1、無(wú)損檢測(cè)導(dǎo)論論文題 目： 超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及設(shè)備 系（院）： 專(zhuān) 業(yè)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日摘要超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí),材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱(chēng)為超聲檢測(cè)。超聲波檢測(cè)應(yīng)用主要包括在工業(yè)上對(duì)各種材料的檢測(cè)和在醫(yī)療上對(duì)人體的檢測(cè)診斷，通過(guò)它人們可以探測(cè)出金屬等工業(yè)材料中有沒(méi)有氣泡、傷痕、裂縫等缺陷，可以檢測(cè)出人們身體的軟組織、血流等是否正常。運(yùn)用超聲檢測(cè)的方法來(lái)檢測(cè)的儀器稱(chēng)之為超聲波探傷儀。它的原理是：超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí),材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生

2、一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱(chēng)為超聲檢測(cè)。超聲檢測(cè)方法通常有穿透法、脈沖反射法、串列法等。關(guān)鍵詞：超聲波檢測(cè)的原理 超聲波檢測(cè)的應(yīng)用 超聲波檢測(cè)儀器及原理1 超聲波檢測(cè)原理1.1超聲波檢測(cè)的基本原理超聲波在均勻連續(xù)彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，將產(chǎn)生極少能量損失；但當(dāng)材料中存在著晶界、缺陷等不連續(xù)阻隔時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射和衰減等現(xiàn)象，從而損失比較多的能量，使我們由接收換能器上接收的超聲波信號(hào)的聲時(shí)、振幅、波形或頻率發(fā)生了相應(yīng)的變化，測(cè)定這些變化就可以判定建筑材料的某些方面的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)造的情況達(dá)到測(cè)試的目的。當(dāng)超聲遇到缺陷面時(shí)，反射回波幅度會(huì)異

3、常增大，根據(jù)反射幅度、延遲和相位等就可以判斷缺陷的位置、面積和形狀。1.2超聲波檢測(cè)方法利用超聲波探傷，主要有穿透法探傷和反射法探傷兩種方式。穿透法探傷使用兩個(gè)探頭，一個(gè)用來(lái)發(fā)射超聲波，一個(gè)用來(lái)接收超聲波。檢測(cè)時(shí)，兩個(gè)探頭分置在工件兩側(cè)，根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化來(lái)判別工件內(nèi)部質(zhì)量。反射法探傷高頻發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖激勵(lì)信號(hào)作用在探頭上，所產(chǎn)生的波向工件內(nèi)部傳播，如工件內(nèi)部存在缺陷，波的一部分作為缺陷波被反射回來(lái)，發(fā)射波的其余部分作為底波也將反射回來(lái)。根據(jù)發(fā)射波、缺陷波、底波相對(duì)于掃描基線的位置可確定缺陷位置；根據(jù)缺陷波的幅度可確定缺陷的大??；根據(jù)缺陷波的形狀可分析缺陷的性質(zhì)；如工件內(nèi)部無(wú)

4、缺陷，則只有發(fā)射波和底波。超聲波的接收和產(chǎn)生原理相似，當(dāng)超聲波遇到不連續(xù)性時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生反射，反射的超聲波使壓電晶片振動(dòng)，繼而在壓電晶片兩端產(chǎn)生電壓。最主要是如何將電脈沖轉(zhuǎn)化為探傷儀屏幕上的波形，模擬機(jī)是通過(guò)顯像管顯示的。顯像管的圖像是電子打在熒光物質(zhì)上，使熒光物質(zhì)發(fā)光；電子經(jīng)過(guò)一個(gè)電場(chǎng)而改變方向，打在屏幕的不同位置，使屏幕顯現(xiàn)圖像。顯像管x方向上的電壓是探傷儀加在壓電晶片上的電壓，y方向的電壓是壓電晶片振動(dòng)產(chǎn)生的電壓，這樣就形成了屏幕上的波形。在工業(yè)超聲波檢測(cè)中，超聲波的反射特性主要用于探測(cè)材料中的缺陷。以最常用的A型顯示測(cè)超聲脈沖反射法探測(cè)為例：超聲波探傷儀中高頻脈沖電路產(chǎn)生的高頻脈沖振蕩電

5、流施加超聲換能器中的壓電元件上，激發(fā)出超聲波并傳入被檢工件。超聲波在被檢工件中傳播時(shí)，若在聲路上遇到缺陷。將會(huì)在界面上產(chǎn)生反射，反射回波被探頭接收轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電信號(hào)輸入超聲波探傷儀的接收放大電路，經(jīng)過(guò)處理后在超聲波探傷儀的顯示屏上顯示出與回波聲壓大小成正比的回波波形，根據(jù)顯示的回波幅度大小可以評(píng)估缺陷大小，顯示屏上的水平掃描線可以調(diào)整為與超聲波在該介質(zhì)中的傳播時(shí)間成正比，然后就可以根據(jù)回波在顯示屏水平掃描線上的位置來(lái)判定缺陷在工件中的位置。利用工件底面回波在水平掃描線上的位置，還可以用于測(cè)定工件厚度。2 超聲檢測(cè)的應(yīng)用2.1基于超聲波速度特性的超聲檢測(cè)應(yīng)用同一波形的超聲波在不同的材料中有不同

6、的傳播的速度，而在同一材料中，不同波形的超聲波也有不同的傳播速度。當(dāng)材料的成分、顯微組織、密度、內(nèi)含物的比例、濃度、聚合物轉(zhuǎn)化率、強(qiáng)度、溫度、壓強(qiáng)、速度等存在差異或發(fā)生變化時(shí)，期聲速也將出現(xiàn)差異。利用專(zhuān)門(mén)的聲速測(cè)定儀或利用普通的超聲脈沖反射型探傷儀或測(cè)厚儀，將未知聲速的材料與已知聲速的標(biāo)準(zhǔn)試樣比較，從而可以測(cè)出材料的聲速或者聲速變化?？梢杂糜冢?、 材料物理常數(shù)的測(cè)定2、 測(cè)量溫度3、 測(cè)量流量4、 測(cè)量液體的黏度5、 測(cè)量應(yīng)力6、 測(cè)量硬度7、 測(cè)定金屬表面裂紋的深度8、 測(cè)量厚度利用超聲波的速度特性，還可以應(yīng)用于混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、球墨鑄鐵的強(qiáng)度及石墨球化度的測(cè)量、確定陶土坯的濕度以確定進(jìn)窯焙

7、燒的時(shí)機(jī)、氣體介質(zhì)的特性分析，以及測(cè)量石油餾分的密度、氯丁橡膠乳液的密度等等。2.2基于超聲波諧振特性的超聲檢測(cè)應(yīng)用超聲波是一種機(jī)械振動(dòng)波，利用超聲波諧振儀把頻率可調(diào)的超聲波垂直入射到被檢工件中，當(dāng)超聲波與工件的固有頻率發(fā)生頻率共振時(shí)，相向傳播的入射波與反射波互相疊加形成駐波。利用這種諧振特性，可以應(yīng)用于：測(cè)厚檢測(cè)缺陷超聲波諧振特性的一個(gè)典型應(yīng)用時(shí)超聲硬度計(jì)，它是借助超聲傳感器桿諧振頻率的變化來(lái)測(cè)量硬度的，主要用于測(cè)定金屬的洛氏硬度。超聲硬度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)時(shí)對(duì)試件表面破壞小、測(cè)量速度快、操作程序簡(jiǎn)單，特別適合成品工件百分之百檢驗(yàn)，并且可以手握測(cè)頭直接對(duì)工件檢測(cè)，特別適合于不易移動(dòng)的大型工件、不易拆

8、卸的部件進(jìn)行測(cè)量。2.3超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)是一種新型的特殊超聲波檢測(cè)技術(shù)，類(lèi)似相控陣?yán)走_(dá)、聲吶等其他波動(dòng)物理學(xué)的原理，但是超聲波具有波長(zhǎng)較短，模式變化，以及更多復(fù)雜成分的特性，在材料無(wú)損評(píng)價(jià)領(lǐng)域獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。工業(yè)超聲波相控陣檢測(cè)時(shí)，高頻聲束遵循超聲波在材料中的傳播規(guī)律通過(guò)被檢測(cè)材料并能在屏幕上顯示材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的回波圖像，能比常規(guī)超聲波檢測(cè)獲得更多的信息，不僅可以探測(cè)缺陷，而且在檢測(cè)諸如壓力容器和管路的腐蝕和繪制腐蝕圖等方面也有其獨(dú)特的功效。在航空領(lǐng)域可以應(yīng)用于：可用于老齡飛機(jī)的相控陣超聲波檢測(cè)相控陣超聲檢測(cè)無(wú)需聲透鏡便可使聲束聚焦，可以靈活而有效地控制聲束和聚

9、焦點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和盲區(qū)位置缺陷的精確檢測(cè)，并可以通過(guò)優(yōu)化控制焦點(diǎn)尺寸和盧束方向，能使分辨率、信噪比、缺陷檢出率等性能得到提高滿(mǎn)足了老齡飛機(jī)檢測(cè)可靠性的要求。可用于新機(jī)新材料的無(wú)損檢測(cè)各種新型飛機(jī)都大量使用新材料特別是鈦合金材料。鈦合金由于內(nèi)部缺陷檢測(cè)能力的高要求，在各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方案中超聲波方法是唯一能夠滿(mǎn)足應(yīng)用需求的手段。鈦合金材料具有較高的聲衰減。為大尺寸工件的超聲波檢測(cè)帶來(lái)了困難，常規(guī)超聲波技術(shù)的相應(yīng)解決方案是采用寬頻帶窄脈沖和聚焦探頭技術(shù)但仍然存在檢測(cè)靈敏度和超盧波穿透能力之間進(jìn)行折中取舍的困難甚至于不能保證工件整體范圍的足夠檢測(cè)靈敏度。即使檢測(cè)對(duì)象是小尺寸棒材在選擇檢測(cè)技

10、術(shù)的時(shí)候仍然需要根據(jù)不同缺陷的取向和方位選擇相應(yīng)聲學(xué)特性和指向特性的多個(gè)探頭組合，檢測(cè)工藝復(fù)雜化，同時(shí)增加了不可靠因素。相控陣技術(shù)針對(duì)以上問(wèn)題解決了技術(shù)細(xì)節(jié)中存在的矛盾提供了有效的解決途徑。使用相控陣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)理想的聲束聚焦。采用同樣的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)每個(gè)陣列單元聚焦區(qū)域的實(shí)際聲場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于常規(guī)的超聲波技術(shù)從而對(duì)于相同聲衰減特性的材料可以使用較高的檢測(cè)頻率。3 超聲波檢測(cè)設(shè)備超聲波檢測(cè)設(shè)備與器材包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊、耦合劑和機(jī)械掃描裝置等。超聲波檢測(cè)儀和探頭是超聲波檢測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞影響超聲波檢測(cè)的檢測(cè)靈敏度和定位定量精度。超聲波檢測(cè)試塊和耦合劑是超聲波檢測(cè)的重要器材，試塊類(lèi)型

11、和反射體的性質(zhì)對(duì)超聲波檢測(cè)靈敏度和缺陷評(píng)定具有重要意義，耦合劑的類(lèi)型和性能對(duì)超聲波檢測(cè)靈敏度和缺陷評(píng)定也有重要影響。3.1超聲波檢測(cè)儀的分類(lèi)3.11按超聲波的連續(xù)性可分為：脈沖波探傷儀：儀器通過(guò)向探頭的壓電晶片周期性地發(fā)射持續(xù)時(shí)間很短的電脈沖，激勵(lì)探頭中壓電晶片發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，超聲波在工件中傳播，并在邊界上產(chǎn)生反射和折射，探頭的壓電晶片接收從工件中反射回來(lái)的超聲波并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，儀器對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行處理并以一定的方式顯示出來(lái)，從而根據(jù)反射波在工件中的傳播時(shí)間確定缺陷的位置，根據(jù)反射波的幅度判斷缺陷的大小。 連續(xù)波探傷儀：儀器通過(guò)探頭向工件中發(fā)射連續(xù)且頻率不變或在小范圍內(nèi)周期性變化的超聲波，

12、根據(jù)透過(guò)工件的超聲波強(qiáng)度變化判斷工件中有無(wú)缺陷和缺陷大小。 調(diào)頻波探傷儀：儀器通過(guò)探頭向工件中發(fā)射連續(xù)的頻率周期性變化的超聲波，根據(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無(wú)缺陷。3.12按缺陷顯示方式可分為： A型顯示探傷儀：A型顯示是一種波型顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間（如果超聲波在均勻介質(zhì)中傳播，則聲速是恒定的，則傳播時(shí)間可以轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞑ゾ嚯x），縱坐標(biāo)代表反射波的幅度，由反射波的位置可以確定缺陷的位置，反射波的幅度可以估算缺陷的大小。B型顯示探傷儀：B型顯示是一種圖象顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標(biāo)是靠機(jī)械掃描來(lái)代表探頭的掃查軌跡，縱坐標(biāo)是靠電子掃描來(lái)代表聲波的傳播時(shí)間或距離，因而可以直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度。C型顯示探傷儀：C型顯示也是一種圖象顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都是靠機(jī)械掃描來(lái)代表探頭在工件表面的位置，探頭接收信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示，因而探頭的工件表面移動(dòng)時(shí)，熒光屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖象，但不能顯示缺陷的深度。3.2超聲波探傷儀的工作原理同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開(kāi)始工作，產(chǎn)生