CS10301超声波探伤仪的使用教学课件.

4.超声应用及一些超声波仪器
（1）应用 ①超声检验
②超声处理 ③基础研究
测厚、测距 超声成像技术 粉碎 钻孔 焊接 清洗
超声波仪器
①声纳 人们利用超声波定向
性好，在水中传播距离远的 特点制成声纳，可以发现潜 艇和鱼群，还可以测绘海底 形状。
②超声波诊断仪 超声波可以成像。医院
利用 B 型超声波诊断仪做 胃部、腹部检查，还可以观 察胎儿的发育情况。
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。
超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头和试 块组成。
超声波探伤仪是探伤的主体设备，主要功能是产生 、接收高频电振荡，并以此来激励探头发射超声波
。 同时，它又将探头接收到的回波电信号予以放大、 处理，并通过一定方式显示出来。 超声波探头又称压电超声换能器，是实现电-声能量 相互转换的能量转换器件。 试块是按一定用途设计制作的具有简单几何形状人 工反射体的试件。主要用来确定检测灵敏度和判定 缺陷大小等。
超声波探伤仪
超声检测仪是超声检测的主体设备 其作用是： 1、产生电振荡并施加于换能器（探头）上
，激励探头中的压电晶片产生机械振动 ，从而产生超声波并发射出去； 2、接收来自探头的电信号，并将其放大后 以一定方式显示出来。
超声波探伤仪
一、超声波检测原理及应用范围
超声波检测按工作原理可分为脉冲反射法、 穿透法和共振法等；按缺陷显示方法可分为A、B 、C及3D显示法等；按声耦合方式可分为直接接触 法和液浸法等。焊接接头超声波检测应用最广的是 直接接触A型脉冲反射式检测法。
一般横波斜探头的晶片为方形
纵波直探头的晶片为圆形
探头种类
直探头－单晶片,双晶片,聚焦直探头
探 头
斜探头－横波探头,表面波探头
种 可变角探头
类
其它探头－充水探头,涡流超声探头,薄
膜探头
（一）探头的作用
超声波的产生和接收过程是一种能量的转换过程，是 通过探头来实现电能和声能转换的。因此探头也称为超 声换能器或电声换能器，其主要作用是：
1、人耳听不见的声音 ——超声波和次声波 低于20Hz的声波：次声波 高于20000 Hz的声波：超声波
人耳能听到的声音的频率在20 Hz到 20000Hz之间 2、超声波是弹性介质中的一种机械波，
波动的物理实质是能量的传递过程。
超声波检测中实际所发出和接受的频 率，一般为0.5-25MHz，常用频率为 0.5-10MHz；
金属材料超声检测常用频率为15MHz；其中2-2.5MHz被推荐为焊缝 检测的公称频率。
3.超声波的特点:
（1）超声波在传播时，方向性强，能量易 于集中。
（2）超声波能在各种不同媒质中传播，且
可传播足够远的距离。
（3）超声与传声媒质的相互作用适中，易 于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对 传声媒质产生效应。（治疗）
1、实现声/电能转换
2、控制超声波的指向性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ干扰区的影响范围。
3、控制工作频率，因为频率越高，波长越短，可提高 探伤灵敏度。
超声波探头功用
探伤用超声波是一种频率高达几百千 赫到几兆赫的高频脉冲弹性波。
探头 缺陷
Ｔ ＦＢ
零件
显示器
电信号→探头→超声波→零件－－超声波发射； 零件内超声波→探头→电信号－－超声波接收；
超声波检测过程示意图—直探头
直探头特点: 适用于探测晶片正下方与声束方向垂 直的缺陷； 探测深度较大,适用范围较广； 检测灵敏度高。
探头
导入：探头是能实现电能和超声波能相互转换
的传感器。本模块主要介绍探头的种类及其性能
指标等。
模块二 探头
根据波型，探头可分为有纵波探头、横波探头、表面波探头、 板波探头等。根据波束可以分为聚焦探头与非聚焦探头。根据 晶片数可分为单晶片、双晶片。常用的主要是直探头与斜探头
• 超声换能器：将其他形式能量转换成超音 频振动形式能量的器件可用来发射超声波 ，具有可逆效应时又可用来接收超声波。
（二）超声波检测的应用范围
超声波检测范围应用很广，可用于坯材、型材、 焊缝等的检测。
焊接接头超声波检测的执行标准是GB/T 113452005《钢焊缝手工超声波伤方法和探伤结果分级》。标 准规定：凡母材不小于8mm的铁素体类钢全焊透溶化焊 、对接焊缝或其他形式的焊缝，可用超声波检验。铸钢 、奥氏体不锈钢焊缝，外径小于159mm的钢管对接焊缝 ，内径小于等于200mm的管座角焊缝，外径小于50mm和 内外径之比小于80%的纵向焊缝等，不宜采用超声波检 测。
• 逆压电效应（电能→声能）：当晶体材料在交变 电场作用下，产生伸缩变形的效应。
压电效应
机理
应力
正压电效应 逆压电效应
电场
压电效应示意图
电源 压 电 材 料
右上-施加电压，材料变厚 右下-改变极性，材料变薄
常用超声波探头的类型
超声波检测中由于被探测工件的形状和材质、探测的 目的、探测的条件不同， 因而要使用各种不同形式 的探头。
按缺陷显示方式分类：脉冲式检测仪按回波信号 的显示方式又可分为:
A型显示 B型显示 C型显示
A型显示是一种波形显示，屏幕 的横坐标代表声波的传播时间 （或距离）， 纵坐标代表反射波的声压幅度。 图中，T表示发射脉冲，F表示来 自缺陷的回波，B表示底面回波。
A型显示的缺点：难以判断缺陷的几何形状，缺乏直观性
•局限性
精确定性、定量表征有待深入研究；需用耦 合剂对压电换能器探头进行耦合；对形状复杂 的工件有一定限制。
超声波探伤是 目前应用十分广泛 的无损探伤手段。 它既可检测材料表 面的缺陷，又可检 测内部几米深的缺 陷，这是x光探伤 所达不到的深度。
裂纹
A型超声探伤 反射波形
超声波简介
什么是超声波？ 超声波是一种超出人听觉范围的振动机械能。 一般人的听觉范围不会超过18.5KHz。 焊机的工作频率为20KHz,30KHz和40KHz。
平板对接焊缝的UT检测
学习任务背景
• 导入： 1.学习了解本课程的概况； 2.常规无损检测种类及特点； 3.典型检测产品—压力容器的结构特点； 4.压力容器焊接接头常见焊接缺陷的类型及 检测方法。
学习任务安排
1.数字式超声波探伤仪使用 2.探头和试块的型号熟悉 3.仪器与探头的配合使用
学习任务目标
• 数字式超声检测仪的优势与问题
• 优势：方便超声信号的存储、记录、再现，改变 了传统超声检测缺乏永久记录的缺点；
• 方便信号的分析和处理，可从接收的信号中得到 更多的量化信息；
• 显示器不需要示波管，使仪器小型化；
• 仪器参数的数字化控制使检测参数可以存储、检 测过程的重现。
• 问题：模—数转换器的采样频率、数据长度、显 示器的分辨率、刷新速度等带来的信号失真，可 能对检测信号的评价带来一定的影响。
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。
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。
开机
1．将探头和超声探伤仪连接 2．开启面板开关； 3．开机自检，进入探伤界面。
• 使用、维护、修理
• （1）严格按说明书要求进行操作。 • （2）防止仪器摔碰和振动。 • （3）注意使用的场合。 • （4）防止液体物质进入仪器内部。 • （5）正确接电源。
• （6）轻调旋钮。 • （7）用毕后清理。 • （8）正确拔接电源。 • （9）长期不用时，进行驱除潮气处理。 • （10）仪器出现故障时，立即关电源进行检修。
项目三： 焊接接头超声检测
任务一 超声波探伤仪的使用
知识要点： 超声波探伤仪的组成 超声波探头的结构 试块相应知识
能力要点： 超声波探伤仪的连接 超声波探头的使用 探头、试块、耦合剂的
熟悉使用
医院B超
焊缝超声波探伤
超声波探伤仪的使用
钢板测厚
超
声
锻件探伤
检
测
斜探头性能测试
距离-波幅曲线DAC的绘制
• 本任务重点：数字式超声波探伤仪操作的
使用
• 本任务难点：选择探头和试块的型号，
仪器与探头的配合使用 。
• 学习方法建议：通过阅读数字式超声波探
伤仪的使用说明书进行操作；教师示范仪器， 说明初次使用时应注意的事项；查阅资料学习 试块的用途。
• 超声波检测是无损检测方法之一，利用超声波 在介质中传播的声学特性检测金属材料及其工 件内部或表面缺陷的方法。
③超声波速度测定器 利用超声波的多普勒
效应制成速度测定器，测定 车辆的速度。
④超声波焊接 超声波还能使塑料膜
之间摩擦生热，粘合在一 起，制成超声波焊接器。
1、在超声波探伤中，超声波是从哪里来 的？又是怎样产生的？ 2、由于零件形状及缺陷位置多样性， 实际超声波探伤怎样满足这些要求呢？
超声检测设备和器材
探头 电信号
超声波
探头功用：是一种可逆的声电转换元件。在 探伤中起发射和接收高频脉冲弹性波作用。
（二）探头的种类及结构
探头组成： 压电晶片、阻尼块、 外壳、电极、保护膜 （斜锲）、调谐线圈
压电晶片：实现声电相互转换； 阻尼块：吸收声能加大阻尼； 外壳：保护固定内部原件； 电极：实现晶片和电缆连接； 保护膜、斜锲：保护晶片、波形转换； 调谐线圈：实现探头与仪器最佳匹配。
• 超声波检测是检验焊缝及其热影响区内部是否 存在工艺缺陷的主要方法。
• 超声检测
超声波与被检测工件相互作用，根据超声波的 反射、透射和散射的行为，对被检工件进行缺陷检 测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检 测和表征，并进而对其应用性进行评价。
最为广泛应用的方法之一。
•优点
材料种类不限；检测厚度大；适用复杂工件 、不影响工件；对人体、环境无害；设备轻便 ，可现场检测；结果可存储；相比其他技术综 合优势强。
（一） A型显示超声波检测原理
当用单探头（收发并用）探伤时，探头受电脉冲激励 发射出超声波，声波在工件中传播到缺陷或底面就产生反 射被探头接收，并将超声信号转换成电信号经放大器放大 后，在荧光平上以脉冲信号显示出来。即A型显示。
• 数字式超声检测仪为发射、接收电路的参数控制和接 收信号的处理、显示均采用数字化方式的仪器。
B型显示显示的是试件的一个二维截面图
屏幕纵坐标代表探头在探测面上沿一直线移动扫查的位置
横坐标是声传播的时间（或距离） 该方式可以直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布 及缺陷的深度等信息。
C型显示的是试件的一个平面投影图
探头在试件表面做二维扫查，屏幕的二维坐标对应探头的 扫查位置。
该方式可形象地显示工件内部缺陷的平面投影图像，但不 能显示缺陷的深度。
• 探头：以换能器为主要元件组装成具有一 定特性的超声发射、接收器件。
• 超声波探头是组成超声检测系统的最重要 的组件之一。探头的性能直接影响超声检 测的能力和效果。
常用的是压电换能器，压电晶片——探 头的关键部件。
压电晶片作用：将电能转换成声能， 并将声能转换成电能。
压电效应和压电材料
• 正压电效应（声能→电能）：某些晶体材料在交 变拉压应力的作用下，产生交变电场的效应；
会使用数字式超声波探伤仪，会初步选 择探头、试块、耦合剂，为进行下一步 学习任务做好准备。
资讯资料建议
1.学生手里资料：教学方案实施，学生工作页，学生课业， 评分标准 2.书 3、网站 中国工业检测网/ 无损检测检测网/ 无损检测标准网/ 中国无损检测学会信息网/ 无损检测咨询网/ 中国机械工程学会无损检测学会网 /ndt/ The American Society for Nondestructive Testing (NDT) 美国无损检测学会/ British Institute of Non-Destructive Testing 英国无 损检测学会/ European Federation for Non-Destructive Testing无损