超声波无损检测基础原理
超声波无损检测原理及应用
超声波无损检测原理及应用超声波无损检测（Ultrasonic Testing，简称UT）是一种利用超声波的传播和反射来检测材料内部缺陷和性能的方法。
它是一种广泛应用于工业领域的无损检测技术，常用于材料、结构件和零部件的质量控制以及故障诊断等领域。
超声波无损检测的原理是基于声波在材料中传播的特性。
当超声波传播到材料中的一个界面时，一部分能量将被反射回来，形成回波。
这些回波会受到材料中各种内部缺陷或不均匀性的影响，如裂纹、气孔、夹杂物等，从而产生回波的幅度变化。
通过分析回波的特征，可以确定材料的缺陷位置、形态和尺寸，并评估材料的性能。
超声波无损检测的应用范围非常广泛。
其中，最常见的应用是材料缺陷检测。
通过超声波检测，可以检测到各种类型的内部缺陷，如裂纹、气孔、夹杂物等。
这对于确保材料的质量非常重要，尤其是在高强度材料的使用过程中，如航空航天、汽车、船舶等领域。
另外，超声波无损检测还可以应用于材料的表面质量评估，例如检测涂层的附着性能、测量涂层厚度等。
此外，超声波无损检测还可以应用于结构件的评估和故障诊断。
比如对于钢结构、混凝土结构等进行超声波扫描，可以检测到隐藏在结构内部的裂纹、腐蚀等缺陷，从而评估结构的完整性和安全性。
同样地，在机械设备中，超声波无损检测可以用于检测轴承、齿轮等关键部件的健康状态，发现潜在的故障迹象，预防机械故障。
此外，超声波无损检测还在医学领域有着重要的应用。
医学超声波技术是利用超声波在人体组织中的传播和反射来获取人体内部结构和器官的图像信息，用于诊断疾病、指导手术等。
这种应用基于超声波的安全性和无创性，无需辐射，对患者无损伤。
总的来说，超声波无损检测是一种非常重要和广泛应用的无损检测技术。
它在工业、医学、科研等领域都有着重要的作用，可以高效、准确地检测材料的缺陷和性能，并提供重要的信息用于决策和改进。
随着科学技术的不断发展，超声波无损检测方法和设备也在不断改进和创新，为各个领域的应用提供更多可能性。
超声波无损检测基础原理
超声波无损检测基础原理超声波无损检测（Ultrasound Non-Destructive Testing，简称UT）是利用超声波在材料中传播、反射、折射以及散射现象，来检测材料的内部缺陷、异物、尺寸和性能的一种方法。
它具有非接触、无损、高精度、高效率、可定量测量等优点，广泛应用于航空航天、核工业、电力、石化等领域。
超声波无损检测的基本原理是利用超声波在材料中传播时发生的传播、反射、折射和散射现象来评估材料的完整性和性能。
其中，超声波是一种振动频率超过人耳听觉范围的机械波，具有频率高、穿透力强、传播速度快等特点。
超声波在材料中传播是通过介质粒子的弹性振动完成的。
当超声波进入材料后，会遇到材料内部的缺陷、异物等结构的界面，其中的一部分能量将被反射回来，称为反射波；另一部分能量则继续传播并发生折射或散射，称为透射波。
通过测量和分析反射波和透射波的信号，可以确定材料的内部缺陷、异物的位置、形状、大小等参数。
超声波无损检测通常采用传感器（也称为探头）将超声波引入到被检测物体中。
传感器由晶体材料制成，具有压电效应，即在受到外加电压作用下产生机械振动。
当外加电压施加在传感器上时，晶体会振动产生超声波，然后将超声波传播到被检测物体中。
当超声波在被检测物体中传播并遇到缺陷、界面等结构时，会有部分超声波能量被反射回来，在传感器上产生电信号。
这个信号经过放大、滤波、变换等处理后，可以得到被检测物体内部结构的信息。
超声波无损检测的信号处理是关键环节。
一般来说，反射信号的振幅和时间可以提供缺陷的大小和位置信息，而透射信号的强度和传播时间则可以提供材料的均质性和变质情况。
根据反射信号的波形和强度，可以判断缺陷种类（如裂纹、气孔、异物等）和位置。
通过对信号的波形、幅度以及时间的分析，可以获得材料的尺寸、形状、深度等更加详细的参数信息。
总之，超声波无损检测通过利用超声波在材料中传播的物理特性和反响情况，来评估材料的完整性和性能。
超声波无损检测基础原理
第1章绪论1.1超声检测的定义和作用指使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
作用：质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率1.2超声检测的发展简史和现状利用声响来检测物体的好坏利用超声波来探查水中物体1910‘利用超声波来对固体内部进行无损检测1929年，前苏联Sokolov 穿透法1940年，美国的Firestone 脉冲反射法20世纪60年代电子技术大发展20世纪70年代，TOFD20世纪80年代以来，数字、自动超声、超声成像我国始于20世纪50年代初范围专业队伍理论及基础研究标准超声仪器差距1.3超声检测的基础知识次声波、声波和超声波声波：频率在20～20000Hz之间次声波、超声波对钢等金属材料的检测，常用的频率为0.5～10MHz超声波特点：方向性好能量高能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换穿透能力强超声检测工作原理主要是基于超声波在试件中的传播特性声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
超声检测工作原理脉冲反射法：声源产生的脉冲波进入到试件中——超声波在试件中以一定方向和速度向前传播——遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射——检测设备接收和显示——分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。
通常用来发现和对缺陷进行评估的基本信息为：1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度；2、入射声波与接收声波之间的传播时间；3、超声波通过材料以后能量的衰减。
超声检测的分类原理：脉冲反射、衍射时差法、穿透、共振法显示方式：A 、超声成像（B C D P）波型：纵波、横波、表面波、板波耦合方式：直接接触法、液浸法、EMA按探头个数：单、双、多按人工干预的程度分类：手工检测、自动检测超声检测的优点适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
超声波检测基本原理
超声检测基本知识1、什么是无损探伤/ 无损检测？答：（1）无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。
（2）无损检测：Nondestructive Testing （缩写NDT）2、常用的探伤方法有哪些？答：无损检测方法很多据美国国家宇航局调研分析，认为可分为六大类约70 余种。
但在实际应用中比较常见的有以下几种：常规无损检测方法有：－超声检测Ultrasonic Testing （缩写UT ）；－射线检测Radiographic Testing （缩写RT）；－磁粉检测Magnetic particle Testing （缩写MT）；－渗透检验Penetrant Testing （缩写PT ）；－涡流检测Eddy current Testing （缩写ET ）；非常规无损检测技术有：－声发射Acoustic Emission（缩写AE）；－泄漏检测Leak Testing （缩写UT）；－光全息照相Optical Holography ；－红外热成象Infrared Thermography ；－微波检测Microwave Testing 3、超声波探伤的基本原理是什么？答：超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。
一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。
脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。
目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是 A 扫描方式的，所谓A 扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。
譬如，在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射（见图1 ），反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。
超声波检测
超声波检测
一.无损检测概述
1.原理 • 无损检测----在不损坏试件的前提下，对试
件表面及内部进行检查和测试的方法。
• 无损检测----通常包括磁粉检测、渗透检测、
射线检测和超声波检测等。
2.无损检测技术发展的三个阶段 • 无损探伤(NDI)： 探测和发现缺陷 • 无损检测(NDT)： 不仅仅是探测缺陷，还包括探测被检对象的 一些其他信息，例如结构、性质、状态等， 并试图通过测试，掌握更多的质量信息。
陷的回波，B表示底面回波。
B型显示显示的是试件的一个二维截面图，屏
幕纵坐标代表探头在探测面上沿一直线移动扫查
的位置坐标，横坐标是声传播的时间（或距离）。
该方式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等信息。
C型显示显示的是试件的一个平面投影图， 探头在试件表面做二维扫查，屏幕的二维 坐标对应探头的扫查位置。探头在每一位 置接收的信号幅度以光点辉度表示。该方 式可形象地显示工件内部缺陷的平面投影 图像，但不能显示缺陷的深度。
图2 超声波检测仪 (a)、 (b)、 (c) 数字式超声检测仪； (d) 探伤小车
3.2探头 直探头：主要检测钢板、锻件、铸件 斜探头：主要检测焊缝、锻件 （1） 超声波探头的作用。 超声波探头用于实现声能和电能 的互相转换。它是利用压电晶体的正、逆压电效应进行换 能的。探头是组成检测系统的最重要的组件，其性能的好 坏直接影响超声检测的效果。 （2） 常用超声波探头的类型。超声波检测中由于被探测工 件的形状和材质、探测的目的、探测的条件不同， 因而 要使用各种不同形式的探头。其中最常用的是接触式纵波 直探头、接触式横波斜探头、双晶探头、水浸探头与聚焦 探头等。一般横波斜探头的晶片为方形，纵波直探头的晶 片为圆形，而聚焦声源的圆形晶片为声透镜。 所以声场 就有圆盘源声场、聚焦声源声场和斜探头发射的横波声场。
《无损检测》超声波课件
环境控制
保持检测环境的清洁和干 燥，避免灰尘、潮湿等因 素对设备的影响。
04 超声波检测技术在实际应 用中的案例分析
金属材料的超声波检测
总结词
高效、准确、无损
详细描述
超声波检测技术广泛应用于金属材料的检测，如钢、铝、铜等。通过高频声波 的反射和传播特性，可以快速准确地检测出金属材料内部的缺陷、夹杂物和晶 界结构，为产品质量控制和安全性评估提供有力支持。
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超声波的接收与处理
超声波的接收
通过超声探头将超声波转换为电信号，便于后续的信号处理 。
信号处理技术
对接收到的电信号进行放大、滤波、检波等处理，提取出有 用的信息。
超声波检测的信号处理技术
信号预处理
对原始信号进行去噪、增益调 整等处理，以提高信号质量。
信号特征提取
提取出反映被测物体特性的信 号特征，如幅度、频率、相位 等。
超声波检测技术的挑战与机遇
技术创新
不断推动超声波检测技术的理论研究和应用创新， 提高检测精度和可靠性，拓展应用领域。
人才培养
加强超声波检测技术的人才培养和队伍建设，提 高技术人员的专业素质和技术水平。
市场拓展
加强市场推广和宣传，提高超声波检测技术的社 会认知度和市场占有率，促进产业发展。
THANKS FOR WATCHING
件等。
表面波探头
适用于检测材料表面和 近表面的细微缺陷，如
玻璃、陶瓷等。
兰姆波探头
适用于检测复合材料、 胶接结构等特殊材料的
缺陷。
超声波检测仪器的性能指标
频率
超声波的频率决定了检测的分辨率和 穿透能力，应根据不同的检测需求选 择合适的频率。
动态范围
超声波探伤基础知识
超声波探伤基础知识超声波探伤是一种利用超声波的传播特性来检测材料内部缺陷和结构状况的无损检测方法。
本文将介绍超声波探伤的基础知识，包括超声波的产生与传播、超声波探测原理、超声波探测设备和应用领域。
一、超声波的产生与传播超声波是一种频率高于20kHz的机械波，通常通过压电晶体或磁性材料的震动来产生。
超声波在固体、液体和气体中的传播速度不同，固体中的传播速度最快，液体次之，气体最慢。
超声波在材料中的传播路径会受到材料的性质和形状的影响。
二、超声波探测原理超声波探测原理基于超声波在材料中传播时的特性变化。
当超声波遇到材料内部的缺陷或界面时，会发生反射、散射和透射等现象。
通过测量反射和透射的超声波信号，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和尺寸。
三、超声波探测设备超声波探测设备主要由发射器、接收器、超声探头和信号处理系统组成。
发射器产生超声波信号，并将其发送到被测材料中；接收器接收反射和透射的超声波信号，并将其转换成电信号；超声探头是传输超声波信号和接收回波信号的装置；信号处理系统对接收到的信号进行放大、滤波、增益调节等处理，以便进行分析和判断。
四、超声波探测的应用领域超声波探测广泛应用于工业领域中的材料检测和结构健康监测。
在金属材料中，超声波探测可以检测焊缝、裂纹、气孔等缺陷；在混凝土中，超声波探测可以评估混凝土的质量和强度；在医学领域，超声波探测可以用于人体组织的检测和诊断。
总结：超声波探测是一种重要的无损检测方法，具有非破坏性、高灵敏度和快速检测的特点。
通过超声波的产生与传播、探测原理、探测设备和应用领域的介绍，我们对超声波探测的基础知识有了更深入的了解。
在实际应用中，我们需要根据具体的检测要求选择合适的超声波探测方法和设备，以确保检测结果的准确性和可靠性。
超声波无损检测概述
超声波无损检测概述超声波无损检测（Ultrasonic Testing，UT）是一种常用的无损检测方法，广泛应用于材料、结构和设备的评价和质量控制。
它利用超声波的传播特性，通过对材料内部缺陷的检测和测量来评估材料的完整性和性能。
超声波无损检测是一种非破坏性检测方法，不会对被检测材料造成损伤。
它基于超声波在材料中的传播和反射规律进行检测，通过分析声波在材料中的传播速度和幅度的变化，可以探测出材料中的各种缺陷，例如裂纹、夹杂、气泡等。
超声波无损检测的基本原理是利用声波在介质中传播的速度和振动形态来检测材料内部的缺陷。
在超声波检测中，一台超声波探头产生高频的声波短脉冲，并将其发送到被检测材料。
声波的传播速度受材料的密度、弹性模量、导热性等因素影响，当声波遇到材料的界面或内部缺陷时，部分声波能量会反射回来，并由探头接收。
探头接收到的反射波信号经过放大和处理后，可以得到材料中的缺陷信息。
根据声波的传播速度和反射振幅的变化，可以计算出缺陷的深度、大小和位置等参数。
同时，通过对声波的幅度和频率的分析，还可以评估材料的强度、硬度、粘度等性能指标。
超声波无损检测有许多优点。
首先，它是一种无损的检测方法，不会对被测材料造成任何损伤。
其次，超声波可以穿透较厚的材料，对内部缺陷的检测能力强。
此外，超声波的传播速度和振幅变化可以提供丰富的缺陷信息，能够准确评估材料的完整性和性能。
超声波无损检测广泛应用于各个行业和领域。
在制造业中，它常用于对焊缝、铸件、锻件等工件进行质量评估和缺陷检测。
在航空航天领域，它被广泛用于飞机结构、发动机零部件等重要部位的检测。
在能源行业，超声波无损检测可以用于对核电厂设备、水电站管道等进行安全评估。
在建筑行业，它可以用于对混凝土结构、钢桥梁等进行评估和检查。
总之，超声波无损检测是一种高效、可靠的无损检测方法。
它利用超声波在材料中的传播和反射规律，通过分析声波的传播速度和振幅变化，能够检测出材料中的缺陷并评估其完整性和性能。
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第1章绪论
1.1超声检测的定义和作用
指使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
作用：质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率
1.2超声检测的发展简史和现状
利用声响来检测物体的好坏
利用超声波来探查水中物体1910‘
利用超声波来对固体内部进行无损检测
1929年，前苏联Sokolov 穿透法
1940年，美国的Firestone 脉冲反射法
20世纪60年代电子技术大发展
20世纪70年代，TOFD
20世纪80年代以来，数字、自动超声、超声成像
我国始于20世纪50年代初范围
专业队伍理论及基础研究标准超声仪器
差距
1.3超声检测的基础知识
次声波、声波和超声波
声波：频率在20～20000Hz之间次声波、超声波
对钢等金属材料的检测，常用的频率为0.5～10MHz
超声波特点：
方向性好
能量高
能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换
穿透能力强
超声检测工作原理
主要是基于超声波在试件中的传播特性
声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；
超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；
改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；
根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
超声检测工作原理
脉冲反射法：
声源产生的脉冲波进入到试件中——超声波在试件中以一定方向和速度向前传播——遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射——检测设备接收和显示——分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。
通常用来发现和对缺陷进行评估的基本信息为：
1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度；
2、入射声波与接收声波之间的传播时间；
3、超声波通过材料以后能量的衰减。
超声检测的分类
原理：脉冲反射、衍射时差法、穿透、共振法
显示方式：A 、超声成像（B C D P）
波型：纵波、横波、表面波、板波
耦合方式：直接接触法、液浸法、EMA
按探头个数：单、双、多
按人工干预的程度分类：手工检测、自动检测
超声检测的优点
适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；
穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；
缺陷定位较准确；
对面积型缺陷的检出率较高；
灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；
检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
超声检测的局限性
对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；
对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；
缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；
材质、晶粒度等对检测有较大影响；
以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声检测的适用范围
非常广
从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；
从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；
从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；
从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；
从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
2.1机械振动与机械波
机械振动
物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，就叫做机械振动。
振动的基本概念
振动产生的必要条件：
物体一离开平衡位置就会受到回复力的作用；阻力要足够小。
振动的过程
物体（或质点）在受到一定力的作用下，将离开平衡位置，产生一个位移；该力消失后，在回复力作用下，它将向平衡位置运动，并且还要越过平衡位置移动到相反方向的最大位移位置，然后再向平衡位置运动。
这样一个完整运动过程称为一个“循环”或叫一次“全振动”。
振动的分类
周期性振动：每经过一定时间后，振动体总是回复到原来的状态（或位置）的振动
非周期性振动：不具有上述周期性规律的振动
振动的表征参数
周期、频率（振动的快慢），振幅（振动的强弱）
振幅A ——振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的振幅，用A 表示。
周期T ——当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间，称为振动周期，用T 表示。
常用单位为秒（s ）。
对于非周期性振动，往复运动已不再是周期性的，但周期这个物理量仍然可以反映这种运动的往复情况。
频率f ——振动物体在单位时间内完成全振动的次数，称为振动频率，用f 表示。
常用单位为赫兹（Hz ）,1赫兹表示1秒钟内完成1次全振动，即1Hz=1次/秒。
此外还有千赫（kHz ），兆赫（MHz ）。
1、谐振动
回复力
振子在振动过程中，所受重力与支持力平衡，振子在离开平衡位置 O 点后，只受到弹簧的弹力作用，这个力的方向跟振子离开平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置，所以称为回复力。
胡克定律
在弹簧发生弹性形变时，弹簧振子的回复力F 与振子偏离平衡位置的位移x 大小成正比，且方向总是相反，即： 谐振动举例：
谐振动的运动方程：
质点M 的水平位移y 和时间t 的关系式：式2－3 F kx
=-。