超声波5

第二章超声波检测技术2.1概述2.2超声波的分类2.3声场及介质的声参量2.4超声波在介质中的传播特性2.5超声波检测仪、探头及试块2.6超声波检测方法和通用检测技术2.7超声波测厚2.8超声波检测应用实例第七节超声波测厚7.1测厚仪的工作过程7.2超声波测厚方式7.3测厚仪的调整与使用7.1测厚仪的工作过程高频电路超声发射探头被探测物体超声接收探头接收电路闸门电路时钟脉冲电路与门电路输出反映了物体的厚度的脉冲数高电压窄脉冲超声脉冲上表面反射S底面反射BS、BS、B测量表面耦合剂探头发射波束接受波束TSB发射脉冲接受脉冲闸门脉冲时钟脉冲与门脉冲7.2超声波测厚方式一、共振式测厚仪超声波垂直入射到平板工件的底面，产生全发射。当工件的厚度等于λ/2的整数倍时，反射波和入射波互相叠加，形成驻波，产生共振。即满足下式时产生共振：)(22210mmffCfCδ工件厚度、f0工件的固有频率、λ波长、C声速fm－fm－1相邻的共振频率通过调节电路，改变电路输出的高压电脉冲频率，得到两次相邻的共振频率后，代入公式即可得到工件的厚度。要求：上下表面必须平整。TB1B3B2ttct21＝二、脉冲反射式测厚仪脉冲发射式测厚仪是通过测量超声波在工件上下表面之间往返一次传播的时间来求得工件得厚度。1、测量发射脉冲T与第一次底面波B1之间的时间差。缺点：脉冲宽，盲区大，测量厚度下限受限制。2、测量第一次底面波B1与第二次底面波B2之间的时间差（也可是任意相邻两次底面波之间的时间）。特点：盲区小，测量下限小。三、兰姆波测厚仪当超声波频率、入射角与工件厚度成一定关系时，在薄板工件中就会产生兰姆波，根据探头的入射角或频率就可测定工件的厚度。7.3测厚仪的调整与使用一、测厚仪的调整1、测量下限调整将探头对准试块的底面，使仪器显示厚度为下限值(比如1mm）2、线性调整用厚度不同的试块校准，分别对不同厚度的试块探测，使仪器显示相应的厚度。二、测厚方法1、根据所测的对象选取探头2、工件表面处理3、每一测位采用相互垂直的两次测量。一、（一）大型锻件超声检测锻件的种类和规格很多，常见的类型有：饼盘件、环形件、轴类件和筒形件等。锻件中的缺陷多呈现面积形或长条形的特征。由于超声检测技术对面积型缺陷检测最为有利，因此锻件是超声检测实际应用的主要对象。第八节超声检测技术的应用通常，大型锻件的超声检测一般采用2-5MHz，检测方法广泛采用直探头纵波脉冲反射法，有时用斜探头补充检测。轴类锻件以圆周检测为主，必要时辅以两端面的检测；方形锻件，应在相互垂直的两个端面上检测。轴类件径向和轴向检测示意图1、锻件中的常见缺陷可由超声波检测发现的锻件中的缺陷主要来源于两个方面：材料锻造过程中形成的缩孔、疏松、夹杂及偏析等；热处理中产生的白点（内缺陷的白点，即热加工后钢的纵断面上有表面光滑的银白色斑点，形状是圆或椭圆。严重影响工件的延伸率、断面收缩率与冲击韧性）、裂纹和晶粒粗大等。在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和CO、N2等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成微裂纹，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆”现象。在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为“白点”，实为交错的细小裂纹。主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了“白点”。一般白点产生的温度低于2000℃。2、锻件缺陷的定量对小声束直径的缺陷，常使用当量法。以圆形平底孔试块为基准，先假设试块和锻件的测试条件基本相当，将缺陷的回声波压和与之同声程的某种标准反射体的回波声压来进行当量对比，若二者的反射回声波压相等，则认为该人工缺陷与实际缺陷是同当量的。因为这样确定下来的缺陷大小，并不是锻件中实际缺陷的大小，而只是一种相对比较（或称当量），把这种方法称为“当量法”。对锻件中缺陷长度的定量常采用连续移动探头检测法，移动探头，声束轴线逐渐偏离缺陷，反射波幅逐渐降低，当波幅下降为最高波幅的一半时，声束轴线所指的位置即为缺陷的边缘，两个边缘之间的距离即为被测缺陷的长度。3、锻件超声检测的特点锻件可采用接触法或液浸法进行检测。锻件的组织很细，由此引起的声波衰减和散射影响相对较小。因此，锻件上有时可以应用较高的检测频率(如10MHz以上)，以满足高分辨率检测的要求，以及实现较小尺寸缺陷检测的目的。（二）铸件缺陷的检测铸件内部组织粗大、不均匀、致密性差、表面粗糙、形状复杂。与锻件相比，对超声波的衰减大，穿透性较差。铸件的上述特点，形成了铸件超声检测的特殊性和局限性。检测时一般选用较低的超声频率，如0.5～2MHz，因此检测灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检测要求较低，只能检测出面积较大的缺陷。缺陷类型往往以体积型缺陷为主，常有多种形状和性质的缺陷混在一起，且以铸件中心、冒口和浇口附近较多，常见的缺陷有：缩孔、疏松、夹渣、夹砂、气孔和铸造裂纹等。铸件检测常采用的超声检测方法有直接接触法、液浸法、反射法和底波衰减法。（三）各类构件焊缝的检测许多金属结构件都采用焊接的方法制造，超声检测是对焊接接头质量进行评价的重要检测手段之一。焊缝形式有对接、搭接、T型接、角接等。焊缝超声检测的常见缺陷有气孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹等。焊缝探伤一般采用斜射横波接触法，在焊缝两侧进行扫查。探头频率通常为2.5～5.0MHz。发现缺陷后，即可采用对其进行定位计算。仪器灵敏度的调整和探头性能测试应在相应的标准试块或自制试块上进行。(a)对接接头；(b)搭接接头；(c)T型接头；(d)角接接头探测面：分为上、下面；探测区：分为左、右侧；探头所在位向分为：1、2、3、4四种位置。左侧右侧1234对接焊缝的斜探头检测12克服死区的策略是：运用一次反射法!2直射法扫查的死区检测母材层状撕裂及坡口未熔合直探头利用一次反射法检测焊缝内部缺陷示例:针对不同缺陷的组合探测T形接头的检测:超声焊接接头的超声检测分为A、B、C三个等级（GB11345-89）。就检验的完善程度而言，A级最低（难度系数1），B级一般（难度系数5-6），C级最高（难度系数10-12）。一般而言，根据板厚、焊缝重要程度等确定不同的检验等级。焊接接头的超声检测结果分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级，缺陷尺寸和危害程度越小，缺陷等级越低，焊接接头质量越高。即Ⅰ级焊缝质量最高，依次下降。1、声速测量•根据超声波脉冲在被测介质中的传播时间来计算声速•用超声波测厚仪来测量声速2、超声波测厚超声波测厚仪测量速度快、精度高、体积小、轻便精巧，容器内积水或结垢也不会影响测量精度，因此在工业中大多采用超声波测厚仪。超声波测厚仪从工作原理上可分为脉冲反射式和共振式，前者应用较多。使用超声波测厚仪时：•要特别注意测厚仪的下限，当工件厚度小于下限时，误差很大；•预先调整好仪器。二、超声波测量技术简介3、超声波衰减系数的测定在超声波探伤时，如要准确地确定缺陷的当量大小，必须预先测定被检对象的声衰减系数。4、超声波测量液位液介式、气介式在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。(a)气介式(b)液介式单探头超声波液位计5、超声波测定流量超声波测量流量时，可采用非接触的测量方法，因此该方法广泛应用于高温、高压、防爆等特殊条件下。超声波测量流量的方法：（1）时差法（2）相差法（3）频差法（4）超声多普勒法（5）声束位移法多普勒效应的发现1842年的一天，德国一位名叫多普勒的数学家路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。多普勒效应多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证。几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（c-v）/λ。一个常被使用的例子是火车的汽笛声，当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳，你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。6、超声波测定温度（1）以介质本身为敏感元件（2）间接测温法7、其它超声波测量方法超声波测量硬度、浓度、粘度等。