第三章 超声波检测技术
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
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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
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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
超声波检测专题知识
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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
超声波检测(第三章)
式中
FS—波源的面积； λS2—第二介质中横波波长； L1—入射点至波源的距离； L2 —入射点至假想波源的距离。
• 式中 N1 —只有介质Ⅰ时，水中近场长度； • N2 —只有介质Ⅱ时，钢中近场长度 • C1—介质Ⅰ水中波速； • C2—介质Ⅱ钢中波速； • λ1—介质Ⅰ水中波长。 • λ2—介质Ⅱ钢中波长。
例：用2.5MHz，直径14mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知 水层厚度为20mm，钢中纵波声速5900m/s，水中纵波声 速1480m/s，求钢中近场区长度N。 解： C 5.9 2.36（mm） 钢中纵波波长 2 f 2.5
0 arcsin1.22 / DS 70 / DS
3、当θ>θ0时，|DC|<0.15,说明半扩散角以外的声压很低， 超声波的能量主要集中在半扩散角以内。2θ0以内的波束称 为主波束（或主声束），只有当缺陷位于主波束范围时， 才容易被发现。以确定的扩散角向固定的方向辐射超声波 的特性称为声束指向性。
析研究常常从液体介质入手，然后在一定
条件下过渡到固体介质。
3.1 纵波声场
一、圆盘波源辐射的纵波声场 波源轴线上声压分布
Z
Q o Y X x
P
P 0 Fs x
x
3Rs2
P － 波源轴线上任意一点声压； P0 － 波源的起始声压； FS －波源面积； Rs – 波源半径 λ －波长； x －轴线上Q点至波源的距离。
Z P(r,θ) X x P(r,0)
o Y
)θ
• 波束指向性
Y
3.83 )θ0
Dc
P(r , ) P(r ,0)
• 指向性系数：DC 波前充分远处任意一点的声压P(r,θ)与波 源轴线上同距离处声压P(r,0)之比。
S2011过程装备制造与检测复习
绪论1．过程装备从制造角度分为：2．压力容器按压力等级分为：3．压力容器按作用分为：4．压力容器按安全技术监督和管理分：5．压力容器的发展趋势：第一篇过程装备的检测第一章过程装备的定期检测1．过程装备的检测分类：2．定期检测分为：3．过程装备的常规检测方法：4．容器的剩余寿命（年）5．无损检测第二章射线检测机缺陷等级评定1．射线类型：2．射线检测的原理：3．射线的性质：4．射线检测的准备：第三章超声波检测及缺陷等级评定1．超声波检测的原理：2．超声波（>20000Hz的机械波）的性质：3．.①直探头？②斜探头？？③K值？④涂抹耦合剂的目的是？4．超声波检测准备：5．缺陷的定性评估：第四章表面检测及缺陷等级评定一、磁粉检测：1．.磁粉检测的原理：2．磁粉探伤的基本条件：3．磁化方法及应用：①周向磁化（横向磁化）：②轴向磁化（纵向磁化）：③复合磁化（旋转磁化），4．磁粉的特点：5．磁粉检测的特点：6．磁粉分类：7．磁粉性状：二、渗透检测：1．渗透检测的原理：2．渗透检测的步骤：3．渗透检测分类：第二篇过程装备制造工艺第五章钢制压力容器的焊接1.焊接接头的分类：2.焊接接头的基本形式：3.焊接接头位置的选择原则：4.坡口形式有：5.焊接线能量：6. 焊缝形状系数：7. 偏析与什么有关？8.焊接接头的基本符号9.常用的焊接方法有：10.手工电弧焊焊条牌号的含义：11.埋弧自动焊焊条焊剂牌号的含义：13.低碳钢、中碳钢、合金钢16MnR、奥氏体不锈钢焊接时应注意的几点？14.奥氏体不锈钢焊接的晶间腐蚀：15.焊接工艺性的评定方法：16.熔合比是指：母材金属在焊缝金属中所占的百分比。
17.异种金属焊接顺序：18.复合钢板的焊接顺序:19.焊后热处理的目的：20.焊后热处理规范：21.常用的焊后热处理方法：22、降低焊接残余应力和残余变形的措施：第六章受压壳体制造的准备1.钢材预处理：2.净化处理：3.净化处理的作用：4.净化处理的方法：5.划线：6.零件的展开尺寸确定方法：7. 号料（放样）：第七章成形加工1.受压壳体的成形加工包括：2.热卷与冷卷：3.常见的封头形式：4.封头的成形方法：5.封头制造的质量要求：6.管子的弯曲；7.弯管方法：8.换热管的拼接要求和u形管的弯制：9.管子弯曲的应力分析和容易产生的缺陷：10.管子与管板连接方式，特点及应用：11.冲压产生折皱的原因：12.由于钢板尺寸的限制，展开零件必须拼焊时，拼接焊缝应满足以下条件：13.下料：14.钢板弯卷的变形率：15.冲压力的计算公式：16.冲压模具设计：17.机械切割18.氧气切割原理切割原理、条件19.等离子切割第八章典型压力容器1.管壳式换热器的型号和表示方法：2.管子与管板连接方法：第三篇过程机器制造的质量要求第九章机械加工工艺规程1. 生产过程是？2.工艺过程是？3.生产纲领是？4.生产类型是？5.装夹？6. 装夹的方法？7.六点定位原理？过定位、欠定位、封闭环、增环、减环、完全定位、不完全定位？常见的定位方式及定位元件：（1）工件与平面单位：（2）工件以外圆定位：（3）工件以圆孔定位：①定位销：②圆锥销；③定位心轴：a圆锥心轴，b圆柱心轴；（4）工件以组合表面定位（5）V形块定位的优点:7 . 造成定位误差的原因有；8.工艺规程的设计原则：9. 工艺规程制定步骤：10.机械加工工艺规程的作用：工序：工位：安装：工位：工步：走刀：11.机械加工工艺规程：定义内容：要求：12.机械加工工序：13.热处理工序（用来改善材料的性能及消除内应力的）：14.拟定工艺路线的两个原则：15.加工阶段的划分：16.零件的技术要求包括：17.机械制造中的常用毛坯有：18.选择毛坯应考虑的因素：19.基准：选择粗基准的原则：选择精基准的原则：20.划分加工阶段目的：粗加工阶段：半精加工阶段：精加工阶段：21.划分加工阶段原因：22.加工余量和工序尺寸的计算：23.机床的选择原则：24.工艺装备：25.加工余量：26.尺寸链：27.尺寸链特征：28.工艺尺寸链的计算：1）【封闭环的基本尺寸】=【所有增环基本尺寸之和】-【所有减环基本尺寸之和】2）【封闭环的上偏差】=【所有增环的上偏差之和】-【所有减环的下偏差之和】3）【封闭环的下偏差】=【所有增环的下偏差之和】-【所有减环的上偏差之和】4）画尺寸链：5）提高封闭环精度的方法：6）公差分配原则：30.生产率：31.提高生产率的工艺措施：第十章机械加工精度1.机械加工精度：2.原始误差（工艺系统的误差）分类：加工误差：3.减小残余应力及其所引起变形的措施：零件的加工质量、加工精度的获得、尺寸精度获得、位置精度的获得？4.表面粗糙度对零件使用性能的影响：5.动误差、静误差6.主轴回转误差7.影响主轴回转精度的因数8.导轨导向误差影响导轨导向误差的因素、提高导轨导向精度的措施？9.传动链误差10.刀具误差包括？11.,工艺系统动刚度：12.影响工艺系统刚度因素：13.工艺系统的刚度对加工精度影响：14.减小工艺系统受力变形的措施15.工件残余应力的产生原因：16 .减小残余应力的方法：17 .工艺系统的热源：18.减少热变形对加工精度的影响：19.保证和提高加工精度的工艺措施：20.误差综合分析方法：21.细长轴加工工艺特点:第十一章机械加工表面质量1.零件的加工表面质量包括：2.机械加工表面质量对零件使用性能的影响：3.影响表面粗糙度的因素：4.磨削加工表面冷却硬化的因素：5.影响切削层表面残余应力的因素：第十二章装配工艺1.装配：2.装配精度：3.装配尺寸链：4.装配尺寸链的计算：5.装配工艺性的要求：6.常用装配方法：。
无损检测-超声波探伤
pd
3.5 垂直入射超声波在界面两侧声压的分配
界面声压反射率: 界面声压反射率
Rp=pr/pe=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)
界面声压透射率： 界面声压透射率：
Dp=pd/pe=2Z2/(Z2+Z1)
由上两式可见： ① 如Z1≈Z2 则 Rp ≈0 Dp ≈1
超声波检测无法检出声阻抗与焊缝金属很接近的金 属夹杂物的原因。 ②如Z2<<Z1 则 Rp ≈-1 Dp ≈0
αL
有机玻璃
α
钢 γ
3.12
外壳形状
5P8×12k2.5 k=折射角γ的正切值 晶片面积8×12mm2 发射接收f=5MHz 的超声波
2 横波探头的主要性能 ⑴折射角γ值（k值） 决定了声束入射于工件的方向和声波传播途 径，是缺陷定位计算的重要数据。 公称折射角：45 50 60 K值: 1.0 1.5 2.0 2.5 70
对奥氏体钢焊缝进行探伤时，宜选用频率较低的探头。
⑵吸收引起的衰减 因介质的粘滞性使部分声能转变为热 能而导致的声能损耗 ⑶声束扩散引起的衰减 随着传播距离的增大，波束截面增大 使单位面积上声能逐渐减小所致。
2 衰减表示方法与衰减系数 ⑴用底波高度或底波反射次数的多少粗略估计。
δ
（a） 3.8
（b）
L
α
αs αL
S1
L1
介质Ⅰ 介质Ⅱ γL γs L2 S2
3.7有耦合剂的反、折射
② 横波入射到钢/空气界面将 会产生反射纵横波
L 有机玻璃 α3m S 钢 L 空气 3.8 α3m示意图
α3m＝33.2o
⑶ 聚焦
五、超声波的衰减
随着声程的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象 1 衰减的原因 ⑴散射引起的衰减 超声波遇到尺寸与波长可比的障碍物，并因此而产生球 面波的现象称为超声波的散射。
第三章 超声波检测技术
4）高频型
第三节 超声波换能器的接口电路
一、超声波换能器的驱动电路
二、超声波换能器的接收电路
三、超声波换能器接收发送两用电路
第四节 超声无损检测
A型显示脉冲反射式超声探伤仪
A型显示脉冲反射式超声探伤仪采用按一定频率间隔发射的具 有一定持续时间的超声脉冲波，其探测结果以荧光屏显示，具有 灵敏度高、缺陷定位精度高、适应范围广的优点。
4．时基电路 时基电路即扫描电路，由延时、扫描两部分组成。同步脉冲信号 经延迟后，再去触发扫描电路，产生锯齿波电压，加在显象管的偏 转板上，使使电子束匀速移动进行扫描，扫描光点的移动速度与锯 齿波电压幅度变化成正比，只要控制锯齿波电压的斜率，就可以改 变扫描速度，使之与超声波在介质中的传播时间相一致，从而调整 探测范围。通过延迟一段时间后再进行扫描，可以把需要仔细观测 的某一区域展现在荧光屏上，便于对缺陷波观察。
(2)抗阻塞性。使用单探头探伤时．发射和接收电路将连在一起，因 此将有几百伏的发射信号加到放大器输入端，这使放大器在发射信 号过后的—段时间内不能正常工作．此现象称为阻塞。放大器因阻 塞不能正常放大的时间称为阻塞时间或阻塞区。如果在阻塞时间内 出现缺陷波，则缺陷波将得不到正常放大，这在实际探伤中是不允 计的。因此，在设计和检验放大器性能时，抗阻塞是—个很重要的 指标，必须把阻塞时间减小到探伤允许的范围内。
二、超声波的类型
超声波在介质中传播的波型取决于介质本身的固有特性和边界 条件、对于流体介质(空气、水等)，当超声波传播时，在介质 中只有拉伸形变而没有切变形变发生，所以只存在超声纵波； 在固态介质中，由于切变变形产生，故还存在超声横波。 1．纵波
当介质中的质点振动方向和超卢波传播方向相同时，此种超 声波为纵波波型，以L表示。任何介质，当其体积发生交替变 化时均产生纵波。由于纵波的产生和接收都较容易，所以纵波 在超声波检测中得到了广泛价用。
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ppt课件
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1、表面开口裂纹
1 2
1
2未焊透
1 2
3 4
1
2 13
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3、V形坡口根部未焊透
1
2 3
1
2 3
根部未焊透
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4、密集气孔
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2
1
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5、横向裂纹
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1
3
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6、根部未焊满
• 按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、 表面波法超声检测；
超声检测设备和器材包括超声波检测仪
第三章 超声波检测
第二节 超声检测设备
超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、试块、 耦合剂和机械扫查装置等。超声检测仪和探头对超声检测系统 的性能起着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后 的超声波信号进行接收、处理、显示的部分。由这些设备组成 一个综合的超声检测系统，系统的总体性能不仅受到各个分设 备的影响，还在很大程度上取决于它们之间的配合。随着工业 生产自动化程度的提高，对检测的可靠性、速度提出了更高的 要求，以往的手工检测越来越多地被自动检测系统取代。
第三章 超声波检测
第二节 超声检测设备 一、超声波检测仪 （一） 超声波检测仪及其分类
1.按超声波的连续性分三种类型：
(1)脉冲波检测仪：应用最为广泛
(2)连续波检测仪：用于超声显像和测厚
(3)调频波检测仪：适用于检查与探测面平行的缺陷
第三章 超声波检测
第二节 超声检测设备 一、超声波检测仪 （一） 超声波检测仪及其分类
2.按仪器的显示主要分三种类型： 根据反射的显示方式及显示内容又可分为A显、B显、C显三 种类型； A型主要显示反射面在试件中的埋藏深度及反射信号的幅度， B型主要显示反射面在试件纵截面上的分布， C型则主要显示反射面在平面视图上的分布。
第三章 超声波检测
第三章 超声波检测
第三章 超声波检测
4.主要性能指标：
工作频率范围 衰减器 垂直线性误差 动态范围 扫描范围 最小探测距离 远场分辨率 脉冲移位范围 灵敏度余量 0.5～10MHz 80dB，（20dB×2、2dB×20） ≤5% ≥30dB 10～5000mm（钢纵波） 配用5N14窄脉冲探头≤3mm ≥30dB （2.5P20-D探头） 0～400mm（钢纵波）
利用超声波技术非侵入式检测井下煤矿构造研究
利用超声波技术非侵入式检测井下煤矿构造研究第一章引言煤炭是我国能源的重要来源，然而，随着国家对环境保护、安全生产的要求日益提高，对于煤矿工人的安全和人身财产的保护也越来越重视。
非侵入式检测技术是解决现代煤矿安全问题的重要手段之一。
而利用超声波技术进行非侵入式检测是一种非常可行的技术手段。
本文主要探究如何利用超声波技术进一步提高煤矿的安全性。
第二章相关技术介绍2.1 超声波技术原理介绍超声波指的是波长小于20kHz的声波，由于其具有高频、高声强、方向性高等特点，广泛应用于生产生活中。
超声波检测技术是利用超声波在物体内部传递的方式，在物体内部产生信号，通过对信号的处理，得出物体内部状态的一种检测方式。
2.2 超声波测量技术超声波测量技术是一种非接触式测量技术，能够对被测量物体进行高精度的测量，并且可以在不破坏被测体表面的情况下完成测量工作。
超声波测量技术主要包括离子声波法、电磁法、光学法、电声法、压电复合法等。
第三章超声波技术在煤矿安全中的应用研究3.1 构造检测煤矿井下开采过程中，由于地质条件的复杂性，容易导致煤矿工人的生命安全受到威胁，因此煤矿的结构检测显得尤为重要。
利用超声波技术进行构造检测，可以获得煤矿内部的各种详细信息，如煤体中存在的裂缝、空洞等，从而给出保护措施。
3.2 瓦斯检测煤矿中的瓦斯常常引起矿井内瓦斯爆炸，并且导致大批矿工死亡。
基于超声波技术的瓦斯检测可以实现非接触式的瓦斯检测，通过检测瓦斯的波速来实现瓦斯浓度的检测。
采用超声波技术进行瓦斯检测，可以大大提高煤矿的安全性。
3.3 实时监测超声波技术在煤矿安全中的应用还可以实现煤矿的实时监测。
通过实时监测，可以准确地了解煤矿的情况，并且在煤矿内部发生异常时能够及时进行预警。
第四章实验研究通过实验验证超声波技术在煤矿安全中的应用效果。
实验过程中，采用超声波检测仪器对煤矿进行了构造检测、瓦斯检测等。
实验结果表明，采用超声波技术进行非侵入式检测可以精确地获得煤矿的内部状态信息，并且能够实现对瓦斯浓度的准确检测，实验数据表明采用超声波技术能够有效地提高煤矿的安全性。
超声检测-基本原理
超声波物理基础
传播规律
① 异质界面的垂直入射：当声波从一种介质 （A）进入另一种介质（B）时，传播特性产生变化。 声波在两种不同介质的结合面（界面）上可分为反 射声波与透射声波两种。反射和透射声波的比例， 与组成界面的两种介质声阻抗有关。
超声波物理基础
当入射介质（A）的声阻抗等于或近似另一介质 （B）的声阻抗时，不产生或基本不产生反射波，所 以当超声波垂直入射到两种声阻抗差很小的介质组 成的界面时，几乎全透射，无反射。因此在焊缝探 伤中，若母材与焊缝金属结合面没有任何缺陷，是 不会产生界面回波，这是直探头探伤的原理。
超声波是由压电晶片的逆压电效应产生的。 探伤使用的超声波频率一般为0.5～10MHz，
其中以2～5MHz最为常用。
超声波物理基础
超声波的性质
1、超声波具有良好的指向性； 2、超声波能在弹性介质中传播，不能在
真空中传播； 3、异质界面上的透射、反射、折射和波形
转换 ； 4、具有可穿透物质和在物质中有衰减的
钢结构焊缝超声检测 基本原理
目录
第一章 超声波物理基础 第二章 检测设备与器材 第三章 探伤方法 第四章 检测技术 第五章 超声波检测的优点与局限性
第一章 超声波物理基础
超声波物理基础
什么是超声波
超声波是声波的一种，是机械振动在弹 性介质中传播而形成的波动，通常以其波动 频率 f 和人的可闻频率加以区分超声波与其 它声波种类：
第二章 检测设备与器材
检测设备及器材 超声波探伤仪
检测设备及器材
超声波探伤仪有多种分类方式：
按超声波的连续性可分为脉冲波探伤仪、连续 波探伤仪、调频波探伤仪；按仪器的信号处理方式 可分为模拟型探伤仪和数字型探伤仪；按缺陷显示 方式分为A型显示、B型显示、C型显示和3D型显示 超声波探伤仪，按超声波的通道数目分为单通道和 多通道探伤仪两种。
超声波检测技术在工业中的应用
超声波检测技术在工业中的应用正文：第一章超声波检测技术的概述超声波检测技术是指利用声波来检测物体内部缺陷或者表面的损伤，它是一项非破坏性的测试技术。
它具有分辨率高、灵敏度高、速度快、对测试对象没有损伤等优点，在工业领域得到了广泛的应用。
第二章超声波检测技术的原理超声波是一种高频声波，频率在20 kHz以上，无法被人耳所听到。
当超声波通过物体时，其声波的传播速度与物体的材料、密度和结构等因素有关。
如果物体内部或者表面存在缺陷，则超声波的传播速度就会发生变化。
利用这种原理，超声波检测仪器可以检测出物体内部或者表面的缺陷。
第三章超声波检测技术的应用3.1 超声波检测在航空航天领域中的应用航空航天领域的零部件通常都有严格的硬度要求和无损检测要求。
超声波检测技术可以快速、准确地检测出零部件的内部或者表面缺陷，确保零部件的质量标准。
3.2 超声波检测在汽车制造领域中的应用在汽车制造领域中，超声波检测技术可以用于检测引擎缸壁、制动盘、变速器和各种管道系统等零部件的质量，确保它们符合设计要求和性能要求。
3.3 超声波检测在建筑领域中的应用在建筑领域中，超声波检测技术可以用于检测建筑结构的缺陷，例如混凝土墙面和混凝土桥墩等的缺陷。
这种技术可以在不破坏建筑结构的情况下快速检测出缺陷，提高建筑质量。
3.4 超声波检测在钢铁领域中的应用在钢铁领域中，超声波检测技术可以用于检测钢材的内部缺陷，例如飞边、夹层、气泡等缺陷。
这种技术可以在钢材出厂前进行检测，保证钢材质量。
第四章超声波检测技术的优缺点4.1 优点：（1）非破坏性检测：超声波检测技术不会对被测试物体造成任何损伤。
（2）分辨率高：超声波可以探测非常小的缺陷。
（3）灵敏度高：超声波可以在测试材料内部或者表面探测到微小的变化。
（4）速度快：超声波检测技术可以在很短的时间内完成检测。
4.2 缺点：（1）对测试环境有要求：超声波检测需要在相对安静的环境中进行。
（2）需要专业的技术：超声波检测需要专业的技术人员进行操作和解读。
第三章超声波题库
第三章一、是非题3.1 超声波探伤中，发射超声波是利用正压电效应，接收超声波是利用逆压电效应。
( )3.2 增益 100dB 就是信号强度放大 100 倍。
( )3.3 与锆钛酸铅相比，石英作为压电材料有性能稳定、机电耦合系数高、压电转换能量损失小等优点。
( )3.4 与普通探头相比，聚焦探头的分辨力较高。
( )3.5 使用聚焦透镜能提高灵敏度和分辨力，但减小了探测范围。
( )3.6 点聚焦探头比线聚焦探头灵敏度高。
( )3.7 双晶探头只能用于纵波检测。
( )3.8 B 型显示能够展现工件内缺陷的埋藏深度。
( )3.9 C 型显示能展现工件中缺陷的长度和宽度，但不能展现深度。
( )3.10 通用 AVG 曲线采用的距离是以近场长度为单位的归一化距离，适用于不同规格的探头。
3.11 在通用 AVG 曲线上，可直接查得缺陷的实际声程和当量尺寸。
( )3.12 A 型显示探伤仪，利用 D.G.S 曲线板可直观显示缺陷的当量大小和缺陷深度。
3.13 衰减器是用来调节探伤灵敏度的，衰减器读数越大，灵敏度越高。
（）3.14 多通道探伤仪是由多个或多对探头同时工作的探伤仪。
( )3.15 探伤仪中的发射电路亦称为触发电路。
( )3.16 探伤仪中的发射电路亦可产生几百伏到上千伏的电脉冲去激励探头晶片振动。
( )3.17 探伤仪的扫描电路即为控制探头在工件探伤面上扫查的电路。
( )3.18 探伤仪发射电路中的阻尼电阻的阻值愈大，发射强度愈弱。
( )3.19 调节探伤仪“深度细调”旋钮时，可连续改变扫描线扫描速度。
( )3.20 调节探伤仪“抑制”旋钮时，抑制越大，仪器动态范围越大。
( )3.21 调节探伤仪“延迟”旋钮时，扫描线上回波信号间的距离也将随之改变。
( )3.22 不同压电晶体材料中声速不一样，因此不同压电材料的频率常数也不相同。
( )3.23 不同压电材料的频率常数不一样，因此用不同压电材料制作的探头其标称频率不可能相同。
基桩完整性检测(声波透射法)
1.3 超声波的特点
4、超声波的能量比声波大得多。
5、超声波在固体中的传输损失很小，探测 深度大，由于超声波在异质界面上会发生反 射、折射、衍射等现象，尤其是不能通过气 体固体界面。如果介质中有气孔、裂纹等缺 陷（缺陷中有气体）或夹层，超声波的传播 路径会发生改变，对应的声时、声速、声幅 值等参数发生不同程度的变化，由此来判断 缺陷类型与程度。
谢谢大家！
6、现场拉升换能器的人员需要佩戴防滑手 套，拉升过程中要保持缓慢匀速状态；
7、提升过程中，如发现换能器卡在声测管 内，不要用力拉拽；
8、检测结束后，及时清理深度计数轮及从 动轮中的泥土。
第四章 数据分析与判断
4.1 波速、波幅及频率计算
4.1 波速、波幅及频率计算
4.1 波速、波幅及频率计算
1、原始数据通过分析软件打开后，对于可疑数据首先 确认该测点首波是否搜索准确；
2、对于疑似存在缺陷的基桩，应及时采用加密测点、 斜侧、线型扫射等方法进行复测；
3、对于类型判定存在争议的基桩，可采用取芯、开挖 等方式进行扩大验证；
4、结果判定前应区分该基桩为钳岩桩还是摩擦桩； 5、准确解读检测依据中的判定标准。
超声波检测技术
第1章 超声波法的基本知识 第2章 超声波法的基本原理 第3章 现场测试技术 第4章 数据分析与判断 第5章 工程实例
第一章 超声波法的基本知识
检测示意图
1.1 检测依据
《公路工程基桩动测技术规程》JTG/T F81-01-2004 （适用于低应变法、超声波法、高应变法）
1.2 名词解释
检测原理
超声脉冲信号在混凝土的传播过程中因发生衍 射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，使接 收信号在混凝土中传播的时间、振动幅度、波 形及主频等发生变化，这样接收信号就携带了 有关传播介质（即被测桩身混凝土）的密实缺 陷情况、完整程度等信息。由仪器的数据处理 与判断分析软件对接收信号的各种声参量进行 综合分析，即可对桩身混凝土的完整性进行检 测，判断桩基缺陷的程度并确定其位置。
第三章超声波检测技术
二、超声波的类型 1.纵波
纵波示意图
2.横波
横波示意图
3.表面波
4.板波
5.棒中的波 细棒中可产生纯纵波、弯曲波和扭曲波。 6.平面波 7.球面波
平面波
球面波
三、介质的超声传播特性 1.声速
超声波在介质中传输的速度即介质的声速。
2.声阻抗
声阻抗定义为传声介 质的密度与声速的乘积。
发射电路在同步脉冲作用下产生一高频调幅振荡即产生幅度调制波正弦填充脉冲猝发脉冲burstimpulse发射电路一方面将调幅波送入高频放大器放大使荧光屏上显示发射脉冲如荧光屏上的第一个脉冲另一方面将调幅波送到超声波探头激励探头产生一次超声振荡超声波进入人体后的反射波由探头接收并转换成电压信号该电压信号经高频放大器放大检波功率放大在荧光府上将显示出一系列的回波它们代表着各组织的特性和状况
3.声衰减 产生的原因可分为三个方面： （1）由于波前的扩般而产生的能量损失； （2）超声波在介质中的散射而产生的能量损 失，即散射损失 （3）由于介质内耗所产止的吸收衰减。
第二节 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。 常用：压电换能器和磁致伸缩换能器
A型显示超声探伤仪方框图
电路各部分功能：
1.同步电路： 同步电路又称为触发电路，它产生周 期性的脉冲信号电压，用以同时触发仪器各部分电 路协调工作，是整机的指挥中心。 2.发射电路：发射电路用来产生高频、高幅度的窄 脉冲信号，通过超声换能器转换成超声波，从而对 被检测对象进行探测。要求如下： 发射功率大 脉冲宽度窄
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
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5、捧中的波
细棒中可产生纯纵波、弯曲波和扭转波。在材料检测中比较有 用的是棒中的纵波，由声波导理论可知，棒中纯纵波的产牛条件是 超声源的策动频率f必须满足下式
声速是随着介质及其状态 ( 如温度) 的不同而不同；大部分液体 的声速随温度的升高而减小，而水中的声速随温度的升高而增加。 流体中的声速随压力的增加而增加。
(3)较大的动态范围。动态范围是指放大器的线性放大区，由于探伤 放大器所放大的信号幅度相差很大，因此该指标对探伤仪更为重要。 接收放大电路主要由前置放大、高频放大、检波器、视频放大、深 度补偿等部分组成，
实现A型显示的波形有两种，一是直接显示回波声压的射频信号， 二是显示检波后的射频信号的回波声压信号，不检波显示和检 波显示的波形分别如图所示。 射频全波显示能真实地反映超声波在介质中的传播情况，通 过对缺陷回波的波形、相位进行分析，有利于判断缺陷的性质。 检波视频放大显示以正向回波形式显示，波形简单．便于对缺 陷的位置、大小进行判断，从而为大多数探伤仪所采用。
声速与介质的许多特性有关，例如介质的成分、混合物的比例、 溶液的浓度、某些液体的比重等。 2．声阻抗 声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的分界面上一 部分声波被反射，另一部分透射过界面，在另一种介质内部继续传 播。声波的反射和折射。
超声波在两种介质的界面上的反射能量和透射能量的变化，取 决于这两种介质的声阻抗之比 声阻抗定义为传声介质的密度P与声 速c的乘积，用z表示。它是介质固有的一个常数，它的数值对超声 波在介质中的传播非常重要，单位为瑞利(rayl)； 1rayl=1N· s／m2=lkg／(s· m2) 空气和钢铁的声阻抗相差很远，垂直人射到空气和钢铁界面上 的超声波几乎全被反射。 3、声衰减 超声波的衰减原因分为三个方面：1）由于波前的扩展而产生 的能量损失；2）超声波在介质中的散射而产生的能量损失，即散 射衰减；3）由于介质内耗所产生的吸收衰减。
4．时基电路 时基电路即扫描电路，由延时、扫描两部分组成。同步脉冲信号 经延迟后，再去触发扫描电路，产生锯齿波电压，加在显象管的偏 转板上，使使电子束匀速移动进行扫描，扫描光点的移动速度与锯 齿波电压幅度变化成正比，只要控制锯齿波电压的斜率，就可以改 变扫描速度，使之与超声波在介质中的传播时间相一致，从而调整 探测范围。通过延迟一段时间后再进行扫描，可以把需要仔细观测 的某一区域展现在荧光屏上，便于对缺陷波观察。
二、探伤仪的使用方法
透射法、反射法，对于连续波还有共振法等。
脉冲反射法 脉冲反射法就是根据缺陷及底面反射波的有无、大小及其在时 这轴上的位置来判断缺陷的有无、大小及缺陷深度。 常用的超声探伤是利用超声波入射到两种不同介质交界面上发生 反射的原理进行检测。采用同一换能器兼作发射和接收，接收信号 显示在检测仪的荧光屏上。
1．同步电路
同步电路又称为触发电路，产生周期性的脉冲信号电压，用以同 时触发仪器各部分电路协调工作，是整机的指挥中心，由多谐振荡 器或其他脉冲振荡器产生的前沿很陡的周期性矩形脉冲，经微分后 由射极跟随器输出正负触发脉冲，同时触发发射、时基、时标、报 警等单元，使其同步工作。同步脉冲的重复频率一般为50—10KHZ。
2．横波
当介质中质点振动方向和超声波的传播方向垂直时．此种超 声波为横波波型，以T表示。以超声波入射的固体材料的界面为基 准，横波又可分为垂直偏振和水平偏振两类，即TV和TH波。 3．表面波 表面波是沿介质表面传播的一种波，在表面波的传播中，介 质表面内受扰动的质点振动轨迹为一椭圆，在固体上距表面四分 之一波长深处的振幅最强，随着深度的增加其振幅衰减很快，实 际上距表面一个波长以上的地方，振动已近消失，超声表面波在 固态介质表面的传播速度小于介质休内超声横波的传播速度。
二、超声波的类型
超声波在介质中传播的波型取决于介质本身的固有特性和边界 条件、对于流体介质(空气、水等)，当超声波传播时，在介质 中只有拉伸形变而没有切变形变发生，所以只存在超声纵波； 在固态介质中，由于切变变形产生，故还存在超声横波。 1．纵波
当介质中的质点振动方向和超卢波传播方向相同时，此种超 声波为纵波波型，以L表示。任何介质，当其体积发生交替变 化时均产生纵波。由于纵波的产生和接收都较容易，所以纵波 在超声波检测中得到了广泛价用。
脉冲反射式超声探伤仪的同步电路按一定频率间隔发射具有一定 持续时间的触发脉冲信号，同时触发扫描电路和发射电路。扫描电 路产生的与时间成正比的锯齿被电压加到示波器水平偏转板上，形 成水平扫描线。与此向时，发射电路产生一个高频脉冲信号去激励 换能器，这个发射脉冲信号同时加至接收电路，在时基轴的始端形 成一个幅度很大的起始脉冲信号，通过逆压电效应，发射换能器将 高频电能，通过机械振动转换成声能．并耦合到被测试件中，以超 声波的形式在介质中进行传播，遇到缺陷或被测物底面时，会产生 反射。反射声波被同一换能器接收，并通过正压电效应，将声能转 换成电能，电脉冲送入仪表的接收、放大电路，将放大后的反射信 号加至示波器的垂直偏转板上，形成反射脉冲信号。
一、压电换能器
1 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变化，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如电场反向，则形变也 相反。 这一现象称为逆压电效应。利用逆压电效应能产生超声波。 (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。利用正压电效应将机械能(即声能)转换成电能，并用来接 收超声波的装置，称为接收技能器。
4、板波
板波亦称拉姆波，是板材特有的一种波型，它在板材厚度小 于入射波波长时产生，在一个给定的板材中可以存在三种不同偏 振的板波，一是横波，偏振方向与板表面平行，这种类型的波在 材料检测中不太重要。第二种，是—种对称型的拉姆波，在板中 心面上的质点的偏振方向与传播方向平行，如同纵波的偏振，其 他位置的质点的偏振轨迹为椭圆，第三种为非对称型的拉姆波， 板中心面上质点的偏振方向与传播方向垂直，其他位置上的质点 的偏振轨迹亦为椭园。
4）高频型
第三节 超声波换能器的接口电路
一、超声波换能器的驱动电路
二、超声波换能器的接收电路
三、超声波换能器接收发送两用电路
第四节 超声无损检测
A型显示脉冲反射式超声探伤仪
A型显示脉冲反射式超声探伤仪采用按一定频率间隔发射的具 有一定持续时间的超声脉冲波，其探测结果以荧光屏显示，具有 灵敏度高、缺陷定位精度高、适应范围广的优点。
2．发射电路
发射电路用来产生高频、高幅度的窄脉冲信号，通过超声换能器 转换成超声波，从而对被检测对象进行探测。但从探伤的需要出发， 发射电路应满足以下两个要求： (1)发射功率大。发射功率是发射电路中一个很重要的指标。为了 穿透较厚的工件，需要用较大的电功率转换成声功率，而电功率是 由电容充电电荷的能量决定的，即
超声波的特点：
(1) 能以各式各样的传播模式 ( 纵波，横波、表面波，薄板波 ) 在气体、液体、固体或它们的混合物等各种媒质中传播，也可 在光不能通过的金属、生物体中传播，是探测物质内部的有效 手段。
(2)由于超声波与电磁波相比速度慢，对于相同的频率波长短， 容易提高测量的分辨率。 (3)由于传播时受介质声速、声阻抗和衰减常数的影响大，所以， 反过来可由超声波传播的情况测量物质的状态。 超声检测技术的基本原理是利用某种待测的非声量 (如密度、 浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流量、液体、厚度、 缺陷等 ) 与某些描述媒质声学特性的物理量 ( 如声速、声阻抗、 衰减等)之间存在着的直接或间接的关系，在确定了这些关系之 后就可通过测定这些超声物理量来测出待测的非声量。
三、超声换能器的分类
(1)按产生的波形分为纵波直探头，横波斜探头，表面波探头．板波 探头。
(2)按接触方式分为直接接触探头，水浸探头。 (3)按检测用途分为分割式联合双探头，聚焦探头，可变角探头，专 用探头等。 (4)按探头的频带宽度分为通用型，宽频带型．密封型，高频型。
1）通用型
3）密封型
第三章 超声波检测技术
• • • • • • • • 超声波检测的基础知识 超声波换能器 超声波换能器接口电路 超声无损检测 超声波物位计 超声波流量计 超声波测厚仪 超声波在其他测量方面的应用
第一节 超声波检测的基本知识
一、超声波及其特点
声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根 据声波振动频率的范围，可以分为次声波、声波、超声波 和特超声波。一般人耳能听到的声音的频率范围在20Hz— 20KHZ 之间，频率低于 20HZ 的波称为次声波 ，而高于 20KHZ的波称为超声波。频率高于109HZ的称为特超声波。 超声波检测中常用的工作频率在0.25~20MHZ范围内。
在超声波检测技术的实际应用中，为了获得较大 的输出信号，可以增大超声波发射装置的发射功率。 但是因为超声波是一种机械波，所以过强的超声波 会产生许多对测量不利的效应，这些不利的效应统 称为超声效应。
为了避免超声效应的出现．实际应用中除了根据 情况限制超声波的强度外，还可以采用高峰值的脉 冲信号。
(2)脉冲宽度窄。为了提高检测分辨率，希望使用很窄的声脉冲，声 脉冲的宽度主要取决于晶片的Q值(品质因数)，增加阻尼可以减窄声 脉冲，但这将使声脉冲幅度减小，影响检测的灵敏度。降低穿透深 度，因此必须兼顾高分辨率和高灵敏度的要求而设计最佳电路。 3接收放大电路 应具有如下特点： (1)宽频带。超声波探伤仪所采用的信号脉冲一般包含很多频率成 分．脉冲越窄，所包含的谐波成分就越多，为了使放大脉冲信号不 失真，放大器应有足够的带宽。
直接接触纵波脉冲反射法：所谓直接接触法是将换能器通过耦合 介质直接与探测面发生接触的检测方法。 根据耦合介质和耦合条件的不同，换能器和试件的耦合方式分 为直接接触法和液浸法。 直接接触法是在换能器与试件之间填充很薄的一层耦合剂。耦 合剂应具有较高的声阻抗，透声性能好．一般用油类，如硅油、甘 油、机油等。 液浸法是使探头发射的声波经过一段液体后再进入工件的探伤方 法。常用的浸液有水、油或其他液体。液浸法中探头与被检物不接 触，因此，超声波的发射与接收都比较稳定，受油膜厚度、接触压 力和表面光洁度的影响较小。