超声波检测方法分类与特点

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• P扫描是“投影成像扫描”的简称,是专为检测 焊缝而开发的,其工作原理如图5 16所示。两 个斜探头位于焊缝两侧并按事先规划好的方式 扫查,扫查可手动或自动。测到的声波以1 dB 甚至更小的精度记录于硬盘上,然后,将测得 的结果送入P扫描处理器,它以声线理论为基 础进行计算,并将计算结果以两个投影图的方 式显示:一个是俯视图,投影面平行于表面; 另一个是侧视图,投影面平行于焊缝,且垂直 于表面。

ALOK成像系统已试用于核电站作役前 和在役超声检测。它是目前获得实际应用 的少数高级成像系统之一。
4 相控阵和S扫描成像 超声相控阵技术是借鉴相控阵雷达技术的原理 而发展起来的。超声检测中,往往要进行声束扫描。 常用的快速扫描方式有机械扫描和电子扫描。机械 扫描又分为线扫描、扇形扫描、弧形扫描和圆周扫 描等几种形式,而电子扫描则也有线形和扇形扫描 两种形式。相控阵成像是通过控制换能器阵列中各 阵元激励(或接收)脉冲的时间延迟,改变由各阵 元发射(或接收)声波到达(或来自)物体内某点 时的相位关系,就可实现聚焦点和声束方位的变化, 从而可进行扫描成像。
相控阵探头的特点:压电晶片不再是一个整体, 而是由多个独立小晶片单元组成的阵列,常见 的有直线排列的线阵、环形排列的面阵探头等, 如图5-18所示。 相控阵仪器:与探头阵列相对应,仪器中用于 发射和接收信号的电路是多通道的,每一个通 道接一个阵元。根据所需发射的声束特征,由 仪器软件计算各通道的相位(延迟)关系,并 控制发射/接收移相控制器,从而形成所需的 声束和接收信号。
1.B、C、D扫描成像
– 扇形B扫描 – 线形B扫描 – 组合B扫描
• B型显示(亮度-时间扫查记录)
• B型显示(斜探头PE平行扫查)
• B型显示(TOFD非平行扫查)
• 相控阵线扫和扇扫的B扫描成像
• B型显示(TOFD平行扫查)
• C型显示()
• D扫显示
2. P扫描成像
5.2 A型显示和超声成像
5.2 A型显示和超声成像 按超声信号的显示方式,可将超声检测方 法分为A型显示和超声成像方法,其中超声 成像显示按成像 方式的不同又可再分为B、C、D、S、P型显示 等。
5.1.1 A型显示 A型显示是一种波形显示,是将超声信号的幅 度与传播时间的关系以直角坐标的形式显示出来, 横坐标代表声波的传播时间,纵坐标代表信号幅度。 A型显示是最基本的一种信号显示方式。 此时,示波管的电子束是振幅调制的。换言之, A型显示的内容是探头驻留在工件上某一点时,沿 声束传播方向的回波振幅分布。 结合脉冲放射法的A型显示超声检测是目前用 的最多的一种方法,目前特种设备行业常用的JB/T 4730.3-2005标准规定的就是A型脉冲反射法超声检 测,采用该方法时,检测结果受检测人员的素质、 经验等人为因素影响较大。
3、TOFD检测显示示例
• 4、物理基础-衍射
• 5.1.3 穿透法 • 穿透法是采用一发一收双探头分别放置 在试件相对的两端面,依据脉冲波或连续 波穿透试件之后的能量变化来检测试件缺 陷的方法
特点:一收一发,超声波通过检测区域, 指示透过声波幅度。
应用:复合材料;非金属材料;粗晶材料; 粘接或焊接质量。 发展:早期采用单频连续波;脉冲波;调 制脉冲波。被脉冲回波检测仪取代。

相控阵可实现多种扫描成像方式,如前 所述的B、C、D扫描成像,较为特殊的是还 可形成S扫描成像,即在某入射点形成一定 角度的扇形扫查范围,又称扇形扫描成像, 如图5-21所示。
超声相控阵技术的优势在于: (1)由于可采用电子控制方法控制声束进行扫查,可在不移 动或少移动探头的情况下进行快速线扫查或扇形扫查, 从而大大提高了检测效率。 • (2)由于可对声束角度进行控制,具有良好的声束可达 性,通过多个检测角度的设定, 可以进行复杂形状和在 役零件的检测。如核反应堆压力容器管嘴和其他接头、 摩擦焊发动机组件、发动机盘件及叶片的根部和叶盘结 合部的检测。 • (3)通过动态控制声束的偏转和聚焦,可以实现焦点位 置的动态控制,避免了普通聚焦探头为实现全深度聚焦 检测而对不同深度范围频繁更换探头的麻烦。
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设备参数: 外形尺寸:45cm×30cm×22cm 最大重量:12.8公斤 脉冲输出:50V~300V,1V步进; 系统带宽:(0.5~25)MHz; 脉冲发射/接收器数量:16; 增益范围:(0~70)dB ,每步0.1dB; 检波方式:全波,正半波,负半波,射频; 脉冲重复频率:20KHz可调; 检测模式:PE、PC、TT、TOFD; 编码器:2个正交编码器或数字输入; 记录方式:时间,连续,位置或外部; 实时平均次数:1~16 高通滤波器:无,1,2,5,10MHz; A扫查长度:32~8092点
P扫描实际上是一种同时显示C扫描图 像(侧视)和D扫描图像(侧视)的商品化 成像系统
3. ALOK超声成像 ALOK(德文)是“振幅一传播时间一位置曲线” 的缩写,其成像基本原理如图5-17所示。在采集数 据时不加时间闸门,测量系统记下探头在各测量点 Pi得到的回波串中所有的正峰值及其出现的时间。 ALOK允许32个不同的探头同时在线收集数据。成像 和数据分析事后在计算机上进行。根据几何声学原 理,回波的传播时间r.k在重构空间中确定了圆心 在测量点P。半径rik—Cik/V的一条圆弧。许多圆弧 的交点就是重构出的缺陷的像点,回波振幅用来对 重建图像作修正。振幅修正后可提高信噪比约20 dB。
纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波 法等 5. 3.1纵波法 使用纵波进行检测的方法,称为纵波法。
在同一介质中传播时,纵波速度大于其 他波型的速度,穿透能力强,对晶界反射 或散射的敏感性不高,所以可检测工件的 厚度是所有波型中最大的,而且可用于粗 晶材料的检测。
1.纵波直探头法 使用纵波直探头进行检测的方法,称 为纵波直探头法。 波束垂直入射至工件检测面,以不变 的波型和方向透人工件,所以又称垂直入 射法,简称垂直法,如图5-22所示。
概 述
5、按探头与试件的接触方式分类:
接触法 UT 液浸法
电磁耦合 法
概 述
6、按人工干预的程度分类:
手工检测
UT
自动检测
概 述
每一个具体的超声检测方法都是上述 不同分类方式的一种组合,如最常用的: 单探头横波脉冲反射接触法(A型显示)。 每一种检测方法都有其特点和局限性,针 对每一检测对象所采用的不同的检测方法, 是根据检测目的及被检工件的形状尺寸、 材质等特征来进行选择的。

超声成像方法发展到现代,主要采用扫 描接收信号、再进行图像重构的方式,因 此又称为超声扫描成像技术,起初主要为B、 C扫描成像,随后为检测焊缝而开发出D、P 扫描(投影扫描成像);因为相控阵技术 的出现,又出现S扫描(扇形扫描成像)等。 而对应的,A型显示又可称为A扫描显示。
探头扫查位置相关的图象显示(B扫描成像, C扫描成像,D扫描成像,P扫描成像,TOFD 扫查成像,合成孔径聚焦技术(SAFT), 波峰延时定位技术(ALOK)) 阵元探头相位控制,合成声束技术(移动, 转角,聚焦,采样相控阵技术(SAMPLING PHASED ARRAY )
相控阵声束偏转和声束聚焦的原理: 为了实现声束的偏转,相当于要使波阵 面以一定的角度倾斜,也就是说,要使各 阵元发出的声波在与探头成一定角度的平 面上具有相同的相位,如图5-19所示。这时, 需要使各单元的激励脉冲从左到右等间隔 增加延迟时间,使得合成波阵面具有一个 倾角,实现了声束方向的偏转。通过改变 延时间隔,可以调整声束角度。
超声波检测方法分类与特点
概 述
1、按原理分类:
脉冲反射法 衍射时差法 (TOFD) 穿透法 共振法
UT
概 述
2.按显示方式分类:
B型显示
A型显示
UT 超声成像 显示
C型显示 D型显示 S型显示 P型显示
概 述
3.按波型分类:
纵波法 横波法
UT
表面波法 板波法
ຫໍສະໝຸດ Baidu爬波法
概 述
4、按探头数目分类:
单探头法 UT 双探头法 多探头法
• 垂直法分为单晶直探头脉冲反射法、双晶直探 头脉冲反射法和穿透法。 • 常用的是单、双晶直探头脉冲反射法。 单直探头,由于远场区接近于按简化模型进行 理论推导的结果,可用当量法对缺陷进行评定; 同时由于盲区和分辨力的限制,只能发现工件 内部离检测面一定距离以外的缺陷。 双晶直探头利用两个晶片一发一收,很大程度 上克服了单直探头盲区的影响,因此适用于检 测近表面缺陷和薄壁工件。
英国TD FOCUS-SCAN 多功能超声相控阵探伤 仪 一、TD FOCUS-SCAN超声相控阵主机 1、硬件规格 128/64/16 128晶片 /64有源 /16常规 晶片数量 128个晶片 + 16个常规晶片 激活通道数量 可达64个 动态深度聚焦 是
管道腐蚀成像三视图检测
5.3 按波型分类的超声检测方法
衍射时差法超声检测
• TOFD(time of flight diffraction) • 超声波衍射时差法,是采用一发一收两只探头, 利用缺陷端点处的衍射信号探测和测定缺陷尺 寸的一种自动超声检测方法 TOFD基本结构:一发一收双探头,宽角度 纵波斜探头(通常)
• 2、TOFD检测设备举例
5.3.2横波法 将纵波倾斜入射至工件检测面,利用波型转换 得到横波进行检测的方法,称为横波法。由于入射 声束与检测面成一定夹角,所以又称斜射法。 斜射声束的产生通常有两种方式: 接触法时采用斜探头,由晶片发出的纵波通过 一定倾角的斜楔到达接触面,在界面处发生波型转 换,在工件中产生折射后的斜射横波声束; 利用水浸直探头,在水中改变声束入射到检测 面时的入射角,从而在工件中产生所需波型和角度 的折射波。
• 垂直法主要用于铸造、锻压、轧材及其制 品的检测,该法对于与检测面平行的缺陷 检出效果最佳。由于垂直法检测时,波型 和传播方向不变,所以缺陷定位比较方便。
2.纵波斜探头法 将纵波倾斜入射至工件检测面,利用折射纵波 进行检测的方法,称为纵波斜探头法。此时,入射角 小于第一临界角a一,工件中既有纵波也有横波,由 于纵波传播速度快,几乎是横波的两倍,因此可利用 纵波来识别缺陷和定量,但注意不要与横波信号混淆。 小角度纵波斜探头: 探头移动范围较小、检测范围较深的一些部件,如 从螺栓端部检测螺栓,多层包扎设备的环焊缝等。 粗晶材料,如奥氏体不锈钢焊接接头的检测。 TOFD检测技术使用的探头一般也为纵波斜探头。
5.1 按原理分类的超声
检测方法
超声检测方法按原理分类,可分为脉
冲反射法、衍射时差法、穿透法和共振法。
5.1.1 脉冲反射法 超声波探头发射脉冲波到被检工件内, 通过观察来自内部缺陷或工件底面反射波 的情况来对试件进行检测的方法,称为脉
冲反射法。
缺陷回波法 脉冲反射法 底波高度法 多次底波法
5.1.2 衍射时差法 1.定义:Time Of Flight Diffraction
特点:自收自发或一发一收,显示测量接 收脉冲信号的传输时间和幅度。 应用:一般金属,非金属的无损检测。 模拟A扫显示;传输延时比例;回波幅度比 较 数字化A扫显示;参数化控制和读数
• A型显示(幅度-时间曲线记录)
• 5.1.2 超声成像方法 • 超声成像就是用超声波获得物体可见图像的方 法。由于声波可以穿透很多不透光的物体,故利用 声波可以获得这些物体内部结构声学特性的信息, 超声成像技术将这些信息变成人眼可见的图像,即 可以获得不透光物体内部声学特性分布的图像。物 体的超声图像可提供直观和大量的信息,直接显示 物体内部情况,且可靠性、复现性高,可以对缺陷 进行定量动态监控。一般而言,超声成像方法是基 于A型显示形成的工件不同截面的图像显示,大都 具有自动数据采集、自动数据处理和自动作出评价 的功能。
• 5.1.4 共振法
• 依据试件的共振特性来判断缺陷情况和工 件厚度变化情况的方法称为共振法。常用 于试件测厚。共振法测厚的原理见4.1.6, 目前已很少使用 • 共振法测厚。
特点:连续波工作,自收自发,超声波和 工件相互作用,指示振荡峰值频率或自振 频率计数。 应用:复合材料结构;非金属材料粘接; 厚度测量。 发展:仪器扫频;系统自振。
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