《超声波探伤理论》课件

超声波探伤理论无损检测技术材料内部缺陷探测课程概述课程目标学习内容考核方式掌握超声波探伤基础理论超声波物理基础理论考试熟悉探伤技术应用探伤设备与技术第一章超声波基础知识超声波定义频率高于的机械波20kHz人耳无法感知超声波特性方向性好穿透能力强超声波的产生与传播压电效应晶体受压产生电荷交变电场引起晶体振动波动方程描述超声波传播规律超声波的类型纵波横波12振动方向与传播方向平行振动方向与传播方向垂直速度最快只能在固体中传播板波表面波在薄壁结构中传播沿表面传播43包括兰姆波和爱波振幅随深度指数衰减超声波的物理参数频率波长声速单位时间内完成振相邻两个相位点间超声波在介质中传动周期数距离播速度探伤常用与频率成反比与材料弹性模量有2-关10MHz声阻抗介质密度与声速乘积影响反射透射程度超声波在介质中的传播反射遇到界面时部分能量反向传播探伤基本原理折射波束方向改变斜探头利用此原理衍射波遇到障碍物时绕射现象缺陷尖端产生衍射波散射遇到细小不均匀体时发生波能量向各方向分散超声波的衰减吸收衰减声能转化为热能与频率平方成正比散射衰减材料晶粒造成能量散射晶粒尺寸影响散射程度几何扩散衰减波前面积增大能量密度降低第二章超声波探伤原理脉冲反射法发射超声脉冲接收反射回波透射法发射接收在试件两侧检测透射波能量变化超声波探伤的基本原理回波法原理透射法原理缺陷反射波比底面反射波早到缺陷阻碍声波传播波幅与缺陷大小有关接收到的能量减弱位置对应缺陷深度适合薄板材检测超声波探伤的特点探测能力强可发现微小内部缺陷无损检测不破坏工件立体定位精确确定缺陷位置操作简便便携设备现场检测超声波探伤的应用领域金属材料非金属材料钢铁探伤混凝土缺陷检测铸件检测陶瓷内部质量评估焊缝质量评估塑料零件检验复合材料碳纤维构件检测粘接质量评估层间剥离识别第三章超声波探伤设备超声波探伤仪信号发生接收处理显示模拟或数字式探头超声波发射接收装置含压电晶片耦合剂消除空气间隙提高声能传递效率超声波探伤仪的组成接收电路放大微弱回波信号发射电路滤波去噪产生高压脉冲显示系统驱动探头发射超声波扫描显示A/B/C数据存储与分析超声波探头的类型直探头斜探头双晶探头声束垂直入射声束斜向入射发射接收晶片分离检测平行于表面缺陷检测垂直缺陷近表面缺陷检测探头的选择频率选择晶片尺寸高频分辨率高，穿透浅大尺寸灵敏度高，分辨率低低频分辨率低，穿透深小尺寸灵敏度低，分辨率高折射角选择基于缺陷方向常用角度，，45°60°70°耦合剂的作用与选择作用原理填充声阻抗差距消除空气界面反射常用耦合剂水、机油、甘油专用耦合膏选择标准试件材质检测环境不腐蚀试件第四章超声波声场声场的定义声场的特性超声波在空间中的分布声束发散声压、声强随空间变化主瓣与旁瓣声压不均匀分布近场区和远场区近场区特征声压强度波动大声束宽度变化小远场区特征声压递减声束逐渐发散分界点计算N=D²/4λ为晶片直径，为波长Dλ声束的指向性主瓣声能主要分布区域旁瓣主瓣外的声能区域指向性系数声束集中度量化指标声场的数学描述Pr,θIr,θ声压分布声强分布空间各点声压随位置变化单位面积通过的声能Dθ指向函数描述声能角分布第五章超声波的反射与透射反射定律透射定律12入射角等于反射角透射角由声速比决定反射波强度与界面声阻抗差有关透射系数与反射系数之和为1界面反射与透射垂直入射斜入射反射系数符合斯涅尔定律R=Z₂-Z₁/Z₂+Z₁透射系数产生模式转换T=2Z₂/Z₂+Z₁临界角现象反射系数和透射系数模式转换纵波转横波纵波斜入射界面部分能量转为横波横波转纵波横波斜入射界面部分能量转为纵波临界角现象特定入射角度透射波沿界面传播第六章超声波的衍射衍射现象波遇到障碍物边缘时波能绕过障碍物传播衍射原理基于惠更斯原理边缘成为次波源产生新波前传播衍射波的特性头波侧波尾波临界角入射产生缺陷两侧产生缺陷尖端产生沿表面传播与主波方向不同强度较弱衍射在探伤中的应用技术原理TOFD利用缺陷尖端衍射波测量衍射波飞行时间缺陷定位测量精确测定缺陷端点位置计算缺陷实际尺寸技术优势TOFD高精度尺寸测量不受缺陷取向影响第七章缺陷回波特性平面缺陷体积缺陷裂纹、夹层、分层气孔、夹渣、缩孔强反射、有方向性散射效应，全方向反射平面缺陷的回波特性裂纹夹杂未焊透强反射回波平行层状缺陷焊缝根部平面缺陷位置随探头移动变化峰值宽度窄，幅度大反射特性与裂纹相似体积缺陷的回波特性气孔夹渣球形空洞，全方向散射杂质包裹体，散射波复杂2回波特点缩孔波形较宽，幅度稳定凝固不良形成空洞缺陷尺寸测量方法波幅法回波幅度与缺陷尺寸对比需标准试块校准距离衰减法考虑声波衰减因素增加测量精度探头移动法从缺陷回波出现至消失移动距离对应尺寸第八章超声波探伤方法脉冲反射法透射法共振法单探头发射接收双探头对射利用厚度共振应用最广泛适合薄板检测测量精确厚度脉冲反射法原理特点应用123单探头发射接收超声波设备简单，操作方便各类材料内部缺陷检测通过回波判断缺陷缺陷定位准确厚度测量透射法原理特点应用发射接收探头分别位于工件两侧对缺陷敏感复合材料检测检测声波透射能量变化缺陷定位不精确薄材料缺陷检测需双面可及粘接质量评估共振法精确厚度测量精度高薄层检测适合薄板材料频率扫描连续变频寻找共振点第九章超声波探伤技术扫描扫描扫描A BC幅度时间显示剖面图像显示平面图像显示-最基本显示方式缺陷垂直分布可视化缺陷平面分布可视化扫描技术A原理横轴时间深度/纵轴回波幅度波形分析前沿波缺陷回波底面回波应用范围点检测厚度测量缺陷深度定位扫描技术B应用范围图像解读焊缝缺陷分布检测原理缺陷垂直剖面轮廓材料垂直截面可视化横轴探头位置深度分布直观显示纵轴声程深度/扫描技术C原理平面图像平面扫描成像技术色彩代表缺陷深度或幅度应用范围扫查方式4复合材料缺陷分布检测自动化扫描系统XY第十章相控阵超声技术相控阵原理相控阵优势多阵元独立控制灵活的声束控制电子延时控制波束提高检测效率实现声束转向聚焦增强成像能力缩短检测时间相控阵探头结构特点多个独立压电元件阵列各元件独立激发接收控制系统多通道发射接收精确时序控制工作原理惠更斯原理波前叠加形成定向波束相控阵聚焦技术电子聚焦动态聚焦通过延时控制实现聚焦接收过程中焦点动态变化无需更换探头扩大聚焦区域聚焦深度控制根据缺陷位置调整优化检测灵敏度相控阵扫描模式线性扫描固定角度平行移动扇形扫描固定位置角度变化复合扫描线性与扇形结合第十一章超声波探伤标准国际标准国家标准ISO16810GB/T11345ISO22825JB/T4730ASTM E164JG3048行业标准石化SH/T3548电力DL/T820铁路TB/T2344探伤灵敏度定义探测最小缺陷能力用人工缺陷当量表示影响因素探头频率晶片尺寸材料衰减调节方法标准试块校准增益调整曲线DAC/AVG探伤分辨率轴向分辨率区分深度方向上相邻缺陷能力1与波长、脉冲宽度有关横向分辨率区分横向相邻缺陷能力2与波束宽度相关提高方法提高频率3减小晶片尺寸采用聚焦探头探伤精度±±

0.5mm10%定位精度尺寸测量精度缺陷位置测量误差缺陷大小评估误差±2dB波幅精度回波高度测量误差第十二章超声波探伤工艺探伤准备1设备校准表面处理探伤操作扫查信号监测结果分析3缺陷判别质量评定报告编制记录缺陷信息形成检测报告探伤准备工作试件表面处理设备校准1清除油污、锈蚀标准试块校准灵敏度探头选择探伤参数设置根据缺陷类型和位置3增益、范围、抑制探伤操作步骤耦合涂抹耦合剂确保无气泡扫查沿预定路径移动探头保持匀速信号监测观察回波变化记录异常信号标记记录缺陷位置标记数据记录探伤结果分析质量评定根据标准判定合格性1缺陷定量测量尺寸、位置、方向缺陷定性判断缺陷类型波形识别分析回波特征第十三章特殊材料的超声探伤铸件探伤焊缝探伤晶粒粗大缺陷种类多组织不均匀几何形状影响形状复杂声束角度选择重要复合材料探伤多层结构衰减大各向异性铸件超声探伤特点难点解决方案晶粒粗大强散射低频探头组织不均匀衰减严重增加发射功率形状复杂缺陷回波弱使用法DGS探伤噪声大信噪比低考虑晶粒噪声焊缝超声探伤复合材料超声探伤复合材料特性各向异性多层结构声衰减大探伤技术选择高频探头聚焦声束扫描成像C缺陷类型分析分层脱粘孔隙率第十四章超声波探伤新技术导波技术非线性超声技术声发射技术长距离检测早期损伤检测实时监测管道和板材适用材料疲劳评估动态缺陷检测导波技术原理特点12利用结构引导波传播一次可检测长距离可长距离传输全横截面覆盖适用于难接近区域应用3管道腐蚀检测热交换器换热管检测铁轨无损探伤非线性超声技术原理1基于材料非线性声学效应检测谐波信号变化优势2早期损伤检测能力疲劳损伤敏感应用前景微观变化评估材料疲劳寿命评估微裂纹早期识别复合材料界面粘接检测课程总结知识回顾技术展望超声波基础理论数字化与智能化探伤技术方法相控阵技术普及缺陷分析与评价自动化检测系统学习建议理论结合实践掌握设备操作熟悉相关标准。