(精选)超声波检测基本知识
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。
超声波检测专题知识
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
公共基础知识超声波检测技术基础知识概述
《超声波检测技术基础知识概述》一、基本概念超声波检测技术是一种利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部缺陷、测量材料厚度、确定材料性质等的无损检测方法。
超声波是指频率高于 20kHz 的机械波，其在不同材料中的传播速度、衰减程度和反射特性各不相同，这些特性为超声波检测提供了基础。
超声波检测主要涉及到超声波的发射、传播和接收。
通常使用超声波探头作为发射和接收超声波的装置。
探头中的压电晶体在电信号的激励下产生超声波，并将接收到的超声波信号转换为电信号，以供后续分析处理。
二、核心理论1. 超声波的传播特性- 超声波在均匀介质中沿直线传播，其传播速度取决于介质的弹性模量和密度。
不同材料中的传播速度差异较大，例如在钢中的传播速度约为 5900m/s，在水中的传播速度约为 1480m/s。
- 超声波在传播过程中会发生衰减，衰减的原因主要包括散射、吸收和扩散等。
散射是由于材料中的不均匀性引起的，吸收是由于材料对超声波能量的吸收，扩散则是由于超声波在传播过程中的扩散效应。
- 当超声波遇到不同介质的界面时，会发生反射、折射和透射等现象。
反射波的强度取决于界面两侧介质的声阻抗差异，声阻抗差异越大，反射波越强。
2. 超声波检测原理- 脉冲反射法：通过发射短脉冲超声波，当超声波遇到缺陷或界面时，会产生反射波。
根据反射波的到达时间、幅度和波形等信息，可以确定缺陷的位置、大小和性质。
- 穿透法：将超声波发射探头和接收探头分别放置在被检测材料的两侧，通过检测透射超声波的强度和波形变化，来判断材料内部是否存在缺陷。
- 共振法：利用超声波在被检测材料中产生共振的原理，通过测量共振频率和共振幅度等参数，来确定材料的厚度、弹性模量等性质。
三、发展历程超声波检测技术的发展可以追溯到 19 世纪末期。
当时，人们开始研究超声波的特性和应用。
20 世纪初期，超声波检测技术开始应用于工业领域，主要用于检测金属材料的内部缺陷。
在第二次世界大战期间，超声波检测技术得到了快速发展，被广泛应用于军事工业中，如检测飞机、舰艇等装备的零部件。
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识一、超声波的发生及其性质1、超声波探伤：利用超声波探测材料内部缺陷的无损检验法。
2、超声波探伤示意图二、超声波检测的原理：超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
三、试块四、焊缝超声波检测工艺要点1. 适用范围⑴、用A型脉冲反射式超声探伤仪器，以单斜探头接触法为主的检测方法。
⑵、适用于焊接件对接处厚度8～400mm的全熔化焊承压设备对接焊缝的超声波检测。
承压设备壁厚大于或等于4mm，外径为32mm～159mm或者壁厚为4～6mm，外径大于或者等于159mm的管子2、检测人员资格：⑴、检测人员必须经过培训，经理论和实际考试合格，取得相应等级资格证书的人员担任。
⑵、检测由II级以上人员进行，I级人员仅作检测的辅助工作。
3、检测设备、器材和材料⑴、使用的超声波仪器满足① JB/T9214-1999 A型脉冲反射式超声波探伤系统工作性能测试方法② JB/T10061-1999 A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件⑵、仪器、探头和系统性能a.在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应不小于10dB.b.仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于10%.c.仪器和直探头组合的始脉冲宽度(在基准灵敏度下)：对于频率为5HZ的探头，宽度不大于10 mm，对于频率为10HZ的探头，宽度不大于15 mm。
d.直探头的远场分辨力应不小于30dB. 斜探头的远场分辨力应不小于6dB。
e.探头①、晶片面积一般不应大于500mm2,且任一边长原则上不应大于25mm②、单斜探头声束轴线水平偏离角不应大于2°，主声束垂直方向不应有明显的双峰。
（3）试块a试块应采用与被检工件相同或近似声学性能的材料制成，该材料用直探头检测时，不得有大于ф2mm平底孔当量直径的缺陷。
超声波检测理论基础
超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射 (a) 纵波入射； (b) 横波入射
2.7 超声波倾斜入射到界面时的反射和透射
1.纵波斜入射
折射角相对于入射角的大小和折射波声速与入射波声速的比率有关。同时，由于纵波声速总是大于横波声速，因此纵波折射角βL要大于横波折射角βS。
当纵波倾斜入射到界面时，除产生反射纵波和折射纵波外，还会产生反射横波和折射横波，各种反射波和折射波的方向符合反射、折射定律。
2.5 超声场的特征值
在实际应用过程中，超声波的幅度或强度也用相同的方法即分贝表示，
2.5 超声场的特征值
实际检测时，常按此式 计算超声波探伤仪示波 频上任意两个波高的分 贝差。
目前市售的超声波探伤仪，其示波屏上波高与声压成正比，即任意两点的波高之比等于相应的声压之比，二者的分贝差
2.5 超声场的特征值
2011.11
超声波检测
第一章 绪论
5
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1.2超声检测的基础知识
次声波、声波和超声波 机械波是机械振动在弹性介质中的传播。如水波、声波、超声波 声波是在弹性介质中的传播的机械纵波，频率在20~20000Hz 频率低于20Hz的声波不能被人听到，称为次声波 频率高于20000Hz的声波人耳也听不到，称为超声波。探伤用超声波频率在(0.5~10)MHz
超声波的特点
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超声检测工作原理
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超声检测方法的分类
按原理：脉冲反射法、衍射时差法、穿透法、共振法
按显示方式：A型显示、超声成像显示
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按波型：纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法
超声波检测基本知识
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
液体、气体介质中超声波的传播速度
1、声速： 液体和气体中只能传播纵波，其波速与容变弹性模量
和密度有关。 C B
2、声速与温度的关系 除水以外，液体中的声速随温度升高而降低；水中声
速随温度升高而升高。
一些材料中的超声波声速
材料 钢 水
铝
有机玻璃 电瓷 空气
纵波声速 （m/s）
5900 1400
纵波发射的超声场
讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近 场长度、波束指向性的关系：
其声压幅值为
P
2P0
sin
(
RS 2 x2 x)
当 x 3时RS 2，/ 经简化处理得：
P P0RS 2 P0 FS
x
x
波源轴线上声压分布
1、近场区和近场长 波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压 极大和极小值的区域称为近场区。圆盘源近场 区有n+1个极大值和n个极小值。 最后一个极大值至波源的距离称近场区长度。 其值为： N DS 2 DS 2 FS
质点振动方向与波的传播方向相互平行的波，也称压缩波、疏密波。 纵波传播时，质点受交变拉伸应力作用，质点之间发生相应伸缩形变 ，质点疏密相间。
纵波可在固体、气体和液体中传播。 固体介质能承受拉伸或压缩应力,因此固体介质可以传播纵波;液体和 气体虽不能承受拉伸和压缩应力,但能承受压应力产生的容积变化,因此液 体和气体也能传播纵波。
声阻抗可理解为介质对质点振动的阻碍作用。 三、声强I
单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。
在同一介质中，超声波的声强与声压的平方成正比。
分贝与奈培
引起听觉的声强范围：10-16～10-4 W/cm2。 标准声强：引起听觉的最弱声强 I0=10-16 W/cm2 声强级：某点的声强I与标准声强I0之比的常用对数。单位：贝尔（B）。
超声波检测相关知识
三、超声波的分类：
根据波动传播时介质质点的振动方向相对 于波的传播方向的不同，可将波动划分为 纵波（压缩波或疏密波）、横波（剪切 波）、表面波和板波等。 1． 纵波（L）概念及产生机理 纵波是指介质中的质点的振动方向与波 的传播方向相互平行或一致的波，用L表 示。 当介质质点受到交变拉压应力作用时，质 点之间产生相应的伸缩变形，从而形成纵 波。这时介质质点疏密相间，故纵波又成 为压缩波或疏密波。凡能承受拉伸或压缩 应力的介质都能传播纵波。固体介质既可 承受拉力又可承受压缩力，因此固体介质 可以传播纵播。液体和气体介质虽不能承 受拉力，但能承受压应力产生体积或容积 的变化，因此液体和气体也可传播纵波。
• ⑴ 正压电效应：
• 晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应。 探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转为电能。
• ⑵ 逆压电效应：
• 当晶体材料在交变电场的作用下，产生伸缩变形的效应。 探头发射超声波，高频电脉冲激励探头压电晶片时，发 生逆压电效应，将电能转换为声能。 能够产生压电效 应的压电材料主要有石英、硫酸锂、铌酸锂等单晶材料、 钛酸钡、锆钛酸铅（PZT)、钛酸铅等多晶材料。另外， 目前在TOFD检测等需要高灵敏度探头的场合，压电复 合材料得到了广泛的应用。
• 按接触方法分类：有直接接触法和液浸法、电磁耦合法。直 接接触法就是在探头和试件表面之间涂有很薄的耦合剂，可 以认为试件与探头直接接触。液浸法是在探头和试件之间有 液体，超声波通过液体传播进入试件，液浸法受试件表面状 态影响不大，可以进行稳定的检测。电磁耦合法是利用电磁 探头产生的洛伦兹力或磁致伸缩效应在试件中激发和接收超 声波进行检测，探头和试件之间可以不接触，对工件表面状 态要求低。
• 20世纪70年代，英国原子能管理局无损检测研究中心哈维尔 （Harwell）实验室的提出了衍射时差法超声检测（TOFD）。TOFD 技术是一种利用缺陷端点的衍射信号检测和测定缺陷尺寸的超声检测 技术，近年来在西方工业发达国家已开始广泛应用。近年来，超声检 测技术一直是无损检测技术的研究热点，随着电子技术的不断发展， 新的超声检测技术应用层出不穷，如超声成像技术、导波技术、电磁 超声技术、超声相控阵技术、激光超声技术、量子声学技术等等。
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
超声波检测基础知识
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。
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识超声场特征值与规则反射体的回波声压一、超声场的特征值充满超声波的空间或超声振动所涉及的部分介质, 叫超声场。
超声场具有一定的空间大小和形状, 只有当缺陷位于超声场内时, 才有可能被发现。
描述超声场的特征值（即物理量）主要有声压、声强和声阻抗。
1.1.声压P超声场中某一点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在时的静态压强P0之差, 称为该点的声压, 用P 表示。
01P P P -=声压单位: 帕斯卡（Pa ）、微帕斯卡（μPa ）超声检测仪器显示的信号幅度值的本质就是声压P, 示波屏上的波高与声压成正比。
在超声检测中, 就缺陷而论, 声压值反映缺陷的大小。
1.2.声阻抗Z超声场中任一点的声压与该处质点振动速度之比成为声阻抗, 常用Z 表示。
c u cu u P Z ρρ===//声阻抗的单位为克/厘米2·秒（g/cm 2·s ）或千克/米2·秒（kg/m 2·s ）1.3声强I单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强, 常用I 表示。
单位是瓦/厘米2（W/cm2）或焦耳/厘米2·秒（J/cm2·s ）。
ZP Zu I 222121== 1.4分贝在生产和科学实验中, 所遇到的声强数量级往往相差悬殊, 如引起听觉的声强范围为10-16~10-4 W/cm2, 最大值与最小值相差12个数量级。
显然采用绝对值来度量是不方便的, 但如果对其比值（相对量）取对数来比较计算则可大大简化运算。
分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。
通常规定引起听觉的最弱声强为I1=10-16 W/cm2作为声强的标准, 另一声强I2与标准声强I1之比的常用对数成为声强级, 单位为贝（尔）（B ）。
Δ=lg(I2/I1) (B)实际应用贝尔太大, 故长取其1/10即分贝（dB ）来作单位:Δ=10lg(I2/I1)=20lg(P2/P1) （dB ）二、通常说某处的噪声为多少多少分贝, 就是以10-16 W/cm2为标准利用上式计算得到的。
超声波检测基础知识
第九章 超声波检测基础知识
金属的探测中用的是高频率的超声波。
01
优点为：
02
超声波的指向性好，能形成窄的波束；
03
波长短，小的缺陷也能够较好地反射；
04
距离分辨力好，分辨缺陷的能力高。
05
综述
超声波的发生和接收
工业探伤用的高频超声波，是通过压电换能 器产生的。 通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶片既作发射又作接收。
05
频率的选择
06
晶片直径、折射角的选定来自07探伤面修整
08
耦合剂和耦合方法的选择
09
确定探伤灵敏度
10
进行粗探伤和精探伤
11
写出检验报告
12
9.4超声波检测工艺要点
面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低
适合检验厚度较大的工件，不适合检验较薄的工件
应用范围广，可用于各种试件
检测成本低、速度快，仪器体积小，重量轻，现场使用较方便
无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度不高
检测结果无直接见证记录
对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确
材质、晶粒度对探伤有影响
工件不规则的外形和一些结构会影响检测
不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而影响检测精度和可靠性
9．5 关于超声波检测特点的概括
斜射探伤法
9．3 试块
试块的用途 确定合适的探伤方法。 确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。 校验仪器和测试探头性能。 ．试块的种类 根据试块的用途，可分为三大类： 调节仪器及测试探头的试块； 纵波探伤用试块； 横波探伤用试块。
基本操作
01
探伤时机选择
02
探伤方法选择
03
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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%。
Sinα
SinβS
=
=
C 1L
C2S
Sin βL = SinαS’
C 2L
C1S
αS’ α αL’
βS βL
一、超声波的性质
α
(2)第一临界角
介质1
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
介质2
射角为第一临界角α I。
βL βS
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
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，其他检测手段无法相比。
一、超声波的性质
场区声压为零处也不
能发现。
近场长度计算 N=(D2- λ2)/4λ
二、超声波的发射与接收
在声束径向上的声压分布 情况： 分别是晶片附近、1/2 N和 1 N处声压分布
在声束径向上的声压分布 情况： 分别是N1、3N和6N处声压 分布
二、超声波的发射与接收
4）横波发射声场
常用的横波探头， 是使纵波倾斜入射到 界面 上，通过波型 转换来实现横波探伤 的。纵波入射角应在 第一临界角与第二临 界角之间，纵波全反 射，在工件中只有横 波存在。
我国习惯：斜探头的横波折射
S
角用横波折射角度的正切值表
示，如K=2
二、超声波的发射与接收
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
纵波声速 米每秒 5900 1400
2720
6260 4700
横波声速米 每秒 3230 -----
1460
3080 2260
一、超声波的性质
4、超声波的反射 折射 波型转换 （1）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 介质1 会产生反射纵波反射横折射纵波折 介质2 射横波，反射、折射角度符合一般 的反射折射定律。
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
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。
三、超声波探伤原理
探伤方法分类 ① 按波型分： a 纵波探伤：垂直探伤法 b 横波探伤：斜射探伤法 c 表面波探伤 ② 按耦合方式分 a 直接耦合接触法，又称接触法。 b 水浸法
三）超声波探伤原理
1）纵波探伤示意图 探头发射和接收超声波，发射 的超声波是脉冲波，脉冲超声 在工件中遇界面反射超声波， 超声再在探头中换成电信号经 放大后显示，显示屏上横坐标 表示超声波在工件中传播的时 间，纵座标表示反射的超声波 声压，与反射面积大小对应。
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、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。
二、超声波的发射与接收
3、纵波发射声场 圆盘声源辐射的纵波声场，晶片为圆形，在高频
的激励下产生振动，晶片上每个小区域都辐射超声 波，这些波某处叠加会加强，另一处会减弱。
二、超声波的发射与接收
（1）超声场的形状如图 指向性用半扩散角表示， θ＝Sin-11.22λ/D。（ λ是波长， D是晶片直径）
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，出现的称为近场距离，此区域称近
场区。
No
探伤时缺陷在声场中
N
Image 才能被发现，如在近
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。
3、超声波的波型与声速
（1）纵波（L）
材料
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
钢
质中均能传播。
（2）横波（S）
水
质点的振动方向与传播方向相垂直 ， 有机玻
质点受到的是交变剪切应力的作用， 璃
故亦称切变波。液体和气体不能够承 铝
受剪切应力，故无横波传播。 铜
（3）表面波，在固体表面传播。
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。
一、超声波的性质
2、超声波的特点
（1）有良好的指向性： （2）能量高 由于能量（声强）与频率的平方成正比，故超声波的 能量远大于声波的能量 I1/I2=1MHz2/1KHz2=100万倍。