第13章超声波检测技术

第十三章超声波检测技术.....................................................3第一节超声检测技术概述..................................................3一、发展历程........................................................3二、超声波检测方法的分类............................................3三、应用情况........................................................4（一）超声检测的适用范围.........................................4（二）超声检测的优点和局限性.....................................41.优点.......................................................42.局限性.....................................................4第二节超声检测技术基本原理..............................................5一、超声波的基本知识.................................................5二、超声波检测基本原理及检测系统.....................................5（一）基本原理...................................................5（二）系统组成...................................................6第三节超声检测及诊断方法................................................7一、检测方法........................................................7（一）A型脉冲反射超声检测法.....................................71.纵波法.....................................................72.横波法.....................................................7（二）超声衍射时差法（TOFD）.....................................7（三）相控阵超声检测（PAUT）.....................................8（四）导波法.....................................................9二、GIS罐体A型脉冲反射超声波检测技术..............................9（一）概述.......................................................9（二）GIS焊缝常见缺陷...........................................91.气孔......................................................102.未焊透....................................................103.未熔合....................................................104.裂纹......................................................11（三）铝制GIS罐体A型脉冲反射超声检测技术......................111.铝制GIS罐体超声检测特点..................................112.检测标准..................................................113.检测条件的选择............................................114.工程应用实例..............................................13三、GIS罐体超声导波成像检测技术...................................14（一）GIS罐体中超声导波传播特性理论分析........................15（二）GIS罐体导波成像系统......................................15（三）扫查灵敏度................................................16（四）扫查方式..................................................16（五）图像分析及缺陷的评定......................................16（六）工程应用案例..............................................16四、GIS罐体超声衍射时差（TOFD）技术...............................18（一）检测标准..................................................18（二）检测系统..................................................18（三）参数调节..................................................181.探头设置..................................................182.探头中心间距的调整........................................193.A扫描时间窗口设置........................................194.深度校准..................................................195.灵敏度调整................................................196.仪器的其它设置............................................197.检测......................................................198.缺陷的评定和质量分级......................................19（四）工程应用案例..............................................191.案例1....................................................192.案例2....................................................20（五）结论.....................................................22五、GIS罐体角焊缝超声相控阵检测技术...............................23（一）概述......................................................23（二）GIS罐体角焊缝相控阵超声检测工艺仿真......................23（三）GIS角焊缝超声相控阵检测系统.............................23（四）相控阵检测系统校准........................................23（五）应用案例..................................................24（六）结论......................................................25第十三章超声波检测技术第一节超声检测技术概述一、发展历程人们在日常生活中所听到的各种声音，是由于各种声源的振动产生声波，通过空气传播到耳膜引起的耳膜振动，产生听觉。声波用于检测的例子在生活中可以见到的有手拍西瓜来挑选西瓜的“隔皮猜瓜”法；敲击瓷碗，根据声音判定瓷碗好坏等。声波根据频率大小可分为次声波（小于20Hz）、声波（频率在20～20000Hz）、超声波（大于20000Hz）。最早关于超声波的记载，是18世纪末意大利科学家Spallanzani关于蝙蝠用声音来定位的论述。超声波作为一种检测手段，它的应用最初起源于第一次世界大战期间对水下目标的侦查[1]。利用超声波被用于无损检测的研究真正起始于20世纪20年代末，1929年，前苏联Sokolov首先提出了利用超声波穿透法检测物体内部缺陷的方法。脉冲反射法和仪器的出现，翻开了超声检测的新篇章。1940年，美国的Firestone首次介绍了基于脉冲反射法的超声检测仪，并在其后的几年内进行了实验和完善。1946年，英国的Spronle研制成第一台A型脉冲反射超声检测仪。利用该仪器，超声波可从物体的一面发射和接收，能够检测出小缺陷，并能够较准确的确定缺陷位置和测量缺陷尺寸。随着电子技术的发展，制约仪器电子性能的许多指标都取得了突破性进展。从此，脉冲反射技术开始获得大量的工业应用，直到目前仍是通用性最好，使用最广泛的检测方法之一[2]。近些年，随着电子技术和计算机技术的进步，超声检测新技术不断发展。20世纪70年代末，英国Harwell试验室的Silk提出了一种利用缺陷端部的衍射波传播时间差来进行缺陷检测与定量的无损检测新方法，即超声衍射时差检测技术（TOFD，TimeofFlightDiffractiontechnology），相对脉冲反射技术有更高的定量精度和更高的缺陷检出率，该方法已经得到广泛的应用[3]。起源于相控阵雷达技术的相控阵检测技术，采用若干压电阵元组成阵列换能器，实现声束的相控发射与接收，能采用电子方法控制声束聚焦及扫描。相控阵超声检测技术的研究在最近几年已经成为热点，并逐步走向应用[4]。另外一种得到广泛应用的无损检测方法是超声导波技术[5]。相对于常规超声检测，由于导波的独特性质，导波技术可以实现以点扫描代替线扫描，检测效率大大提高。还有一些新技术，如电磁超声检测、超声三维成像等，也已经开始显示出强大的生命力。展望未来，随着超声检测技术日新月异，无损检测也将从NDT（NondestructiveTesting）过渡到无损评价NDE（NondestructiveEvaluation）阶段。NDT仅仅指的是检测出设备的缺陷，根据技术标准，存在超标缺陷的设备将禁止运行，并没有考虑到缺陷的存在是否危及到设备安全运行。发展到NDE阶段后，仅仅检测缺陷已经不能满足要求，需要进一步获得缺陷的准确尺寸，使用断裂力学的方法，对设备剩余寿命进行综合评价。当缺陷尺寸在一定运行周期内不会扩展到临界值时，设备仍可继续运行。二、超声波检测方法的分类超声波检测方法很多，按技术特点可分为A型脉冲反射法、衍射时差法（TOFD)、超声导波法和相控阵超声检测法（PAUT)等。其中A型脉冲反射法按波形可分为纵波法、横波法、表面波法、爬波法等。目前、电网