超声无损检测报告 PPT

TOFD的常见配置
发射探头
横向波
接收探头
上端点 下端点
内壁反射信号
发射探头
A扫信号
横向波
接收探头
内壁反射波
LW
BW
上端点 下端点
发射探头
t0
传播时间
S
S
d
接收探头
t0
始脉冲
LW
BW
t
发射探头
t0
传播时间
S
S
d
接收探头
t0
2• S2d2
t
c
2•t0
发射探头
t0
缺陷深度
S
S
d
接收探头
t0
d
4. 超声相控阵
※ 扫查方式
聚焦法则 由相控发射偏转与聚焦图可知：
当聚焦法则满足线性关系时，合成声束发生偏转
当聚焦法则满足抛物线关系时，合成声束在正下方某一 深度聚焦
4. 超声相控阵
※ 扫查方式
常用的三种相控阵扫查方式
➢ 线性扫查：将相邻的若干阵元视为一组，按 照一定的时间间隔对各组阵元施加相同的聚 焦法则。合成声束将以恒定角度和聚焦深度 沿阵元延伸的方向进行扫查。
➢ 工件内部缺陷导致材质的不连续，进而导致声阻抗的不一致 ➢ 导致工缺陷处产生一个两侧声阻抗特性不同的接触面 ➢ 超声波传播到此处，一部分会被反射回去，另一部分继续向
前传播 ➢ 反射回来的超声波的能量大小与接触面两侧声阻抗差异及接
触面的大小、取向有关，即与缺陷的状况有关
2. 脉冲反射法
※ 工作原理图
➢ 不需要设计复杂的扫查装置，也不需要频繁更换探 头，机构简单，操作方便
➢ 较低驱动电压下也能得到声场强度较大的扫描信号 ➢ 提高系统的检测分辨力，信噪比和灵敏度 ➢ 抗干扰能力增强
4. 超声相控阵
※ 超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术
理论基础—波的叠加和干涉
4. 超声相控阵
※ 超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术
发射探头
向内表面延伸的裂纹
横向波
接收探头
内壁反射信号被隔开了 LW
尖端信号
没有内壁 反射波
3. TOFD
※ TOFD方法的优点
➢缺陷检出率比脉冲反射法要高 ➢容易检出方向性不好的缺陷 ➢可以识别向内外表面延伸的缺陷 ➢采用TOFD和脉冲反射法相结合，可以实现100%
焊缝覆盖。 ➢沿焊缝作一次扫查即可完成，检测效率高 ➢缺陷定量、定位精度高。
低噪声放大器 可变放大器 ADC FPGA部分：系统控制和算法处理的核心部分 ARM后处理：与FPGA双向通信、将探伤成像显示在LCD上 、生成检测报告、与上位机实时数据通信等
3. TOFD
※ TOFD的局限性
➢在上、下表面附近盲区 ➢对“噪声”敏感 ➢夸大了一些良性的缺陷和工件本身设计带有
的孔、洞等 ➢解释比较困难，需要一定经验支持
4. 超声相控阵
※ 什么是相控阵？
➢超声相控阵成像技术的基本思想来自于雷达所使 用的相控阵技术。相控阵雷达是由多个辐射单元 按照一定图形排成阵列组成。控制系统通过改变 阵列天线中各单元的幅度和相位，在一定空间范 围内合成灵活快速的相控雷达波束。
4. 超声相控阵
※ 扫查方式
常用的三种相控阵扫查方式
➢ 扇形扫查：使用同一组阵元，采用不同的聚焦法则， 以实现超声束在一个扇形区域内的扫描。
4. 超声相控阵
※ 扫查方式
常用的三种相控阵扫查方式
➢ 动态聚焦：采用同一组阵元，发射时使合成声束聚焦 在某一个焦点上；在超声接收时通过实时地改变聚焦 法则，使接收声束在声束轴线上的不同深度进行聚焦， 聚焦点覆盖整个深度。
4. 超声相控阵
※ 什么是相控阵？
➢而超声相控阵探头则由多个压电晶片代替雷达 的电磁发射单元组成阵列，按一定的时序和规 则用控制系统激发各个阵元，来调节声束聚焦 的方向和焦点的位置。
4. 超声相控阵
4. 超声相控阵
※ 超声相控阵检测的优点
➢ 可以控制声束偏转和聚焦，波束指向灵活，可以检 测到传统方法无法检测的区域
4. 超声相控阵
※ 超声相控阵发射聚焦延时计算
P点的坐标为：
发射延时计算坐标系
P点到F相对于阵列中心点的时延为
结果为负表示第i个阵元相对于阵列中心点提
前发射，反之则延迟发射。
5. 硬件电路设计
※ 硬件电路结构
探头：产生超声波的器件 发射前端：由FPGA控制产生高压脉冲信号，使探头发
出超声波 接收前端：过载保护电路
3. TOFD
※ 什么是TOFD？
衍射时差法 (TOFD)是一种依靠从待检试件内部结 构（主要是指缺陷）的“端角” 和“端点”处得 到的衍射能量来检测缺陷的方法。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
3. TOFD
※ TOFD的工作原理
与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回波幅度 对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时间来定量 。
1. 超声无损检测相关理论
※ 超声无损检测的基本原理
——超声波在试件中的传播特性
➢ 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件 ➢ 超声波在试件中传播遇到缺陷，传播方向或特征被改变 ➢ 改变后的超声波被接收设备接受，对其进行处理和分析 ➢ 根据接收的超声波的特征，评估试件内部是否存在缺陷
及缺陷的特性
c2•t
2
2t02
S2
Fra Baidu bibliotek射探头
缺陷自身高度
2S
d1 d2
接收探头
hd2d1
由于计算自身高度只需要测量时间, 所以垂直方向定量会很准确。
3. TOFD
※ 两种常见的特殊缺陷
➢向外表面延伸的缺陷 ➢向内表面延伸的缺陷
发射探头
向外表面延伸的裂纹
横向波被隔开了
接收探头
没有横向波
内壁反射波 BW
裂纹尖端
相控阵发射
发射相控偏转与聚焦
4. 超声相控阵
※ 超声相控阵发射聚焦和发射偏转技术
相控阵接收
接受声束相控技术
4. 超声相控阵
※ 扫查方式
聚焦法则
➢在发射相控控制中，通过给予阵列探头中的阵 元不同的时延，可以得到不同形式的波阵面。
➢反之如果给定一种声束聚焦方式，则可以确定 各个阵元的时延，这种时延规则被称为聚焦法 则
1. 超声无损检测相关理论
※ 如何发射与接收超声波
——超声波换能器
➢ 超声波换能器，是一种声能与其他能量相互转换的器件 ➢ 在这里用到的是声/电转换，原理是压电效应 ➢ 高压脉冲信号——激发产生超声波——发射实现 ➢ 返回的超声波打在器件上——激发产生电信号——接受实现
2. 脉冲反射法
※ 工作原理
超声无损检测报告
目录
1.超声无损检测相关理论 2.脉冲反射法 3.衍射时差法（TOFD） 4.超声相控阵 5.硬件电路设计
1. 超声无损检测相关理论
※ 什么是超声波和超声无损检测
➢ 超声波，是值频率在20000Hz以上的声波
➢ 超声无损检测，就是通过超声波与试件相互作用，对探头 接收到的回波进行研究，从而对被测工件内部做出无损评 价。