1、超声波检测技术超声波检测技术一、超声波检测的基本原理一、超声波检测的基本原理二、二、超声超声波波检测设备检测设备 三、超声波检测方法三、超声波检测方法四、四、超声波检测的应用超声波检测的应用 超声波检测是五大常规无损检测技术之一，是目前应用最广泛，使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。超声波检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率的重要手段，也是设备维护中可不或缺的手段之一。 超声波检测一般是指使超声波与工件相互作用，就反射、衍射、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估的技术。
2、 在特种设备行业中，超声波检测通常指宏观缺陷检测和材料厚度测量。 现实中常常利用声响来检测物体的的好坏，这种方法早已被人们采用。如，用手拍西瓜，听是否熟了；敲瓷碗，听是否裂了。声音反映物体内部某些性质。 真正促使人类研究利用超声波进行探测的事件是泰坦尼克号沉没事件。瑞查得森用在空气和水下传播的声音回声进行探测定位查找泰坦尼克号。 1950年我国铁道部引进若干台瑞士制造的以声响穿透式超声波探伤仪，并用于路轨检验，这是国内应用这一技术的开端。一、超声波检测的基本原理一、超声波检测的基本原理 超声波检测超声波检测就是先用发射探头向被检物内部发射超声波，再用接收探头接受从缺陷处反射回来或穿过被检工件后
3、的超声波，并将其在显示仪表上显示出来，通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况，即获得物体内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息。超声波检测探头零件显示器缺陷1.1.超声波的定义超声波的定义 超声波是一种质点振动频率高于20kHz的机械波，因其频率超过人耳所能听到的声频段（16Hz20kHz）而得名超声波。 由于能听到的声波频率不高，波长太大，所以用于机械零件检测时可能在缺陷周围发生绕射而不能检测出损伤。 而超声波频率极高，波长短，不会发生绕射漏检问题。所以，都用超声波去检测工件缺陷。2.2.超声波的特点超声波的特点 方向性好 穿透能力强 能量高 反射、折射和波型的转换3.3.
4、超声波的分类超声波的分类1 1）按质点的振动方向分类）按质点的振动方向分类（1）纵波）纵波（2）横波）横波（3 3）表面波）表面波（4 4）板波）板波 (a) 对称型 (b) 非对称型 波的类型波的类型质点振动特点质点振动特点传播介质传播介质应应 用用纵纵 波波质点振动方向平质点振动方向平行于波传播方向行于波传播方向固、液、气体介固、液、气体介质质钢板、锻件探伤钢板、锻件探伤等等横横 波波质点振动方向垂质点振动方向垂直于波传播方向直于波传播方向固体介质固体介质焊缝、钢管探伤焊缝、钢管探伤等等表面波表面波质点作椭圆运动，质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直波椭圆长轴垂直波传播方向，短轴传播方向，短轴平行
5、于波传播方平行于波传播方向向固体介质固体介质钢管探伤等钢管探伤等板板 波波对称型对称型(S型型)上下表面：椭圆上下表面：椭圆运动运动, 中心：纵中心：纵向振动向振动固体介质固体介质(厚度厚度与波长相当的薄与波长相当的薄板板)薄板、薄壁钢管薄板、薄壁钢管等等(6mm)非对称型非对称型(A型型)上下表面；椭圆上下表面；椭圆运动，中心：横运动，中心：横向振动向振动2) 2) 按振动持续时间的长短分按振动持续时间的长短分 将超声波分为连续波和脉冲波两种。 (a)连续波 (b) 脉冲波3 3）按超声波的波形分类）按超声波的波形分类 可将超声波分为平面波、柱面波和球面波。 (a)平面波； (b)柱面波；
6、(c)球面波 4.4.超声场及其特征参量超声场及其特征参量 充满超声波的空间或介质中超声振动所波及的质点占据的范围叫超生场。 超声场的物理量:（1）声压 p （2）声阻抗Z Z （3）声强I I5.5.超声波在介质中的传播特性超声波在介质中的传播特性 超声波的叠加、干涉和衍射 超声波的反射、折射和波形转换 超声波的衰减二、超声波检测设备二、超声波检测设备1.1.超声波检测仪超声波检测仪 超声波检测仪是超声波检测的主体设备。 超声波检测仪的作用：产生电振荡并加于探头，使之发射超声波，同时，还将探头送回的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将检测结果显示出来，人们以此获得检测工件内部有无缺
7、陷及缺陷位置、大小和性质等。1 1）超声波检测仪分类）超声波检测仪分类(1)按超声波的连续性分 脉冲波检测仪 连续波检测仪 调频波检测仪(2)按缺陷显示的方式分 （b）A型 （c）B型 （d）C型 可将超声波检测仪分为A型、B型和C型等三种类型。2) A2) A型显示检测仪型显示检测仪（1）A型显示检测仪组成 A型显示检测仪是目前使用最广泛的检测仪。 A型显示检测仪主要由同步电路、时基电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路等几部分组成。并且还有延迟、标距、闸门和深度补偿等辅助电路。（2) 主要性能指标 水平线性：表征检测仪水平扫描线扫描速度的均匀程度。 垂直线性：描述检测仪示波屏上反射波
8、高度与接收信号电压成正比关系的程度。 动态范围：是检测仪示波屏上反射波高度从满幅降至消失时仪器衰减器的变化范围。A型超声波显示仪2 各种超声波入门级数字探伤仪，性能价格比高、操作简单、低温性能优越，适合大多数无损检测场合使用。适合绝大多数无损检测场合，在电力、核电等要求严格场合均有应用CTS-9003CTS-9003CTS-9003CTS-9002CTS-9002CTS-9002 针对电力行业中高压支柱瓷绝缘子及瓷套检测的专用数字式超声波探伤仪。CTS-9008CTS-9008CTS-9008高端数字机。方波激励，对检测高衰减或厚工件有良好的穿透性和信噪比、体积小、重量轻。万能旋钮操作具备远程
9、控制功能USB主控。CTS-1008CTS-1008CTS-1008CTS-1008PLUSCTS-1008PLUSCTS-1008PLUSTOFDTOFD探伤专用设备探伤专用设备超声测厚仪测量范围:0.8500.0mmCTS-400CTS-400CTS-400CTS-8005APLUSCTS-8005APLUSCTS-8005APLUS用于铁路车辆轮轴探伤的数字式探伤仪。国内首台为钢轨在线检测而设计的手推式全数字超声探伤设备 GT-2GT-2GT-2具有6个独立的发射接收通道, 性能稳定可靠、抗干扰能力强。仪器配合不同的机械传动装置，可实现对钢管、钢板、机械零件等的自动化超声探伤。CTS-8
10、006CTS-8006CTS-80062. 超声波探头超声波探头1)1)超声波探头功用超声波探头功用 超声波探头：一种机械能和电能互相转换的换能器。大多数探头是利用压电效应制作的。 超声波探头功能: 发生和接收超声波。 在探伤中起发射和接收高频脉冲弹性波作用。2) 2) 探头结构组成探头结构组成直探头结构探头结构组成压电晶片：实现声电相互转换。阻尼块：吸收声能大阻尼。外壳：保护固定内部原件。电极：实现晶片和电缆连接。 3)3)探头种类探头种类（1）直探头 适用于探测晶片正下方与声束方向垂直的缺陷。 检测灵敏度高； 探测深度较大,适用范围广； 直探头用来发射和接收纵波；（2）斜探头 适合探测探头
11、斜下方不同角度方向的缺陷；如焊缝中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。 探测深度较小,适用直探头难以探测的部位； 检测灵敏度较高。 斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。（3）双晶探头 一般用于定向定位检测；探测深度较小；检测灵敏度高较。（4）可变角探头 晶片产生超声波的入射方向可以改变。一个探头可进行多个方向上探测，是一种多功能探头。4) 4) 探头表示方法探头表示方法基本频率晶片材料晶片尺寸探头种类特征晶片材料表示法锆钛酸铅陶瓷钛酸钡陶瓷钛酸铅陶瓷铌酸锂单晶碘酸锂单晶石英单晶其它压电材料代号压电材料探头种类表达法FGSJBMKB直探头斜探头（用表示）斜探头（折射角表示）联合双探头（分割探头）水浸
12、探头表面波探头可变角探头代号探头名称3.3.试块试块1、确定探伤灵敏度2、测试仪器和探头的性能3、评判缺陷的大小4、调整扫描速度4.4.耦合剂耦合剂 耦合剂主要是排除探头与工件表面之间的空气，使超生波能有效地传入工件，以便检侧。 能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，易于清洗。声阻杭高，透声性能好。 对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境;性能稳定，能长期保存；来源广，价格便宜。三、超声波探伤方法三、超声波探伤方法 1. 脉冲反射法脉冲反射法 超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检试件内，根据反射波来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。（1）缺陷回波法 根据仪器示波屏上显示的缺陷探伤图形
13、进行判断的探伤的方法。缺陷回波法（a）无缺陷 （b）有缺陷（2）底面回波高度法 依据底面回波的高度变化判断试件缺陷情况的探伤方法。底面回波的高度(3) 底面多次回波法（a）无缺陷 （b）小缺陷（c）大缺陷底面多次回波法2.穿透法 依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷情况的一种方法。 接触法单探头直射声束脉冲反射法 (a) 无缺陷；(b) 有缺陷 3. 共振法 当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时，将改变试件的共振频率。依据试件的共振特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化的方法称为共振法。四、超声波的应用1.超声波对滚动轴承的状态检测 轴承的状态监测通常使用振动监测的方法，但是轴承的最
14、早期的故障频率一般在2560kHz，属于超声频率20100kHz范围，中后期的故障频率往往在5kHz以下，而振动探头的响应范围一般在10kHz以下，也就是说振动监测只能发现中后期的轴承故障，这时轴承已经进入较明显的磨损阶段，最早期的故障如润滑不良、很轻微的磨损等是很难监测到的，而超声波检测符合要求。 用超声波对轴承检测的工作原理：在轴承润滑状态良好时，先用超声波检测仪测量轴承超声频率的噪声（dB值），并以此dB值作为基准值；当轴承出现润滑不良时，滚动体与滚道之间的摩擦会增大从而导致轴承超声频率的dB值也跟着变大，因此可以通过超声波检测仪定期测量轴承的噪声变化，并根据趋势来识别轴承的状态是否良好
15、。 轴承dB值趋势图 根据美国航空航天局的标准，如果测得的dB 值比基准值升高8dB，表示轴承仍处在润滑良好的状态；升高8dB，表示轴承润滑不良，需要加脂或更换润滑油；升高12dB，表示轴承出现显微镜下可见的磨损；升高16dB，表示轴承出现肉眼可见的磨损；升高35dB，表示轴承已出现严重磨损，这时一般需要考虑更换轴承。当然，也可以结合振动监测，进一步了解轴承的状况，以决定是否需要立刻更换轴承。2.超声波对车身点焊质量检测 现代车身结构中,大约要完成3000多个焊点。为了确保焊接质量,一般采用凿检的方式(辅以目视检查),这样检查需要较多的时间,且造成零件变形后必须重新整形。另外,凿检还有一定的局
16、限性,比如凿子无法达到的焊点,表面质量要求较高的焊点,及部分高强度钢的焊点等。对于整个车身或是部分分总成的破坏性检查,需要花费很高的成本。利用超声波技术对电阻点焊进行无损检测效率较高,几乎能够识别各种有缺陷的焊点。所以,超声波无损检测对于电阻点焊来说,是一种有效且可靠的技术。 超声波对车身点焊的检测方法：基于从焊接结构的最后界面多重反射的检测,和零件连接处反射中间回波。对于正确的焊点和有缺陷的焊点,从完整厚度反射的回波系列的长度、信号衰减,以及中间回波的幅值和位置之间是有差别的,从而可以鉴别出缺陷的焊点。超声波束的有效直径应该等于融核点的直径。 超声波检测质量判定：通过超声波检测得到的回波图形来判断焊点的缺陷。缺陷与波形关系
