超聲波檢測技術(shù)第一頁，共56頁。超聲波檢測是五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，是目前應(yīng)用最廣泛，使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)。超聲波檢測是產(chǎn)品制造中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改進(jìn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，也是設(shè)備維護(hù)中可不或缺的手段之一。第二頁，共56頁。超聲波檢測一般是指使超聲波與工件相互作用，就反射、衍射、透射和散射的波進(jìn)行研究，對工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測和表征，并進(jìn)而對其特定應(yīng)用性進(jìn)行評估的技術(shù)。第三頁，共56頁。在特種設(shè)備行業(yè)中，超聲波檢測通常指宏觀缺陷檢測和材料厚度測量?，F(xiàn)實(shí)中常常利用聲響來檢測物體的的好壞，這種方法早已被人們采用。如，用手拍西瓜，聽是否熟了；敲瓷碗，聽是否裂了。聲音反映物體內(nèi)部某些性質(zhì)。第四頁，共56頁。真正促使人類研究利用超聲波進(jìn)行探測的事件是泰坦尼克號沉沒事件。瑞查得森用在空氣和水下傳播的聲音回聲進(jìn)行探測定位查找泰坦尼克號。1950年我國鐵道部引進(jìn)若干臺(tái)瑞士制造的以聲響穿透式超聲波探傷儀，并用于路軌檢驗(yàn)，這是國內(nèi)應(yīng)用這一技術(shù)的開端。第五頁，共56頁。一、超聲波檢測的基本原理

超聲波檢測就是先用發(fā)射探頭向被檢物內(nèi)部發(fā)射超聲波，再用接收探頭接受從缺陷處反射回來或穿過被檢工件后的超聲波，并將其在顯示儀表上顯示出來，通過觀察與分析反射波或透射波的時(shí)延與衰減情況，即獲得物體內(nèi)部有無缺陷以及缺陷的位置、大小和性質(zhì)等方面的信息。第六頁，共56頁。超聲波檢測ＴＦＢ探頭零件顯示器缺陷第七頁，共56頁。1.超聲波的定義超聲波是一種質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波，因其頻率超過人耳所能聽到的聲頻段（16Hz—20kHz）而得名超聲波。第八頁，共56頁。由于能聽到的聲波頻率不高，波長太大，所以用于機(jī)械零件檢測時(shí)可能在缺陷周圍發(fā)生繞射而不能檢測出損傷。而超聲波頻率極高，波長短，不會(huì)發(fā)生繞射漏檢問題。所以，都用超聲波去檢測工件缺陷。第九頁，共56頁。2.超聲波的特點(diǎn)方向性好穿透能力強(qiáng)能量高反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換第十頁，共56頁。3.超聲波的分類1）按質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向分類（1）縱波第十一頁，共56頁。（2）橫波第十二頁，共56頁。（3）表面波第十三頁，共56頁。（4）板波

(a)對稱型

(b)非對稱型

第十四頁，共56頁。波的類型質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)特點(diǎn)傳播介質(zhì)應(yīng)

用縱波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向平行于波傳播方向固、液、氣體介質(zhì)鋼板、鍛件探傷等橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳播方向固體介質(zhì)焊縫、鋼管探傷等表面波質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)，橢圓長軸垂直波傳播方向，短軸平行于波傳播方向固體介質(zhì)鋼管探傷等板波對稱型(S型)上下表面：橢圓運(yùn)動(dòng),中心：縱向振動(dòng)固體介質(zhì)(厚度與波長相當(dāng)?shù)谋“?薄板、薄壁鋼管等(δ<6mm)非對稱型(A型)上下表面；橢圓運(yùn)動(dòng)，中心：橫向振動(dòng)第十五頁，共56頁。

2)按振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的長短分

將超聲波分為連續(xù)波和脈沖波兩種。(a)連續(xù)波(b)脈沖波第十六頁，共56頁。

3）按超聲波的波形分類

可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波。(a)平面波；(b)柱面波；(c)球面波第十七頁，共56頁。

4.超聲場及其特征參量

充滿超聲波的空間或介質(zhì)中超聲振動(dòng)所波及的質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的范圍叫超生場。超聲場的物理量:（1）聲壓p（2）聲阻抗Z

（3）聲強(qiáng)I第十八頁，共56頁。5.超聲波在介質(zhì)中的傳播特性超聲波的疊加、干涉和衍射超聲波的反射、折射和波形轉(zhuǎn)換超聲波的衰減第十九頁，共56頁。二、超聲波檢測設(shè)備1.超聲波檢測儀超聲波檢測儀是超聲波檢測的主體設(shè)備。超聲波檢測儀的作用：產(chǎn)生電振蕩并加于探頭，使之發(fā)射超聲波，同時(shí)，還將探頭送回的電信號進(jìn)行濾波、檢波和放大等，并以一定的方式將檢測結(jié)果顯示出來，人們以此獲得檢測工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置、大小和性質(zhì)等。第二十頁，共56頁。1）超聲波檢測儀分類(1)按超聲波的連續(xù)性分①脈沖波檢測儀

②連續(xù)波檢測儀③調(diào)頻波檢測儀第二十一頁，共56頁。(2)按缺陷顯示的方式分

（b）A型（c）B型（d）C型可將超聲波檢測儀分為A型、B型和C型等三種類型。第二十二頁，共56頁。2)A型顯示檢測儀（1）A型顯示檢測儀組成A型顯示檢測儀是目前使用最廣泛的檢測儀。A型顯示檢測儀主要由同步電路、時(shí)基電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和電源電路等幾部分組成。并且還有延遲、標(biāo)距、閘門和深度補(bǔ)償?shù)容o助電路。第二十三頁，共56頁。第二十四頁，共56頁。

（2)主要性能指標(biāo)

①水平線性：表征檢測儀水平掃描線掃描速度的均勻程度。②垂直線性：描述檢測儀示波屏上反射波高度與接收信號電壓成正比關(guān)系的程度。③動(dòng)態(tài)范圍：是檢測儀示波屏上反射波高度從滿幅降至消失時(shí)儀器衰減器的變化范圍。第二十五頁，共56頁。A型超聲波顯示儀2各種超聲波第二十六頁，共56頁。入門級數(shù)字探傷儀，性能價(jià)格比高、操作簡單、低溫性能優(yōu)越，適合大多數(shù)無損檢測場合使用。適合絕大多數(shù)無損檢測場合，在電力、核電等要求嚴(yán)格場合均有應(yīng)用CTS-9003CTS-9002第二十七頁，共56頁。

針對電力行業(yè)中高壓支柱瓷絕緣子及瓷套檢測的專用數(shù)字式超聲波探傷儀。CTS-9008第二十八頁，共56頁。高端數(shù)字機(jī)。方波激勵(lì)，對檢測高衰減或厚工件有良好的穿透性和信噪比、體積小、重量輕。萬能旋鈕操作具備遠(yuǎn)程控制功能USB主控。CTS-1008第二十九頁，共56頁。CTS-1008PLUSTOFD探傷專用設(shè)備第三十頁，共56頁。超聲測厚儀測量范圍:0.8～500.0mmCTS-400CTS-8005APLUS用于鐵路車輛輪軸探傷的數(shù)字式探傷儀。第三十一頁，共56頁。國內(nèi)首臺(tái)為鋼軌在線檢測而設(shè)計(jì)的手推式全數(shù)字超聲探傷設(shè)備GT-2第三十二頁，共56頁。具有6個(gè)獨(dú)立的發(fā)射－接收通道,性能穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)。儀器配合不同的機(jī)械傳動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)對鋼管、鋼板、機(jī)械零件等的自動(dòng)化超聲探傷。CTS-8006第三十三頁，共56頁。

2.超聲波探頭

1)超聲波探頭功用超聲波探頭：一種機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的換能器。大多數(shù)探頭是利用壓電效應(yīng)制作的。超聲波探頭功能:發(fā)生和接收超聲波。在探傷中起發(fā)射和接收高頻脈沖彈性波作用。第三十四頁，共56頁。

2)探頭結(jié)構(gòu)組成

直探頭結(jié)構(gòu)探頭結(jié)構(gòu)組成壓電晶片：實(shí)現(xiàn)聲電相互轉(zhuǎn)換。阻尼塊：吸收聲能大阻尼。外殼：保護(hù)固定內(nèi)部原件。電極：實(shí)現(xiàn)晶片和電纜連接。第三十五頁，共56頁。

3)探頭種類

（1）直探頭適用于探測晶片正下方與聲束方向垂直的缺陷。檢測靈敏度高；探測深度較大,適用范圍廣；直探頭用來發(fā)射和接收縱波；第三十六頁，共56頁。

（2）斜探頭

適合探測探頭斜下方不同角度方向的缺陷；如焊縫中的未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。探測深度較小,適用直探頭難以探測的部位；檢測靈敏度較高。斜探頭是通過波形轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)橫波探傷的。第三十七頁，共56頁。第三十八頁，共56頁。

（3）雙晶探頭

一般用于定向定位檢測；探測深度較?。粰z測靈敏度高較。第三十九頁，共56頁。

（4）可變角探頭

晶片產(chǎn)生超聲波的入射方向可以改變。一個(gè)探頭可進(jìn)行多個(gè)方向上探測，是一種多功能探頭。第四十頁，共56頁。

4)探頭表示方法

基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征晶片材料表示法ＰＢＴＬＩＱＮ鋯鈦酸鉛陶瓷鈦酸鋇陶瓷鈦酸鉛陶瓷鈮酸鋰單晶碘酸鋰單晶石英單晶其它壓電材料代號壓電材料探頭種類表達(dá)法ＺＫＸFGSJBMKB直探頭斜探頭（用Ｋ表示）斜探頭（折射角表示）聯(lián)合雙探頭（分割探頭）水浸探頭表面波探頭可變角探頭代號探頭名稱第四十一頁，共56頁。

3.試塊

1、確定探傷靈敏度2、測試儀器和探頭的性能3、評判缺陷的大小4、調(diào)整掃描速度第四十二頁，共56頁。4.耦合劑耦合劑主要是排除探頭與工件表面之間的空氣，使超生波能有效地傳入工件，以便檢側(cè)。①能潤濕工件和探頭表面，流動(dòng)性、粘度和附著力適當(dāng)，易于清洗。聲阻杭高，透聲性能好。②對工件無腐蝕，對人體無害，不污染環(huán)境;性能穩(wěn)定，能長期保存；來源廣，價(jià)格便宜。第四十三頁，共56頁。三、超聲波探傷方法1.脈沖反射法超聲波以持續(xù)極短的時(shí)間發(fā)射脈沖到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波來檢測試件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。第四十四頁，共56頁。

（1）缺陷回波法

根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷探傷圖形進(jìn)行判斷的探傷的方法。缺陷回波法（a）無缺陷（b）有缺陷第四十五頁，共56頁。

（2）底面回波高度法

依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷情況的探傷方法。底面回波的高度第四十六頁，共56頁。

(3)底面多次回波法

（a）無缺陷（b）小缺陷（c）大缺陷底面多次回波法第四十七頁，共56頁。

2.穿透法

依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法。接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法(a)無缺陷；(b)有缺陷第四十八頁，共56頁。

3.共振法

當(dāng)試件內(nèi)存在缺陷或工件厚度發(fā)生變化時(shí)，將改變試件的共振頻率。依據(jù)試件的共振特性，來判斷缺陷情況和工件厚度變化的方法稱為共振法。第四十九頁，共56頁。四、超聲波的應(yīng)用1.超聲波對滾動(dòng)軸承的狀態(tài)檢測

軸承的狀態(tài)監(jiān)測通常使用振動(dòng)監(jiān)測的方法，但是軸承的最早期的故障頻率一般在25～60kHz，屬于超聲頻率20～100kHz范圍，中后期的故障頻率往往在5kHz以下，而振動(dòng)探頭的響應(yīng)范圍一般在10kHz以下，也就是說振動(dòng)監(jiān)測只能發(fā)現(xiàn)中后期的軸承故障，這時(shí)軸承已經(jīng)進(jìn)入較明顯的磨損階段，最早期的故障如潤滑不良、很輕微的磨損等是很難監(jiān)測到的，而超聲波檢測符合要求。第五十頁，共56頁。

用超聲波對軸承檢測的工作原理：在軸承潤滑狀態(tài)良好時(shí)，先用超聲波檢測儀測量軸承超聲頻率的噪聲（dB值），并以此dB值作為基準(zhǔn)值；當(dāng)軸承出現(xiàn)潤滑不良時(shí)，滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦?xí)龃髲亩鴮?dǎo)致軸承超聲頻率的dB值也跟著變大，因此可以通過超聲波檢測儀定期測量軸承的噪聲變化，并根據(jù)趨勢來識(shí)別軸承的狀態(tài)是否良好。第五十一頁，共56頁。軸承dB值趨勢圖根據(jù)美國航空航天局的標(biāo)準(zhǔn)，如果測得的dB值比基準(zhǔn)值升高＜8dB，表示軸承仍處在潤滑良好的狀態(tài)；升高＞8dB，表示軸承潤滑不良，需要加脂或更換潤滑油；升高＞12dB，表示軸承出現(xiàn)顯微鏡下可見的磨損；升高＞16dB，表示軸承出現(xiàn)肉眼可見的磨損；升高＞35dB，表示軸承已出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，這時(shí)一般需要考慮更換軸承。當(dāng)然，也可以結(jié)合振動(dòng)監(jiān)測，進(jìn)一步了解軸承的狀況，以決定是否需要立刻更換軸承。第五十二頁，共56頁。2.超聲波對車身點(diǎn)焊質(zhì)量檢測現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)中,大約要完成3000多個(gè)焊點(diǎn)。為了確保焊接質(zhì)量,一般采用鑿檢的方式(輔以目視檢查),這樣檢查需要較多的時(shí)間,且造成零件變形后必須重新整形。另外,鑿檢還有一定的局限性,比如鑿子無法達(dá)到的焊點(diǎn),表面質(zhì)量要求較高的焊點(diǎn),及部分高強(qiáng)度鋼的焊點(diǎn)等。對于整個(gè)車身或是部分分總成的破壞性檢查,需要花費(fèi)很高的成本。利用超聲波技術(shù)對電阻點(diǎn)焊進(jìn)行無損檢測效率較高,幾乎能夠識(shí)別各種有缺陷