超声波探伤总结.pptx

超声波探伤总结超声波探伤总结原理及基础知识超声波探伤总结第1页 超声波探伤原理：是利用超声波反射，折射现象来探测物体内部是利用超声波反射，折射现象来探测物体内部不均匀性。不均匀性。反射法是基于超声波在不一样声阻反射法是基于超声波在不一样声阻抗界面时发生反射原理工作。正如我们所知道，抗界面时发生反射原理工作。正如我们所知道，声波在从一个介质传输到另一个介质时候在二声波在从一个介质传输到另一个介质时候在二者之间界面会发生反射，者之间界面会发生反射，超声波探伤总结第2页而且介质之间差异越大反射就会越大，所以能够而且介质之间差异越大反射就会越大，所以能够对一个物质发射出穿透力强，能直线传输超声波，对一个物质发射出穿透力强，能直线传输超声波，然后对反射回来超声波进行接收并跟据这些反射然后对反射回来超声波进行接收并跟据这些反射回来波先后、幅度等情况回来波先后、幅度等情况就能够判断出这个组织中含有各种介质大小、分就能够判断出这个组织中含有各种介质大小、分布情况，以及各种介质之间对比差异程度等信息，布情况，以及各种介质之间对比差异程度等信息，从而判断出该被测物质是否有差异。从而判断出该被测物质是否有差异。超声波探伤总结第3页主要特征：1.1.超声波在介质中传输时，在不一样质面上有反超声波在介质中传输时，在不一样质面上有反射特征，如碰到缺点，缺点尺寸大于或等于超声射特征，如碰到缺点，缺点尺寸大于或等于超声波波长时，则超声波在缺点上反射回来，探伤仪波波长时，则超声波在缺点上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来，反之无法发觉。可将反射波显示出来，反之无法发觉。2.2.超声波方向性好，频率越高，方向性越好超声波方向性好，频率越高，方向性越好以很窄波束向介质中辐射，易于确定缺点位以很窄波束向介质中辐射，易于确定缺点位置。置。超声波探伤总结第4页超声波波型：1纵波：波传输方向是与质点运动方向相一致，这么波称之为纵波。纵波在介质中传输时会产生质点稠密部分和稀疏部分，故又称疏密波。2横波：各质点运动情况与纵波相同，但因为质点振动方向对波传输方向来说是横向，这种波称为横波。超声波探伤总结第5页3 3瑞利波：在半无限大固体介质与气体介质交界面瑞利波：在半无限大固体介质与气体介质交界面上，可产生瑞利波。瑞利波在固体（钢）表面上，可产生瑞利波。瑞利波在固体（钢）表面（xzxz平面）沿平面）沿x x方向传输，质点在方向传输，质点在xyxy平面内做椭圆平面内做椭圆振动，椭圆长轴垂直于波传输方向，短轴平行于振动，椭圆长轴垂直于波传输方向，短轴平行于传输方向。传输方向。超声波探伤总结第6页超声波波形：平面波：波阵面为平面波称为平面波球面波：当声源是个点状球体时，波阵面是以声源为中心球面，球面波声强与距声源距离平方成反比，故声压与距离成反比。在超声波检测中，尤其是检验大试件时，球面波是最主要形式波。这是因为由普通超声波振动发出波在很远距离外可看成是球面波超声波探伤总结第7页柱面波：波阵面是同轴圆柱波称为柱面波。其声柱面波：波阵面是同轴圆柱波称为柱面波。其声源是以无限长（远大于波长）线状直柱，柱面波源是以无限长（远大于波长）线状直柱，柱面波声强与距声源距离声强与距声源距离 成反比，故声压等于距离平成反比，故声压等于距离平方根成反比。方根成反比。活塞波：在超声波检测实际应用中，圆盘形声源活塞波：在超声波检测实际应用中，圆盘形声源尺寸既不能看成很大，也不能看成很小，它所发尺寸既不能看成很大，也不能看成很小，它所发出超声波介于球面波与平面波之间，称之为活塞出超声波介于球面波与平面波之间，称之为活塞波波超声波探伤总结第8页超声波特征量：介质中有超声波存在区域称为超声场，可用声压、声强、声特征阻抗来描述声压声压 （p p）：在有声波介质中，某一点在一瞬间）：在有声波介质中，某一点在一瞬间所含有压强与没有声波时，该点静压强之差称为所含有压强与没有声波时，该点静压强之差称为声压。单位是帕斯卡（声压。单位是帕斯卡（PaPa）,声压是个变量，在声压是个变量，在实际上比较两个超声波声压时不需要对每个时间实际上比较两个超声波声压时不需要对每个时间t t进行比较，只需用幅度作比较，通常把声压幅进行比较，只需用幅度作比较，通常把声压幅度简称声压。度简称声压。超声波探伤总结第9页 能够证实，对于无衰减平面余弦波来说P=cv(是介质密度，c是介质声速，v是质点振动速度)声强：在垂直于声波传输方向上，单位面积上在单位时间内，所经过声能量称为声强度，用符号I表示对简谐波，常将一周期中能流密度平均值作为声强，超声波探伤总结第10页声特征阻抗：由声特征阻抗：由 P=cv P=cv可知，在同一声压可知，在同一声压P P情情况下，况下，cc越大，质点振动速度越大，质点振动速度v v越小，反之越越小，反之越大。所以把大。所以把cc称为介质声特征阻抗，以符号称为介质声特征阻抗，以符号Z Z表示。表示。4.4.声压和声强分贝表示声压和声强分贝表示:贝耳一贝耳一 二个声波声强二个声波声强之比惯用对数值之比惯用对数值 贝耳数贝耳数=LOG10*I1/I2(=LOG10*I1/I2(贝耳贝耳)在使用上在使用上,贝耳这个单位太大贝耳这个单位太大,取其十分之一称取其十分之一称贝耳贝耳,用符号用符号dBdB表示分贝数表示分贝数=10Log10*I1/I2(d10Log10*I1/I2(d)=20Log10*P1/P2(d)=20Log10*P1/P2(d)超声波探伤总结第11页超声波波形：波阵面是指同一时刻介质中振动相位相同全部波阵面是指同一时刻介质中振动相位相同全部质点所联成面；波前是指某一时刻振动所传到质点所联成面；波前是指某一时刻振动所传到距声源最远各点所联成面。距声源最远各点所联成面。设声源形状为平面、球体和圆柱，则所发出波设声源形状为平面、球体和圆柱，则所发出波波阵面形状可为平面、球面和柱面。波阵面形状可为平面、球面和柱面。超声波探伤总结第12页超声波波形特征：1.波叠加，当几列波同时在一个介质中传输时，假如在一些点相遇，则相遇处质点振动是否各列波所引发振动合成。合成声场声压等于每列波声压矢量和,这就是声波叠加原理.2.干涉 普通地说，振幅频率、周期都不一样几列波在某一点叠加时，就产生了干涉。超声波探伤总结第13页 3.驻波 两列振幅相同相干波在同一直线上沿相反方向彼此方向传输叠加而成波称为驻波，它是干涉现象特例。超声波探伤总结第14页惠更斯原理 波动起源于波源震动,波传输须借助于介质中质点之间相互作用,对于连续介质来说,任何一点震动将引发相邻质点震动作用，所以波前在介质中到达每一点都能够看作是新波源即子波源向前发出球面子波,这就是惠更斯原理超声波探伤总结第15页A型显示器工作原理:同时电路产生周期性脉冲信号同时电路产生周期性脉冲信号,首先它触出发首先它触出发射电路射电路,(,(或经触发延迟或经触发延迟,在时间上作适当延迟在时间上作适当延迟后后,触发发射电路触发发射电路)产生一个连续时间极短点脉产生一个连续时间极短点脉冲加到探头内压电换能器冲加到探头内压电换能器,激励晶片产生脉冲激励晶片产生脉冲超声波超声波,另首先另首先,同时脉冲经扫描延迟同时脉冲经扫描延迟,在时间在时间上适当延迟后控制扫描发生器产生线性很好锯上适当延迟后控制扫描发生器产生线性很好锯齿波齿波,经经X X轴放大器放大后加到示波管轴放大器放大后加到示波管X X轴偏转轴偏转板上板上,使光点从左到右随时间作线性地移动使光点从左到右随时间作线性地移动.超声波探伤总结第16页超声波透过耦合剂射入试件超声波透过耦合剂射入试件.在试件内传输超在试件内传输超声波碰到界面或缺点时声波碰到界面或缺点时,即产生反射，这种超即产生反射，这种超声波回波可由已停顿激振原探头接收声波回波可由已停顿激振原探头接收(单探头单探头工作方式工作方式),),或由另一接收探头接收或由另一接收探头接收(双探头工双探头工作方式作方式)转变成电脉冲输入高频放大器，检验转变成电脉冲输入高频放大器，检验波电路，再由视频放大器深入放大后加到示波波电路，再由视频放大器深入放大后加到示波管管Y Y轴偏转板上。这时光点不但在水平线上按轴偏转板上。这时光点不但在水平线上按时间作线性移动而且还要受时间作线性移动而且还要受Y Y轴偏转板上电压轴偏转板上电压影响作垂直运动影响作垂直运动,从而在扫描线上就出现波形。从而在扫描线上就出现波形。超声波探伤总结第17页依据反射回波在扫描线上位置可确定试件界面或依据反射回波在扫描线上位置可确定试件界面或缺点与换能器间距离缺点与换能器间距离,荧光屏上显示波高普通与荧光屏上显示波高普通与换能器接收到超声波声压成正比，故可椐此评定换能器接收到超声波声压成正比，故可椐此评定反射回波声压大小。反射回波声压大小。同时脉冲产生频率即为重复频率，而超声波换能同时脉冲产生频率即为重复频率，而超声波换能器经同时脉冲激励产生振动频率是工作频率。器经同时脉冲激励产生振动频率是工作频率。在两次脉冲之间时间在两次脉冲之间时间T,T,晶片不发射超声波而处于晶片不发射超声波而处于静止状态，恰好用来接收回波信号并由仪器显示静止状态，恰好用来接收回波信号并由仪器显示.超声波探伤总结第18页超声波探伤仪分类:按超声波连续性分类：1脉冲波探伤仪2连续波探伤仪3调频波探伤仪超声波探伤总结第19页按缺点显示方式分类：1A型显示探伤仪2B型显示探伤仪3C型显示探伤仪超声波探伤总结第20页按超声波通道分类：单通道探伤仪多通道探伤仪超声波探伤总结第21页超声波探伤仪主要组成部分 同时电路：又称触发电路，用来触发探伤仪扫描电路、发射电路等，使之步调一致。有条不紊工作，是探伤仪中枢。它每秒钟产生数十至数十万个脉冲。超声波探伤总结第22页 扫描电路：又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上光点沿水平方向作等速运动，产生一条扫描时基线，探伤仪面板上深度粗调，微调，扫描延迟旋钮都是扫描电路控制按钮。超声波探伤总结第23页发射电路：发射电路利用闸流管或可控硅开关特征，产生几百伏至上千伏电脉冲，电脉冲加于发射头，激励压电晶片振动，使之发射超声波。接收电路：接收电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器组成。超声波探伤总结第24页 它未来自探头电信号进行放大，检波最终加至示波管垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。接收电路性能对探伤仪性能影响大，它直接影响到探伤仪垂直性，动态范围，探头灵敏度，分辨力等主要技术指标。超声波探伤总结第25页 显示电路：显示电路主要由示波管及外围电路组成，示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪，偏转系统和荧光屏等三部分组成电源：电源作用是给探伤仪个部分电路提供适当电能，使整机电路正常工作超声波探伤总结第26页仪器主要开关旋钮作用及调整 工作方式选择旋钮：探伤仪工作方式分为双探和单探方式。我们实习CUT-218型，是经过一个开关，上下推进旋钮，来选择是双探还是单探。超声波探伤总结第27页 衰减器：作用是调整探伤灵敏度和测量回波振幅，我们用这台仪器粗调每挡10dB和6dB，细调是dB，总衰减量108dB。深度范围旋钮：它分为深粗调旋钮和细调旋钮，其作用是使荧光屏扫描线所代表探测范围进行压缩和扩展。使反射波间距反射体距离成一定百分比。超声波探伤总结第28页 其它旋钮：其它一些旋钮属于在检测 仪器出现问题时用来调整，普通情况下不需操作人员来调声程调：这个旋钮是依据轧辊不一样直径而调整，这台仪器分为三档100mm200mm1m超声波探头超声波探伤总结第29页超声波探头 原理：超声波探头中压电晶片含有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片 时，发生逆压电效应，将电能转换为声能，探头发射超声波，当探头接收超声波时发生，发生正压电效应，将声能转换为电能，不难看出超声波探头在工作时实现了电能和声能相互转换，所以常把探头叫做换能器。（一些晶片材料在交变电压作用下，产生交变电场效应，反之，当晶片材料在电场作用下，产生伸缩变形效应成为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。超声波探伤总结第30页 种类：超声波探头种类很多，依据波型不一样分为纵波探头、横波探头、表面波探头、板波探头等等，依据波源不一样分为聚焦探头与非聚焦探头，依据晶片数不一样分为单晶探头，多晶探头。超声波探伤总结第31页结构及作用：1.直探头用于发射和接收纵波，又称纵波探头。它主要有压电晶片、保护膜、吸收快、电缆接头和外壳等部分组成，压电晶片作用是发射和接收声波，实现电声换能。保护膜作用是保护压电晶片不致磨损或损坏。阻尼块使晶片振动后尽快停顿下来，从而使脉冲宽度变小，分辨力提升，另外吸收块还能够吸收晶片背后杂波，提升信噪比，外壳作用在于将各部分组合起来超声波探伤总结第32页2.斜探头横波斜探头，主要用于探测与探测面垂直或成一定角度，斜探头结构实际上是直探头加透声斜楔组成，因为晶片不直接与工件接触，所以这里斜探头没有保护膜。透声斜楔作用是实现波型转换，使被探工件种只存在折射横波超声波探伤总结第33页试 块按一定用途设计制作含有简单几何形状人工反射体试样，通常称为试块试块作用：1.确定探伤灵敏度 2.测试仪器和探头性能 3.调整扫描速度 4.评判缺点大小超声波探伤总结第34页试块分类：按试块来历分为标准试块，它是权威机构制订试块，试块材料、形状尺寸及表面状态都有权威机构部门统一要求参考试块，参考试块是由各部门按一些详细探伤对象制订试块试块按人工反射体来分：平底试块 横空试块 槽形试块超声波探伤总结第35页超声波耦合剂 耦合剂在探伤中起到隔绝空气，使超声波能够完全入射到被测元件里面。它主要是一些普通机油、甘油和水等。在超声波探伤中，耦合剂声阻抗和耦合厚度对回波高度有较大影响.当耦合层厚度等于半波长整数倍时.声强透射率与耦合剂性质无关,当耦合层厚度=/4奇数倍,声阻抗为两侧介质声阻抗几何平均值时,超声波全透射,所以,实际探伤中耦合剂声阻抗,对探头施加压力大小都会影响缺点回波高度,进而影响缺点定量.超声波探伤总结第36页超声波检测中使用偶合剂，从声传递角度来说要求具备以下性质：轻易附着在试件表面上，用足够侵润性，以排轻易附着在试件表面上，用足够侵润性，以排除探头与检测面之间由试件表面粗糙度造成空除探头与检测面之间由试件表面粗糙度造成空气薄层。气薄层。声特征阻抗尽可能与被检验材料声特征阻抗相声特征阻抗尽可能与被检验材料声特征阻抗相差小一些，以厉声能尽可能多地进入试件。差小一些，以厉声能尽可能多地进入试件。对人体无害，对试件无腐蚀作用。对人体无害，对试件无腐蚀作用。轻易去除。轻易去除。起源方便，价格低廉。起源方便，价格低廉。超声波探伤总结第37页频 率 选 择1.1.频率愈高，超声波衰减愈大频率愈高，超声波衰减愈大(t(t同一材料同一材料)；晶；晶 粒愈粗，衰减愈大（同一频率），同时易产粒愈粗，衰减愈大（同一频率），同时易产生晶粒反射波。所以对于粗晶粒和其它组织生晶粒反射波。所以对于粗晶粒和其它组织不致密材料（如多孔材料），应选取低频率。不致密材料（如多孔材料），应选取低频率。对于组织细密材料，应选取高频率；超声波对于组织细密材料，应选取高频率；超声波传输距离愈大，则声波衰减愈大。对不一样传输距离愈大，则声波衰减愈大。对不一样厚度工件应采取不一样频率；探测远距离缺厚度工件应采取不一样频率；探测远距离缺点宜用低频率点宜用低频率2.2.频率高，波长短，发觉小缺点时能力强，所以，频率高，波长短，发觉小缺点时能力强，所以，探测小缺点时，选取高频率。探测小缺点时，选取高频率。超声波探伤总结第38页3.频率愈高，分辨力愈好。所以探测近表面两个相邻缺点时，选取高频率4.频率愈高，声束于狭窄（扩散角小），方向性好，能准确判定缺点位置，频率低，扩散角大，可发觉特殊位置缺点，但能量不集中表面粗糙时，选取低频率5.频率愈高，穿透力愈强超声波探伤总结第39页7.裂缝一类缺点易采取低频率，非金属夹杂物用高频率总而言之，选择频率标准为既要考虑穿透能力，又要考虑发觉缺点能力，所以，在超声波衰减不大情况下，频率尽可能选择高些，不一样类型工件应选取对应得频率超声波探伤总结第40页探 伤 仪 调 节.探伤仪调整主要还要灵敏度调整.1.试块调整法 用试块调整方法,准确定位精度高但这么消费试块比较多.而且需要工序也比较复杂.应用上有缺点,成本高,携带不便.超声波探伤总结第41页2.工件底波调整法利用工件底波调整探伤灵敏度是依据工件底面回波与同深度人工缺点(比如平底孔)回波分差为定值,这个值能够由下述理论公式计算出来:=20lgPb/Pf=20lg2x/D方.(x大于等于3n)x-工件厚度D-要求探测出最小平底孔尺寸超声波探伤总结第42页影响缺点定位主要原因:1仪器影响:包含仪器水平性,仪器水平刻度精度2探头影响:声束偏离,探头双峰,斜楔磨损超声波探伤总结第43页3.工件影响:（1）工件表面粗糙度,工件表面粗糙,不但耦合不良,而且表面凹凸不平,使声波进入工件时间产生差异.（2）工件材质:能够声速和内应力两方面来讨论,当应力方向与波传输方向一致时,若应力为压缩应力则应力作用使试件弹性增加这时声速加紧,反之,若应力为拉伸应力,声速减慢.当应力传输方向不一致时波动过程中质点,振动轨迹受应力干扰,使波传输方向产生偏离,影响缺点定位.超声波探伤总结第44页 （3）工件边面形状（4）工件边界:临近边界,侧壁反射波与直射波在缺点处产生干涉,使声场声压分布发生改变,声束轴线发生偏离.（5）工件温度;当温度大于20度时,45度.正切值=1.5到2.0(=55度到63度时)回波很低,轻易引发漏检超声波探伤总结第45页缺 陷 大 小 判 断:经过一个实例来解释:例:用2.5P20Z探头探径向直径为500mm实心圆柱钢件，L=5900m/s,a=0.01dB/mm,利用底波调整500/2灵敏度，探伤中在400mm处发觉一缺点，其回波比灵敏度基准高22dB，求当量大小？超声波探伤总结第46页解：由已知得：=c/f=5.9/2.5=2.36mm N=D方/4=20/4*2.36=42.4mm 3N=3*42.4=127.2400所以能够利用当量计算法设400mm处缺点回波声压为P（f1）,500mm处回波声压为P（f2）。则有=20lg P（f1）/P（f2）=40lgD(f1)x1/D(f2)x2+2a(x2-x1)=20 40lgD(f1)x1/D(f2)x2=22(x2-x1)20-2*0.01*100=20 D(f1)=5.1mm当量尺寸为5.1mm超声波探伤总结第47页缺点长度测量对于面积大于声束截面或长度大于声束截面直径缺对于面积大于声束截面或长度大于声束截面直径缺点，可依据缺点回波出现范围来推断缺点大小和延点，可依据缺点回波出现范围来推断缺点大小和延伸长度。伸长度。当缺点面积大于声束截面时，假如声束轴线移动到当缺点面积大于声束截面时，假如声束轴线移动到缺点边缘，缺点波高将约为声束轴线在缺点中部时缺点边缘，缺点波高将约为声束轴线在缺点中部时波高二分之一，如此，在发觉大缺点后，收线移动波高二分之一，如此，在发觉大缺点后，收线移动探头找到缺点最大波高，调整衰减器使波高到达荧探头找到缺点最大波高，调整衰减器使波高到达荧光屏满刻度光屏满刻度1/21/2，去掉，去掉6dB6dB衰减量衰减量(相当于提升增益相当于提升增益6dB),6dB),然后分别向两边移动然后分别向两边移动探头，当波高低降到荧光屏满刻度探头，当波高低降到荧光屏满刻度1/21/2时，分别记下时，分别记下探头中心两位置，两位置间距离，即缺点在此方向探头中心两位置，两位置间距离，即缺点在此方向上指示长度。上指示长度。超声波探伤总结第48页仪器维护仪器维护应注意以下几点：1使用仪器前，应仔细阅读仪器使用说明书，了解仪器性能特点，熟悉仪器个控制开关和旋钮位置，操作方法和注意事项，严格按说明书要求操作。2搬动仪器时预防强烈振动，现场探伤尤其高空作业时，应采取可靠保护办法，预防仪器摔坏。超声波探伤总结第49页3尽可能防止在靠近强磁场，灰尘多，电源波动大，有强烈振动及温度过高或过低场所使用仪器。4仪器工作时应预防雨，雪，水，机油等进入仪器内部，以免损坏线路和元件。5连接交流电源时，应仔细查对仪器额定电源电压和市电电压，预防错接电源，烧毁元件。使用蓄电池供电仪器，应严格按说明书进行充电操作。放电后蓄电池应及时充电，存放较久蓄电池也应定时充电，不然会影响蓄电池容量甚至无法重新充电。超声波探伤总结第50页6转动旋钮时不宜用力过猛，尤其是旋钮在极端位置时更应注意，不然会使旋钮错位甚至损坏。7拔接电源插头后探头插头时，应用手抓住插头壳体操作，不要抓住电缆线拔插。探头线和电源线应理顺，不要弯折扭曲。8仪器每次用完后，应及时擦去表面灰尘，油污，放置在干燥地方。超声波探伤总结第51页9在气候潮湿区域或潮湿季节，仪器长久不用，每日要接通电源开机一次，开机时间约半小时，以驱除潮气，放置仪器内部短路或击穿，同时也给电解电容充了电，预防变质。10仪器出现故障，应马上关闭电源，请维修人员检验修理。千万不可随意乱动，放置故障扩大和发生事故。超声波探伤总结第52页超声波探伤总结第53页超声波探伤总结第54页