无损检测论文

无损检测导论

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题目：超声波检测技术的应用及设备

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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