《超声波探伤基础知识》课件

超声波探伤基础知识课程大纲超声波探伤技术概声波的基本性质超声波探测方法述讲解声波的传播特性、介绍直射法、角射法、介绍超声波探伤技术的声速、波长和频率等浸池探伤等常见探伤方原理、应用范围和发展法趋势材料的声学特性分析材料的声速、声阻抗、声衰减等声学参数超声波探伤技术概述超声波探伤是一种利用超声波对材料内部缺陷进行检测的技术，广泛应用于金属材料、非金属材料、焊接接头、铸件、锻件等的质量控制和安全评估超声波探伤技术具有以下优点•高灵敏度能够检测到肉眼无法识别的细小缺陷•穿透性强可以穿透材料内部，检测深层缺陷•速度快检测效率高，节省时间•操作简便操作简单，易于掌握•应用广泛可用于各种材料的探伤超声波探伤技术主要原理是利用超声波在材料中传播时遇到缺陷会发生反射或散射的特性，通过接收反射或散射的超声波信号来判断材料内部是否存在缺陷以及缺陷的大小、位置、形状等信息超声波探伤技术可以有效地提高材料的质量和安全性，在工业生产、工程建设、航空航天、医疗等领域发挥着重要的作用声波的基本性质机械波1声波是一种机械波，需要介质才能传播它通过介质中的质点振动来传递能量，没有介质则无法传播纵波2声波在传播过程中，介质质点的振动方向与声波传播方向一致，属于纵波可压缩性3声波的传播依赖于介质的压缩性和弹性当声波通过介质时，介质会发生周期性的压缩和膨胀频率和波长4声波的频率决定了声音的音调，波长则决定了声音的音色超声波是指频率高于20kHz的声波，人耳无法听到声波的传播特性直线传播在均匀介质中，声波以直线形式传播，类似于光波的传播这使得超声波能够探测到材料内部的缺陷，因为声波能够穿透材料并反射回来反射当声波遇到两种不同介质的界面时，部分声波会被反射回来这称为声波的反射在超声波探伤中，利用声波的反射特性来识别材料内部的缺陷当声波遇到缺陷时，会产生反射信号，探测器可以接收这些信号，并据此判断缺陷的位置、大小和形状折射当声波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向会发生改变，这称为声波的折射声波的折射现象是由于不同介质的声速不同造成的超声波探伤中，利用声波的折射特性可以改变声波的传播方向，以达到探测不同角度缺陷的目的衰减声波在传播过程中，由于介质的吸收和散射，声波的能量会逐渐减弱，这称为声波的衰减声波的衰减程度与介质的特性、声波频率和传播距离有关在超声波探伤中，声波的衰减会影响探测的深度和精度，需要根据具体情况选择合适的探测频率和探测方法声波的发射与接收换能器1将电能转换为声能或将声能转换为电能发射2换能器将电信号转换为声波，并向被测物体发射接收3换能器接收被测物体反射回来的声波，并将其转换为电信号超声波探伤技术主要利用声波的反射和透射特性来检测材料内部缺陷，而声波的发射和接收则需要通过换能器来实现换能器是一种可以将电能转换为声能或将声能转换为电能的装置在超声探伤中，换能器通常被用来发射和接收声波当换能器受到电信号的激励时，它会振动并产生声波，将声波发射到被测物体中声波在被测物体内部传播过程中遇到缺陷时会发生反射，而一些声波则会穿过缺陷继续传播，最终到达换能器的接收面换能器接收到的声波信号会被转换为电信号，并通过探伤仪进行处理和显示超声换能器结构及工作原理换能器的工作原理换能器的结构超声换能器是一种将电能转换为声能，或将声能转换为电能的装置它通•压电元件常由压电陶瓷或其他压电材料制成当电信号施加到压电材料上时，它会•阻尼层产生机械振动，并产生超声波•保护层•匹配层•外壳探伤信号的接收与放大接收探伤信号由换能器接收，并通过电信号进行转换，形成可以被探伤仪分析的信号放大探伤信号通常非常微弱，因此需要进行放大处理，以提高信号强度，便于探伤仪进行分析和显示滤波为了去除干扰信号，通常需要进行滤波处理，以确保接收到的信号准确地反映被测材料的缺陷信息超声波探测方法直射法探伤角射法探伤浸池探伤直射法探伤是超声波探伤中最常用的方角射法探伤利用超声波以一定的角度入浸池探伤是将被测物体浸入充满耦合剂法之一，它利用超声波垂直入射到被测射到被测物体表面，然后沿声波传播方的水槽中，利用超声波在水中传播，然物体表面，然后沿着声波传播方向检测向检测缺陷这种方法适用于探测内部后检测缺陷这种方法适用于探测复杂缺陷这种方法适用于探测表面缺陷和缺陷，如层状缺陷、孔洞等的形状和表面缺陷，如焊接缝、锻件等近表面缺陷，如裂纹、夹渣、气孔等直射法探伤最基本探伤方法探头与缺陷垂直声波直达缺陷直射法探伤是超声波探伤中最基本的一种方法，它利用声波垂直于工件表面进行探伤探头发射的声波直接穿透工件，当遇到缺陷时会反射回来，被探头接收并显示在仪器上这种方法简单易行，适用于检测各种类型的缺陷，例如裂纹、孔洞、夹杂等角射法探伤原理优点应用角射法探伤利用超声波以一定角度入射•可以探测到平行于探测表面的缺陷角射法探伤广泛应用于各种材料的缺陷到被测材料表面，利用声波在材料内部检测，例如焊缝探伤、管道探伤、铸件•可以探测到距离探测表面较远的缺陷的折射和反射特性，对材料内部缺陷进探伤、锻件探伤等行探测当超声波遇到缺陷时，会发生•操作方便，探测范围广反射或散射，通过接收反射或散射的声波信号，可以判断缺陷的存在位置、大小和类型浸池探伤原理将工件浸入耦合介质（如水）中，利用超声波探头在水中发射超声波，并接收来自工件的回波信号，从而检测工件内部缺陷优点•探测灵敏度高•适用范围广•操作简便•可实现自动化缺点•需要专门的设备和场所•工件尺寸有限制•对工件表面清洁度要求较高应用广泛应用于各种金属材料的探伤，例如•焊接接头•铸造件•锻造件•管道自动化探伤系统效率提升非破坏性检测数据分析自动化探伤系统可以显著提高探伤效率，自动化系统在探伤过程中不会破坏被测物自动化系统可以收集和分析探伤数据，生减少人工操作误差，提高检测精度和速度体，确保产品质量不受影响成报告，为缺陷评估和产品质量控制提供依据材料的声学特性声速声阻抗声衰减123声速是指声波在介质中传播的速度声阻抗是指声波在介质中传播时遇声衰减是指声波在介质中传播时能，它取决于介质的弹性模量和密度到的阻力，它等于介质的密度乘以量逐渐减弱的现象，它与介质的吸不同的材料具有不同的声速，例声速声阻抗是影响声波能量传递收系数和声波频率有关声衰减会如，钢的声速约为5900米/秒，而的重要因素，声阻抗差异越大，声影响探伤信号的强度和清晰度，需水的声速约为1500米/秒波的反射就越强要根据材料的声衰减特性选择合适的探测方法和参数声波传播速度声波传播速度是指声波在介质中传播的速度，它取决于介质的性质，例如弹性模量、密度等不同材料的声波传播速度不同超声波探伤中，声波传播速度是重要的参数之一，它用于计算缺陷的位置和深度声阻抗定义声阻抗是指材料抵抗声波传播的能力，表示声波在材料中传播时遇到的阻力它由材料的密度和声速决定公式声阻抗Z=密度ρ×声速c单位瑞利Rayl影响因素材料的类型、温度、压力等因素都会影响声阻抗声阻抗是超声波探伤中的一个重要概念当声波从一种材料传播到另一种材料时，由于声阻抗的不同，会发生反射和透射现象声阻抗的差异越大，反射的声波能量就越多，透射的声波能量就越少声衰减21类型影响因素主要分为吸收衰减和散射衰减材料的性质、频率、温度和声波传播方向等因素34探伤影响应用影响探伤的穿透深度和信号强度可用于识别材料内部结构的差异，以及材料的性质材料探伤特性分析声速影响声阻抗差异声衰减材料的声速会直接影响超声波探伤的精声阻抗是材料对声波传播阻碍的能力，声衰减是指超声波在材料中传播过程中度例如，对于钢材，声速约为5900它影响超声波在材料界面处的反射和透能量衰减的现象声衰减程度会影响探米/秒，而对于铝材，声速约为6300米射声阻抗差异越大，反射越强，透射伤的深度和灵敏度例如，对于粗晶粒/秒不同的材料声速不同，需要根据材越弱例如，在钢材和水之间的界面，材料，声衰减较大，探伤深度较浅，灵料的特性选择合适的探头和探伤参数声阻抗差异较大，因此超声波在界面处敏度较低反射较强，透射较弱缺陷的超声波响应当超声波遇到缺陷时，会发生反射、散射或衰减，从而产生特定的超声波响应信号这些信号可以用来识别缺陷的存在、位置、大小和类型缺陷的超声波响应与缺陷的大小、形状、位置、材料特性等因素有关例如，较大、形状规则的缺陷通常会产生较强的反射信号，而较小、形状不规则的缺陷可能只产生较弱的散射信号缺陷类型及特征裂纹孔洞裂纹是材料内部的一种不连续性，它可以是由于材料的疲劳、应力腐蚀孔洞是材料内部的一种空洞，它可以是由于材料的铸造、焊接或其他制或其他因素引起的裂纹的特征是细长且不规则，并且通常会沿着材料造过程中的缺陷引起的孔洞的特征是圆形或不规则形状，并且通常会的晶界或其他弱点扩展减弱材料的强度夹杂物疏松夹杂物是材料内部的一种异物，它可以是由于材料的制造过程中的污染疏松是材料内部的一种孔隙，它可以是由于材料的铸造或焊接过程中的或其他因素引起的夹杂物的特征是尺寸和形状各异，并且通常会降低气体或熔渣的夹杂引起的疏松的特征是大小和形状各异，并且通常会材料的强度和韧性降低材料的强度和韧性缺陷位置、大小判定回波时间法1根据缺陷回波到达时间，结合声波在材料中的传播速度，可以计算出缺陷在材料中的深度回波高度法2缺陷回波的高度与缺陷的大小成正比，可以通过回波高度来估计缺陷的尺寸声束宽度法3根据探头的声束宽度，结合缺陷回波的位置，可以判断缺陷的横向尺寸声波穿透法4通过声波穿透缺陷，分析穿透波的信号变化，可以判断缺陷的形状和尺寸缺陷类型判定形状通过超声波信号的形状特征，可以初步判断缺陷的形状，例如裂纹、孔洞、夹杂等大小根据超声波信号的宽度和高度，可以估算缺陷的大小更精确的尺寸判定需要借助专门的软件和技术位置通过超声波信号在探伤仪屏幕上的位置，可以确定缺陷在材料中的位置，例如表面、内部或特定深度反射强度缺陷对超声波的反射强度可以反映缺陷的严重程度例如，强烈的反射信号可能表明缺陷较大或更严重实例分析与应用超声波探伤技术在工业生产中有着广泛的应用，例如•焊缝探伤检测焊接接头的缺陷，例如裂纹、气孔、夹渣等•钢铁材料探伤检测钢材内部的缺陷，例如裂纹、夹杂物、疏松等•铝合金材料探伤检测铝合金材料内部的缺陷，例如裂纹、气孔、夹渣等•复合材料探伤检测复合材料内部的缺陷，例如分层、脱粘、孔洞等通过超声波探伤，可以有效地提高产品的质量和安全性能，避免事故发生焊缝探伤焊缝缺陷类型探伤方法探伤标准•气孔•直射法GB/T3323-2014钢铁材料超声波探伤方法•裂纹•角射法•夹渣•浸池探伤•未焊透•焊瘤钢铁材料探伤管道探伤板材厚度测量桥梁探伤超声波探伤可用于检测钢制管道中的各种超声波探伤可精确测量钢制板材的厚度，超声波探伤广泛应用于桥梁的建设和维护缺陷，例如裂纹、孔洞、夹杂物等，确保帮助控制材料质量和防止薄弱环节的出现，检测桥梁结构中的缺陷，确保桥梁的安管道的安全性和可靠性全和耐久性铝合金材料探伤航空航天汽车制造建筑工程铝合金广泛应用于航空航天领域，例如飞汽车制造中，铝合金用于车身、轮毂、发铝合金在建筑领域应用广泛，例如幕墙、机机身、机翼、发动机部件等，对其进行动机部件等，超声波探伤可以检测材料内门窗、桥梁等，超声波探伤可以检测材料超声波探伤可确保安全可靠性部缺陷，提高产品质量缺陷，确保结构安全复合材料探伤概述挑战探伤方法复合材料是指由两种或多种不同材料复合材料探伤面临着许多挑战，例如目前常用的复合材料探伤方法包括脉通过物理或化学方法结合在一起形成材料内部结构复杂、声波传播特性复冲回波法、相控阵探伤法、声发射探的具有优异综合性能的新型材料由杂、缺陷类型多样、信号识别难度大伤法等这些方法可以有效检测复合于复合材料结构复杂、声学特性差异等材料中的缺陷，如分层、脱层、空洞大，传统探伤方法难以满足其探伤需、裂纹等求探伤仪器设备脉冲回波式探伤仪相控阵探伤仪脉冲回波式探伤仪是最常用的相控阵探伤仪通过控制多个超探伤仪器它们发出脉冲声波声换能器的发射和接收，形成，并通过接收反射回波来检测一个声波束，并通过扫描声波材料内部缺陷这些探伤仪通束来检测材料内部缺陷相控常具有多种探测模式，包括A阵探伤仪具有更高的灵敏度和扫描、B扫描和C扫描，可提分辨率，能够检测更小的缺陷供材料内部缺陷的详细信息，并能够提供更详细的缺陷信息数字化超声波探伤仪数字化超声波探伤仪将超声信号数字化，并通过计算机进行分析和处理这些探伤仪能够提供更准确的缺陷信息，并可以实现自动化探伤和数据管理脉冲回波式探伤仪脉冲回波式探伤仪是超声波探伤领域最常用的仪器，其工作原理是通过发射脉冲超声波，并接收反射回波信号来检测材料内部缺陷这种仪器通常包括发射器、接收器、放大器、显示器和数据处理系统等部件它可以用于检测各种材料内部的缺陷，例如裂纹、空洞、夹杂物等脉冲回波式探伤仪具有操作简便、精度高、灵敏度高等特点，广泛应用于航空、航天、船舶、电力、石油、化工等领域相控阵探伤仪相控阵探伤仪是一种利用相控阵技术进行超声波探伤的仪器它采用多个超声换能器，通过电子控制每个换能器的发射和接收时间，实现对探测区域的聚焦、扫描和成像相控阵探伤仪与传统超声探伤仪相比具有以下优点•更高的探伤精度和效率•更大的探测范围和灵活性•更方便的缺陷定位和分析•更全面的探伤结果展示相控阵探伤仪广泛应用于航空航天、汽车、电力、船舶、压力容器等领域，在材料缺陷检测、焊缝质量控制、腐蚀监测等方面发挥重要作用数字化超声波探伤仪数字化超声波探伤仪是将传统的模拟信号探伤仪与数字信号处理技术相结合的产物，它具有更高的精度、更快的速度、更强大的功能，并能实现图像和数据的数字化存储、分析和处理数字化超声波探伤仪主要特点包括:•更高的探伤精度•更快的探伤速度•更强大的功能•图像和数据的数字化存储、分析和处理探伤数据分析与处理扫描图像分析A1缺陷深度、大小扫描图像分析B2缺陷形状、分布扫描图像分析C3缺陷位置、面积探伤数据分析是将超声波探伤仪获得的信号转化为可理解的信息，并对缺陷进行评估和判断常用的分析方法包括A扫描、B扫描和C扫描A扫描显示缺陷的深度和大小，B扫描展示缺陷的形状和分布，而C扫描则用于确定缺陷的位置和面积通过综合分析这些数据，可以准确评估缺陷的性质，并为后续的处理提供依据扫描图像分析AA扫描图像，也称为波形图，是超声波探伤仪接收到的信号在时间轴上的表示，它反映了超声波在被测物体中传播的路径和时间A扫描图像的主要特征包括•横轴代表时间，纵轴代表信号强度•图像中出现的第一个峰值表示超声波从探头发射到物体表面返回的回波，称为“主回波”•后面的峰值代表超声波遇到缺陷或材料内部结构变化后返回的回波•回波的振幅和形状反映了缺陷的大小、形状和位置通过分析A扫描图像，可以识别缺陷的存在，判断缺陷的类型、大小和位置，为后续的评估和修复提供依据扫描图像分析BB扫描图像展示了探伤过程中超声波束在被测物体内部的传播路径，以及遇到的缺陷，并以灰度图像的形式呈现图像中，横坐标代表被测物体表面的位置，纵坐标代表超声波束的深度，图像亮度代表超声波信号的强弱缺陷在图像上会以暗色区域或波形异常的形式出现，通过图像分析可以确定缺陷的位置、大小和形状•缺陷的图像特征B扫描图像上缺陷的图像特征通常包括缺陷位置、大小、形状、回波信号的强弱等，通过这些特征可以初步判定缺陷的类型•B扫描图像的应用B扫描图像广泛应用于各种材料的缺陷检测，例如焊缝探伤、钢材探伤、铝合金探伤等•B扫描图像的优势B扫描图像提供了一种直观、清晰的缺陷显示方式，便于缺陷的识别和分析，有助于提高探伤效率和准确性扫描图像分析C缺陷定位缺陷形状缺陷分布C扫描图像可以清晰地显示缺陷在被测物C扫描图像可以呈现缺陷的二维平面形状C扫描图像可以直观地展示缺陷在材料中体上的位置，通过图像上的坐标可以精确，例如裂纹、孔洞、夹杂等，帮助分析缺的分布情况，例如焊缝中的气孔、层状材地确定缺陷所在的位置陷的形状和大小料中的分层等，方便对缺陷的整体情况进行评估探伤程序与标准探伤程序制定常用探伤标准介绍探伤程序是进行超声波探伤工作的重要依据，它规定了整个探伤目前常用的超声波探伤标准主要有过程的步骤、方法、标准以及人员资质等制定探伤程序需要考•GB/T11305-2006金属材料超声波探伤方法虑以下因素•ASTM E114-16a超声波探伤方法的标准测试方法•探伤对象材料类型、形状、尺寸、缺陷类型等•EN12668-1超声波探伤方法-第1部分通用要求•探伤要求探伤标准、探伤范围、探伤精度等•探伤环境探伤条件、探伤设备等探伤程序制定明确探伤目的制定探伤程序的首要步骤是明确探伤目的，即要确定探伤的对象、探伤范围、探伤标准以及探伤结果的应用方向例如，探伤目的是为了确定焊缝是否存在缺陷，还是为了评估缺陷的大小和类型等不同的探伤目的决定了探伤程序的具体内容选择合适的探伤方法根据探伤对象的材质、形状、尺寸、缺陷类型等因素，选择合适的探伤方法常见的超声波探伤方法包括直射法、角射法、浸池探伤等，每种方法都有其适用范围和优缺点确定探测频率和探头类型探测频率和探头类型的选择与探伤对象的材质、缺陷尺寸等因素密切相关例如，对于细小缺陷的探测，需要选择较高的探测频率和较小的探头制定探伤方案探伤方案包括探伤区域划分、探伤路径设计、探伤参数设置等探伤方案的制定要确保探伤区域的覆盖率，探伤路径的合理性，以及探伤参数的准确性编写探伤程序文件探伤程序文件应包含探伤目的、探伤方法、探伤参数、探伤步骤、探伤结果判定标准等内容探伤程序文件是探伤过程的依据，应严格执行常用探伤标准介绍GB/T3323-2018GB/T11345-2008ASME V《金属材料超声波探伤《压力容器超声波探伤《锅炉和压力容器检验方法》检验方法》》ASTM E127-2022《金属材料超声波检验标准》探伤结果评定缺陷大小判定缺陷类型判定根据探伤仪显示的缺陷信号，通过分析缺陷信号的特征，如结合探头特性、声波传播路径信号形状、幅度、频率等，可等因素，可以确定缺陷的大小以判定缺陷的类型，例如裂纹和位置常用的测量方法包括、孔洞、夹杂物等长度、宽度、深度、面积等探伤结果评估根据缺陷的性质、大小、位置等因素，结合相关标准，对探伤结果进行评估，判断缺陷是否影响材料的性能，是否需要进行修复或报废处理课程总结本课程深入浅出地介绍了超声波探伤基础知识，涵盖了声波的基本性质、超声波探伤原理、探伤方法、材料特性分析、缺陷识别与判定、探伤仪器设备、探伤数据分析与处理以及探伤程序与标准等方面通过本课程的学习，学员们将能够掌握超声波探伤的基本原理和操作方法，并能够运用所学知识进行简单的探伤实践，为今后从事相关的检测工作打下坚实的基础超声波探伤技术发展趋势智能化数字化多功能化便携化超声波探伤技术正朝着智能数字化超声波探伤仪器能够未来超声波探伤技术将更加小型化、便携式超声波探伤化方向发展，利用人工智能采集大量数据，进行更精确多功能，可以用于更多材料仪器，方便现场检测，扩展、机器学习等技术，实现缺的分析和处理，并生成更清、更多缺陷的检测，并提供了超声波探伤技术的应用范陷自动识别、分类和定位，晰、更直观的图像，便于缺更全面的探伤信息围提高探伤效率和准确性陷分析和评估问题讨论与交流本课程旨在帮助学员掌握超声波探伤的基础知识，并能够在实际工作中运用超声波探伤技术课程结束后，我们将进行一些问题的讨论和交流，帮助大家更深入理解超声波探伤技术的应用和发展趋势欢迎大家踊跃提问和分享经验！。