化工机械制造技术第十章超声波检测.ppt

第十章 超声波检测 教学要求： 了解超声波检测的基本知识、原理及方法、检测工艺、缺陷的评定。 对比了解与射线检测的优缺点及应用范围。 教学建议： 配合课堂教学开设专业实验。 安排到化机制造厂参观无损检测中心，了解超声波检测的具体应用 第一节 超声波检测的物理基础一、超声波的产生及其特性 超声波是频率大于20000Hz的机械波。工业超声检测常用的工作频率为0.5～10MHz （一）超声波的产生与接收 某些晶体在外力作用下能产生电荷的现象称压电效应 压电晶片在高频交变电场作用下伸长或压缩的现象称逆压电效应 发射超声波利用材料的逆压电效应 (电能 机械能） 接收超声波则利用材料的压电效应(机械能 电能） （二）超声波的波型 纵波——质点振动方向与波传播方向一致，用L 表示。可在固体、液体和气体介质中传播 横波——质点振动方向与波传播方向，用S表示。只能在固体中传播，不能在没有剪切弹性的液体和气体介质中传播 表面波——沿固体介质表面传播，用R表示 板波 ——在板厚和波长相当的弹性薄板中传播的超声波叫板波，分SH波和兰姆波两种。 纵波主要用于钢板、锻件检测，横波用于焊缝、钢管检测，表面波和板波应用较少 （三）超声波的特性 良好的指向性 能在弹性介质中传播，不能在真空中传播 通过界面时会产生透射、反射、折射和波型转换 具有可穿透物质的特性 对人体无伤害 二、超声波在介质中的传播 （一）超声场及介质的基本物理量 声压P —— 超声场内某点在某瞬时具有的压强与无超声波扰动时该点的静压强之差称 声强I ——单位时间内在垂直于声束传播方向的介质单位面积上通过的平均声能量 声速—— 声波在介质中的传播速度，声速不同，波长也不同 声阻抗 Z——任一点的声压与振动速度之比 （二）超声波在界面的反射、折射和波型转换 超声波从一种介质倾斜入射到第二种介质，除了在界面产生反射、透过界面产生折射外，在固体介质中还会发生波型转换。例如：入射波为纵波，除产生反射纵波和折射纵波外，还产生反射横波和折射横波 超声波在不同介质界面的反射、折射和波型转换均遵守几何光学的反射定律和折射定律，不同波型超声波入射角、反射角、折射角之间的关系为： 式中 CL、CL1 ——介质Ⅰ的纵波声速(m/s) CS1——介质Ⅰ横波声速(m/s) CL2——介质Ⅱ的纵波声速(m/s) CS2——介质Ⅱ的横波声速(m/s) α——声波入射角（°） αL——纵波反射角（°） αS——横波反射角（°） βL——纵波折射角（°） βS ——横波折射角（°） （三）超声波的衰减 散射衰减 ——声波在金属晶粒界面上产生杂乱无章的反射使声能减少引起的衰减称。频率越高、晶粒尺寸越大，散射衰减越大。 吸收衰减 ——声波传播时介质质点间互相摩擦使部分声能转换为热能，导致声能减少引起的衰减。同一频率的超声波，在气体中衰减最大，液体中次之，固体中最小，因此，超声波检测不能用气体作传声介质。 扩散衰减——随着传播距离的增大，声束截面增大使单位面积上声能逐渐减少引起的衰减。距离愈大，衰减愈大。 第二节 超声波检测设备 一、超声波探伤仪 超声波探伤仪的分类 A型——脉冲显示型 B型——平面显示型，显示平行于声束方向平面内的缺陷 C型——平面显示型 ，显示垂直于声束方向平面内的缺陷 超声波探伤仪的主要性能 ）水平线性 又称时基线性或扫描线性——指扫描线上显示的反射波距离与反射体距离成正比的程度 垂直线性 又称放大线性——指示波屏反射波高度与接收信号电压成正比关系的程度 动态范围——示波屏上回波高度从满幅（100%）降至消失时仪器衰减器的变化范围 衰减器精度——衰减器刻度指示脉冲下降幅度的正确程度 二、探头 1．探头的分类 直探头——声束垂直于被探工件表面入射，可发射和接收纵波 斜探头——声束倾斜入射通过波型转换发射、接收横波 双晶探头——二个晶片分别为发射、接收超声波，主要用于薄板及近表面缺陷的检测和测厚。 2．探头主要性能 超声频率——指单位时间内超声波的振动次数。频率愈高，波长愈短，愈能发现小的缺陷 灵敏度——在最大深度上发现最小缺陷的能力 分辨力——指对两个相邻而不连续缺陷的分辨能力 纵向分辨力——对不同深度两个相邻缺陷的分辨能力 横向分辨力——对相同深度两个相邻缺陷的分辨能力 盲区——在规定的检测灵敏度下，从检测面到能够测出缺陷的最小距离称盲区。 三、试块——具有简单形状人工缺陷的试件 作用——测试和校验探伤仪和探头性能、确定和校验探伤灵敏度、确定缺陷位置、评价缺陷大小 CSK-ⅠA试块 CSK-ⅢA试块 CS