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1、安全检测与控制技术设计摘 要 超声波无损检测技术在工业、建筑业以及涉会生活领域中有着广泛的应用。超声波无损检测是一种利用超声波对工程、器件进行无损检测 的技术。具有稳定性好，穿透力强，精度高、灵活性大的特点。目前超声波无损检 测已经应用到一些领域，在可操作性，准确性放卖弄取得了很好的效果，这为超声 波无损检测的广泛应用打下了良好的基础。超声波无损检测技术是目前较为先进的无损检测技术，它基于超声波的优越特 性能，有着广泛的应用领域。应用超声波技术进行无损检测，检测仪器可以不用接 触被测物，便于对一些具有腐蚀性的器件或和腐蚀性液体接触的器件进行检测，更 安全。 当代建筑技术日新月异的发展，钢结构在
2、当代建筑中使用率越来越高。采用无损探伤的手段对焊缝进行质量检验是确保钢结构工程质量的重要环节。本文从规范规定的焊缝等、相应检测的类别、评判标准及缺陷特性等方面对钢结构、传感器超声波无损探伤做了初步探讨。关键词：钢结构，检测，焊缝 ，超声波无损探伤，传感器目 录摘 要I引 言11 无损检测21.1 开展无损检测的研究与实践意义21.2 无损检测分类及简介31.2.1 超声检测31.2.2 射线检测31.2.3 磁粉检测41.2.4 渗透检测41.2.5 涡流检测41.2.6 声发射检测41.2.7 红外检测51.2.8 激光全息检测52 超声波62.1 超声波的定义62.2 超声波的产生机理62
3、.3 超声波的基本特征62.3.1 波的传播62.3.2 超声波的发射与接收72.3.3 超声波的特点72.3.4 超声波的效应82.4 超声波发展现状83 超声波无损检测基本原理及应用介绍103.1 超声波探伤技术在钢结构检测中的应用113.1.1 钢结构无损探伤种类113.1.2 超声波无损探伤在钢结构鉴定检测中的应用113.2 超声波传感器在无损检测中的应用153.2.1 超声波传感器的主要作用和结构153.2.2 超声波无损探伤的方法17致 谢20参考文献21 - III -引 言随着人类社会的发展，超声波无损检测技术在工业、建筑业以及涉会生活领域 中有着广泛的应用。超声波无损检测是一
4、种利用超声波对工程、器件进行无损检测 的技术。具有稳定性好，穿透力强，精度高、灵活性大的特点。目前超声波无损检 测已经应用到一些领域在可操作性，准确性放卖弄取得了很好的效果这为超声波无损检测的广泛应用打下了良好的基础。 超声波无损检测技术是目前较为先进的无损检测技术，它基于超声波的优越特 性能，有着广泛的应用领域。应用超声波技术进行无损检测，检测仪器可以不用接 触被测物，便于对一些具有腐蚀性的器件或和腐蚀性液体接触的器件进行检测，更 安全。核技术工业是当今世界都在积极研究的一个领域，具有高放射性，因此其在 役设备的检测要求就相当严格，超声波无损检测技术凭借其准确的定位和远距离的 检测特点，能充
5、分发挥其优越的性能。 超声波无损检测技术是建立在超声波的基础上的高精度检技术，它既有无损检 测的优点。超声波是一种弹性波。它的传播机理是超声波探头产生的高频振动引 起接触材料的振动，根据惠更斯原理，超声波可以在介质中不断向前传播。超声波 具有类似电磁波的性质，如反射，折射和衍射等。超声波检测技术正是利用了它的 这些性质。和其他的检测方法相比，超声波无损检测具有更广泛的应用，超声波无 损检测的优点是适用范围广，无论是金属、非金属还是复合材料都可以应用超声波 进行检测；对人体及环境无害；设备轻便，可以现场检测。因此我们必须重视超声 波无损检测在现实中应用的研究，加快产业化进程。随着现代工业的进步，
6、无损检测技术得到了飞速的发展。与此同时，也给其自 身提出了更加急迫的要求。发展和应用比较成熟的一些无损检测技术，已经在长期 的使用中逐步显现出自身存在的某些局限。为了充分发挥发挥无损检测的自身优势， 突破限制，扩展发展空间，必须开发新技术，将无损检测推向新的发展高峰，这是 我们当前的首要任务，也是时代赋予我们的历史使命。 本文主要对超声波无损检测技术的原理和应用进行理论研究。- 0 -1 无损检测无损检测 NDT （Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和电等 特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在 缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、
7、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对 象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。与破坏性检测相比，无损检测具有以下显著特点：(1)非破坏性(2)全面性 (3)全程性(4)可靠性问题1.1 开展无损检测的研究与实践意义开展无损检测的研究与实践意义是多方面的，主要表现在以下几方面：(1)改进生产工艺：采用无损检测方法对制造用原材料直至最终的产品进行全程检测，可以发现某些工艺环节的不足之处，为改进工艺提供指导，从而也在一定程度上保证了最终产品的质量。(2)提高产品质量：无损检测可对制造产品的原材料、各中间工艺环节直至最终的产成品实行全过程检测，为保证最终产品年质量奠定了基础。(
8、3)降低生产成本：在产品的制造设计阶段，通过无损检测，将存有缺陷的工件及时清理出去，可免除后续无效的加工环节，减小原材料和能源的消耗节约工时，降低生产成本。(4)保证设备的安全运行：由于破坏性检测只能是抽样检测不可能进行100%的全面检测，所得的检测结论只反映同类被检对象的平均质量水平。此外，无损检测技术在食品加工领域，如材料的选购、加工过程品质的变化、流通环节的质量变化等过程中，不仅起到保证食品质量与安全的监督作用，还在节约能源和原材料资源、降低生产成本、提高成品率和劳动生产率方面起到积极的促进作用。作为一种新兴的检测技术，其具有以下特征：无需大量试剂；不需前处理工作，试样制作简单；即使检测
9、，在线检测；不损伤样品，无污染等等。无损检测技术在工业上有非常广泛的应用，如航空航天、核工业、武器制造、机械工业、造船、石油化工、铁道和高速火车、汽车、锅炉和压力容器、特种设备、以及海关检查等等。 “现代工业是建立在无损检测基础之上的”并非言过其实。1.2 无损检测分类及简介无损检测分为常规检测技术和非常规检测技术。常规检测技术有：超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）、射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT）、磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）、渗透检验Penetrant Testing （缩写 PT）、涡
10、流检测Eddy current Testing（缩写 ET）。非常规无损检测技术有： 声发射Acoustic Emission(缩写 AE)、 红外检测Infrared（缩写 IR）、激光全息检测Holographic Nondestructive Testing（缩写HNT）等。1.2.1 超声检测超声检测的基本原理是：利用超声波在界面（声阻抗不同的两种介质的结合面）出的反射和折射以及超声波在介质中传播过程中的衰减，由发射探头向被检件发射超声波，由接收探头接收从界面（缺陷或本底）处反射回来超声波（反射法）或透过被检件后的透射波（透射法），以此检测备件部件是否存在缺陷，并对缺陷进行定位、定性与
11、定量。超声检测主要应用于对金属板材、管材和棒材，铸件、锻件和焊缝以及桥梁、房屋建筑等混凝土构建的检测。1.2.2 射线检测射线检测的基本原理是：利用射线(X射线、射线和中子射线)在介质中传播时的衰减特性，当将强度均匀的射线从被检件的一面注入其中时，由于缺陷与被检件基体材料对射线的衰减特性不同，透过被检件后的射线强度将会不均匀，用胶片照相、荧光屏直接观测等方法在其对面检测透过被检件后的射线强度，即可判断被检件表面或内部是否存在缺陷（异质点）。目前，射线检测主要一个用于机械兵器、造船、电子、航空航天、石油化工等领域中的铸件、焊缝等的检测。1.2.3 磁粉检测磁粉检测的基本原理是：由于缺陷与基体材料
12、的磁特性（磁阻）不同穿过基体的磁力线在缺陷处将产生弯曲并可能逸出基体表面，形成漏磁场。若缺陷漏磁场的强度足以吸附磁性颗粒，则将在缺陷对应处形成尺寸比缺陷本身更大、对比度也更高的磁痕，从而指示缺陷的存在。目前，磁粉检测主要应用于金属铸件、锻件和焊缝的检测。1.2.4 渗透检测渗透检测的基本原理是：利用毛细管现象和渗透液对缺陷内壁的浸润作用，使渗透液进入缺陷中，将多余的渗透液出去后，残留缺陷内的渗透液能吸附显像剂从而形成对比度更高、尺寸放大的缺陷显像，有利于人眼的观测。目前，渗透检测主要应用于有色金属和黑色金属材料的铸件、锻件、焊接件、粉末冶金件以及陶瓷、塑料和玻璃制品的检测。1.2.5 涡流检测
13、涡流检测的基本原理是：将交变磁场靠近导体（被检件）时，由于电磁感应在导体中将感生出密闭的环状电流，此即涡流。该涡流受激励磁场（电流强度、频率）、导体的电导率和磁导率、缺陷（性质、大小、位置等）等许多因素的影响，并反作用于原激发磁场，使其阻抗等特性参数发生改变，从而指示缺陷的存在与否。目前，涡流检测主要应用于导电管材、棒材、线材的探伤和材料分选。1.2.6 声发射检测声发射检测的基本原理是：利用材料内部因局部能量的快速释放（缺陷扩展、应力松弛、摩擦、泄露、磁畴壁运动等）而产生的弹性波，用声发射传感器级二次仪表取该弹性波，从而对试样的结构完整性进行检测。目前，声发射检测主要应用于锅炉、压力容器、焊
14、缝等试件中的裂纹检测；隧道、涵洞、桥梁、大坝、边坡、房屋建筑等的在役检（监）测。1.2.7 红外检测红外检测的基本原理是：用红外点温仪、红外热像仪等设备，测取目标物体表面的红外辐射能，并将其转变为直观形象的温度场，通过观察该温度场的均匀与否，来推断目标物体表面或内部是否有缺陷。目前，红外检测主要用应于电力设备、石化设备、机械加工过程检测、火灾检测、农作物优种、材料与构件中的缺陷无损检测。1.2.8 激光全息检测激光全息检测是利用激光全息照相来检验物体表面和内部的缺陷。它是将物体表面和内部的缺陷，通过外部加载的方法，使其在相应的物体表面造成局部变形，用激光全息照相来观察和比较这种变形，然后判断出
15、物体内部的缺陷。目前，激光全息检测主要应用于航空、航天以及军事等领域，对一些常规方法难以检测的零部件进行检测，此外，在石油化工、铁路、机械制造、电力电子等领域也获得了越来越广泛的应用。2 超声波2.1 超声波的定义超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。2.2 超声波的产生机理超声波的产生机理利用了压电材料的压电效应。压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。2.3 超声波的基本特征通常人耳能够听到的声波的频率范围在20-20000Hz之间，人们习惯上把频率超过20KHz的声波称为超声波。超声波本质上是一种机械波，所以它的产生必须依赖于两个条件，一是有做机械振动的声源，二是有能
