金的晶粒要细些，晶粒度通常要小几个级别。
但由于钛合金往往用在飞机发动机等重要部件中，要求检出缺陷的尺寸小，对超声检测的灵敏度要求很高。
可以看出：粗晶材料所含晶粒是影响超声检测的主要因素。
2．材料晶粒度对超声检测的影响材料晶粒度对超声检测的影响表现在散射和衰减两个方面。
超声无损检测技术在金属材料中的应用
超声无损检测技术在金属材料中的应用超声无损检测(UT)是一种重要的无损检测技术，广泛应用于金属材料的质量控制和安全评估。
它可以检测金属材料中的内部缺陷、裂纹和异物等问题，同时还可以对材料的性质和特性进行评估。
以下是超声无损检测技术在金属材料中的应用的一些方面。
首先，超声无损检测可用于检测金属材料中的内部缺陷和裂纹。
这些缺陷和裂纹可能是由于材料制造过程中的缺陷，或者是后期使用过程中的疲劳、应力、腐蚀等因素导致的。
通过超声波的传播和反射特性，可以对材料进行穿透式或反射式检测，从而检测到内部缺陷和裂纹的位置、大小和形状。
其次，超声无损检测可用于评估金属材料的性质和特性。
通过测量超声波的传播速度和衰减等参数，可以获得材料的弹性模量、厚度、密度等物理特性。
这些参数对于评估材料的质量和可靠性非常重要。
此外，超声无损检测还可以用于检测金属材料中的异物。
异物的存在可能导致材料的结构和性能变化，甚至对材料的可靠性和安全性产生负面影响。
通过超声波的传播和反射，可以检测到金属材料中的异物，如包括气孔、夹杂等。
超声无损检测技术在金属材料领域的应用非常广泛。
例如，在航空航天、核能、汽车制造等行业中，超声无损检测被广泛应用于材料的质量控制和结构评估。
在航空航天工业中，超声无损检测可以检测飞机发动机叶片、飞机机身和悬挂系统等关键部件中的缺陷和裂纹。
在核能工业中，超声无损检测可以用于评估核电站设备和管道中的腐蚀和疲劳情况。
在汽车制造业中，超声无损检测可以检测汽车发动机、悬挂系统和车身结构等部件中的缺陷和裂纹。
总之，超声无损检测技术在金属材料中的应用非常重要。
它可以检测材料中的内部缺陷、裂纹和异物，并评估材料的性质和特性。
这些信息对于确保金属材料的质量和可靠性至关重要，并对确保工业设备和结构的安全运行至关重要。
超声波检测技术在材料科学中的应用研究
超声波检测技术在材料科学中的应用研究随着社会的发展和科技的进步，材料科学也逐渐成为人们关注的焦点。
为了能够更好地保证材料的质量和性能，人们不断研究应用各种先进的检测技术。
其中，超声波检测技术就是一种非常有效的方法，它不仅能够检测出特定材料中的微小缺陷，还能根据检测结果对材料进行进一步的分析和研究。
本文将详细介绍超声波检测技术在材料科学中的应用研究。
第一部分：超声波检测技术的基本原理超声波是一种高频机械振动波，其频率一般在20kHz以上。
由于其特殊的物理属性，超声波在工业生产和科研领域中得到了广泛的应用。
超声波检测技术则是利用超声波来研究和检测物质的一种方法。
其基本原理是：将超声波发射到被检测材料中，当超声波在材料中遇到材料内部的缺陷等不均匀性时，其能量就会发生相应的变化。
根据这种变化，我们就可以得到被检测材料的一些相关信息，比如缺陷的大小、位置、形状等。
第二部分：超声波检测技术在材料科学中的应用1.材料的检测和质量控制材料的质量控制是制造过程中非常重要的一环。
超声波检测技术可以帮助人们快速、准确地检测出材料中的各种缺陷。
这些缺陷可能是表面缺陷，也可能是内部缺陷，比如气孔、收缩缝等。
超声波检测技术不仅可以检测出这些缺陷的存在，还可以对其进行定性或定量的分析。
2.金属材料的疲劳性能研究金属材料常常用于复杂的机械设备和车辆等领域。
在工作过程中，由于外力的刺激，金属材料会发生变形、裂纹等现象。
超声波检测技术可以通过观察金属材料内部的疲劳损伤程度来研究其疲劳性能，预测其寿命和破坏模式，从而为制造者提供更加精确的建议和评估。
3.纤维增强复合材料的检测和性能评估纤维增强复合材料具有轻质、高强度、高模量等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车及船舶等领域。
但是，其制备过程中可能会出现一些问题，比如材料压损、裂纹等。
超声波检测技术可以帮助人们检测到这些问题，并对材料的力学性能、分子结构和热学性质等方面进行评估。
第三部分：发展趋势与前景展望随着材料科学不断进步，超声波检测技术也在不断发展和完善。
粗晶材料超声无损检测信号处理技术发展趋势
第24卷第5期2006年9物理测试P hysics Examination and T estingV ol.24,No.5 Sep.2006作者简介:柯常波(1981),男,硕士生; E -mail:k ech angb o@; 修订日期:2006-03-30粗晶材料超声无损检测信号处理技术发展趋势柯常波, 陈铁群(华南理工大学机械工程学院,广东广州510640)摘 要:在超声检测中,粗晶材料由于较大的噪声背景,严重影响着有用信号的检测,为了提高信噪比,文章介绍了几种新的粗晶材料检测信号的处理技术,包括相关技术、专家系统、小波包去噪技术以及神经网络技术,给出了几种技术的原理及应用,这些技术将推动超声检测信号处理技术向着实时和高效的方向发展。
关键词:粗晶材料;相关技术;专家系统;神经网络中图分类号:T G115.28+5 文献标示码:B 文章编号:1001-0777(2006)05-0037-05New Trends of Signal Processing of UltrasonicInspection in Coarse Grain MaterialsKE Chang -bo , CH EN Tie -qun(Co llege o f M echanical Eng ineer ing,South China U niver sity o f T echno log y,G uang zhou 510640,G uangdon,China)Abstract:Dur ing the ult rasonic inspection,it is hard to pick out the useful signal due to the stro ng no ise back -gr ound fr om coar se g rain mater ials.Several new methods o f signal pr ocessing wer e presented to impro ve the sig -na-l noise -rat io o f the mater ials,including cor relatio n technolog y,ex per t system,wav elet packets noise r eductio n and neural netw or ks.T he pr inciple and applicatio n fo r each metho d w ere intr oduced.It was show n t hat all these appr oaches make the signal pr ocessing techno log y o f ultr aso nic inspection mor e efficient and much in r ea l time.Key words:coar se g rain mater ials;cor relat ion technolog y;expert sy st em;neur al netwo rks粗晶材料在许多重要的工程结构中得到了应用,如奥氏体不锈钢被广泛应用于石油化工及核工业等领域,因此对奥氏体铸件、锻件等零部件进行无损检测是保证产品质量和安全运行不可缺少的一个工序。
粗晶材料超声无损检测信号处理新技术
粗晶材料超声无损检测信号处理新技术
柯常波;陈铁群
【期刊名称】《计量技术》
【年(卷),期】2006(000)011
【摘要】在超声检测中,粗晶材料由于较大的噪声背景,严重影响着有用信号的检测,为了提高信噪比,本文介绍了几种新的粗晶材料检测信号的处理技术,包括相关技术、专家系统、小波包去噪技术以及神经网络技术,给出了几种技术的原理及应用,这些
技术将推动超声检测信号处理技术向着实时、高效的方向发展.
【总页数】5页(P19-23)
【作者】柯常波;陈铁群
【作者单位】华南理工大学机械工程学院,广州,510640;华南理工大学机械工程学院,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TM91
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金属材料超声无损检测技术应用研究
金属材料超声无损检测技术应用研究金属材料超声无损检测技术是一种利用超声波对金属材料进行缺陷检测和性能评估的方法。
它具有非接触、非破坏、实时性强、灵敏度高等优点，被广泛应用于制造业、航空航天、能源等领域。
本文将以金属材料超声无损检测技术的应用研究为主题，分析其在不同领域的实际应用情况。
首先，金属材料超声无损检测技术在制造业中的应用越来越广泛。
在金属制品的生产中，超声波可以用来检测材料的内部气孔、夹杂物、裂纹等缺陷，并根据缺陷的位置、形状、大小以及数量等参数进行评估，以确保产品质量。
此外，超声波还可以用来检测金属零件的厚度变化、材料硬度分布等性能指标，为后续的加工和组装提供参考。
其次，金属材料超声无损检测技术在航空航天领域有着重要的应用。
在航空航天器的制造过程中，金属材料超声无损检测技术可以对涡轮叶片、航空发动机等关键部件进行缺陷检测，以确保其结构的完整性和功能的可靠性。
此外，该技术还可以用来对航空航天器的空间结构进行监测和评估，以及对耐高温材料的性能进行研究和改进。
再次，金属材料超声无损检测技术在能源领域的应用也十分重要。
在电力、核能等领域，超声波可以用来对燃料棒、管道、焊接接头等部件进行缺陷检测，以确保设备的安全运行和性能稳定。
此外，超声波还可以用来测量材料的应力分布，对材料的疲劳寿命进行评估，并对固体材料的声学性能和电磁性能进行研究，为能源设备的设计和优化提供数据支持。
最后，金属材料超声无损检测技术在环境保护和安全监测领域也有着广泛的应用。
超声波可以用来检测金属结构的腐蚀、氧化等状况，对环境中的污染物进行快速检测和定量分析，并能够对管道、桥梁、隧道等重要设施的结构健康状况进行监测和评估。
此外，超声波还可以用于地震勘探和地质探测，在找矿、灾害预警等方面发挥重要作用。
综上所述，金属材料超声无损检测技术在制造业、航空航天、能源以及环境保护和安全监测等领域的应用都发挥着重要作用。
随着科学技术的不断进步和实践经验的积累，相信该技术将会越来越成熟，并为各个领域的发展做出更多贡献。
超声无损检测技术在材料测试中的应用
超声无损检测技术在材料测试中的应用随着现代工业技术的不断发展，工业产品的质量越来越重要，而材料的质量也是工业生产中不可或缺的一个环节。
在材料的生产加工和使用过程中，为了保证其质量和安全性能，需要进行各种性能测试和质量检测。
而超声无损检测技术是一种常用的方法，它非常适合材料中各种缺陷的检测和定量评价。
一、超声无损检测技术的原理超声无损检测技术通过探头向被测物体发射一定频率的超声波，当波遇到材料中的缺陷或界面反射表面时，一部分能量将被反射回来到探头，进而可以通过探头接收和记录，最终形成一幅图像。
在材料的质量检测过程中，利用超声波在不同材料和缺陷中的传播速度和衰减特性，可以检测出材料的缺陷、孔洞、裂纹等不良缺陷，并对其进行定量分析和评价。
二、超声无损检测技术在材料测试中广泛应用于各种金属、合金、复合材料、陶瓷等材料的性能测试和质量检测。
在实际应用中，超声无损检测技术有以下几个方面的应用：1. 检测材料中的裂纹和缺陷利用超声无损检测技术可以检测材料中微小的裂纹或缺陷，定量分析其发展和扩大情况，以避免材料在使用过程中出现安全隐患。
此外，超声无损检测技术还可以用于腐蚀检测、硬度测量和层厚度测量等。
2. 检测焊接缺陷在焊接制造过程中，往往会因为人为操作不当或者材料缺陷导致焊接接头中存在各种缺陷。
利用超声无损检测技术可以对焊接接头进行全面检测，及时发现焊接缺陷并进行修复，保证焊接质量。
3. 检测管道和容器的内部缺陷在化工、石化等领域中，对于管道和容器的内部缺陷检测尤其重要。
而传统的非破坏性检测方法往往难以检测到内部缺陷。
而利用超声无损检测技术就可以在管道和容器内壁进行全面检测，实现非破坏性检测。
4. 检测材料的弹性模量和泊松比等物理参数利用超声无损检测技术还可以测量材料的弹性模量、泊松比等物理参数，衡量材料的力学性能，对材料的设计和选型提供更加科学可靠的依据。
三、超声无损检测技术存在的局限性虽然超声无损检测技术在材料测试中应用广泛，但也存在着一些局限性。
超声波透射技术无损评价粗晶材料平均晶粒尺寸
第38卷第2期1998年3月大连理工大学学报Journa l of Da l i an Un iversity of TechnologyVol.38,No.2M ar.1998超声波透射技术无损评价粗晶材料平均晶粒尺寸Ξ李喜孟, 林 莉(大连理工大学材料工程系,大连 116024)摘要 利用超声波透射法对粗晶材料的平均晶粒尺寸D进行了评定.研究结果表明,用超声波衰减变化∃Α能够对材料的平均晶粒尺寸的波动进行无损评价,计算机处理曲线的变化特征与样品金相分析的结果符合得很好.关键词 超声波;透射;衰减 粗晶材料;平均晶粒尺寸分类号 T G115.213.10 引 言 大多数多晶材料的力学性能,如强度和韧性,都与其晶粒大小有关.例如,铜和铝的拉伸屈服强度与其亚晶尺寸之间有着较好的线性关系〔1〕,其斜率因材料而异.目前,对材料晶粒尺寸的测定,主要采用传统的金相法,即在显微镜下直接观察.超声检测技术同样具有测定多晶体中平均晶粒度的能力,如通常应用背散射法来无损确定晶粒的尺寸〔2〕.本文在“高温厚壁管件超声检测技术”研究工作的基础上,依据超声波衰减与材料平均晶粒尺寸之间的关系,针对H K240、H P2N b等离心铸管平均晶粒尺寸粗大、分布非常不均匀的特点,利用超声透射技术,对信号进行快速采集和计算机处理,实现了对粗晶材料平均晶粒尺寸的超声无损评定.1 实验原理 超声波在金属中传播时,如果不计声束的扩展,则声波的衰减受两种因素的影响,即声波的散射和吸收.设入射声压为p0,则随声程x的增加,声压可从p0变化到p x:p x=p0exp(-Αx)(1)式中:衰减系数Α是吸收系数Αa和散射系数Αs之和,且它们都是频率的函数〔3〕,即Α(f)=Αa(f)+Αs(f)(2)吸收一般指声能直接转变成热.对于多晶金属,吸收可粗略地视为质点对振动的一种制动效应;通常吸收随频率的增大而增大,但上升的速率要比散射慢得多.在一般金属中,吸收衰减可以忽略〔4〕.在工程固体中,通常用散射来解释声能损失的最大部分.多晶体中有三种散射衰减过Ξ收稿日期:1997203221;修订日期:1997210220 李喜孟:男,1946年生,副教授程,这些过程用平均晶粒尺寸D 与主波长Κ的比来确定〔2〕.对瑞利散射过程,当ΚµΠD 时Αr =C r D 3f 4(3) 对随机散射过程,当Κ≈ΠD 时Αp =C p D f 2(4) 对漫散射过程,当ΚνΠD 时Αd =C d D -1(5)常数C r 、C p 、C d 包括几何参数、纵波和横波速度、密度和弹性各向异性参数.研究表明,相对较小的衰减变化通常与显微结构特性的显著变化相关〔2〕.依据上述散射理论,对某一种多晶材料,即使有缺陷存在,只要该缺陷不会导致声波产生大的衰减,便可用衰减的变化∃Α来评价材料不同区域内平均晶粒尺寸D 的差异.99.99◊纯铜在热处理后,其不同的平均晶粒度对应着衰减谱的不同曲线.在频率一定的情况下,随着平均晶粒尺寸的增加,超声波的衰减也明显增加〔2〕.材料中声波被散射的愈多,透过的声能将愈少.利用透射声能的衰减来评价材料的晶粒尺寸的变化,与背散射法具有异曲同工之妙.尤其对于粗晶材料来说,晶粒粗大,衰减严重;由于用透射法时声程仅为反射法的二分之一,使得对粗晶材料的超声测定成为可能.图1 平面波斜入射透过三层介质的情况本研究针对C r 2N i 奥氏体不锈钢材质的组织结构特征及声学特点,采用如图1所示的方法测定透射声能的衰减.图中E 点发射探头发射的超声波信号,经介质 、 、 ,最后被F 点接收探头接收;Α为入射角;Βt 和Βl 分别为介质 、 中的入射角和折射角.实验过程中,介质 、 的作用是声耦合,介质 为被测对象.这是一个典型的超声波在多层介质中的传播问题.根据波动方程,介质 中,平面波的声压p 3及垂直振速u 3n 的数学表达式为〔5〕p 3(x ,z )=A 3exp {-j k 3〔x sin Βl -(z +l )co s Βl 〕}(6)u 3n (x ,z )=A 3Z 3n exp {-j k 3〔x sin Βl -(z +l )co s Βl 〕}(7)式中:A 3为介质 中正向波振幅;k 3为介质 中声波波数;Z 3n 为介质 的声阻抗.根据边界条件,即在z =0和z =-l 处满足声压连续性和垂直振速的连续性,可将其进行简化.在实验过程中,鉴于 、 介质都是水,并根据声压、波高与衰减系数之间的关系,最后可得出∃Α=1l sec Βt ln h 0h n (8)式中:h 0为标定试块所确定的透射波高;h n 为测定点的透射波高.此即为测定粗晶材料透射声波衰减系数变化值的数学模型;根据该模型编程,计算机对数据进行分析和处理.测定透射声能衰减的实验设备框图如图2.991 第2期 李喜孟等:超声波透射技术无损评价粗晶材料平均晶粒尺寸图2 透射法测定超声波衰减的实验设备框图2 实验结果 利用开发的计算机软件,对某氮肥厂一段转化炉(直径5=116mm )H K 240炉管的平均晶粒尺寸进行了超声评定.被测对象由四段平均晶粒尺寸不同的管段连接而成,实验中超声波发射探头和接收探头的频率为1M H z ,采集器的采样频率为5M H z .计算机处理结果及对应的金相组织照片如图3所示,实验过程中声程为定值.图3 超声波透射法衰减测量的计算机处理曲线及对应的宏观金相组织照片(金相样品用冷酸水溶液腐蚀,D a =1.50mm ,D b =0.95mm ,D c =0.69mm ,D d =0.32mm ) 结果表明,晶粒愈粗大,组织愈不均匀的管段,对声波造成的衰减也愈大,这是符合多晶固体散射衰减理论的.由于每一管段组织的均匀程度不同,对应的各段曲线也呈现出幅度不同的起伏.3 讨论与分析 (1)在利用超声反射法测定多晶材料的平均晶粒尺寸时,应备有标准试块①.采用透射法,对于细晶材料,由于被测材料的晶粒尺寸较为均匀,仍可用标准试块;但对粗晶材料而言,特别是离心铸造的高温合金,其晶粒形貌、尺寸都存在较大差异,组织很不均匀,很难用一个或几个标准试块对晶粒的分布情况进行概括.因此建议将不同晶粒度对应的曲线作为标准,存于计算机中,以便对被测材料的D 进行评估.(2)对D 变化较大的材料,只要预先能估测材料的D m ax 值,且选择一定频率的超声波使002大连理工大学学报 第38卷 ①A 745 745M 286.奥氏体锻钢件超声检测方法.美国无损检测标准汇编:上册.上海:上海材料研究所机械标准化技术服务部(内部出版),59其Κ≥ΠD m ax ,则可以通过对衰减变化的测量,直接分析D 的变化.(3)由于影响声波衰减的因素很多,衰减变化值只能对材料平均晶粒尺寸作出粗略的评价,必要时还需对材料进行金相观察.4 结束语 利用超声波透射技术测量粗晶材料对声能造成的衰减,可以实现对材料平均晶粒尺寸的无损评价.本研究工作为利用超声对材料晶粒度的精确评定作了有益的尝试.对于近年来开展的材料无损评价(ND E )具有积极意义.因此,利用无损方法对晶粒度和显微结构进行监测和分析,具有强大的诱惑力;在这方面进一步开展深入细致的探索有重要意义.参 考 文 献1 胡庚详,钱苗根主编.金属学.上海:上海科学技术出版社,1980.2852 美国无损检测手册超声卷:上册.北京:世界图书出版社,1996.594,617～618,615,6223 San iie J ,W ang T ,B ilgu tay N M .A nalysis of homomo rph ic fo r u ltrason ic grain signal characterizati on .IEEE Tran s Ultra son Ferroelec Freq Con tr ,1989,36(3):365～3664 李家伟.金属材料某些特性的超声表征.无损检测,1994,16(8):231～2325 何祚镛,赵玉芳编.声学理论基础.北京:国防工业出版社,1981.83Nondestructive eva lua tion of average gra i n size of coarse gra i nma ter i a ls ba sed on ultra son ic tran s m issive techn iqueL i X i m eng , L in L i(D ep t .of M ater .Eng .,D alian U n iv .of T echno l .,Ch ina )Abstract T he techn ique fo r evaluating the average grain size of coarse grain m aterials is in trodued .T he average grain size D can be nondestructively evaluated by m ean s of thechange of u ltrason ic attenuati on ∃Α.T he resu lts indicate that the characteristics of com p u ter p rocessing cu rve are iden tical to the m etallograp h ic analyses of sam p les.Key words u ltrason ic w aves ;tran s m issi on ;attenuati on coarse grain m aterials ;aver 2age grain size 102 第2期 李喜孟等:超声波透射技术无损评价粗晶材料平均晶粒尺寸。
粗晶材料超声检测信号的小波变换去噪方法
ｒ ｒ 耐 ｒ
ｓｉ ｉ ｕ ｓｄ ｉ ｈｓｐ ｒ Ｔ ｅｔ ｉ ｈ ｄ ｒｅｅ－ ｔ ｆ ｓｄｓ ｓｅ ｎｔｉ 叩ｅ ｏｒｓｒ ｎｔｅａ ￣＇ ￣ｅ 山ｅ ｃ ａ ｓ ，ｏ ｃ ｓ ｍ ｓ ｉ ｄ ｔ ｈ ｅＳ ｏ廿，叭。 ＮＲ ｌ ｍ ｄ佣 ｅｄｓｕｓ￣ ０ ｌ ｓｉ ｆ ｃ
Ｓｉ ｃ｝ ｃ ｎｅ ｅ
ｖ ．６ Ｎ １ ｄ Ｉ ｏ．
粗 晶材 料超 声检 测信 号 的小 波变 换 去 噪方 法
卢超 ， 坚 ， 李 张维 ， 彭应 秋
（ 南昌航 空工业学院剥控 工程 系， 西 南昌 ￣０３ ） 江 ０ ４
［ 摘 要 ］ 本文研究多尺度小波分析方法在租 品材料超声缺陷信号增强 中的应用 。在分析品粒噪声 和缺路信号额谱
ｄ ｔｃｅ ｎ ｅ ｓｌ ｅｅ ｔ ｄ Ｔ ａ ｉｙ
ｒ 肿 ．１ ｘ ｅ ｎｎａ ｒｓｌ ｈｗ ｝ 【ｈｅｎ ｒｅｈ ｄｉ Ⅺ ｄｒ ，肼ｄｔｅｄ ｆｃ 耐 ｋ ｅｐ ￣ｒｅ ｔｌｅｕｔ ｓｏ ｔＩ ｔ ａｌｏ Ｂｒ ｓ ａ ｒ 耐 ｈ ｅｅｔ
粗晶材 料 在 众 多 工 业 领 域 得 到 广 泛 应 用 。如 航 空 ， 天 工 业 使 用 的 钛 、 合 金 （ ｃ ） 高 温 合 金 航 钛 Ｔ４ 、 （ ＨＩ２ ； 电 ， Ｇ ）核 ３ 石化 ， 汽车工业 使用 的粗 晶奥 氏 体 钢 、 铁件 等。 由于核 工业 ， 空 航天 等部 门系 统安 全性 铸 航 要 求苛刻 ， 对材 料进行 可靠 的无 损检 测十分 必要 。在粗晶 材料 的超 声检 测 中 ， 粗大 晶粒 的散射 噪声 往往使缺 陷信号在传统超声探伤仪上难以识别。如何提高信噪比， 增加缺陷的检出率一直被关注。 由于晶粒噪声是时间随机相关的， 采用普通的平均算法滤波已不适用。基 于散射相关噪声分析， 发展了 若干增强粗晶材料超声信号的处理技术 ， 主要包括分裂谱（Ｓ ） ＳＰ 方法和 自 适应消噪方法 。分裂谱方法采
超声波技术在材料检测中的应用研究
超声波技术在材料检测中的应用研究随着科技的不断发展，超声波技术得到了广泛的应用，尤其在材料检测领域中，其作用越来越受到重视。
那么，超声波技术在材料检测中是如何应用的呢？一、超声波技术的原理超声波是指频率超过人耳听力范围的一种声波，其波长较短，穿透力强，因此可用来检测材料内部的缺陷和结构信息。
超声波检测技术依靠超声波在材料中传播的速度和反射率等物理参数，来确定检测对象的状况。
二、超声波技术在材料检测中的应用1. 金属材料检测金属材料中常常会存在缺陷，如裂纹、气孔等，这些缺陷易导致金属材料的破坏，从而影响金属产品的质量和安全性。
超声波技术可以通过检测时记录超声波的传播时间、反射强度等参数，来分析材料中的缺陷和结构信息，以实现金属材料的精确检测。
2. 建筑材料检测建筑材料中常常存在不均匀、裂纹、腐蚀等问题，可能会导致建筑物的结构失稳，影响建筑物的使用寿命和安全。
超声波技术可以通过对建筑材料进行超声波检测，来判断材料中是否存在问题，从而保证建筑物的质量和安全。
3. 动态材料检测动态材料指的是随着使用寿命的增加而不断发生变化的材料，如飞机、火箭、汽车等。
这些材料在使用中可能会产生裂纹、疲劳等问题，这会影响它们的安全性和可靠性。
超声波技术可以用来检测动态材料中的缺陷和结构状况，从而帮助提高动态材料的使用寿命和可靠性。
4. 医学检测超声波技术在医学检测中也有广泛的应用。
医学中使用的超声波是一种高频声波，可以在人体内部反射和散射，在显像区域产生回声，从而形成影像，以检测人体的器官和组织。
医学中的超声波检测技术已经成为一种非侵入性的诊断工具，具有无创、安全、准确等特点，对于人类健康事业具有十分重要的意义。
三、超声波技术在材料检测中的优缺点1. 优点（1）无损检测：超声波检测技术不会对材料造成任何损伤，可以对材料进行穿透式检测。
（2）高精度：超声波检测技术可以测量材料内部小到几毫米的缺陷，达到高精度的检测目的。
（3）远距离检测：超声波检测技术可以远距离对材料进行检测，无需接触材料。
超声波技术在材料检测中的应用
超声波技术在材料检测中的应用随着各种现代技术的不断发展，超声波技术已经成为一种十分重要的材料检测手段，被广泛应用于诸多领域。
它利用超声波在材料中的传播特性，通过对反射、折射、绕射和散射等现象的观察和分析，对材料的缺陷进行检测和诊断。
本文将从超声波技术的原理、仪器设备、检测方法、优缺点等多个方面对其在材料检测中的应用进行详细介绍。
一、超声波技术的原理基本原理是利用超声波在物质中的传播和反射特性，研究物质的构成、结构和缺陷等信息。
超声波是一种机械波，是弹性介质中的纵波，可以在大多数材料中传播，包括金属、非金属、塑料、液体、气体等。
当超声波在不同介质之间相遇时会发生反射、折射、绕射等现象，超声波的经过散射会在波前产生能量漫射，并回传到发射源，从而形成组织或材料的声波图像。
二、超声波技术的仪器设备超声波检测仪器主要由超声发生器、探头、接收器、放大器、计算机等组成。
其中最关键的设备是探头，探头的发射和接收元件是超声波进行检测的载体，它的检测能力决定了整个系统的检测精度。
超声波探头分为接触式和非接触式两种，接触式探头在检测试件前需要加液这样能够让超声波更好的传递，而非接触式的更多的是基于磁电耦合原理进行数据的读取。
三、检测方法超声波技术主要分为传统式和成像式两种检测方法。
传统的超声波检测是通过探头向被测物料中送出一段事先设定好的超声波脉冲，然后观察该波的传播过程中是否发生反射、散射等现象，从而判断材料中的缺陷情况。
成像式检测是将被测物料分成一系列相互垂直的平面，然后对每个平面内的缺陷进行扫描，形成一幅三维图形或二维图形的显示画面，从中快速检测出缺陷所在位置及其大小等信息。
四、超声波技术的应用超声波技术在材料领域的应用非常广泛，例如汽车、机械、电子、建筑等行业。
以下是常见的应用场景。
1.金属材料的检测超声波可以依靠其高频、高速的特性，将材料中的缺陷情况进行精准的检测和定位，例如金属板、金属管等材料的缺陷检测。
粗晶不锈钢超声波测厚精度探讨
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.35.058粗晶不锈钢超声波测厚精度探讨宋同乐(山东电力建设第三工程公司 山东青岛 266100)摘要：该文以粗晶不锈钢为研究对象，通过理论研究表明，超声波在试件中的传播声速是影响超声波测厚精度的关键参数。
而超声波在试件中的传播声速又受试件的材料与成分、温度、组织均匀性、表面氧化层及应力影响。
通过分析利用对比试块确定声速法、资料确定声速法、利用试件本身确定声速法，比较了3种方法的优缺点，探讨如何提高超声波测厚仪的测厚精度。
关键词：粗晶不锈钢 超声波测厚 精度 声速中图分类号：TU31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2019)12(b)-0058-02超声波测厚仪主要用于测量船体、油气管道、高压容器、锅炉等的壁厚，以及大面积板材的厚度，被测材质通常是钢为代表的金属类材[1]。
目前使用的超声波测厚仪大部分采用双晶探头，其原理是发射晶体间隔一定时间发射一次超声波，经试件的下表面反射至上表面并被探头的接收晶体接收，通过测量超声波在材料中的传播时间，即可换算为试件的厚度，并以数字显示。
换算公式如下。
H=-υt-2 (1)式（1）中：H为试件厚度；ν为声速；t为超声波在试件中往返一次的传播时间。
对公式（1）进行微分，可得：ΔH=Δυ·-t-2+Δt·-υ-2 (2)式（2）中：ΔH为厚度测量偏差，即试件测量厚度与实际厚度之差；Δυ为声速设定偏差，即试件设定声速与实际声速之差；Δt为时间测量偏差，即超声波在试件中往返一次的测量时间与实际传播时间之差。
公式（2）即是厚度偏差与时间偏差及设定声速偏差的关系式。
公式表明，试件厚度的测量偏差主要来自传播时间t的测量偏差Δt和超声波经过被测材料的声速υ的设定偏差Δυ。
目前的使用的数显测厚仪采用稳频晶振动产生的时间标准信号来测量时间间隔t，其精度相当高，对厚度的影响很小，可忽略。
粗晶材料信噪比的思考
从刘恩凯的日志当中，第一次关注ASME规定横波斜探头对信号噪声比有3：1的说法，个人觉得ASME对信噪比有要求是非常必要的。
不知道ASME当中斜射纵波探头有没有类似信号噪声比的相关要求？信噪比如何得到？相关规范及测试方法是否统一呢？从梁老的日志当中，同样关注这个问题。
带着这个问题，重新整理以前在做奥氏体不锈钢超声检测时做的一些基础实验。
以前也同样遇到过这么一个问题。
现针对信噪比进行文献搜索及整理，并谈谈我的一些认识。
之前的一些小实验：纵波斜射双晶针对奥氏体不锈钢焊缝进行检测时发现，射频模式下缺陷噪声比较低，约为20 log(66/52.5)=2dB;全检波模式下，其它参数不变，对应的缺陷噪声比为20 log (46.1/11.25)=12.25dB，同一缺陷处横波单晶斜探头（K1）缺陷噪声比为9.54dB。
同时全检波模式下，纵波斜射双晶探头能发现较弱自然裂纹的缺陷噪声比为20log(40.3/24.8)=4.21dB,相应的横波缺陷噪声比3.41dB，与噪声难以区分开，容易漏检；推测纵波极限缺陷噪声比为2dB，横波缺陷噪声比约为4dB。
（注：此次检测的试块为N08810自然裂纹试块。
该试块来之不易，为实际焊接模拟试块。
经历过各种检测，采用X射线机25分钟曝光检测发现三处裂纹，一处非常细微；采用源及加速器检测只发现两处大裂纹，第三处细微裂纹无法检出；采用普通横波探头发现两处疑似裂纹信号，用CSK-3A试块DAC 曲线确定灵敏度，信号为评定线附近，用自制N08810试块fai 2*30 DAC曲线确定灵敏度，信号为刚过定量线，第三处细微裂纹无法检出；对超声检测最严重处切割，宏观检测肉眼即可发现明显裂纹，裂纹自身高度5mm左右，实际图片见我的相册，采用纵波斜探头检测发现剩下两处裂纹，其中细微裂纹可检出；TOFD检测未发现相关缺陷，可能不适用。
目前试块被焊接试验室保管，可以借用，但不得拿走。
如有机会用相控阵进行检测，检测方法就基本全了）查阅国内超声教材《超声检测》郑晖2008版，信噪比有明确规定和测试方法。
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浅谈粗晶材料及其超声检测技术
安东石油技术（集团）有限公司陈先富
[摘要]本文介绍了几种常见粗晶材料的组织结构特点，理论上分析了粗晶材料晶粒度对超声检测的影响，总结了粗晶材料的现有超声检测方法。
超声检测是常规无损检测方法之一。
与其他方法相比，超声检测具有灵敏度高、穿透力强、指向性好、检测速度快、成本低等优点，因此在机械制造、冶金、航空航天、石油化工、铁路运输等众多工业领域中得到了广泛应用。
然而，当被检测材料的微观结构（如钢中的晶粒和铸铁中的石墨片）较大时，会造成严重的材料噪声和声波衰减，致使超声检测的高灵敏度、强穿透力等优越性严重下降。
因此，提高强散射材料缺陷检出能力和信噪比是无损检测领域中的重要研究课题。
粗晶材料是超声探伤中经常遇到的强散射材料，其对超声检测能力的影响是由材料本身组织特点决定的。
1．几种常见粗晶材料
⑴奥氏体不锈钢
工业生产中，通过向钢中添加镍、锰、氮等奥氏体化合金元素，抑制奥氏体转化温度，使常温下奥氏体相呈稳定状态，以获得奥氏体不锈钢。
奥氏体钢冷却时不经过相变，常温下的晶粒就是高温时的粗大奥氏体晶粒。
这使奥氏体不锈钢对超声的散射很大，散射信号作为噪声，在探伤仪屏幕上呈现草状回波，同时散射使衰减增大，缺陷信号强度大大降低。
另外，奥氏体钢的热处理（如固溶处理）并不能改变其奥氏体组织，无法细化晶粒。
因此，奥氏体不锈钢铸件都是粗晶粒的，很难进行超声探伤[1]。
⑵灰铸铁
灰铸铁中含碳量高（大于2.11%），材料内部含有大量片状石墨。
若进行超声检测，这些片状石墨和粗大晶粒会造成非常显著的散射回波和信号衰减，因此，通常灰铸铁件很难采用超声探伤[2]。
⑶粗晶钛合金
相比粗晶奥氏体不锈钢和铸铁件，粗晶钛合金的晶粒要细些，晶粒度通常要小几个级别。
但由于钛合金往往用在飞机发动机等重要部件中，要求检出缺陷的尺寸小，对超声检测的灵敏度要求很高。
可以看出：粗晶材料所含晶粒是影响超声检测的主要因素。
2．材料晶粒度对超声检测的影响
材料晶粒度对超声检测的影响表现在散射和衰减两个方面。
超声无损检测对象，通常是多晶体金属材料，其内部由大量随机分布的晶粒和晶界间夹杂物组成。
超声信号进入材料内部，会在各种界面发生散射。
超声波散射与材料晶粒平均直径有关,当晶粒平均直径-d与波长λ的比值小
于0.1时，散射现象微弱，对超声检测不会造成大的影响；而当比值大于0.1时，散射现象将显著增强，超声检测的信噪比降低灵敏度下降。
另外,超声波的散射还与材料各向异性程度、超声波频率等因素有关。
在瑞利散射区，散射系数
与晶粒平均直径、各向异性程度以及超声波频率f 之间的定量关系由下式给出
[3]：
43
2f d c s -=α
式中：s α为散射系数；2c 是与材料各向异性程度相关的常数；-d 为晶粒平
均直径。
可见，晶粒越粗大、材料各向异性程度越严重、超声波频率越高，则散
射越强烈。
图1示意性地表示了不
同晶粒度材料散射幅度曲
线与超声换能器频率响应
曲线的相对位置关系。
通
常，细晶粒材料散射幅度曲
线与换能器频带范围交叠
小，散射现象微弱，因此，
超声检测的信噪比和灵敏
度较高。
但对于粗晶粒材料
而言，因晶粒平均直径增
大，散射幅度曲线向低频方
向偏移，与换能器频带发生较大交叠，散射现象明显，信噪比低，常规的超声检
测规程通常无法实施，超声对缺陷的检测出能力严重下降。
散射会造成严重的材料噪声，而衰减则导致缺陷与底波信号等材料结构特征
信号的弱化，是导致超声检出能力下降的另一重要原因。
在声波的扩散、散射和
吸收过程中，粗大晶粒所造成的高衰减会使超声检测灵敏度严重下降。
总之，材
料晶粒度是超声检测灵敏度的重要影响因素。
3．粗晶材料的现有检测手段
目前人们对粗晶材料的检测的手段大致总结为三类：
⑴采用低频窄带探头进行检测
这是一种纯物理的方法，目的是避开可能发生强烈散射的频带，降低散射噪
声。
但这种方法探伤分辨率低，灵敏度低，对探头的窄带性和系列化要求较高。
⑵采用聚焦技术
一种传统的做法是采用大直径聚焦探头。
由于聚焦探头有一段聚焦细声束，
利用细声束进行探伤可以减少杂波，提高探测灵敏度。
另一种方式是采用相控阵
技术，实现焦点位置的动态控制，这样可以避免普通聚焦探头为实现全深度聚焦
检测而对不同深度范围频繁更换探头的麻烦。
聚焦技术可以以细声束和小聚焦区
域在一定程度上抑制散射噪声对检测的干扰，但单纯依靠聚焦，不可能达到我们
所期望的缺陷检出能力，因为在聚焦区内仍有大量的散射体存在。
⑶采用信号处理技术，提取缺陷信息
小波变换、分离谱等技术的运用，在粗晶材料超声信噪比增强方面取得良好
效果；数字信号处理技术的采用，则进一步提高了缺陷的超声检出能力。
超声检
测时频分析处理方法[4]，就是一种粗晶材料超声检测的时频分析处理方法。
该方
法先获得优质时频图像，然后提取时频图像缺陷信息，最后实现缺陷信息的A
型显示，可以检测粗晶材料中微小的缺陷，具有非常好的信噪比增强效果。
目前，粗晶材料检测仪器或系统的设计研发仍在快速发展，相信会有更多的粗晶材料无损检测新技术出现，以提高我们对粗晶材料的完整性评价能力。
[参考文献]
[1]胡建恺，张谦琳. 超声检测原理和方法.中国科学技术大学出版社，1993
[2]李家伟，陈积懋. 无损检测手册. 机械工业出版社，2002
[3]陈积懋，余南廷. 超声检测新技术. 科学出版社，1991
[4]施克仁，郭寓岷．无损检测新技术．清华大学出版社，2007。