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1、无损检测导论论文题 目： 超声波检测技术的应用及设备 系（院）： 专 业： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日摘要超声波在被检测材料中传播时,材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声波检测应用主要包括在工业上对各种材料的检测和在医疗上对人体的检测诊断，通过它人们可以探测出金属等工业材料中有没有气泡、伤痕、裂缝等缺陷，可以检测出人们身体的软组织、血流等是否正常。运用超声检测的方法来检测的仪器称之为超声波探伤仪。它的原理是：超声波在被检测材料中传播时,材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生
2、一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测方法通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。关键词：超声波检测的原理 超声波检测的应用 超声波检测仪器及原理1 超声波检测原理1.1超声波检测的基本原理超声波在均匀连续弹性介质中传播时，将产生极少能量损失；但当材料中存在着晶界、缺陷等不连续阻隔时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，从而损失比较多的能量，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就可以判定建筑材料的某些方面的性质和结构内部构造的情况达到测试的目的。当超声遇到缺陷面时，反射回波幅度会异
3、常增大，根据反射幅度、延迟和相位等就可以判断缺陷的位置、面积和形状。1.2超声波检测方法利用超声波探伤，主要有穿透法探伤和反射法探伤两种方式。穿透法探伤使用两个探头，一个用来发射超声波，一个用来接收超声波。检测时，两个探头分置在工件两侧，根据超声波穿透工件后能量的变化来判别工件内部质量。反射法探伤高频发生器产生的高频脉冲激励信号作用在探头上，所产生的波向工件内部传播，如工件内部存在缺陷，波的一部分作为缺陷波被反射回来，发射波的其余部分作为底波也将反射回来。根据发射波、缺陷波、底波相对于扫描基线的位置可确定缺陷位置；根据缺陷波的幅度可确定缺陷的大小；根据缺陷波的形状可分析缺陷的性质；如工件内部无
4、缺陷，则只有发射波和底波。超声波的接收和产生原理相似，当超声波遇到不连续性时，即会产生反射，反射的超声波使压电晶片振动，继而在压电晶片两端产生电压。最主要是如何将电脉冲转化为探伤仪屏幕上的波形，模拟机是通过显像管显示的。显像管的图像是电子打在荧光物质上，使荧光物质发光；电子经过一个电场而改变方向，打在屏幕的不同位置，使屏幕显现图像。显像管x方向上的电压是探伤仪加在压电晶片上的电压，y方向的电压是压电晶片振动产生的电压，这样就形成了屏幕上的波形。在工业超声波检测中，超声波的反射特性主要用于探测材料中的缺陷。以最常用的A型显示测超声脉冲反射法探测为例：超声波探伤仪中高频脉冲电路产生的高频脉冲振荡电
5、流施加超声换能器中的压电元件上，激发出超声波并传入被检工件。超声波在被检工件中传播时，若在声路上遇到缺陷。将会在界面上产生反射，反射回波被探头接收转换成高频脉冲电信号输入超声波探伤仪的接收放大电路，经过处理后在超声波探伤仪的显示屏上显示出与回波声压大小成正比的回波波形，根据显示的回波幅度大小可以评估缺陷大小，显示屏上的水平扫描线可以调整为与超声波在该介质中的传播时间成正比，然后就可以根据回波在显示屏水平扫描线上的位置来判定缺陷在工件中的位置。利用工件底面回波在水平扫描线上的位置，还可以用于测定工件厚度。2 超声检测的应用2.1基于超声波速度特性的超声检测应用同一波形的超声波在不同的材料中有不同
6、的传播的速度，而在同一材料中，不同波形的超声波也有不同的传播速度。当材料的成分、显微组织、密度、内含物的比例、浓度、聚合物转化率、强度、温度、压强、速度等存在差异或发生变化时，期声速也将出现差异。利用专门的声速测定仪或利用普通的超声脉冲反射型探伤仪或测厚仪，将未知声速的材料与已知声速的标准试样比较，从而可以测出材料的声速或者声速变化。可以用于：1、 材料物理常数的测定2、 测量温度3、 测量流量4、 测量液体的黏度5、 测量应力6、 测量硬度7、 测定金属表面裂纹的深度8、 测量厚度利用超声波的速度特性，还可以应用于混凝土强度检测、球墨铸铁的强度及石墨球化度的测量、确定陶土坯的湿度以确定进窑焙
7、烧的时机、气体介质的特性分析，以及测量石油馏分的密度、氯丁橡胶乳液的密度等等。2.2基于超声波谐振特性的超声检测应用超声波是一种机械振动波，利用超声波谐振仪把频率可调的超声波垂直入射到被检工件中，当超声波与工件的固有频率发生频率共振时，相向传播的入射波与反射波互相叠加形成驻波。利用这种谐振特性，可以应用于：测厚检测缺陷超声波谐振特性的一个典型应用时超声硬度计，它是借助超声传感器杆谐振频率的变化来测量硬度的，主要用于测定金属的洛氏硬度。超声硬度测量的优点时对试件表面破坏小、测量速度快、操作程序简单，特别适合成品工件百分之百检验，并且可以手握测头直接对工件检测，特别适合于不易移动的大型工件、不易拆
8、卸的部件进行测量。2.3超声波相控阵检测技术的应用超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声呐等其他波动物理学的原理，但是超声波具有波长较短，模式变化，以及更多复杂成分的特性，在材料无损评价领域获得越来越多的应用。工业超声波相控阵检测时，高频声束遵循超声波在材料中的传播规律通过被检测材料并能在屏幕上显示材料内部结构的回波图像，能比常规超声波检测获得更多的信息，不仅可以探测缺陷，而且在检测诸如压力容器和管路的腐蚀和绘制腐蚀图等方面也有其独特的功效。在航空领域可以应用于：可用于老龄飞机的相控阵超声波检测相控阵超声检测无需声透镜便可使声束聚焦，可以灵活而有效地控制声束和聚
9、焦点的位置，实现复杂结构件和盲区位置缺陷的精确检测，并可以通过优化控制焦点尺寸和卢束方向，能使分辨率、信噪比、缺陷检出率等性能得到提高满足了老龄飞机检测可靠性的要求。可用于新机新材料的无损检测各种新型飞机都大量使用新材料特别是钛合金材料。钛合金由于内部缺陷检测能力的高要求，在各种无损检测技术方案中超声波方法是唯一能够满足应用需求的手段。钛合金材料具有较高的声衰减。为大尺寸工件的超声波检测带来了困难，常规超声波技术的相应解决方案是采用宽频带窄脉冲和聚焦探头技术但仍然存在检测灵敏度和超卢波穿透能力之间进行折中取舍的困难甚至于不能保证工件整体范围的足够检测灵敏度。即使检测对象是小尺寸棒材在选择检测技
10、术的时候仍然需要根据不同缺陷的取向和方位选择相应声学特性和指向特性的多个探头组合，检测工艺复杂化，同时增加了不可靠因素。相控阵技术针对以上问题解决了技术细节中存在的矛盾提供了有效的解决途径。使用相控阵技术可以实现理想的声束聚焦。采用同样的脉冲电压驱动每个阵列单元聚焦区域的实际声场强度远大于常规的超声波技术从而对于相同声衰减特性的材料可以使用较高的检测频率。3 超声波检测设备超声波检测设备与器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫描装置等。超声波检测仪和探头是超声波检测的关键设备，其性能的好坏影响超声波检测的检测灵敏度和定位定量精度。超声波检测试块和耦合剂是超声波检测的重要器材，试块类型
11、和反射体的性质对超声波检测灵敏度和缺陷评定具有重要意义，耦合剂的类型和性能对超声波检测灵敏度和缺陷评定也有重要影响。3.1超声波检测仪的分类3.11按超声波的连续性可分为：脉冲波探伤仪：仪器通过向探头的压电晶片周期性地发射持续时间很短的电脉冲，激励探头中压电晶片发生振动产生超声波，超声波在工件中传播，并在边界上产生反射和折射，探头的压电晶片接收从工件中反射回来的超声波并转变为电信号，仪器对这些电信号进行处理并以一定的方式显示出来，从而根据反射波在工件中的传播时间确定缺陷的位置，根据反射波的幅度判断缺陷的大小。 连续波探伤仪：仪器通过探头向工件中发射连续且频率不变或在小范围内周期性变化的超声波，
12、根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷和缺陷大小。 调频波探伤仪：仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。3.12按缺陷显示方式可分为： A型显示探伤仪：A型显示是一种波型显示，探伤仪荧光屏的横坐标代表声波的传播时间（如果超声波在均匀介质中传播，则声速是恒定的，则传播时间可以转变为传播距离），纵坐标代表反射波的幅度，由反射波的位置可以确定缺陷的位置，反射波的幅度可以估算缺陷的大小。B型显示探伤仪：B型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间或距离，因
13、而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。C型显示探伤仪：C型显示也是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而探头的工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。3.2超声波探伤仪的工作原理同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板上，使电子束发生水平偏转，在荧光屏上产生一条水平扫描线。同时，发射电路受触发产生高频脉冲，施加至探头，激励压电晶片振动，产生超声波，超声波通过透声介质进入被检工件，超声波在工件中传播，遇到边界产生反射，返回到探头，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加到示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷回波和底波。
