超声工业检测技术发展综述
摘要：系统介绍了超声检测技术的发展概况。较全面地展示了传统超声检测技术的应用领域．综述了非接触检测技术和超声导波技术等超声检测新技术的最新研究成果。最后，讨论了超声检测技术的发展方向。
关键词：超声检测；无损检测；技术应用；发展趋势
1、超声检测技术的地位和作用
无损检测(NDT)是现代工业领域中保证产品质量与性能、稳定生产工艺的重要手段。其技术水平能反映该部门、该行业、该地区甚至该国家的工业技术水平。无损检测技术所能带来的经济效益十分明显，统计资料显示，经过无损检测后的产品增值情况为，机械产品为5％，国防、宇航和原子能产品为12％～18％，火箭为20％。例如，德国奔驰公司汽车几千个零件经过无损检测后，整车运行公里数提高了一倍，大大增强了产品在国际市场的竞争能力；日本汽车在30％零件采用无损检测后，质量迅速超过美国。因此，世界上的发达国家越来越重视无损检测技术的应用。日本在其制定的21世纪优先发展的四大技术之一的设备延寿技术中,把无损检测技术放在十分重要的位置。而超声检测技术(UT)一直都是无损检测研究的热点,国外无损检测的文献资料中,有关超声检测内容的比例约占45%,超声检测技术也是五大常规无损检测技术中使用得最多的一种。与其它常规无损检测技术相比，它具有检测对象范围广，检测深度大；缺陷定位准确，灵敏度高；成本低，使用方便；速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点。因此，UT 是国内外应用最广泛、使用频率最高，且发展较快的一种无损检技术，这体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。
2、超声检测的发展历程
利用超声技术来进行无损检测始于20世纪20年代，苏联科学家在1929年提出了用超声波来检测金属内部缺陷的建议，并在战后研制成第一种穿透式检测仪器对材料进行检测。但是这种方法检测灵敏度低应用范围小，因此很快就被淘汰了。
直到20世纪四五十年代，脉冲反射法和仪器的出现，给了超声检测技术新的生命，超声检测技术才迅速发展起来。40年代，美国的firestone公司先发制人，率先介绍了脉冲回波式超声检测仪，利用该技术，超声波可以从物体的同一侧发射并接收，且它能够检测小缺陷，较为准确的定位缺陷位置及缺陷尺寸。随后，美国和英国就开始讲这一仪器用于锻钢和厚钢板的检测。60年代，超声检测仪在灵敏度、分辨率和放大器线性等主要性能上取得了突破性进展，焊缝检测问题得到了很好的解决。脉冲回波技术至今仍是通用性最好，使用最为广泛的一种超声检测技术。在此基础上，超声检测发展成为一个有效而可靠的无损检测手段，并得到了广泛的工业应用。直到70年代以后，由于IC(集成电路)技术迅速发展，使实用的超声检测技术得以迅速发展，80年代末和90年代初，计算机和信号处理技术的迅速发展，促进了超声检测技术的研究和应用深度、广度的大力发展，数字式超声检测仪开始出现，并将在日后逐步取代传统的模拟式超声检测仪器。
近20年来，超声检测技术取得了巨大进步，确立了重要的地位，其技术日趋成熟，几乎渗透到所有工业及医疗部门，如作为基础工业的钢铁工业、机器制造业、建筑业、石油化工业、铁路运输业、造船业、航空航天工业．高速发展中的新技术产业如集成电路工业、核电工业及医学诊断等重要部门。在某些场合．如大型油罐的在役测试，超声技术已成为唯一可行的检测手段。目前．超声检测相关理论和方法及应用的基础研究正在逐步深入，本文第六节将介绍当今超声检测技术的研究方向和发展趋势。
我国超声检测技术的研究、应用和仪器研制队伍正在不断扩大，技术水平不断提高，表明我国超声检测技术发展已经走出低谷，向新的高峰攀登。预计随着新一代全数字化超声仪器和功能强大的信号处理软件的问世．尤其是人们对超声检测技术理论的更深层次的研究与认识．超声检测技术将经历一个更高层次的发展阶段并获得更广泛的应用。
3、超声检测基本原理
众所周知,20～20000Hz为声波的频率范围,频率高于20000的机械波称为超声波。超声检测所用的频率一般在0.5~10MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为1~5MHz。工业用超声波方向性好,能量高，能在界面上产生反射、折
射、衍射和波形转换，穿透能力强，在大多数介质中传播时，能量损失小，传播距离大，在一些金属材料中穿透能力可达数米，这是其它检测方法无法比拟的。
超声波检测主要是基于超声波在工件中的传播特性，由于不同的介质声阻抗不同,超声波遇到杂质或媒质分界面就有显著的反射。超声波在介质中的传播特性,如波速、衰减、吸收等都与介质的各种宏观的非声学的物理量有着密切的关系,如声速与介质的弹性模量、密度、温度等有关;声强的衰减与材料的空隙率、粘滞性等有关。通过各种对超声传播特性中特征信息量的提取,可实现非声量检测,如浓度、密度、强度、硬度、湿度、流量、物位、厚度、弹性的测量,还能对物体的缺陷进行检测和探伤,对材料进行物性评价。超声波频率越高,波长越短,扩散角越小,声束越窄,能量越集中,分辨率越高,对缺陷的定位越准确。
高频超声波传播特性是方向性好,能定向传播。频率在15～20MHz以上,主要用于金属材料工件的超声检测。混凝土等非金属材料的超声检测应选用较低频率的超声波,常用频率为20～500KHz,因为混凝土为非均匀材料,散射作用使材料对声波的衰减较大,方向性差,频率越高,传播距离越小,绕过颗粒的能力越差。超声检测系统重要部件探头(换能器)是压电晶片,是一种具有逆压电效应的压电元件,其在交流电作用下产生机械振动。材料包括石英晶体、PZT(锆钛酸铅)和偏铌酸锂等。探头种类繁多,在不同场合需要用不同形式、不同频率的探头。
4、超声检测技术应用领域
随着超声检测技术的发展，其应用领域越来越宽，应用的深度和频度也在逐渐加大。以下是超声检测技术当前的主要应用领域：
(1)目前大量应用于金属材料和构件质量在线监控和产品的在役检查。如钢板、管道，焊缝、堆焊层、复合层、压力容器及高压管道、路轨和机车车辆零部件、核元件及集成电路引线的检测等。正确的检测方法和技术是超声检测取得成功的关键。近20年来，国内外开发了许多有用的检测方法和技术，如美国国家航空航天管理局LEWIS研究中心采用0．25MHa的激光聚焦束在高温材料sic／sic激发超声波。通过触点换能器得到超声波衰减信号来检测高温材料；美国国家标准和技术研究所发表论文“利用电磁超声技术(EMAT)测量机翼的受力状态”；美国EMAT—UT换能器公司利用EMAT换能技术对已经埋入地下的输气管环焊缝进行检
测试验研究；美国国家标准和技术研究所利用EMAT技术预测沉淀硬化钢的强度；日本大阪大学大阪瓦斯公司利用SH波的EMAT技术监测管道的腐蚀。我国的钢板超声多次重合探伤法；厚壁高压管焊口．焊接高压三通超声波探伤法、多层粘结的超声波自动检测法与技术；复合材料UT技术；奥氏体不锈钢UT技术；电磁超声技术(EMAT)；固体内超声动态聚焦扫描技术及各种超声自动探伤法和超声成像检测法与技术等日趋成熟。
(2)各种新材料的检测，如有机基复合材料、金属基复合材料、结构陶瓷材料、陶瓷基复合材料等，超声检测技术已成为复合材料的支柱。如德国富郎霍夫研究所推出用超声波显微镜对金属包覆层材料压合特征的研究，为改进压合工艺提供了可靠参数；我国台湾新竹交大提出了用超声研究金属板与橡胶板粘合面的结合质量；H本KANSAI能源公司和TOUOKU大学提出了用超声波显微技术对球形样品疲劳破损的监测。
(3)非金属的检测。如混凝土、岩石、桩基和路面等质量检验．包括对其内部缺陷、内应力、强度的检测应用也逐渐增多。
(4)大型结构、压力容器和复杂设备的检测。如不锈钢焊缝及堆焊层、厚壁高压管焊口、铝镁合金及高压螺栓等超声波探伤,裂缝自身高度和高温超声检测、铁路进口钢轨自动检测车超声自动检测系统等方面都有很大进展。与现代工业高速度、高精度、高分辨力、高可靠性等要求的超声检测设备的自动化和仪器的计算机化,已成为微机控制自动超声检测系统。许多企业已拥有我国自己设计和制造的大中小型多坐标、多通道的自动超声检测系统,满足特殊情况下的探伤、检测变速箱齿轮焊缝、钢轨自动检测等要求。许多厂家致力于将超声信号处理的研究成果融合到仪器中去,以逐步实现智能化,如我国汕头超声电子公司等厂生产数字式或全数字式超声探伤仪,应用缺陷模式识别和模糊聚类技术,100MHz高频超声检测仪可检测钛合金、结构陶瓷等材料数十微米级的缺陷。由于超声成像直观易懂,检测精度较高,因此,近几年我国集超声成像技术及超声信号处理技术等多学科前沿成果于一体的超声机器人检测系统已研制成功,为复杂形状构件的自动扫描超声成像检测提供了有效手段。
(5)核电工业的超声检测。如板形元件的结合质量、板形元件组件的水道间
隙、各种管道容器的焊缝、容器与焊管的交贯面等超声检测。我国已能按标准和业主的要求,使用国际先进设备,执行国际通用法,完成核电厂和核设施的役前及在役检查。
(6)其它方面的超声检测。医学诊断广泛应用超声检测技术就是一个非常好的例子，我们通常说的B超就是利用超声波进行医学诊断工作的一个实例;目前,人们正试图将超声检测技术用于开辟其它新领域和行业,如人们正努力将超声检测技术用于液压控制系统进行系统作非接触检测、辨识、性能分析和故障诊断等。这方面研究仅处于探索阶段,还不够成熟。
5、超声检测新技术及其应用
针对近年来超声检测技术的发展，可以总结出超声检测的新技术和新方法：
(1)超声导波技术:超声导波的频散曲线对分层和脱胶等严重危害复合材料的现象较灵敏。用人工神经网络技术可准确有效地对复杂的频散曲线及频谱曲线进行反演,由获得的超声参量推测出被测体的状况。用于火箭壳体和航空结构件进行无损检测与评价。
(2)声发射新技术:对构件的安全性和失效行为进行动态检测与评价。如:泄露的监测和定位,材料与构件中裂缝的检测与分析,构件在役条件下的失效的报警等。
(3)新型非接触超声换能方法:电磁超声法、空气耦合法、激光超声法。前者距离近,后面二者距离远,有发展前途。
电磁超声法:在接近材料表面的位置激发磁场,材料表面部位产生感应电流,引起超声振动。探头为强铁磁材料和高频线圈,当线圈内有电流时,材料内部产生高频电流和磁场作用下,罗伦兹力使材料粒子振动。发出超声波入射到材料内部,即为电磁超声波,使表面不平或高温材料的探伤成为可能。
空气耦合法:固体气体声阻抗相差5个数量级,在气固界面有极大的能量损耗,高频空气超声换能器发射功率要大,要有良好的匹配和声匹配。能量损失大,工业中应用领域不广,俄罗斯将该技术用于特殊航天构件,尤其是非金属复合材料构件检测与评价。
激光超声法:利用脉冲激光产生窄脉冲超声信号,再用光干涉法检测超声波。
具有时间和空间上的高分辨率。可适合高温环境测量。激光束可利用光学的方法进行扫描,可实现连续快速运动物体的非接触检测。不管激光束的入射方向如何,激光激发的超声波总是垂直于被测物表面,所以比较适合于形状复杂的工件的检测。激光超声的脉冲宽度窄,检测微小缺陷能力强和尺寸较小的工件检测,如金刚石构件、人工晶体和薄膜材料。
(4)超声信息处理与模式识别。现代数字信号处理技术在超声检测中的应用于20世纪80年代开始,引入目的:定量化;分离和识别复杂的检测信号。目前工业用超声无损检测大多还停留在了解材料和构件是否有缺陷,或者凭经验大致判断缺陷的大小和位置。但目前的理论和实验研究表明,采用多参量的超声数字信号处理与模式识别技术可给出检测的量化结果,如缺陷的大小、位置、形状或性质。现代超声技术与断裂力学知识相结合,可望进一步对构件的强度与剩余寿命进行评估。超声检测新技术的应用,还包括超声波应力与残余应力测量技术、超声显微镜技术及超声层析成像技术。超声成像技术是对缺陷进行定量扫描的有效途径,优点是可提高信息量。
超声检测新技术的出现,使得超声检测中定性、定位和定量的可靠性得到提高,也使在高温和复杂结构中的超声检测变成现实。
6、超声检测技术的发展趋势
工业技术的发展一方面对超声检测技术提出了更高的要求，一方面也为超声检测技术提供了技术上的支持，这些效应主要体现在：(1)工业生产中的质量意识不断提高以及在役设备寿命预测技术的要求;(2)复合材料、精细陶瓷等新材料的应用,使传统的超声检测方法遇到障碍,促使人们探索特殊的超声检测途径;(3)现代信息科学为超声检测技术的发展注入了新的活力,可对复杂的检测信号和过程迅速有效地提取和解读。微机技术的发展带动了传统超声检测技术水平的提高,使检测结果更直观,如用二维、三维形式成像;(4)特殊的构件对超声检测提出了非接触的要求,促使超声检测从换能方法上有了新的突破。工业发展对超声检测技术的要求和支持，有力的促进了该技术的发展，同时也指明了其发展方向。
根据工业发展的实际需要，对超声检测技术新要求主要有:(1)提高缺陷检测的分辨率:检测微小缺陷,材料内部特定位置检测,缺陷形状检测。可以利用声透
镜使超声波束聚焦成点或线,提高内部特定位置探伤分辨率。(2)提高自动化水平:手动探伤到自动探伤,包括生产线上材料特定部位自动连续探伤。(3)尽可能做成非接触式探伤,这对于不平或高温材料的探伤是非常有必要的。
根据上文中提到的工业要求，超声检测技术的发展趋势可以总结如下:
(1)向高精度、高分辨率方向发展。
(2)高温条件下的测量明显增多,在线检测、动态检测增多。
(3)在若干领域向超声无损评价发展,使得超声检测内容有了新的内涵。如超声检测技术与断裂力学相结合,对重要构件进行剩余寿命评价;超声检测技术与材料科学相结合,对材料进行物理评价。
(4)在无损检测方面向定量化、图像化方向发展,超声检测系统将进一步数字化、图像化、自动化、智能化。
(5)现代信息处理技术如数值分析法、神经网络技术、模糊技术、遗传算法、虚拟仪器技术将广泛应用于超声检测技术领域。
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超声工业测量技术 在非电量电测技术中，许多非电量可以通过电学方法加以测定，同样，许多非声量也可通过声学方法来加以测定，这就是所谓超声工业测量技术。非电量的电测主要是通过一些元件的电阻、电容或电感等量来进行的。在超声工业测量技术中，非声量的测定也往往是通过某些媒质声学特性(主要是声速、声衰减和声阻抗率等)的测量来进行的。 超声工业测量技术中应用最广的是媒质的声速这一物理量。 第一，媒质的声速与媒质 的许多特性有直接或间接的关系。有些关系非常简单直接，已有精确的理论公式，例如，在测定声速和密度后，就可求出媒质的弹性模量。有些关系比较间接而且复杂，但在特定的条件下，仍可以建立一些半理论或纯经验的关系式，例如，媒质的成分，混合物的比例，溶液的浓度，聚合物的转化率，某些液体产品的比重，某些材料的强度等等，都可与声速建立一定的关系，利用这些关系，就熊通过测量声速来测定这些媒质的非声特性。上述原则是声速分析仪的基本原理。 第二，媒质的声速与媒质所处的状态也有相互关系。例如，媒质的温度、压强和流速等状态参量的变化都会引起相应的声速的变化。如声学温度计、超声波风速仪和超声流量计就是用这一类关系来测量温度或流量的。 第三，其他应用，例如在声速c已经测知的媒质中，可以利用声波传播距离L和传播时间t 的关系L=ct，或利用波长λ和频率f(或周期T)之间的关系c=fλ=λ/T，进行超声测距的应用。如超声液位计和超声测厚计就是这一方面的典型应用技术。 声阻抗率方法也是一种较常用于媒质特性分析的技术。在这种技术中，所测定的声学 量是换能器对媒质的辐射阻抗率。如果换能器在媒质中所激起的是平面纵波行波，则辐射阻抗率就是声阻率ρc。当两种媒质的声速c几乎相同，但密度ρ有很大不同时，往往就可根据ρc的测量来加以区别。在同时测得声速的情况下，也可用这种方法来测量液体的密 度p或弹性模量ρc2等。如果换能器在液体媒质中激起的是切变行波，其声阻抗率将与 成正比，η是液体的粘性，这就是超声粘度计的原理。如果换能器是在流体中作弯曲振动的，则其辐射声抗率将与流体的密度p有关，因而使换能器的共振频率随p而变化，这也是一种可以精确测定液体密度的原理。 遇到需要采用声学方法来测定一个非声量的情况时，在声速、衰减和阻抗这三种技术途径中，应按什么准则来决定取舍呢?第一是看要测的非声量究竟与那一个声学量的关系比较明显。这就是说，相应于同样大小的非声量的变化，如果某一声学量能够有最大的变化，这一声学量就比较值得考虑。第二，应该考虑到声速、衰减和声阻抗率都是随很多因素变化的，除待测的那种非声量外，其他媒质特性或媒质状态的变化往往也会引起声学量的变化，对于须测的非声量来说，这些其他因素引起的变化就是一种干扰。因此，选用某种声学量的途径时，应注意干扰因素要尽可能少，干扰影响要尽可能小，或可采用切实可行的补偿措施来避免这些干扰。第三，挑选技术途径时必须注意满足现场的使用、安装和维护等条件并应达到要求的精度，在这一前提下还应力求稳定耐久和方便可靠，才能有较高的实用价值。上述准则只是一些原则性的意见，还应根据具体情况作具体的考虑。 声发射检测技术 材料或结构受外力或内力作用产生形变或断裂 ,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。各种材料声发射的弹性波的频率范围很宽 ,从次声频、声频到超声频 ,因此 ,
简述全自动超声波无损检测方法 摘要：全自动超声波检测技术（AUT）对于提高无损检测效率、保证无损检测质量，节约工程成本有着重要的意义，通过对AUT检测的特点，与传统检测手段进行了对比分析，阐述工程无损检测中AUT检测的通用做法。 关键词：全自动超声环焊缝检测 引言：AUT检测技术是一种新型的无损检测技术，在近几年的推广使用过程中得到了工程质检方的认可，在使用过程中各公司做法不一，本文通过多年AUT 检测工程应用经验总结归纳了AUT检测通用做法。 1、AUT检测方法适用范围 本文论述了环向焊缝全自动超声检测的要求。在AUT检测所得到结论的基础上分析评定环焊缝。根据工程临界判别法（ECA）来最终确定检测验收标准。 2 AUT检测方法步骤 2.1 外观检查 工程现场所有待检环焊缝在焊接完成后都要进行三方（监理、施工、检测）外观检查并且按照AUT检测相应标准的要求进行评定。 所有坡口应在机加工后进行焊接，并且确保焊接符合焊接工艺的要求，随后AUT全自动超声波检测应结合画参考线一起进行。 2.2 超声波检测 工程现场的所有环焊缝的全自动超声检测都要在整个焊缝圆周方向上进行，并按相应的验收标准进行评定。 3 超声波检测系统 AUT检测系统应该提供足够的检测通道的数量，保证仅扫查环焊缝一周，就可对该焊缝整个厚度上的所有区域进行全面检测。所有被选通道都应能显示一个线性A型扫查显示。检测的通道应该能按照通常如图1所示的检测区域评估被检焊缝。仪器的线性应按照相应标准来确定，每6个月测定一次。仪器的误差应该不大于实际满幅高的5％。这一条件应该适用于对数放大器及线性放大器。每一个检测的通道都应可以选择脉冲反射法或者直射法。每一个检测通道的闸门位置及两个闸门之间的最小跨度和增益都是可选择的。记录电位也是可以选择的，以显示记录的波幅和传播时间位于满幅高0～100％之间的信号。对于B扫查或者图像显示的资料记录也应该为0～100％。对于每个门都有两个可记录的输出信号。无论是模拟信号还是数字信号都包括信号的高度和渡越时间。它们都适于多通道记录仪或计算机数据采集软件的显示。 4 AUT的系统设置 4.1 AUT探头及探头灵敏度的确定 在工程现场的检测中用AUT对比试块选定该检测系统的合适当量。每个AUT 检测探头固定在扫查架相应位置上，保证中心距满足要求。分别调整扫查架上探头的位置、角度和激活晶片数，使所有探头在标准试块上的主反射体的信号都达到最大值。把所有检测探头的峰值信号都设置到仪器满屏的80%，此时显示的灵敏度数值就是该探头检测时的基准灵敏度。 4.2 闸门的设置 4.2.1 熔合区闸门的设置参照AUT对比试块上的标准反射体：闸门起点位置在坡口前大于等于3mm，闸门终点位置应大于焊缝上中心线位置1mm。闸门的起点和长度应记录在工艺文件中。
无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介 夏纪真 无损检测资讯网 https://www.doczj.com/doc/c56733148.html, 广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442 摘要：本文简单介绍了超声波相控阵检测技术的基本原理、应用与局限性 关键词：无损检测超声检测相控阵 1 超声波相控阵检测技术的基本原理 超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用，依据惠更斯（Huyghens-Fresnel）原理：波动场的任何一个波阵面等同于一个次级波源；次级波场可以通过该波阵面上各点产生的球面子波叠加干涉计算得到。 并显示保真的（或几何校正的）回波图像，所生成材料内部结构的图像类似于医用超声波图像。 常规的超声波检测技术通常采用一个压电晶片来产生超声波，一个压电晶片只能产生一个固定的声束，其波束的传递是预先设计选定的，并且不能变更。 超声波相控阵检测技术的关键是采用了全新的发生与接收超声波的方法，采用许多精密复杂的、极小尺寸的、相互独立的压电晶片阵列（例如36、64甚至多达128个晶片组装在一个探头壳体内）来产生和接收超声波束，通过功能强大的软件和电子方法控制压电晶片阵列各个激发高频脉冲的相位和时序，使其在被检测材料中产生相互干涉叠加产生可控制形状的超声场，从而得到预先希望的波阵面、波束入射角度和焦点位置。因此，超声波相控阵检测技术实质上是利用相位可控的换能器阵列来实现的。超声波相控阵激发的超声波进入材料后，仍然遵循超声波在材料中的传播规律。因此，对于常规超声波检测应用的频率、聚焦的焦点尺寸、聚焦长度、入射角、回波幅度与定位等等，超声波相控阵也是同样应用的。 超声波相控阵探头的每个压电晶片都可以独立接受信号控制（脉冲和时间变化），通过软件控制，在不同的时间内相继激发阵列探头中的各个单元，由于激发顺序不同，各个晶片激发的波有先后，这些波的叠加形成新的波前，因此可以将超声波的波前聚焦并控制到一个特定的方向，可以以不同角度辐射超声波束，可以实现同一个探头在不同深度聚焦（电子动态聚焦）。此外，从电子技术上为阵列确定相位顺序和相继激发的速度可以使固定在一个位置上的探头发出的超声波束在被检工件中动态地“扫描”或“扫调”通过一个选定的波束角范围或者一个检测的区域，而不需要对探头进行人工操作。相控阵探头的关键特性包括：电子焦距长度调整、电子线性扫描和电子波束控制/偏角。 图1示出了超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图。 图1超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图超声波相控阵换能器的晶片不同组合构成不同的相控阵列，目前主要有三种阵列类型：线形阵列（晶片成间隔状直线形分布在探头中）、面形（二维矩阵）阵列和圆（环）形阵列，
超声监测技术的新应用
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超声监测技术的新应用 超声检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础，各行各业都在使用的通用技术之一，他是通过超声波的产生、传播及接受的物理过程完成的。目前，超声波技术广泛应用于工业领域的很多方面。 其中超声探伤检测是无损探伤中最为重要一种方法，由于超声波具有穿透能力强、对材料人体无害、使用方便等特点，可对各种锻件、轧制件、铸件、焊缝等进行内部缺陷检测，因而得到广泛应用。 此外利用超声波的各种特性，超声技术还应用于金属与非金属材料厚度测量、流量测量、料位及液位检测与控制、超声波零件清洗等工业领域。 本文主要介绍超声技术在设备故障检测及诊断方面的最新应用。 一．压力及真空系统的泄漏检测 当气体在压力下通过限流孔时，它从一个有压层流变为低压紊流（参见图1）。紊流产生所谓的“白噪声”广谱声音。在这种白噪声中含有超声波分量。因为泄漏部位的超声最大，探测这些信号通常是非常简单的。 目前已有成熟的超声检测专用仪器，可将探测到的超声波信号转换为人耳可听见的音频信号，适用于各种泄漏检测。（参见附录） 泄漏可以在压力系统或真空系统中出现。在这二种系统中，超声的产生方式如上所述。二者之间唯一不同的是真空泄漏产生的超声波振幅通常小于同等流速的压力泄漏。其原因在于真空泄漏产生的紊流是发生在真空室内，而压力泄漏产生的紊流出现在大气中 什么样的气体泄漏采用超声波探测呢？一般来说，不管何种气体，包括空气在内，只要它从限流孔泄出时产生紊流，就可以用超声波探测。与气体专用的传感器不同，超声检测是属于声音专用检测。气体专用传感器仅能用于它所能辨别的具体气体（如氦）。而超声检测能辨别出任何类型的气体，因为它探测的是泄漏紊流所产生的超声。
超声无损检测仪器的发展 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代，新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krauthammer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。 丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声无损检测技术的发展 超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术, 体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书
超声波检测复习参考资料（UTⅡ） 1 问答题（一般考☆重点考★） 1. 超声波垂直入射到两介质的界面时声压往复透过率与什么有关？往复透射率 对超声检测有什么影响？ 答：超声波垂直入射到两介质的界面时声压往复透过率与界面两侧介质的声阻抗有关，与何种介质入射到界面无关。界面两侧的声阻抗差愈小，声压往复透过率就愈高，反之就愈低。往复透过率高低直接影响超声检测灵敏度高低，往复透过率高，超声检测灵敏度高。反之超声检测灵敏度低。 2. 什么是波的干涉，波的干涉对超声检测有什么影响？★★★★★ 答：两频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，该处介质中某些质点的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫波的干涉。在超声检测中由于波的干涉，使超声波源附近出现声压极大值和极小值，影响缺陷定量。 3. 在超声检测中，为什么要尽量避免在近场区进行缺陷定量？ 答：在超声检测中，由于近场区存在声压极大极小值，处于声压极大值处的小缺陷回波可能较高，处于声压极小值处的大缺陷的回波可能又较低，且波型属于平面波，反射声压与距离无关，因此对缺陷的当量不能有效的测定，所以应尽量避免在近场区进行缺陷定量。 4. 圆盘声源超声场的近场区有什么特点？ 答：圆盘声源超声场的近场区特点是： 超声场的近场区内，声压极大值和极小值的个数是有限的； 近场区的长度与波源面积成正比，与波长成反比； 近场区的存在对超声检测定量不利，甚至可能漏检。 5. 在超声检测中，什么是距离—波幅曲线？该曲线有何用途？ 答：描述某一反射体回波高度随距离变化的关系曲线为距离—波幅曲线。 可用来：⑴ 调整检测灵敏度 ⑵判断缺陷大小，为评定缺陷提供依据。
超声波检测技术及应用 刘赣 （青岛滨海学院，山东省青岛市经济开发区266000） 摘要：无损检测(nondestructive test)简称NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测（UT）的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。 关键词：超声波检测；纵波；工业应用；无损检测 1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史 声学作为物理学的一个分支, 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料, 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代, 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷, 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10- 4Hz～1014Hz, 通常把频率为2×104Hz～2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分, 遵循声波传播的基本定律, 1.2超声波的性质 1）超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击（基于“空化现象”）。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。2）超声波具有良好的指向性 3）超声波只能在弹性介质中传播，不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理，所以认为超声波也不能通过空气进行传播。 4）超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。 5）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。 6）利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。 1.2超声波的产生与接收 超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形势经探伤仪显示，这就是超声波的接收。 1.3超声波无损检测的原理 超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种
激光超声检测技术及其工业应用前景 周益军1,张永康2,周建忠2,冯爱新2 (1.扬州职业大学,江苏扬州225009;2.江苏大学,江苏镇江212013) 摘 要:阐述了激光超声的基本理论,综述了激光超声检测技术的发展,重点介绍了激光超声检测技术在工业中的相关应用,如:材料性质的无损评价、对复合材料构件进行评估、在高温有辐射等恶劣环境下对样品进行检测、非接触测量固体材料厚度等。对激光超声应用于纳米材料中的研究概况也作了简要说明。同时指出了激光超声检测技术的工业应用前景。 关键词:激光超声;检测技术;工业应用中图分类号:TN 249 文献标识码:A 文章编号:1008-3693(2005)03-0050-04 The Laser U ltrasonic Detection T echnology and Its Applied Prospect in Industry ZHOU Yi 2jun 1,ZHAN G Y ong 2kang 2,ZHOU Jian 2zhong 3,FEN G Ai 2xin 4 (1.Y angzhou Polytechnic College ,Y angzhou 225009,China ;2.Jiangsu University ,Zhenjiang 212013,China ) Abstract :In this article ,the basic theory of laser ultrasonic is discussed ,and the development of laser ul 2trasonic detection technology is summarized as well ,with focus on its related application to industry.Mean 2while ,a brief explanation of the application of laser ultrasound to mano 2structured materials is given and the applied prospect of the laser ultrasonic detection technology is indicated here.K ey w ords :laser ultrasound ;detection technology ;application in industry 激光超声技术的研究始于1962年,White 和Aakaryan 各自论证了用脉冲激光束在固体和液 体中激发出声波的方法。接着,White 和Aakaryan 观察了强激光在固体中产生的爆炸波(L SD 波)和在大气中产生的燃烧波(L SC 波),都会随时间和距离的增加而衰变成声波[1,2]。激光超声是超声学新近发展起来的一个分支,是涉及光学、声学、电学、材料学等学科的交叉学科[3]。1 激光超声检测技术简介 对于激光产生超声机理的研究,目前学术界认同热弹膨胀理论。所谓激光超声检测技术,即 用强度调制的激光束射入闭合的介质空间时可产生声波,通过对这种波的检测来达到对材料性质 的无损评价、对复合材料构件进行评估等的应用技术。利用激光脉冲来激发超声脉冲,不仅是非接触的,而且可以重复产生很窄的超声脉冲,在时间和空间都具有极高的分辨率。还可以在不同形状的试样中激发超声,可以在高温、高压、有毒、放射性等各种恶劣环境下进行超声检测。它适合于超薄材料的检测和物质微结构的研究,因此激光超声技术以其优异特性而得到迅速发展并被关注[4]。激光超声检测技术的工业应用情景广阔。国内外就激光超声检测技术的应用已大量的报 收稿日期:2005-06-08 第一作者简介:周益军(1966-),男,扬州职业大学机械工程系讲师,江苏大学博士研究生。 第9卷第3期2005年9月 扬州职业大学学报 Journal of Y angzhou Polytechnic College Vol.9 No.3Sep.2005
毕业设计（论文） 题目超声波无损检测技术 的理论研究 系（院）物理与电子科学系 专业电子信息科学与技术 班级2006级4班 学生姓名李荣 学号2006080927 指导教师吴新华 职称讲师 二〇一〇年六月十八日
独创声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二〇一〇年六月一十八日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二〇一〇年六月一十八日
超声波无损检测技术的理论研究 摘要 本文首先针对波无损检测技术进行理论研究，简明扼要的介绍了超声波无损检测技术的研究意义和发展现状,超声波无损检测技术是当前一种较为先进的检测技术,应用领域更广,适用范围更宽。然后细致的分析了超声波无损检测技术的工作原理特性，基于超声波的优良特性，和传播机理，进行器件或工程的无损检测，并分析了超声波无损检测系统的噪声干扰来源，提出了降低噪声的方法。尝试用计算机模拟系统通过仿真软件来处理超声波无损检测过程中的庞大的数据信息。直观准确地定位缺陷的位置和类型。最后介绍了超声波在无损检测领域的两种典型应用，建筑方面，可以通过超声探头，利用声波的反射的折射来检测混凝土路基的厚度，电力系统方面，利用超声波无损检测技术确定次绝缘子的寿命定位绝缘子中缺陷的类型的具体位置，快速有效的解除安全隐患。 关键词：超声波；无损检测；计算机仿真；瓷绝缘子
计算题 1.在水浸法探伤中，求水/钢的往复透过率T 解：Z1=1.5×106Kg/m2s(水温20℃) Z2=45.4×106Kg/m2s(水温20℃) T=4Z1Z2/(Z1+Z2)2=(4x1.5x45.4x1012)/(1.5+45.4)2×1012=0.12=12% 答：水/钢的往复透过率T为12% 2.碳素钢和不锈钢的声阻抗差异约为1%，求二者复合界面上的声压反射率。 解：设界面声压反射率为r（r取绝对值） r=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)=(1-0.99)/(0.99+1)=0.005=0.5% 答：二者复合界面上的声压反射率为0.5%。 3.边长为D=10mm的方形晶片，指向角用θ0=57λ/D表示。试计算探测钢材时，下列探头晶片的指向角： ①5MHz10x10、②4MHz12x12、③3MHz15x15、④2MHz20x20 解：λ①=(5900x103)/(5x106)=1.18mm；λ②=(5900x103)/(4x106)=1.48mm； λ③=(5900x103)/(3x106)=1.97mm； λ④=(5900x103)/(2x106)=2.95mm，则：①的指向角：θ0=57x1.18/10=6.70；②的指向角：θ0=57x1.48/12=7.030； ③的指向角：θ0=57x1.97/15=7.480；④的指向角：θ0=57x2.95/20=8.410 4.当声压比为下列数值时，计算dB值。（不可用图表及计算尺）①8、②400、③20、④0.8、 ⑤1000 解：如用分贝表示两数值之比P/Q，则数值A=20lg（P/Q） ① A=20lg8=60lg2=18dB；② A=20lg400=40lg20=52dB；③ A=20lg20=20(lg2+lg10)=26dB； ④ A=20lg0.8=20(lg8+lg10-1)=-2dB；⑤ A=20lg1000=60lg10=60dB 5.5P20x10 45°的探头有机玻璃楔块内声速为2730m/s，被检材料（低碳钢）中声速为3230m/s，求入射角α。 解：根据折射定律：sinα/sinβ=C L1/C S2又： β=45° sinα=(C L1/C S2)·sinβ=(2730/3230)·sin45°=0.59 α=36.7° 答：入射角α为36.7° 6.试以钢材为例，计算2MHzΦ30直探头的近场区 解：声波在钢材中的纵波速度为5900m/s λ钢=Ｃ钢／f=5900x103/2x106=2.95mm N钢 =D2/4λ=302/4x2.95=76mm 答：2MHzΦ30直探头近场区为76mm。
2008大庆石化情报课题 超声导波检测技术的发展与应用 王学增侯贵富刘华王辉 李媛媛李健奇 大庆石化工程检测技术公司 2008年12月8日
超声导波检测技术的发展与应用 相对于传统的超声波检测技术，超声导波具有传播距离远、速度快的特点，因此在大型构件（如在役管道）和复合材料板壳的无损检测中有良好的应用前景。 一、超声导波技术的原理 1.1超声导波的产生 机械振动在弹性介质中的传播称为弹性波（声波）。将弹性介质定义为波导，在波导中传播的超声波称为超声导波。超声波的本质是机械振动，在扰动源的激发下产生，并通过介质传播，因而它既携带扰动源的信息，同时又包含介质本身的特征。 导波是由于声波在介质中的不连续交界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂的干涉和几何弥散而形成的。 导致超声波弥散的原因有物理弥散和几何弥散。物理弥散是由于介质的特性而引起的，而几何弥散是由于介质的几何效应引起。超声导波技术则是利用传播介质几何上某些特征尺寸而导致的几何工件往往有很多声学性质不连续的交界面存在。当介质中有一个以上的交界面存在时，超声波就会在这些界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂的干涉作用，由于受到这些界面几何尺寸的影响，超声波的传播速度将依赖于波的频率，从而导致波的几何弥散。由于超声波在交界面上的复杂行为，如果工件的交界面复杂无规则，则导波信号很难识别，所以导波技术一般用于特殊的规则的工件（板、管、棒等）检测。无缝管中的超声导波技术则是利用管子的几何效应，在管子中
激发导波。导波可沿轴向传播数米至数十米，因此利用管壁中沿管子轴向传播的导波可对管子进行长距离快速无损检测。 1.2 导波的频散特性和谐振模式 1.2.1导波的频散特性 当把被测物件视为无限均匀弹性介质时，各种类型的反射波、透射波以及界面等以恒定的速度传播，传播速度只与传播介质本身材质有关。而当超声波倾斜入射到各向同性的管子边界上，波源处的机械振动在管子中传播时，由于管子自由表面的反射，波运动变为轴向运动和径向运动的合成，使得超声波被拘束在管状的边界内而形成导波。 频散是导波的特征之一，即超声波的相速度随频率不同而有所变化。频散特性是导波应用于复合材料无损检测的主要依据。由于导波脉冲由多个不同频率的谐波成分叠加而成，介质质点振动是各个波作用下振动的合成，质点振动最大振幅的传播速度（群速度）不同于各单个波的传播速度（相速度），导波能量以群速度向前传播，相速度则随频率的不同而有所改变。 导波在介质中的传播特性与介质特性有很大的关系。目前的研究已不仅仅局限于导波在各向同性弹性介质中的传播特性，还涉及到各项异性和具有黏弹性的材料。 导波相速度不仅取决于探头频率，还与管材的特性（包括材质的声学性质和规格尺寸）有关，即使是同类材料的管子，如果其壁厚和直径不同，其频散曲线也不同。这给导波技术的实际检测应用带来了
超声波无损检测概述
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 超声波无损检测概述
2.2 国内研究情况 20 世纪50 年代，我国开始从国外引进模拟超声检测设备并应用于工业生产中。上世纪80 年代初，我国研制生产的超声波探伤设备在测量精度、放大器线性、动态范围等主要技术指标方面已有很大程度的提高[3]。80 年代末期，随大规模集成电路的发展，我国开始了数字化超声检测装置的研制。近年来，我国的数字化超声检测装置发展迅速，已有多家专业从事超声检测仪器研究、生产的机构和企业（如中科院武汉物理研究所、汕头超声研究所、南通精密仪器有限公司、鞍山美斯检测技术有限公司等）[1]。目前，国内的超声超声检测装置正在向数字化、智能化的方向发展并且取得了一定的成绩。另外，国内许多领域（如航空航天、石油化工、核电站、铁道部等）的大型企业通过引进国外先进的成套设备和检测技术（如相控阵超声检测设备与技术和TOFD 检测设备与技术），既完善了国内的超声检测设备，又促进了超声无损检测技术的发展[5]。 2.3 超声波无损检测技术发展趋势 超声检测技术的应用依赖于具体检测工件的检测工艺和方法，同时，超声检测还存在检测的可靠性，缺陷的定量、定性、定位以及缺陷检出概率、漏检率、检测结果重复率等问题，这些对超声检测仪器的研制提出了更高要求。 为克服传统接触式超声检测的不足，人们开始探索非接触式超声检测技术，提出了激光超声、电磁超声、空气耦合超声等。为提高检测效率，发展了相控阵超声检测。随着机械扫描超声成像技术的成熟，超声成像检测也得到飞速发展。目前，超声检测仪器已明显向检测自动化、超声信号处理数字化、诊断智能化、多种成像技术的方向发展[5-7]。 3.超声波检测的基本原理 3.1超声波无损检测基本介绍 超声检测（UT）是超声波在均匀连续弹性介质中传播时，将产生极少能量损失；但当材料中存在着晶界、缺陷等不连续阻隔时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，从而损失比较多的能量，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就
超声波检测新技术-TOFD 摘要：本文通过简单介绍超声波检测中TOFD方法的物理原理和在无损探伤中的应用，提出了TOFD检测技术将会更加广泛应用于焊缝的无损检测工作中。TOFD检测技术的发展过程、TOFD检测的原理、优点及其局限性，对TOFD检测主要应用范围进行了阐述。给出了TOFD检测的一般工艺流程,并结合实际操作,说明了该技术的重要用途，对TOFD技术对缺陷精确定量进行了简要说明。 关键词:超声波；TOFD；检测 New technology of ultrasonic TOFD ABSTRACT: in this paper, the physical principle of TOFD in ultrasonic testing method is briefly introduced and applied in non-destructive inspection, put forward a nondestructive test technique for the detection of TOFD will be more widely used in the welding seam. TOFD detection technology development process, the TOFD detection principle, advantages and limitations of TOFD testing, main application range are described. The general process of TOFD detection is presented, and combined with the actual operation, explains the important uses of the technology, the TOFD technology of the precise and quantitative defects are introduced briefly. Keywords: ultrasonic; TOFD; detection 0 引言 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique)检测技术于1977年，由英国Silk教授根据超声波衍射现象首次提出。现已在核电、建筑、化工、石化、长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用。TOFD技术的检测费用是脉冲回声技术的1/10。现在，TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题，现已开始大量推广应用，几年以后，将有取代RT的可能。 2006年9月TOFD标准组成立暨首次会议上，中国特检院提出由全国锅容标委归口，2009年12月《固定式压力容器安全技术监察规程》（简称“新容规”）开始实施，后延至2010年11月正式实施。TOFD监测系统由计算机超声波探伤仪本体、发射探头、接收探头、前置放大器、光学或磁性编码器以及连接电缆组成。仪器能以不可更改的方式将所有扫描信号和TOFD图像存储于磁、光等永久介质，并能输出其硬拷贝。[1] 《固定式压力容器安全技术监察规程》第4.5.3.1无损检测方法的选择：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差超声检测（TOFD）做为附加局部检测。第 4.5.3.4.2超声检测技术要求：采用衍射时差超声检测（TOFD）的焊接接头，合格级别不低于II级。[2] 1 TOFD检测的原理和应用 1.1 基本原理 TOFD检测原理：当超声波遇到诸如裂纹等缺陷时，将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，可以判定缺陷的大小和深度。也可理解为当超声波在存在缺陷的线性不连续处，如裂纹等处出现传播障碍时，在裂纹端点处除了正常反射波以外，还要发生衍射现象。 两束衍射波信号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。因为衍射波分离的空间（或时间）与裂纹高度直接相关。[3] 非平行扫查一般作为初始的扫查方式，用于缺陷的快速探测以及缺陷长度、缺陷自身高度的
激光超声波可视化检测 仪 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
「激光超声波可视化检测仪」及其应用 罗朝莉 ?王波 ?陈林 摘要：激光超声检测是超声检测发展起来的新分支，属于光、声、电等的交叉科学。与传统的超声检测技术相比,激光超声波可视化技术以其非接触地高速扫描检测，消除了传统超声检测技术中的耦合剂影响，用于各种较复杂形状工件的无损检测。加之可重复产生很窄的超声脉冲，在时间和空间均具有极高的分辨率，使之成为极具应用前景的无损检测新技术。本公司在日本筑波科技株式会社的大力协助下，成功研发了「激光超声波可视化检测仪」。应用该仪器对各种难检样件进行实际检测，其效果甚佳。 关键词：激光超声；可视化；检测技术 1.「激光超声波可视化检测仪」简介 激光超声检测技术是用强度调制激光束射入物体时发生热弹效应产生声波,通过检测该声波对金属、非金属及复合材料等表面和内部进行无损检测。目前，多数激光超声技术采用脉冲激光照射试样表面产生超声波，利用传感器或光学系统接收。采用压电传感器与试样耦合接收激光超声产生的宽带信号。如图1所示，传感器必须与试件接触，才能获得较高的灵敏度；或者利用空气超声传感器接近试件表面（距离试件不超过5mm）接收激光超声信号，一但距离加大，接收信号的灵敏度衰减甚快。 图1 ?激光激励产生超声波 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图2 ?激光超声波可视化检测仪可视化技术是图形学的新领域，它运用图形学和图像处理技术，将计算机中的数据及计算结果转化成图像，呈现在计算机屏幕上，用图像直观地表达抽象数据所蕴含
超声检测公式及计算题
* 铝（Al ）的纵波声速为6300m/s ，横波声速为3100m/s 。试计算2MHz 声波在铝中的纵、横波波长。 f c λλf c = →= 解： * 甘油的密度为1270kg/m 3，纵波声速为1900m/s ，计算其声阻抗。 c z ρ= 解： 5P20×10K2探头，楔块中声速C L1=2700m/s ，钢中声速C L2=5900m/s ，C S2=3200m/s ，求探头入射角为多少度 s 2l 1C sinβC sinαtgβK = --= 解： 已知钢中C S 钢=3200m/s ，某硬质合金中，C S 硬=4000m/s ，铝中C S 铝=3080m/s ，求用探测钢的横波斜探头探测硬质合金和铝时的实际K 值为多少 ） （） （mm f C mm f C S S L L 55.110 210310015.310 21063006363 =??===??==λλs m kg c Z ??≈?==26/104.219001270ρ0 12 112101149)4.63sin 3200 2700 (sin sin sin sin sin 4.632≈?=?=→====----）（βαβαβS L S L C C C C tg K tg
s 2l 1C sinβ C sinα= 解： * 示波屏上有A 、B 、C 三个波，其中A 波高为满刻度的80%，B 波为50%，C 波为20%。 ①、设A 波为基准（0dB ），则B 、C 波各为多少dB ②、设B 波为基准（10dB ），则A 、C 波各为多少dB ③、设C 波为基准（-8dB ），则A 、B 波各为多少dB 铝 铝 硬硬钢钢有钢有在钢中，，楔块中声速为设入射角为S S 01-1-L sin C sin sin sin 451.0tg K C C C C tg S L βββαβα======0.9 42.442.4)45sin 32303080(sin sin C (sin sin C sin sin sin 8 .11.611.61)45sin 3230 4000 ( sin sin C ( sin 00 01S 1S S 00 01S 1====?=?========?=?=----tg tg K C C C C tg tg K C S S L S 铝铝钢钢铝铝铝 铝 硬硬钢钢有硬硬钢钢 硬 硬））ββββββαβββ2 1H H 20lg Δ=
实验超声波检测 一、实验目的 1、了解超声波检测的基本原理和方法； 2、了解超声波检测的特点和适用范围； 3、掌握斜探头横波探伤的距离－波幅（DAC）曲线制作方法。 二、实验设备器材 1、ZXUD-40E型智能超声波探伤仪 ZXUD-40E型数字式超声波探伤仪是小型化的便携式超声波探伤仪器，特别适用于材料缺陷的评估和定位、壁厚测量等，适合各种大型工件和高分辨率测量的要求。
⑴仪器外观如图9-1所示：
图9-1 仪器外观 当连接仅带有一个超声晶片的探头（自发自收）时，可以任意插入一个仪器上的探头连接器。 当连接带有双超声晶片的探头（一个为发射晶片，一个为接收晶片）或连接两个探头（一个发射探头，一个接收探头）时，必须注意：发射的一端接入左边一个探头连接器插孔，接收的一端接入右边一个探头连接器插孔，如图9-1所示。 ⑶键盘及其功能 图9-2ZXUD-40E的薄膜键盘按键排列 仪器包含27个按键。这些按键分成5大类：电源键、方向键、功能菜单键、子菜单键和功能热键。关于各按键的具体功能概述，参见表9-1。 表9-1各按键的具体功能概述
⑷参数设置规程 参数设置可通过以下两种规程来完成。 有些参数设置仅遵照“方向键增减调节规程”，比如：探头类型、声程跨距等；有些参数设置又仅遵照“直接数字输入规程”，比如：探头频率、探头规格等；还有些参数设置可遵照两种规程，比如：检测范围、零位偏移等。 ⑸方向键增减调节规程 可按下或
来增减参数设置。 ⑹直接数字输入规程 对于垂直菜单探伤通道设置，按下进入探伤通道设置状态，再次按下则进入直接数字输入状态；对于水平菜单，按下子菜单键选中子菜单项，再次按下子菜单键则也进入直接数字输入状态。 一旦进入直接数字输入状态，将在菜单项上出现闪烁光标，等待用户直接输入数字。在输入的过程中，若发现先前输入的数字错误，可按下 使得光标回退，删除刚才输入的错误数字。输入完成之后，用户可按下来接受输入，也可按下
超声波检测复习题（第6、7、8、9章） 一、判断题 4.4.串列法探伤适用于检查垂直于探测面的平面缺陷（） 4.5“灵敏度”意味着发现小缺陷的能力，因此超声波探伤灵敏度越高越好。（） 4.6所谓“幻影回波”是由于探伤频率过高或材料晶粒粗大引起的。（） 4.7当量法用来测量大于声束截面的缺陷尺寸。（） 4.8半波高度法用来测量小于声束截面的缺陷的尺寸。（） 4.9串列式双探头法探伤即为穿透法。（） 4.11曲面工件探伤时，探伤面曲率半径愈大，耦合效果愈好。（）4.12实际探伤中，为个提高扫查速度减少杂波的干扰，应将探伤灵敏度适当的降低。（） 4.13采用当量法确定的缺陷尺寸一般小于缺陷的实际尺寸。（）4.14只有当工件中缺陷在各个方向的尺寸均大于声束截面时，才能采用测长法确定缺陷长度。（） 4.15绝对灵敏度法测量缺陷指示长度时，侧长灵敏度高，测得的缺陷长度大。（） 4.16当工件内存在较大的内应力时，将使超声波的传播速度及方向发生变化。（） 4.17超声波倾斜入射至缺陷表面时，缺陷反射波高随入射角的增大而增高。（） 5.1钢板探伤时，通常只根据缺陷波情况判定缺陷。（）
5.2当钢板中缺陷大于声束截面时，由于缺陷多次反射波互相干涉容易产生“叠加效应”（） 5.3厚钢板探伤中，若出现缺陷的多次反射波，说明缺陷的尺寸一定较大。（） 5.4较薄钢板中采用底波多次法检测时，如出现“叠加效应”则说明缺陷一定较大（） 5.5复合钢板探伤时，可从母材一侧探伤，也可从复合材料一侧探伤。（） 5.9钢管做手工接触法周向探伤时，应从顺、逆时针两个方向各探伤一次。（） 5.10钢管水浸探伤时，水中加入适量活性剂是为了调节水的声阻抗，改善透声性。（） 5.12用斜探头对大口径钢管做接触法周向探伤时，其跨距比同厚度平板大。（） 6.1对轴类锻件，一般来说以纵波直探头从径向探测效果最佳。（）6.2使用斜探头对轴类锻件作圆柱面轴向探测时，探头应从正、反两个方向扫查。（） 6.3对饼形锻件，采用直探头作径向探测是最佳的探伤方法。（）6.5锻件探伤中，如缺陷引起底波明显下降或消失时，说明锻件中存在较严重的缺陷。（） 6.6锻件探伤时，如缺陷被探伤人员判定为白点，则应按密集缺陷评定锻件等级。（） 6.7铸钢件超声波探伤，一般以纵波直探头为主。（）