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超声波原理

声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如,鼓面经敲击后,它就上下振动,这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播,这便是声波。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数(频率)甚高,超出了人耳听觉的上限(20000Hz),人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动,通常以纵波的方式在弹性介质内会传播,是一种能量的传播形式,其不同点是超声频率高,波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性,目前腹部超声成象所用的频率范围在2∽5兆Hz之间,常用为3∽3.5兆Hz(每秒振动1次为1Hz,1兆Hz=10^6Hz,即每秒振动100万次,可闻波的频率在16-20,000HZ之间)。运用超声检测的方法来检测的仪器称之为超声波探伤仪。它的原理是: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。

1、 超声检测
超声波检测是无损检测方法之一,无损检测是在不破坏前提下,检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称。常规无损检测方法有:超声检测Ultrasonic Testing(缩写 UT); 射线检测 Radiographic Testing(缩写 RT); 磁粉检测Magnetic particle Testing(缩写 MT); 渗透检验 Penetrant Testing (缩写 PT);涡流检测Eddy current Testing(缩写 ET);
2、 超声波探伤仪
运用超声检测的方法来检测的仪器称之为超声波探伤仪。它的原理是: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

 

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法,当超声波束自零件表面由探头通*金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来,在荧光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

  利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播的影响来检验材料内部缺陷的无损检验方法。现在广泛采用的是观测声脉冲在材料中反射情况的超声脉冲反射法,此外还有观测穿过材料后的入射声波振幅变化的穿透法等。常用的频率在0.5~5MHz之间。

  常用的检验仪器为A型显示脉冲反射式超声波探伤仪。根据仪器示波屏上反射信号的有无、反射信号和入射信号的时间间隔、反射信号的高度,可确定反射面的有无、其所在位置及相对大小。仪器的基本结构和原理见图1。

  超声波在介质中传播时有多种波型,检验中*常用的为纵波、横波、表面波和板波。用纵波可探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、白点、分层等缺陷;用横波可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷;用表面波可探测形状简单的制件上的表面缺陷;用板波可探测薄板中的缺陷。

  在A型探伤仪的基础上发展而成的B型、C型探伤仪,可得到不同方向反射面的信号,也可将B型、C型显示组合以得到材料的内部反射面的三维显示图。

  上述各种探伤仪均利用脉冲电信号激励压电换能器发射超声波,但也可用涡流声换能器来检验导电材料。这种换能器的换能过程在被探伤件表面进行,无须与材料接触,也不需要耦合剂,就可检验表面粗糙和温度高*500℃以上的金属材料,在冶金工业中应用较多。

  超声波在材料中传播,由于吸收和散射等,强度会衰减,因此测量在诸如真空自耗炉中熔炼的合金材料中的衰减,有可能无损地了解材料组织均匀性的情况。

  脉冲反射式超声波法同其他无损检验方法相比

  主要优点是:

  ①穿透能力强,探测深度可达数米;

  ②灵敏度高,可发现与直径约十分之几毫米的空气隙反射能力相当的反射体;

  ③在确定内部反射体的位向、大小、形状及性质等方面较为准确;

  ④仅须从一面接近被检验的物体;

  ⑤可立即提供缺陷检验结果;

  ⑥操作安全,设备轻便。

  主要缺点是:

  ①要由有经验的人员谨慎操作;

  ②对粗糙、形状不规则、小、薄或非均质材料难以检查;

  ③对所发现缺陷作十分准确的定性、定量表征仍有困难。

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