探讨超声波探伤原理及方法

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1、探讨超声波探伤原理及方法　　摘要：随着科学技术的飞速发展，一些先进的技术逐渐相互交融，相互借鉴。超声波是一种比较常见的机械波，科学界对其研究已经比较透彻，正将该项技术应用到各行各业中，在金属探伤中，将机械振动与波动联合在一起，作为物理的基础。在超声波探伤中，其使用的方法比较多，常见的就有脉冲反射法、衍射时差法，超声成像的方法从起步阶段至发展到现代，应用技术已经发展的比较成熟。本文立足专业理论知识，详细的探讨超声波探伤相关的原理，并在其基础上，对其各种的探伤方法实施分析。　　关键词：机械波超声波金属探伤原理基础探伤方法　　超声波是一种比较有强的穿透能，由于超声波

2、能够在绝大多数的介质中进行有效地传播，并且其传播过程中的能量的损失也比较少，而且距离也比较远，穿透性能力高强，在常见的金属材料中，它的穿透能力可达数米。　　一、超声波探伤的原理　　机械波主要参数有波长、频率和波速。同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离，常用单位为米（m）；频率f：波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数称为频率，常用单位为赫兹（Hz）；波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，常用单位为米，秒（m/s）。次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的

3、机械波，在同一介质中的传播速度相同。它们的区别在主要在于频率不同。频率在20-20000Hz之间的能引起人们听觉的机械波称为声波，频率低于20Hz的机械波称为次声波，频率高于20000Hz的机械波称为超声波。方向性好：超声波是频率很高、波长很短的机械波，在无损探伤中使用的波长为毫米级；超声波象光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，易于在被检材料中发现缺陷。能量高：由于能量（声强）与频率平方成正比，因此超声波的能量远大于一般声波的能量。能在界面上产生反射、折射和波型转换：超声波具有几何声学的上一些特点，如在介质中直线传播，遇界面产生反射、折射和波型转换等。　　

4、二、超声波探伤方法　　超声检测方法分类的方式有多种，较常用的有如下几种：一是按原理分类：脉冲反射法、衍射时差法（TOFD）、穿透法、共振法。按照按显示方式分类：A型显示和超声成像显示（可细分为B、C、D、S、P型显示等）。三是按波型分类：纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。四是按探头数目分类：单探头法、双探头法、多探头法。五是按探头与试件的接触方式分类：接触法、液浸法、电磁耦合法。六是按人工干预的程度分类：手工检测、自动检测。　　（一）按原理分类的超声检测方法　　超声检测方法按原理分类，可分为脉冲反射法、衍射时差法。　　1.脉冲反射法。超声波探头发射脉

5、冲波到被检工件内，通过观察来自内部缺陷或工件底面反射波的情况来对试件进行检测的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。一是缺陷回波法。根据仪器示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。该方法以回波传播时间对缺陷定位，以回波幅度对缺陷定量，是脉冲反射法的基本方法。二是底波高度法。当工件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的。如果工件内存在缺陷，底面回波会下降甚至消失。这种依据底面回波的高度变化判断工件缺陷情况的检测方法，称为底波高度法。底波高度法的特点在于同样投影大小的缺陷可以得到同样的指示，而且不出现盲区，但

6、是要求被检工件的检测面与底面平行，耦合条件一致。该方法检出缺陷定位定量不便，灵敏度较低，因此，实用中很少作为一种独立的检测方法，而是经常作为一种辅助手段，配合缺陷回波法发现某些倾斜的、小而密集的缺陷，对于锻件采用直探头纵波检测法时常使用，如由缺陷引起的底波降低量。三是多次底波法。当透入工件的超声波能量较大，而工件厚度较小时，超声波可在检测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底波B1、B2、B3、……。如果工件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底波回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次衰减的规律，并显示出缺陷回波。这种依据多次底

7、面回波的变化，判断工件有无缺陷的方法，称为多次底波法。　　多次底波法主要用于厚度不大、形状简单、检测面与底面平行的工件检测，缺陷检出的灵敏度低于缺陷回波法。　　2.衍射时差法。衍射时差法，是利用缺陷部位的衍射波信号来检测和测定缺陷尺寸的一种超声检测方法，通常使用纵波斜探头，采用一发一收模式，该方法最早于20世纪70年代由英国原子能管理局国家无损检测研究中心的哈威尔实验室的M.G，Silk根据超声波衍射现象首先提出来的。缺陷处的衍射现象如图所示。　　衍射现象是TOFD技术采用的基本物理原理。衍射现象的解释：波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，根据惠更斯原

8、理，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是