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1、ASNT-U级官方教程-图文厚板厂质检站2022年8月目录第一课概述1超声波基本应用1培训与资格鉴定1第二课超声波检测简介3超声波的特点3超声波检测3可闻声波和超声波的频率3超声波的特点4超声原理6第三课超声检测设备14专业术语14术语15设备电路15设备控制钮（键）17两种基本的超声波检测系统22第四课超声波的产生29专用术语29超声波的产生33耦合剂35第五课超声波的特性40专业术语40超声波的特性43第六课第七课时间/距离关系仪器校正/压缩波49无损检测基础57专业术语49无损检测简介57第一课概述超声波基本应用超声是一种多用途的检测技术，它既可以用来检测各种金属产品，也可以用来检测非金
2、属产品，例如焊缝、锻件、铸件、板材、管材、塑料和陶瓷制品等。超声具有的一个优点是，在工件的一侧表面即可检测内部或皮下的不连续缺陷。超声波检测的目的是利用下述手段来确保产品的可靠性：(1) 获取有关缺陷的信息。在不破坏工件使用的情况下，揭示缺陷的特性。(3)根据有关标准,区分合格品和不合格品。培训与资格鉴定在使用本技术并对检测结果进行评价之前，技术人员和管理人员获得超声波检测资格是非常重要的。美国无损检测学会推荐使用它们的文件“推荐实践SNT-TC-1A”。这个文件为使用者提供了各种无损检测技术资格的必要指导。按照这一文件，雇主制定一套“书面规定”，详细叙述技术人员如何进行培训、考核和资格鉴定。
3、建议学员学习SNT-TC-1A的最新版本，以了解文件推荐的，作为一名超声检测技术人员用于资格鉴定所必须的课堂教学时间和从业经历时间。无损检测人员的资格鉴定由雇主负责，它一般分为三个等级：I级根据书面说明执行专门的标准、专门的检测和专门的评估。II级调校设备，并根据规定、规范和标准解释和评价检测结果。必须能够准备书面说明并报告检测结果。m级负责制定技术、解释标准，和设计所用的检测方法和技术，必须具有技术实践背景，且熟知其他常规无损检测方法。文件SNT-TC-1A隹荐按下述范围考核I级和n级技术人员：A:通用知识考核B:专业知识考核C:实际操作考试美国无损检测学会为雇主提供了m级的基础和方法方面的
4、考核服务。上于许多企业使用了ND枫备，所以专业考核也雇主的责任。根据SNT-TC-1A绘制的资格鉴定流程图如下：图1-12第二课超声波检测简介本课介绍超声波检测和在工业中的作用。超声波检测广泛地应用于对材料的立体检测。它可以与其它ND仿法一起使用，在高要求时它更具优势。与其它ND仿法相比，超声波检测是相对较新的技术，在20世纪40年代早期，密歇根大学的F.Firetone博士开始了在此领域的研究和开发。超声波的特点超声波与可闻声波非常类似，超声波具有可闻声波的很多特性。两者之间的主要区别是超声波的频率较高。同样地，超声波的特点与声纳非常相似。声纳的振动能量可以穿过介质，在传播路径上的物体会反射
5、声纳。这些基本原理同样可以应用于超声波。这也正是本课前面部分所涵盖的内容。本课的后续部分将会拓展到仪器和影响探测的检测参量。超声波检测超声波检测可以应用在很多不同形态的材料上，例如：铸件、锻件、冲压件和焊接件等。超声波检测的另一个优点是可以检测很多不同种类的材料，例如：塑料、铁磁性和非铁磁性材料、玻璃等等。超声检测可以用在任何允许超声波通过的材料上。下面课程将深入地介绍超声波检测的原理、优点、范围和应用。可闻声波和超声波的频率超所波检测利用声波作为探测材料的手段，用以检测材料中的不连续性缺陷。这类声波的频率远高于人们可察觉到的声波的频率。一般情况下，人们可听到的声波的频率范围是2020000H
6、乙当频率高于20000Hz时，人耳就听不到3了，这种声波称为超声波。由于这类声波的特点，超声波可探测的材料范围很广。因为超声波可以穿透到材料很深的地方，所以它比射线检测技术更具优势。超声波的穿透深度由超声波的频率和材料本身决定。声可以用机械能来定义。敲击U型叉就会产生声波，我们的耳朵就可以通过U型叉在空气中的往复运动感觉到振动。产生超声波的机械能与此相类似。只有一点不同，超声检测的频率范围在0.225MHz这个频率远超出了人耳可听到的范围。用来产生高频声波并将其导入被检工件的装置称为换能器。在换能器中有一个压电材料，这个材料可以将电能转换成机械能，反之亦然。压电效应是某些材料（元件或晶体）的固
7、有特性。以电能的方式给换能器一个脉冲，晶体就会振动。这种振动由晶体的膨胀和收缩引起，是电脉冲引起的特有反应。将换能器与被检工件相耦合，晶体的振动就以超声波能量传输的方式传递到工件中。处于超声波传播途径上的不连续性缺陷会将声束反射回换能器（这与缺陷的取向有关）。最终作为一种指示显示出来。超声波的特点为了进一步熟悉高频声波以及它如何通过材料传播，了解其固有特性是重要的。检测是否可行与这种声波和被检材料的相互作用有关。声波是一种简单的质点振动。在超声波范围，声波有很高的频率。在大多数接触法检测中，使用的频率在1MHz5MHZ间。频率的真正含义是什么？为了弄清超声波的特性，我们以物体中单个粒子的振动为
8、例加以说明。质点的振动首先考虑不受力的情况。此时，构成物体的所有质点以固有的结构和形式排列。在不受力时，这些质点处在它们“静止位置”上作白由运动。当来白换能器的机械振动传入工件表面时，这些质点就会在它们的静止位置附近开始振动。循环质点首先在一个方向上发生位移，然后在相反的方向上发生位移，两个位移构成了一个完整的循环。图1-2周期频率实际上是单位时间内完成循环的次数。频率的标准度量单位是赫兹（Hz）。1赫兹等于在1秒钟内完成一个循环。如果在检测中使用一个5兆赫兹的换能器，则意味着质点每秒钟发生5百万次振动。用来度量频率的时间长度的物理量称为周期。波长检测中使用的另外一个重要物理量是波长。一个波长
9、是声波完全完成一个循环所传播的距离。并非材料质点穿过了整个材料，而是严白换能顺振动能量从一个质点传递给了另一个质点，理解这一点非常重要。声速频率和波长之间的关系与被检工件中声波速度有关。声速是声波通过材料的速率。对于一种材料来说，声速是一个常量，它仅随振动能量模式的变化而改变。这一关系用数学表达式来表示就是vf入=（希腊字母“拉姆达”）波长V=#料的声速？=换能器的频率分辨率频率是一个在检测中可以改变的量，它可以通过使用产生不同频率的换能器来得到。当频率降低时，波长增加，材料的穿透深度加大，但会伴随着分辨率的损失。分辨率是区分显示在CRT_t的相邻缺陷的能力。图1-3在图1-3上面的一幅图片，
10、显示了较差的分辨力，宽回波交迭在一起;卜面一幅图片，显示了较好的分辨力，窄回波彼此互不搭界灵敏度当频率增加时，波长减小，材料中穿透的能量减少，但分辨率和灵敏度会增高。灵敏度是检测小缺陷的能力。通常认为，可检测缺陷的最小尺寸是波长的1/2。衰减5粒子在材料中振动的衰减是超声波的另一个重要特点。衰减是声束通过材料时机械能的减少。声波通过大颗粒材料（如铸件）或传播距离增加时，衰减得更大。这种情况导致了声束的耗散。频率为了克服超声波检测中的衰减，我们需要选择换能器的频率，以保证足够的穿透深度和最佳的灵敏度。超声原理在超声波检测中我们要用到“超声振动”这样一个词汇，关于超声振动我们需要明白两个概念：（1
11、）振动是一种往复运动。（2）振动是一种运行中的能量。表面在其正常位置的凹陷称为位移。图1-4振动通过固体材料是以质点一个接一个地发生位移产生的，这可以想像成下图所示。图1-5实际材料是由许多质点即原子构成。这些质点通常处于静止的位置上，在受到外力作用时，它们会离开这些位置发生位移。当外力消失后，这些质点又趋于回到原来的位置上。材料中许多微小粒子的质点造成了固体材料中能量的传输。超声振动在材料中的传播与材料的弹性特性有关。如果你敲击金属的表面，表面下陷，引起位移。图1-6因为材料是弹性的，所以表面总是趋于回到原来（静止）的位置。表面先是运动通过原来的位置，然后达到反方向的最大距离。这一连串完整的
12、运动定义为循环。图1-7完成一个循环所需要的时间称为周期。例子：如果上图中的摆球在1秒钟内相继通过A、B、C、DkE,那么循环的周期这是1秒。在一给定的时间范围内完成循环的次数称为频率。例子：如果在1秒钟内摆球完整地摆动了三次，那么其频率就是3cp（每6秒3周）。在你敲鼓的时候，鼓声的频率较低，大约为50cp。钢琴的高音区有更高的频率，大约为4100cp。用来表示1秒钟内循环次数的频率的单位是赫兹（Hz）,每秒钟一周(cp)就是1Hz。声音在金属中传播就象在空气传播一样，声音一种振动，并且有一定的频率范围。人可听到的振动（声音）的最高频率是20000H乙而超声检测仪的声波频率大约为500000
13、0H乙超过人耳听觉范围的振动称为超声振动。我们这里所说的声音和振动这两个词代表同一概念。我们可以这样来定义声音:振动通过许多材料质点的位移传播了能量。超声波检测是一个将声波施加在试样工件上，以确定是否有缺陷，厚度或者某些物理性能的过程。能量是在称作换能器的装置中产生中。换能器使试样中的材料质点产生位移。换能器是将一种能量转换成另一种能量的装置，例如：电能转换成机械能，或机械能转换成电能。收音机中的扬声器将电能转换成往复运动的机械运动。下图中表示出“压电效应”，电能通过两根连接线施加在晶体上，引起晶片的振动。在本课中，晶片和换能器的称谓可互换使用。7图1-8电能引起压电晶体的膨胀和收缩，形成了振
14、动。压电换能器也可以将机械能转换成电能。换能器既可以发射能量也可以接收能量。试样换能器注意：声波在试样中反射并返回到换能器图1-9换能器发射的能量既可以是脉冲式的，也可以是连续式的。脉冲超声波的定义是发射一组短时间的振动，在这之前和之后换能器可以当做接收器使用。钢、水和油都能很好地传输超声波，但空气不行。换能器油钢材图1-10空气是超声波的不良导体，其原因是空气中粒子的密度太低，彳艮难将能量从一个粒子传递给另一个粒子。这就是为什么在换能器和试样之间涂油或油脂的原因。材料中粒子的密度可以帮助我们理解超声波。声速随介质的不同而变化。812345678910111213141516175.9千米/秒
15、钢1.33千米/秒空气1.46千米/秒水图1-11将上图中小球设想为空气、水和钢的内部结构。一排小球的撞击运动可以比作一个超声波脉冲。下图示出了声波在不同材料中具有不同速度的一个实际例子。换能器水钢件图1-12声波穿过水比穿过钢花去的时间更多些。钢中的声速比水中的声速大约快四倍。波长是两个相邻位移之间的距离。换能器AAABA图1-13波长也可以定义为完成一次循环，声波所传播的距离。换能器速度V入43入2X1图1-14用符号表示波长，称为“拉姆达”。下面示图中有一个换能器，它以固定的频率(f)振动，并将声波传入工件中。速度V换能器入声波图1-15这些声波以恒定的速度穿过试样。如果换能器的频率发生变化，波长也会变化。速度v波长频率f例子：你可以通过增加频率来减少波长波长是一个常量（速度）除以一个可变量（频率）的比值。在实际中，人们能够发现的最小缺陷大约为入/2。所以要发现更小的缺陷，就需要使用能产生更高频率的换能器。例子：使用频率为3MH力勺换能器，在声速为6km/ec的钢件中所能发现的最小缺陷是多大。6106mm/ec2m解：6310Hz如果可以检出的最小缺陷是入/2,那么答案是1mm图1-1610课后总结：A、两位移之间的距离称
