高压原位超声测量技术及应用
压力容器的超声检测技术及应用
压力容器的超声检测技术及应用摘要：在压力容器使用过程中，其质量与安全都要通过多种作业来确保。
利用超声检测技术，可以确保整个检测的质量和工作效率。
本文论述了超声检测技术和其在压力容器中的应用，为今后在工程实践中的应用奠定了基础。
关键词：压力容器；超声检测技术；检验质量1.压力容器定期检查压力容器的定期检查作为确保容器安全运行的关键措施，发挥着非常重要的作用。
在容器的定期检查中，通常通过宏观检查、壁厚测量和表面缺陷检测来进行容器本体的检查。
然而，对于含有有毒和有害介质的容器，检测和监测埋藏缺陷对于评估容器的安全状态至关重要。
超声波检测作为一种高度敏感和高效的检测方法，以及其不断发展和成熟的新方法和工艺，已广泛应用于集装箱的定期检验。
本文主要介绍脉冲反射超声检测和衍射时差超声检测在压力容器定期检验中的应用。
2超声波检测方法介绍超声检测方法有多种分类方法。
根据原理可分为脉冲反射法、衍射时差法、穿透法和共振法；按显示方式分类，可分为A型显示和超声成像显示（细分为B 型、C型、D型、S型和P型显示）；根据波形分类，可分为横波法、纵波法、表面波法、蠕动波法和平板波法。
每种特定的检测方法都是不同分类方法的组合，每种检测方法都有其优点和局限性。
根据检测对象的特点选择不同的检测方法，或使用两种以上方法的组合，实现优势互补。
超声检测方法很多，包括脉冲反射超声检测方法、衍射时差超声检测、超声相控阵检测技术等，各种检测方法都有优缺点。
脉冲反射超声检测方法不能直接显示缺陷位置并记录缺陷，其检测结果受人为因素影响较大。
大多数时候，判断缺陷的危害需要非常丰富的测试经验。
然而，该方法具有检测效率高、检测成本低和检测盲区小的特点。
衍射时差超声检测技术的局限性在于，检测表面与底面之间存在较大的盲区，横向缺陷的检测不可靠。
这种不可靠性主要是由于衍射时差超声检测的非平行扫描图像中横向条带缺陷或平面缺陷的显示容易被误判为点缺陷。
当然，衍射时差超声检测有其独特的优势，主要在于检测结果可以记录并存储在图像中，检测灵敏度高，缺陷高度和深度的测量精度高。
高压原位超声测量技术
2.傅立叶变换-拉曼光谱仪
• FT-Raman spectroscopy • 光源：Nd-YAG钇铝石榴石激 光器（1.064m）； • 检测器：高灵敏度的铟镓砷探 头； • 特点：
• （1）避免了荧光干扰；
• （2）精度高；
• （3）消除了瑞利谱线；
• （4）测量速度快。
拉曼光谱测量的应用 1.定性分析
2.1928～1940年，受广泛重视，曾是研究分子结构的主要手段。
3.1940～1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为红外技 术的进步和商品化得到发展；而拉曼效应太弱（约为入射光强的 10-6），且对被测样品要求高。 4.1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激 光束的高亮度、方向性和偏振性等优点，成为拉曼光谱的理想光 源。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、 化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来 越受研究者重视。
高压原位测量应用举例
Journal of Alloys and Compounds 667 (2016) 36e43
Fig. 1. Raman spectra measured in PbWO 4 up to 13.1 GPa. The onset of the scheelite-PbWO 4 -III transition takes place at 6.8 GPa. Pressures in different phases are indicated in the figure. Ticks are used to show Raman moFig. 3. Pressure dependence of the Raman modes (high-frequency region) for different phases of PbWO 4 . Empty and solid symbols are used to facilitate the identification of different modes. Circles: phase I, squares: phase III, diamonds: phase IV, and hexagons: phase V. The solid lines are guides to the eye.des of phases I and III.
超声波检测技术的研究与应用
超声波检测技术的研究与应用一、简介超声波检测技术是一种非破坏性的测试方法，可以检测出物体内部的表面缺陷、异物、缺陷深度、材料内部结构及其变化情况等信息，广泛应用于工业制造、医疗诊断、建筑检测、航空航天、海洋探测等领域。
二、超声波检测技术的研究超声波检测技术是指利用超声波在材料中传播的特性，检测材料内部缺陷的一种技术。
可以分为接触式超声波检测和非接触式超声波检测两种方式。
其中接触式超声波检测是指将超声波探头与被测件直接接触，通过超声波在探头和被测件之间传播的形式，检测被测件的缺陷；非接触式超声波检测则是将超声波传感器固定在被测件表面，通过超声波在被测件中传播而检测被测件缺陷。
目前，超声波检测技术主要包括实时成像技术、多频超声波技术、相控阵技术等。
实时成像技术是指通过超声波产生图像显示，常用于医疗领域；多频超声波技术是利用不同频率的超声波检测不同深度的缺陷，用于材料检测和工业制造；相控阵技术则是将不同方向的超声波束汇聚到同一点，提高检测精度，广泛用于工业制造。
三、超声波检测技术的应用1. 工业制造超声波检测技术在工业制造中广泛应用，主要用于材料表面缺陷检测、焊缝检测、液体流量测量、流动加工过程中的测量和控制、液压机械设备故障检测等领域。
例如，飞机发动机叶片的制造需要严格检测，超声波检测技术可以检测出叶片内部的结构和缺陷，确保飞行安全。
2. 医疗诊断超声波检测技术在医疗领域被广泛应用于人体内部组织和器官的检测和成像。
医学超声波检测采用高频声波通过皮肤传导到人体内部，通过反射和散射来获得对人体内部情况的图像显示。
医学领域应用超声波检测，能够观察到组织的形状、大小、位置以及血流情况，对于癌症、肝脏、肝脏胆管、肾脏等病变检测具有重要意义。
3. 建筑结构检测超声波检测技术在建筑检测领域应用广泛。
建筑结构风险评估、疲劳损伤评估、桥梁缺陷检测、管道和储罐的检测等，需要利用超声波检测技术来进行。
例如，地铁隧道的运营过程中，需要定期对隧道的安全进行检测。
超声波检测技术及应用
超声波检测技术及应用超声波检测技术是一种利用超声波在被测对象内部传播的特性来进行材料或结构检测的无损检测技术。
它通过发射超声波脉冲到被测材料中，然后接收由缺陷或界面反射回来的超声波信号进行分析，从而判断材料或结构的质量和完整性。
超声波检测技术有许多应用领域，包括工业控制、材料科学、医学诊断等。
在工业控制领域，超声波检测技术被广泛应用于噪声测试、材料检测、流体检测等。
例如，在汽车制造中，超声波检测可以用于检测车身的焊接质量，以及发动机零部件的质量，以确保产品的安全性和可靠性。
在材料科学领域，超声波检测技术可以用于材料的强度、硬度、密度及物理结构等性能的测试与评价。
通过对超声波的传播速度和衰减情况进行分析，可以得出材料的各种物理性质参数，从而指导材料的选择和使用。
在医学诊断领域，超声波检测技术是一种常用的无创性检测方法。
通过超声波探头对人体进行扫描，可以获得人体内部组织和器官的影像，并能检测到人体内部的各种病变和异常情况。
超声波检测技术在妇科、心脏病学、肿瘤学等领域具有重要的应用价值。
超声波检测技术的应用还延伸到了环境保护领域。
例如，在水质监测中，超声波检测可以用于测量水中溶解氧和氨氮的含量，从而评估水的质量和污染程度。
超声波检测还可以用于检测污水处理厂中的管道和设备的损坏情况，提高污水处理的效率和安全性。
总之，超声波检测技术是一种非破坏性、高效、可靠的检测方法，具有广泛的应用前景。
通过不断的研究和技术创新，相信超声波检测技术在各个领域的应用会越来越广泛，为社会的发展和进步做出更大的贡献。
高压原位测量技术及其实例
第四题拉曼、红外、X-射线衍射及同步辐射等高温高压原位谱学超声波、布利渊散射、核共振非弹性X-射线散射等高压物质弹性波速原位测量技术1可见光吸收光谱原位测量Goncharov等]曾进行80 GPa下地幔铁方镁石氧化物的吸收光谱测量,发现压力为60 GPa 时,Fe2+发生高自旋态向低自旋态转变,中波长和靠近红外波长的吸收增强,这表明含低自旋态的Fe离子的(Mg,Fe)O的辐射热导率比含高自旋态Fe离子的(Mg,Fe)O低。
2拉曼光谱原位测量Frantz等首次利用拉曼光谱方法进行了HDAC中硫酸镁溶液的高温高压拉曼光谱研究,结果发现随着温度和压力的增加,硫酸镁溶液中离子对不断增加。
许多固相物质,如MgFe2O4、C60等用拉曼光谱研究发现在高压下其结构发生很大的变化,3红外光谱原位测量Huang等用此方法研究了高温高压下干酪根裂解成油的变化过程。
郑海飞等通过HDAC观察了水的红外吸收与压力之间的关系,并探讨了水在高压下性质的突变性。
4X-射线衍射原位测量在DAC中进行样品的X-射线衍射测量是获得其物相和状态方程的重要手段5高温高压下物质的超声波原位测量Jacoben等用该方法进行了不同压力下铁方镁石的剪切波速的测量。
实验结果表明富铁的铁方镁石的剪切波速随着压力的增大而减小,且随着铁含量的增大波速减小6高温高压下间接声速的原位测量目前,有3种间接进行高压下物质声速的测量方法:布利渊散射(Brillouin Scattering)、核共振非弹性X-射线散射(Nuclear Resonant Inelastic X-Ray Scattering,简称NRIXS)、脉冲受激散射(Imp- lulsive Stimulated Scattering,简称ISS)参考文献1曾贻善.实验地球化学[M].北京:北京大学出版社, 2003:14-15.2毕延,经福谦.动高压物理在地球与行星科学研究中的应用[J].地学前缘, 2005, 12(1): 79-92. 3王慧媛,郑海飞，高温高压实验及原位测量技术，地缘学前沿，第16卷第1期，2009年1月4陈晋阳,张红肖,万生,等.金刚石压腔高温高压原位谱学研究的评述光谱实验室, 2004, 21(2): 209-216.。
高压原位超声测量技术及应用19页PPT
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
高压原位超声测量技术 及应用
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
超声检测技术在压力容器全面检验中的应用
超声检测技术在压力容器全面检验中的应用摘要：压力容器是一种高密闭性设备，主要用于承受各种流体介质的压力，压力容器在工作时往往需要承受住高温高压等极端条件，因而压力容器的各项质量检测指标都十分严格，这样才能保证生产贮存的安全性。
作为目前对压力容器质量的主要检测手段之一，超声检测技术具有非常明显的优势。
关键词：超声检测技术压力容器全面检验为了确保压力容器的安全质量，从压力容器使用的原材料开始就要通过无损检测来进行质量控制。
压力容器使用的原材料包括金属板材、管材、棒材、锻件和铸件等，需根据这些材料制造工艺和几何形状采用不同的无损检测技术，本文主要探讨了压力容器的超声检测技术相关问题。
一、压力容器的超声检测1.高压螺栓及焊缝超声检测在用高压螺栓因为比较难清洗，用磁粉进行检测不容易发现问题，因而一般使用超声检测，在对螺栓进行超声检测时，还应对螺纹及根部进行裂纹检测，螺栓的检测项目主要由以下几类构成：对螺栓的顶部使用纵波小K值斜探头以纵波斜入射加以检测；对螺栓顶部与螺纹结合处使用K1.5-K2.5及2.5MHz频率的横波斜探头进行轴向检测；纵波斜入射检测和横波轴向检测的对比试样一般使用和待检部件形式、规格和材料相同的螺栓或螺柱加以制作，手工缺陷反射体（切槽）处于最大探测声程位置并且和螺栓或螺柱的轴线进行垂直。
压力容器的制造主要采用焊接的方式，对压力容器对接焊缝和角接焊缝的检测超声波检测应用非常广泛。
其特点是对面状缺陷比较敏感，适合对中厚板进行超声波检测。
焊缝的晶粒比较小，可选用较高的频率探伤，一般为2.5～5.0MHz。
对于板厚较小的焊缝，可采用较高的频率；对于板厚较大，衰减明显的焊缝，应选用较低的频率。
应从以下三个方面考虑探头K值的选择：（1）使声束能扫查到整个焊缝截面；（2）使声束中心线应尽量与主要危险性缺陷垂直；（3）保证有足够的探伤灵敏度。
可采用前后、左右、转角、环绕等四种基本扫查方式进行检测，必要时还可采用串列扫查进行检测。
原位检测技术及其应用
内窖提要
原位检测不拆卸、 不改 变被捡 剐对 象原 来的安装位置或生态组织 ， 可杜绝因拆装 、 改变葬位 置所造成的
人为故障、 伤或危害。 损 原位捡 洲可应用于结构与零件的缺 陷探测 、 设备 的故障诊 断、 性能参数的剐定、 状态的监剥与监
４ 计算 实例
选 用 Ｓ Ｆ公 司 ６ １ Ｋ ２０轴承安 装 于实 心轴 上 ，轴用 Ｋ ６级 公差 满足装 配要 求 。 改用 Ｃ ＝ ． 现 ｉ ０ ８的空 心轴 ， 重新 计算轴 颈 的公 差 。 查 Ｓ 样 本 ， ２０轴 承 内孔尺 寸为５￣ ， ＫＦ ６１ ０ 外径 －
３ 轴承与空心轴配合时过盈量的计算
轴承在空心轴上以过盈配合安装时， 为使轴承内 圈与轴配合面之间有足够的压力 ， 在选用配合时， 须
ｋ ——系数 ， 圆柱滚子， 中宽和轻宽系列的调心轴 承， ＝ ．５ 其它轴承 ｋ ０ ３ ｋ ０２ ； ： ． ｄ—— 轴承 内圈外径 ｅ
ｌ 卜 轴 承外径
波和涡流等检测方法。除光学 目视检测法外， 其他方
法都 是非直 观 的间接 的检 测方法 。
对设备零件来讲 ， 原位检测主要内容是探测其使
用 当 中产 生的疲 劳裂纹 。从 这一角 度 ， 特点 还表 现 其 在： 检测 的性质 明确 ， 即检查疲 劳裂 纹 ； 测 的位置 明 检 确， 即主要为应 力集 中 区域 ， 多发 生在表 面 ； 且 检测 的 缺 陷 取 向明 确 ， 即裂 纹 取 向一 般 应 和 主应 力方 向垂
１ 原位检测 的方法和作 用
原位 检测有 对工 程结 构 与机械零 件 的缺 陷探测 、 设备 的故 障诊 断 、 能参 数测 定 、 态监 测 与监控 、 性 状 生 物 细胞组织 的变化与病 理 观察 等 内容 。 位 检测技 术 原 在工 业上 常用 的有 ： 学 目视 、 光 射线 、 磁粉 、 透 、 声 渗 超
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实验加载系统与样品腔组装结构如图所示。使用圆柱形无氧铜杯将体积比 为4：1的甲醇乙醇混合液封装起来作为液体传压的内层样品腔。无氧铜杯的外 径18mm,内径12mm。无氧铜杯的顶部由一个不锈钢盖密封,该不锈钢盖同时又起 缓冲棒的作用。样品上端面直接粘接在缓冲棒的底部,构成完整声学通道,其余 部分浸在甲醇乙醇混合液中。
图是一个典型实验的波形,回波1到回波4所对应的分别是顶锤与缓冲 杆界面、缓冲杆台阶、缓冲杆与样品界面以及样品后界面的反射。对于信 号中时间判读位置的选取问题,经过比较,认为波峰和波谷间的过零点变化 最快,是不易受干扰的位置,如下图所示
从图可以看到,同样幅度的干扰噪声△U叠加到信号上后,引起的时间判读误差 △t与该点的信号变化率呈反比关系,在信号本身变化较缓的波峰波谷位置处引 起的△t1,明显大于同样的噪声幅度在过零点处的误差△t2。另外,经过对回收 样品的测量,其外形尺寸与实验前比较,没有可以观察到的变化,说明液体传压压 腔内的静水压性相当好
2、金刚石压腔中超声波速的测量
超声波技术与金刚石压腔联用可以进行更高压力下声
速的测量。由于DAC中样品很薄,因此需要采用更高频 率的超声波进行测量。目前,该技术已经成功测量了纵 波和剪切波在DAC样品中的传播时间。
但在样品中产生GHz频率的剪切波仍存在着很大的问题,
为了解决这一问题,Jacoben等发明了一种独特的方法, 即将GHz频率的纵波在缓冲棒以临界角度的全反射获得 横波来进行声速的测量。
图3.5的波形畸变对超声延时的判断无疑是有影响的。为了找出信号波形畸变的 原因,本文对图3.3的四个回波进行了频谱分析比较。频谱分析的结果如图3.6所示。
图3.6是将每个回波信号从时域进行快速傅里叶变换(FastFourierTransform,FFT)
到频域得到的强度分布与频率的关系,反映的是每个回波信号中的不同频率分量在信 号中所占的比例。波峰位置代表了该信号的中心频率,而峰的宽度则代表了信号频率 的分布范围。同一比例下峰的高度代表的是信号的相对强度,与反射面的面积及反射 面两边材料的声阻抗有关。
DAC中GHz超声波速测定
Jaபைடு நூலகம்oben等用该方法进行了不同压力下铁方镁石的剪切
波速的测量。实验结果表明富铁的铁方镁石的剪切波 速随着压力的增大而减小,且随着铁含量的增大波速减 小。而铁含量较少时,剪切波速随着压力的增大而增大。 这说明下地幔地震波速的变化可能是由于(Mg,Fe)O成 分的变化引起的,而并非一定是相变引起的。
样品组装图
与加热片之间以 Al2O3绝热管隔开， 铝棒与样品之间加了一层厚约 1 mm 的不锈钢片以加大样品与铝棒间的声 阻抗差。
六面顶压机超声测量
实验使用的设备是国内常见的铰链式六面顶压机,型号为YL75-800D，其系统由液压 站、控制台、压机主体包括支架、油缸、活塞柱、顶锤等组成。压机的主机部分为 6×800吨油压机,最高工作100MPa油压。由专门设计的超高压油泵、集成阀等组成液压系 统,它们与电气控制互相配合可以完成压机的前进、升压、保压、回程等动作。具有高效、 低耗、可靠性高等特点 参考文献：六面顶压机超声测量及DAC加载下铈的高压相变研究_张毅 中国工程物理 研究院 2009-05-01
20世纪90年代初,中国科学院地球化学研究所在大腔体
高压装置上建立了高压高温条件下岩石和矿物弹性波 速的测量系统。 其原理是柱状样品脉冲透射测量法,即通过测量压力机 活塞的位移求出实验样品在高温高压条件下的长度变 化,测量超声波在样品上的走时,然后计算出样品的弹 性波速。这种方法所实现的压力达到了0.1～6.0 GPa, 温度达到1 500℃。
圆片，直径10 mm，纵波探头中心频率为4 MHz，横波探头中
心频率为2 MHz。上下顶砧外的钢套中有冷却循环水，以保证 加热时顶砧的温度较低，可保证实验过程中换能器正常工作。
采用Panametrics5077超声波发射-接收仪，可以在一个通道
里完成超声波的发射和接收，为提高时间测量精度，同时并 联使用美国Tek公司生产的TDS784A数字示波器，进行反射和
YJ-3000 吨六面顶静超高压装置
参考文献:岩土超声波测试研究进展及应用综述_王宇.caj
YJ-3000吨六面顶静超高压装置是样品的压力来源，超声波的
发射和接收换能器用环氧树脂分别粘贴在上下顶砧背面的中
心部位，与样品在同一轴线上，发射和接收换能器分别同声 波检测仪的发射和接收系统连接。换能器为锆钛酸铅（PZT）
1、大压力机实验的超声波速测量
目前,能进行高压超声波测定的大压力机有两种型:DIA
型和Kawai型。
高温高压下弹性波速度的测量一般采用超声脉冲透射
法,其基本原理是用高温高压下测量到的实验样品的长 度除以超声波穿过样品所用的时间,即可得到弹性波速 度。
参考文献:高温高压实验及原位测量技术_王慧媛.caj
透射超声波的接收。
实验以叶腊石作传压介质，为减少传 压介质中水对样品的影响，实验前将 叶蜡石块在 450 ℃温度下焙烧 24 h， 在 120 ℃下烘烤24 h 以除去吸附水。 弹性波速及衰减实验测量中的缓冲棒 都为铝棒，并用 1 mm 厚的叶蜡石片 （500 ℃下焙烧 24 h）将其与压砧面 隔开。加热器为 3 层不锈钢片，铝棒
富铁的铁方镁石由压力引起的剪切不稳定性
高压原位超声实验测量的应用
辉长岩弹性波波速测量
岩石弹性波速测量采用脉冲透射-反射法，其基本原理是实验测量弹性波通过 岩石样品柱的走时。实验时，先用透射法测量记录超声波脉冲从上探头到下 探头的总走时 T，然后再用反射法分别测量超声波从界面 1（上堵头与样品 间的界面）、界面 2（下堵头与样品间的界面）反射接收的走时 T1、T2，超 声波脉冲经过样品时间 t = T − (T1 + T2)/2，用岩石样品长度除以走时就 是所测样品的弹性波速度。
在设计样品的缓冲棒长度时,须综合考虑样品材料与缓冲棒中的阻抗特性与声波走
时,使样品前后界面各次回波尽量清晰可辨,不至于相互重叠。最后形成的内层样
品腔的大小为12mm×8mm。
超声探头粘在碳化钨压砧背面中心,与压砧、缓冲杆、样品在同一轴线上,各接触
面均由细砂纸抛光,以利于声波传播。采用脉冲回波法进行超声测量,超声脉冲发 生接收器和探头的工作频率为10MHz,工作模式为纵波。超声回波信号由数字
示波器进行多次采样平均以提高信噪比。
样品采用沿方向切割的单晶,尺寸为6mm×5mm。在实验前用千分尺测量样品的初始
长度,与实验后回收样品的长度比较,根据样品在实验后的弹性恢复程度来判断实
验过程的静水压好坏。使用体积比为4:1的甲醇乙醇混合液作为传压介质,能使
10GPa的压力范围内样品处于静水压状态。加压开始后,油压从15MPa起,每3分钟上 升2MPa,并保压10分钟,以便压腔内部达到当前油压下的稳定状态。