超声波检测的基础知识

发布时间:17-03-17 14:58分类:行业资讯
标签:超声探伤仪,超声探伤仪百科介绍
摘要:超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器,它能够快速、便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、疏松、气孔、夹杂等)的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室,也可以用于工程现场。广泛应用在锅炉、压力容器、航天、航空、电力、石油、化工、海洋石油、管道、军工、船舶制造、汽车、机械制造、冶金、金属加工业、钢结构、铁路交通、核能电力、高校等行业。物理基础波及波分类介质的一切质点,是以弹性力互相联系的。某质点在介质内振动,能激发起周围质点的振动。振动在弹性介质内的传播过程,称为波。波,有电磁波(电波和光波)和声波(或称机械波)。声波及声波的分类声波是一种能在气体、液体、固体中传播的弹性波。它可分为分次声波、可闻声波、超声波及特超声波。人耳所能听闻的声波在20-20000赫之间。频率超过20000赫,人耳所不能听闻的声波,称超声波。声波的频率愈高,愈于光学的某些特性(如反射。折射定律)相似。仪器原理超声波在被检测材料中传播时,材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响,通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测方法通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。数字式超声波探伤仪现在通常是对被测物体(比如工业材料、人体)发射超声,然后利用其反射、多普勒效应、透射等来获取被测物体内部的信息并经过处理形成图像。多普勒效应法是利用超声在遇到运动的物体时发生的多普勒频移效应来得出该物体的运动方向和速度等特性;透射法是通过分析超声穿透过被测物体之后的变化而得出物体的内部特性的,其应用目前还处于研制阶段;反射法超声波探伤仪这里主要介绍的是目前应用*多的通过反射法来获取物体内部特性信息的方法。反射法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面时会发生较强反射的原理工作的,正如我们所知道,声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射,而且介质之间的差别越大反射*会越大,所以我们可以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波,
超声波探伤仪
然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的*后、幅度等情况*可以判断出这个组织中含有的各种介质的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息(其中反射回来的超声波的*后可以反映出反射界面离探测表面的距离,幅度则可以反映出介质的大小、对比差别程度等特性),超声波探伤仪从而判断出该被测物体是否有异常。
在这个过程中*涉及到很多方面的内容,包括超声波的产生、接收、信号转换和处理等。其中产生超声波的方法是通过电路产生激励电信号传给具有压电效应的晶体(比如石英、硫酸锂等),使其振动从而产生超声波;而接收反射回来的超声波的时候,这个压电晶体又会受到反射回来的声波的压力而产生电信号并传送给信号处理电路进行一系列的处理,超声波探伤仪*后形成图像供人们观察判断。这里根据图像处理方法(也*是将得到的信号转换成什么形式的图像)的种类又可以分为A型显示、M型显示、B型显示、C型显示、F型显示等。A型显示是将接收到的超声信号处理成波形图像,根据波形的形状可以看出被测物体里面是否有异常和缺陷在那里、有多大等,
超声波探伤仪主要用于工业检测;M型显示是将一条经过辉度处理的探测信息按时间顺序展开形成一维的”空间多点运动时序图”,适于观察内部处于运动状态的物体,超声波探伤仪如运动的脏器、动脉血管等;B型显示是将并排很多条经过辉度处理的探测信息组合成的二维的、反映出被测物体内部断层切面的”解剖图像”(医院里使用的B超*是用这种原理做出来的),超声波探伤仪适于观察内部处于静态的物体;C型显示也是一种图象显示,探伤仪荧光屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置。探头接收信号幅度以光点辉度表示,因而,当探头在工件表面移动时,荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象,但不能显示缺陷的深度。C型显示、F型显示现在用得比较少。超声波探伤仪检测不但可以做到非常准确,而且相对其他检测方法来说更为方便、快捷,也不会对检测对象和操作者产生危害,所以受到了人们越来越普遍的欢迎,有着非常广阔的发展前景。数字式特点1.100个探伤通道2.内置探伤标准,可自由调出3.集超声检测、测厚双重功能于一机4.真彩显示器:多种颜色可选、亮度可调5.高速USB和RS232两种接口与计算机通讯6.PC-soft可自动生成探伤报告7.实时显示SL、EL、GL、RL定量值9.大容量、高性能锂电池,连续工作时间可达7-10小时10.手带、挂带、腰带,更适合于现场、野外、高空作业11.体积小、重量轻,便于现场操作功能自动校准:自动测试探头的“零点”、“K值”、“前沿”及材料的“声速”;自动显示缺陷回波位置如:深度d、水平p、距离s、波幅、当量dB、孔径ф值;自由切换标尺;自动录制探伤过程并可以进行动态回放;自动增益、回波包络、峰值记忆功能;探伤参数可自动测试或预置;数字抑制,不影响增益和线性;多个*立探伤通道,可自由输入并存储任意行业的探伤标准,现场探伤无需携带试块;可自由存储、回放波形及数据;DAC、AVG曲线自动生成并可以分段制作,取样点不受限制,并可进行修正与补偿;自由输入各行业标准;与计算机通讯,实现计算机数据管理,并可导出Excel格式、A4纸张的探伤报告;实时时钟记录:实时探伤日期、时间的跟踪记录,并存储;增益补偿:对表面粗糙度、曲面、厚工件远距离探伤等因素造成的Db衰减可进行修正;所述以上功能都是模拟超声探伤仪无法实现的。技术参数扫描范围:
0~10000mm钢纵波工作频率: 0.2MHz~20MHz垂直线性误差:
≤2.5%水平线性误差: ≤0.1%灵敏度余量: >68dB(深200mmΦ2平底孔)分 辨
力: >42dB(5N14)动态范围: ≥36dB噪声电平: <8%硬采样频率:
150MHz重复发射频率: 100~1000HZ声速范围: 100~20000(m/s)工作方式:
单晶探伤、双晶探伤、穿透探伤数字抑制:
(0~80)%,不影响线性与增益工作时间:
连续工作7小时以上(锂电池)环境温度: (-20~70)℃(参考值)相对湿度:
(20~95)% RH外型尺寸:
210×150×45(mm)技术资料核心组成部分主要技术指标说明灵敏度超声波探伤中灵敏度一般是指整个探伤系统(仪器和探头)发现*小缺陷的能力。发现缺陷愈小,灵敏度*愈高。仪器的探头的灵敏度常用灵敏度余量来衡量。灵敏度余量是指仪器*大输出时(增益、发射强度*大,衰减和抑制为0),使规定反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。灵敏度余量大,说明仪器与探头的灵敏度高。灵敏度余量与仪器和探头的综合性能有关,因此又叫仪器与探头的综合灵敏度。盲区与始脉冲宽度盲区是指从探测面到能够发现缺陷的*小距离。盲区内的缺陷一概不能发现。始脉冲宽度是指在一定的灵敏度下,屏幕上高度超过垂直幅度20%时的始脉冲延续长度。始脉冲宽度与灵敏度有关,灵敏度高,始脉冲宽度大。分辨力仪器与探头的分辨力是指在屏幕上区分相邻两缺陷的能力。能区分的相邻两缺陷的距离愈小,分辨力*愈高。信噪比信噪比是指屏幕上有用的*小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波幅度之比。信噪比高,杂波少,对探伤有利。信噪比太低,容易引起漏检或误判,严重时甚至无法进行探伤。采购事项目前市场上有一些数字超声波探伤仪不符合*的相关标准。2005年*颁布*新标准《JB/T10061-1999:A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》。在这部新标准启用的同时,还颁布了《JJG746-2004超声波探伤仪检定规程》。*首次对数字超声波探伤仪的检定规程作了详细解释。由于超声波探伤仪是一种十分的仪器,不是人员,根本无法了解这种仪器,所以很多造假者钻了漏洞。国内一些厂家利用数字超声波探伤可以作假的特点,大肆生产不合格产品。如果您不具备检测工具,以下简单检测方法可以帮您鉴别真伪:1、在不连接探头的状态下,将增益调到*大,屏幕上的波形不能超过屏幕的10%,如果超过,此仪器不合格。2、看垂直线性是否合格、方法3、还有一些指标需要专用试块。建议新仪器送到省级计量测试所去鉴定,以免上当。4、价格极低。注意看生产工艺和证明文件,一般超声波需要培训才可以。使用不合格超声波探伤仪的后果比较严重。由于超声波无损检测都是用在质量检测或安全检测,如发生质量事故甚至危及人身安全,您节省了一点钱买回的不合格仪器将会致您于非常不利的境遇。我们谴责那些制假者,请提高你们的技术开发水平,不要害人害己,如果真发生重大事故,也会使你们倾家荡产,自陷囹圄。

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发布时间:15-03-04 17:23分类:技术文章 标签:超声波检测 超声波的特点:
1、超声波声束能集中在特定的方向上,在介质中沿直线传播,具有良好的指向性。
2、超声波在介质中传播过程中,会发生衰减和散射。
3、超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性,可以获得从缺陷界面反射回来的反射波,从而达到探测缺陷的目的。
4、超声波的能量比声波大得多。
5、超声波在固体中的传输损失很小,探测深度大,由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象,尤其是不能通过气体固体界面。
如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)或夹杂,超声波传播到金属与缺陷的界面处时,*会全部或部分反射。反射回来的超声波被探头接收,通过仪器内部的电路处理,在仪器的荧光屏上*会显示处不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害,能对缺陷进行定位和定量。超声波探伤对缺陷的显示不直观,探伤技术难度大,容易受到主客观因素影响,以及探伤结果不便于保存,超声波检测对工作表面要求平滑,要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验,使超声波探伤也具有其局限性。
超声波探伤仪的种类繁多,但脉冲反射式超声波探伤仪应用*广。一般在均匀材料中,缺陷的存在将造成材料不连续,这种不连续往往有造成声阻抗的不一致,由反射定理我们知道,超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪*是根据这个原理设计的。
脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是A扫描式的,所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离,纵坐标是超声波反射波的幅值。譬如,在一个工件中存在一个缺陷,由于缺陷的存在,造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面,交界面之间的声阻抗不同,当发射的超声波遇到这个界面之后*会发生反射,反射回来的能量又被探头接收到,在显示器屏幕中横坐标的一定的位置*会显示出来一个反射波的波形,横坐标的这个位置*是缺陷波在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同,反映了缺陷的性质。
随着电子技术和软件的进一步发展,高端的超声探伤仪均已具有简单的手动及A、B扫描功能,能示意性地显示被检工件的断面图像。随着技术的进步,可在便携式仪器上实现相控阵的B扫描和C扫描成像,使探伤结果像医用B超一样直观可见,相信在不久的将来,以图像显示为主的探伤仪将会在工业检验中得到广泛应用。

1由多种材料组成的复合结构,要承受高温、高速、高压的热烧蚀及冲刷,工作环境苛刻,因而要求每个部件都有高度的可靠性,喷管金属壳体与非金属粘接界面,由于粘接时工件清理不干净,内衬与外壳配合不严,胶层内部气体未排净等原因,极易产生脱粘,尤其是间隙型大面积脱粘,对产品可靠性危害极大,因而对其粘接界面粘接质量的无损检测也是固体火箭发动机生产中产品质量控制的关键工序,各国都投入了大量的人力物力开展固体火箭发动机各零、部组件无损检测技术的研究,对金属材料的超声波探伤已广为应用,而复合材料具有异向性高、声衰减大、结构复杂等特性,复合材料及其构件的超声波探伤是一个薄弱环节,据日本航空宇宙技术研究所“固体火箭发动机超声波探伤”中报导,他们曾采用超声波多次反射法成功地对非金属包覆层和钢壳体粘接面进行了检测,经过多年的研究,采用超声纵波多次反射法对喷管金属壳体与非金属粘接界面的粘接质量进行检测,现已成功地用于产品的批量探伤。

2检测原理超声波是频率高于20000Hz的弹性振动波,所谓纵波即波的传播方向与质点的运动方向相一致,粘接界面的脱粘伤是指不同材料界面未粘好而形成的空气间隙型缺陷,当超声纵波垂直穿过金属与非金属粘接面时,由于产品中两种介质的声阻抗不同,声波在界面会产生反射和透射,声波的传播路径如图1所示,图中L是入射波;L是反射波;t是透射波。声波透过产品各层及界面,分别穿过三种介质即金属、空气和非金属。在这三种介质中,纵波声速分别为5900、344和2200m/s;声阻抗分粘接界面存在脱粘时,相当于超声纵波垂直入射到金属与空气界面,此时界面的声压反射率为式中P为入射波声压;P为脱粘界面反射波声为金属介质的声阻抗;Z为空气介质的声阻抗。

代入声阻抗数据计算表明,R≈1,即存在脱粘固体火箭技术时,声压反射率趋于1,透射率趋于0,声波在此近乎100%反射。但粘接良好时,界面的声压反射率不为0,计算式如下:式中r为良好粘接界面的声压反射率;P为良好粘接界面反射波声压;Z为非金属介质的声阻抗。

计算得到即反射波声压占入射波声压的86%,透射波声压占14%,声波除反射外,还有一部分透射。

对于放大线性良好的超声波探伤仪,仪器荧屏上波高与声压成正比,即任意相邻两波高之比等于相应的声压之比,二者的分贝差为通过一次脉冲反射后,脱粘区与良好粘接区波高相差1dB,采用多次反射法,当超声波垂直入射到产品中时,第一次反射回来的声压为第二次反射回来的声压为第n次反射回来的声压为式中P为到达金属层表面的声压;P为n次反射后被探头接收的声压;R为A界面的声压反射为面的声压反射率;T为金属件的衰减系数;t为金属件厚度。

对于给定的金属材料,其厚度是一定的,因而T、t是不变的,在选择了固定的耦合剂后,R也为常量,多次反射后的声压P只与R有关,即只与金属层与非金属层的粘接情况有关,则n脱n好n=10时,ΔdB=13dB,即超声纵波经过10次反射后,脱粘区与良好粘接区的反射波幅相差13dB以上,反映在仪器荧屏上,脱粘区比良好粘接区波幅增高、波次增多,据此可很容易地将脱粘区与良好粘接区分辨开来,进而评价粘接质量。

3对比试块3.1设计与制做超声波探伤都是通过观察探伤仪荧光屏上反射回波的位置、波幅等特征来评判被探件质量的优劣,考虑到实际中形成的缺陷形状各异,声学关系复杂,难以定量计算分析,因而实际探伤时只能借助于已知特定形状的人工缺陷来调节探伤灵敏度,并以此为尺度评价缺陷,保证检验结果的再现,运用试块作为参考依据进行比较是超声波探伤的一个特点。

为了避免试块与被探产品声学性能的差异,所研制的Ⅰ号试块与被探产品的材料类型、厚度、曲率、表面光洁度相同,并且用与被探产品相同的胶粘剂在金属粘接面上作出形状、大小不同的脱粘伤。图2中A为圆形脱粘。Ⅱ号对比试块是从试验后的产品上切割下来的含自然缺陷的试块。

赵慧蓉:固体火箭发动机喷管粘接界面的超声检测3.2试块的检测3.2.1扫描速度的调节探伤所用仪器型号为CTS-22型,探头型号为探伤前应根据探测范围调节扫描速度,使仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值与实际声程成一定的比例关系。被探喷管金属件厚4mm,采用汕头超声仪器研究所生产的标准深度试块调节扫描速度,调节仪器面板上的水平旋钮及深度细调旋钮,扩大扫描量程,时基扫描线比例1∶2.5,接收到多次反射回波。

3.2.2试块的检测结果及分析试块检测结果的照片见图4.试块检测结果的波形分析见表1.

试块良好粘接区A脱粘区B脱粘区C脱粘区从图4及表1可看出:a)反射波前几次高度相差无几,这是因为超声波束并不是从波源开始扩散的,而是在波源附近存在一个不扩散的区域,在未扩散区,平均声压基本不变,圆晶片辐射的声场见图5所示;b)良好粘接区,声波除反射外,还存在进入非金属的透射波,喷管非金属绝热层与金属钢件相比,结构松散,组织不均匀、晶粒粗大,它对声能的衰减比钢严重的多,在5MHz频率下,通过计算,钢的衰减系数小于0.002dB,非金属绝热层达到6dB/mm,这使得良好粘接时,进入非金属件的透射波被累次吸收,能量衰减大,在仪器示波屏水平刻度6格以内,反射波包络线呈光滑弧线快速下降;c)在脱粘区,入射波被百分之百反射,反射波的波次增多,在仪器示波屏水平刻度8格处至满屏出波,比之良好粘接区,在示波屏同一水平刻度处,波幅增高,并随脱粘面积的增大,波次越多,波幅越高,反射波包络线呈锯齿状缓慢下降。

固体火箭技术区域探伤仪显示情况良好粘接区多次反射波在示波屏水平刻度“6”格以内A脱粘区多次反射波在示波屏水平刻度“6”格处波幅达30%以上,在“8”格处波幅脱粘区多次反射波在示波屏水平刻度“8”格处波幅达30%,在“10”格处波幅达C脱粘区多次反射波在示波屏水平刻度“10”格处波幅达10%到30%3.3试块法确定探伤灵敏度复合构件是利用试块进行对比检测来确定探伤灵敏度的,根据试块检测结果,以Ⅰ号试块A脱粘圆形)为基准,将探头对准A脱粘,调节仪器衰减及增益旋钮,使来自A脱粘的多次反射波在仪器示波屏水平刻度“8”格处波幅达10%,以此时仪器面版上的衰减器分贝值作为探伤灵敏度,灵敏度调节好后,分贝值固定不变。

4喷管粘接界面的超声检测4.1检测过程被探产品金属件材料为30CrMnSiA,非金属件材料采用高硅氧/酚醛,被探部位曲率Υ284mm,金属件厚4mm,金属件与非金属绝热层之间用944胶粘接,产品验收要求:脱粘面积不得大于总探伤面积探伤灵敏度确定后,即可对喷管金属与非金属粘接界面进行探伤,以Υ14mm圆形脱粘为基准,若发现某位置的多次反射波在仪器示波屏水平刻度8格处波幅达10%以上,则判为脱粘,脱粘面积的确定采用半波高度法,其原理为:入射声压经过脱粘的十多次百分之百反射,已接近球面波,可用简化式式中P为初始声压;d为晶片直径;λ为波长;s为距离;A为晶片面积。

如果在同一条件下把它们的反射看作新的声源,脱粘区等于百分之百A面积发射,半波时等于A面积发射,则即在脱粘中心和脱粘边沿到晶片中心处的声压差为6dB,具体实施方法是:发现脱粘后,移动探头,使荧光屏上的反射脉冲幅度达到最高,然后再上下左右移动探头,当反射波幅各降为原来的一半时,探头中心线之间的位置即为脱粘的面积,用1∶1比例透明纸描出脱粘,用求积仪计算出脱粘的面积。表2给出了某批次一些喷管粘接面探伤的检测结果。

4.2检则结果及分析对两个实际喷管金属与非金属粘接界面,采用本文介绍的超声纵波多次反射法进行检验,都能比较准确地发现其内部脱粘缺陷。经对喷管解剖对照,脱粘位置和脱粘面积也与检测结果吻合。

在以后的应用中,经过近百台产品的检测,证明本方法可较准确地发现下列工件的内部脱粘缺陷:a.间隙型大面积脱粘。这类脱粘多是由于工件清理不净,内衬与外壳配合不严、工件变形等原因造成,此时其粘接强度比良好粘接强度低,反映在仪器示波屏上,多次反射波幅在水平刻度“10”格处达30%左右。

b.孔隙型小块脱粘。这类脱粘多是由于涂胶不固体火箭发动机喷管粘接界面的超声检测均、胶层内部气体未排净和胶粘剂失效等原因造成,此时其粘接强度也低于良好粘接强度,反映在仪器示波屏上,多次反射波幅在水平刻度“8”格处达10%以上。

6结束语采用超声波多次反射法,利用常规仪器设备,能较准确地发现粘接界面的各种脱粘缺陷。对固体火箭发动机喷管粘接界面的实际检测证明,本方法适用于生产线上的现场检测及阵地的探伤。

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