超声波检测理论基础.ppt

超声波检测 2011.11 第一章 绪论 1.1超声检测的定义及作用 超声检测一般是指超声波与工件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对工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。 特种设备行业中，超声检测通常指宏观缺陷测量和材料厚度测量。 超声检测是五大常规无损检测技术之一。 作用：实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率。 设备维护中不可或缺的手段之一。 1.2超声检测的基础知识 1.2.1次声波、声波和超声波 机械波是机械振动在弹性介质中的传播。如水波、声波、超声波 声波是在弹性介质中的传播的机械纵波，频率在20~20000Hz 频率低于20Hz的声波不能被人听到，称为次声波 频率高于20000Hz的声波人耳也听不到，称为超声波。探伤用超声波频率在(0.5~10)MHz 超声波的特点 超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。 1、 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性。 2、穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。 3、能量高 超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。 4、遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。 5、对人体无害。 1.2.2超声检测工作原理 原理： 1、声源产生超声波，采用一定方式进入工件 2、超声波在工件中传播，与工件材料和其中缺陷相互作用，传播方向或特征被改变 3、改变后的超声波通过检测设备被接收，并对其处理分析 4、根据接收的超声波的特征，评估工件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特征 通常用来发现缺陷和用来评估的基本信息： 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、超声波通过材料后能量的衰减 1.2.3超声检测方法的分类 1、按原理：脉冲反射法、衍射时差法、穿透法、共振法 2、按显示方式：A型显示、超声成像显示 3、按波型：纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法 4、按探头数目：单探头法、双探头法、多探头法 5、按探头与工件的接触方式：接触法；液浸法、电磁耦合法 6、按人工干预的程度：手工检测、自动检测 1.2.4超声检测的优点和局限性 1、优点 适用于金属、非金属和复合材料等多种材料的无损检测 穿透力强，多较大厚度工件内部缺陷进行检测 缺陷定位较准确 面积型缺陷的检出率高 灵敏度高 检测成本低、速度快、设备轻便、使用方便，对人和环境无害 1.2.4超声检测的优点和局限性 2、局限性 对工件中的缺陷进行精确的定性和定量仍需做深入研究 对具有复杂形状或不规则外形的工件检测困难 缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响 工件材质和晶粒度对检测有较大影响 常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，检测结果无直接见证记录 第二章 超声检测的物理基础 2.1机械振动和机械波 2.1.1机械振动 物体或质点在某一平衡位置附近做来回往复的运动，称为机械振动。 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。 振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，A。 周期：当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间，T（s）。 频率：振动物体在单位时间内完成全振动的次数，f（Hz）1KHz=103Hz 1MHz=106Hz T=1/f 谐振动 物体（或质点）在受到跟位移大小成正比，而方向总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。 位移随时间的变化符合余弦定理（或正弦）规律的振动形式称为谐振动。 Y=Acos（ωt+φ）ω=2πf=2π/T 平衡位置势能为零，动能最大，位移最大位置势能最大，动能为零。 只有弹力或重力做功。 2.1.2机械波 振动的传播过程称为波动。 机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。 必备条件： 1、要有作机械振动的波源 2、要有能传播机械振动的弹性介质 机械波的主要物理量 1、声速c：单位时间内，超声波在介质中传播的距离； 超声波的速度就是声音的速度,即声在空气(15℃)中的速度是340米/秒,只不过它们的频率不同而已 ；超声波在20 ℃的钢中是5 900米/秒;在铝中的传播速度为5100米/秒。 2、频率f：单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过完整波的个数； 3、波长λ：声波在传播时，同一波线上相邻两个相位相同的质点之间的距离； 机械波的主要物理量 4、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需的时间； 5、角频率ω： 其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声介质的特性和波型有关。 2.2 波