超声检测

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  • 作者: 云顶集团娱乐4008   来源:http://www.webseofan.com    栏目:云顶集团4008官网    日期:2020-04-09
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      超声检测是指利用超声波对金属构件内部缺陷进行检查的一种无损探伤方法。用发射探头向构件表面通过耦合剂发射超声波,超声波在构件内部传播时遇到不同界面将有不同的反射信号(回波)。利用不同反射信号传递到探头的时间差,可以检查到构件内部的缺陷。根据在荧光屏上显示出的回波信号的高度、位置等可以判断缺陷的大小,位置和大致性质3超声检测对裂纹、未焊透及未熔合缺陷较敏感,对气孔、夹渣不太敏感。超声检测直观性较差,易漏检。对近表面缺陷不敏感(称为超声波的盲区)。

      使超声波与材料相互作用并对反射、透射和散射的波进行研究,以对材料的宏观缺陷、微观组织、力学性能等进行无损评价的技术。按原理可分穿透法、共振法和脉冲反射法三种,以后者最为常用。对于宏观缺陷的检测,常用振动频率为0.5~25MHz的短脉冲波以反射法进行,此时,在试件中传播的声脉冲遇到声特性阻抗 (材料密度 与声速相乘积),有变化处部分入射声能可被反射。根据反射信号的有无和幅度的高低,可对缺陷的有无和大小作出评估。通过测量入射波与反射波之间的时差,可确定反射面与试件表面上入射点的距离。

      为适应不同类型的试件,不同取向、位置和性质的缺陷及质量要求,可选用的波形有纵波、横波、瑞利波、兰姆波和爬波。采用特定的扫描显示方式及相应的电子线路, 可获得试件中缺陷分布及形态的图像。材料特性的无损表征主要与超声在试件中的传播速度及在传播过程中能量的衰减与材料的微观组织结构有关,如果这种关系可从先前的冶金学研究得知,表征的内容可包括:弹性方面的评价,微观组织和形态变化的描 述,分散的声不连续性和缺陷群的评定,力学性能变化和材质下降的测量 等。此法优点是:可用于金属、非金属、 复合材料制件的无损评价; 对确定内部缺陷的诸参量较之其他无损检测方法有综合优势;灵敏度高,可检出数十 μm级缺陷;仅需从一侧接近试件;设备轻便可作现场检测。主要局限性是对材料及制件做精确的定性、定量表征,仍需进一步深入研究。

      超声波是频率高于20千赫的机械波。在超声探伤中常用的频率为0.5~10兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度和方向传播,遇到声阻抗不同的异质界面(如缺陷或被测物件的底面等)就会产生反射、折射和波形转换。这种现象可被用来进行超声波探伤,最常用的是脉冲反射法,探伤时,脉冲振荡器发出的电压加在探头上(用压电陶瓷或石英晶片制成的探测元件),探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质(如机油或水等)进入材料并在其中传播,遇到缺陷后,部分反射能量沿原途径返回探头,探头又将其转变为电脉冲,经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度(与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较),即可测定缺陷的位置和大致尺寸。除反射法外,还有用另一探头在工件另一侧接受信号的穿透法以及使用连续脉冲信号进行检测的连续法。利用超声法检测材料的物理特性时,还经常利用超声波在工件中的声速、衰减和共振等特性。

      脉冲反射探伤法通常用于锻件、焊缝等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺欠。被检测物要求形状较简单,并有一定的表面光洁度。为了成批地快速检查管材、棒材、钢板等型材,可采用配备有机械传送、自动报警、标记和分选装置的超声探伤系统。除探伤外,超声波还可用于测定材料的厚度,使用较广泛的是数字式超声测厚仪,其原理与脉冲回波探伤法相同,可用来测定化工管道、船体钢板等易腐蚀物件的厚度。利用测定超声波在材料中的声速、衰减或共振频率可测定金属材料的晶粒度、弹性模量(见拉伸试验)、硬度、内应力、钢的淬硬层深度、球墨铸铁的球化程度等。此外,穿透式超声法在检验纤维增强塑料和蜂窝结构材料方面的应用也已日益广泛。超声全息成象技术也在某些方面得到应用。

      采用直接接触法进行超声检测,需要在探头和工件待检测面之间涂以很薄的耦合剂,以改善探头与检测面之间声波的传导。液浸法是将探头和工件全部或部分浸于液体中,以液体作为耦合剂,声波通过液体进入工件进行检测的方法。

      直接接触法主要采用A型显示脉冲反射法工作原理,操作方便、检测图形简单、判断容易和灵敏度高,在实际生产中得到最广泛的应用。

      直射声束法是采用直探头将声束垂直入射工件待检测面进行检测的方法,又称纵波法。当直探头在待检测面上移动时,无缺陷处示波屏上只有始波T和底波B,如图9 - 6(a)所示;若探头移到有缺陷处且缺陷反射面比声束小时,则显示屏上出现始波T、缺陷波F、和底波B,如图9 -6(b)所示;当探头移到大缺陷处时,则示波屏上只出现始波T、缺陷波F,如图9-6(c)所示。显然,垂直法探伤能发现与探伤面平行或近于平行的缺陷。

      斜射声束法是采用斜探头将声束倾斜入射工件待检测面进行检测的方法,又称横波法。如图9-7所示,当斜探头在待检测面上移动时,无缺陷时示波屏上只有始波T,这是因为声束倾斜入射至底面产生反射后,在工件内以“W”形路径传播,故没有底波出现,如图9 -7(a)所示;当工件存在缺陷而缺陷与声束垂直或缺陷的倾斜角很小时,声束会被反射回来,此时示波屏上将显示出始波T和缺陷波F,如图9 -7(b)所示;当斜探头接近板端时,声束将被端角反射回来,在示波屏上将出现始波T和端角波B,如图9 -7(c)所示。

      超声检测法的优点是:穿透能力较大,例如在钢中的有效探测深度可达1米以上;对平面型缺陷如裂纹、夹层等,探伤灵敏度较高,并可测定缺陷的深度和相对大小;设备轻便,操作安全,易于实现自动化检验。缺点是:不易检查形状复杂的工件,要求被检查表面有一定的光洁度,并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙,以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊缝,因易产生杂乱反射波而较难应用。此外,超声检测还要求有一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。

      张彦华编著. 工程材料与成型技术. 北京:北京航空航天大学出版社, 2015.05.

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