1、任務八任務八 超聲波傳感技術及應用超聲波傳感技術及應用項目二項目二 超聲波無損探傷檢定系統的原理與超聲波無損探傷檢定系統的原理與 設計設計 【學習目標學習目標】（1）了解無損探傷的方法。（2）掌握超聲波探傷方法的分類。（3）掌握 探頭的種類和結構。【知識準備知識準備】 隨著超聲波探傷技術和數字信號處理等技術的發展，數字式超聲波無損探傷系統應運而生，它在傳統探傷的基本功能上，增加了數字信號處理技術帶來的高精度、高可靠、高靈活性，以及數據測量、顯示處理、存儲、輸出等功能。數字式超聲波無損探傷系統對接收到的超聲回波信號進行模數轉換，轉換為數字量后再進行處理，實時顯示數字化的超聲回波波形，可以實現與計

2、算機聯機的實時通信，極大提高了超聲波無損探傷系統的性能。 與模擬式超聲波探傷系統相比，數字式超聲波探傷系統的優勢在于： （1）數字式超聲波探傷系統對接收信號進行存儲、記錄、再現十分方便，而模擬式探傷系統缺少永久記錄的能力； （2）數字信號處理技術可用于超聲回波信號的消噪、濾波等處理，使缺陷信息更容易被提取，極大提高了探傷的準確性和精度； （3）數字式超聲波探傷系統的數字式控制使檢測參數可以存儲，探傷過程的重現也更加方便； （4）數字器件具有高度規范性，對電路參數的要求不嚴，便于大規模集成和生產，產品的成品率高，相同性能的數字式探傷系統的體積和重量都比模擬式儀器小。 一、無損探傷的方法一、無損探

3、傷的方法無損檢測包括射線檢測（RT）超聲檢測（UT）磁粉檢測（MT）滲透檢測（PT）渦流檢測（ET）等五種檢測方法。 二、超聲波探傷方法的分類二、超聲波探傷方法的分類 1.按原理分類超聲波探傷方法按原理分類，可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。 （1） 脈沖反射法超聲波探頭發射脈沖波到被檢試件內，根據反射波的情況來檢測試件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。脈沖反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。 （2）穿透法穿透法是依據脈沖波或連續波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法。穿透法常采用兩個探頭，一收一發，分別放置在試件的兩側進行探測。 （3）共振法若聲波（頻率可調的連續波）在被檢工件

4、內傳播，當試件的厚度為超聲波的半波長的整數倍時，將引起共振，儀器顯示出共振頻率。當試件內存在缺陷或工件厚度發生變化時，將改變試件的共振頻率，依據試件的共振頻率特性，來判斷缺陷情況和工件厚度變化情況的方法稱為共振法。 2.按波形分類根據探傷采用的波形，可分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法、爬波法等。 （1）橫波法將縱波通過楔塊、水等介質傾斜入射至試件探測面，利用波型轉換得到橫波進行探傷的方法，稱為橫波法。由于透入試件的橫波束與探測面成銳角，所以又稱斜射法。此方法主要用于管材、焊縫的探傷；其它試件探傷時，則作為一種有效的輔助手段，用以發現垂直法不易發現的缺陷。 （2）縱波法 使用直探頭發射縱波進

5、行探傷的方法，稱為縱波法。此時波束垂直入射至試件探測面，以不變的波型和方向透入試件，所以又稱為垂直入射法，簡稱垂直法。垂直法分為單晶探頭反射法、雙晶探頭反射法和穿透法。常用單晶探頭反射法。垂直法主要用于鑄造、鍛壓、軋材及其制品的探傷，該法對與探測面平行的缺陷檢出效果最佳。由于盲區和分辨力的限制，其中反射法只能發現試件內部離探測面一定距離以外的缺陷。在同一介質中傳播時，縱波速度大于其它波型的速度，穿透能力強，晶界反射或散射的敏感性較差，所以可探測工件的厚度是所有波型中最大的，而且可用于粗晶材料的探傷。 （3）表面波法使用表面波進行探傷的方法，稱為表面波法。這種方法主要用于表面光滑的試件。表面波波

6、長很短，衰減很大。同時，它僅沿表面傳播，對于表面上的復層、油污、不光潔等，反應敏感，并被大量地衰減。利用此特點可通過手沾油在聲束傳播方向上進行觸摸并觀察缺陷回波高度的變化，對缺陷定位。 （4）板波法使用板波進行探傷的方法，稱為板波法。主要用于薄板、薄壁管等形狀簡單的試件探傷。探傷時板波充塞于整個試件，可以發現內部和表面的缺陷。 3.按探頭數目分類（1）單探頭法使用一個探頭兼作發射和接收超聲波的探傷方法稱為單探頭法，單探頭法最常用。 （2）雙探頭法使用兩個探頭（一個發射，一個接收）進行探傷的方法稱為雙探頭法，主要用于發現單探頭難以檢出的缺陷 （3）多探頭法使用兩個以上的探頭成對地組合在一起進行探

7、傷的方法，稱為多探頭法。 4.按探頭接觸方式分類 （1）直接接觸法探頭與試件探測面之間，涂有很薄的耦合劑層，因此可以看作為兩者直接接觸，此法稱為直接接觸法。此法操作方便，探傷圖形較簡單，判斷容易，檢出缺陷靈敏度高，是實際探傷中用得最多的方法。但對被測試件探測面的粗糙度要求較高。 （2）液浸法將探頭和工件浸于液體中以液體作耦合劑進行探傷的方法，稱為液浸法。耦合劑可以是油，也可以是水。液浸法適用于表面粗糙的試件，探頭也不易磨損，耦合穩定，探測結果重復性好，便于實現自動化探傷。液浸法分為全浸沒式和局部浸沒式。三、超聲波探傷三、超聲波探傷 1.脈沖反射法測試時探頭放于被測的工件上，并在工件上來回移動。

8、探頭發出的超聲波以一定的速度向工件內部傳播，如工件中沒有缺陷，則超聲波傳到工件的底部才發生反射，在顯示屏上只出現始脈沖T和底脈沖B，如右圖所示。 如工件中有缺陷，一部分聲波在缺陷處產生反射，另一部分繼續傳播直到工件的底部才發生反射。在顯示屏上除出現始脈沖T和底脈沖B外，還出現缺陷脈沖F，如右圖所示。 在實際測量中，由于工件表面的不平整，探頭與被測物體表面之間必然存在空氣薄層，會引起不同介質界面間強烈的雜亂反射波，造成嚴重的測量干擾。因此經常使用一種被稱為耦合劑的液體物質，使之充滿在接觸層中，起到排除空氣傳遞超聲波的作用。 2.穿透法 當材料內有缺陷時，材料內的不連續性成為超聲波傳輸的障礙，超聲

9、波通過這種障礙時只能穿透一部分聲能。只要十分細小的細裂紋，在無損檢測中即可構成超聲波不能透過的阻擋層。利用此原理即可構成缺陷的穿透檢測法，如圖所示。 在超聲波束的通道中出現的任何缺陷都會使接收信號下降，甚至完全消失，這就表示試件中有缺陷存在。 四、探頭的種類和結構四、探頭的種類和結構鋼板的探傷方法常用單直探頭或聯合雙直探頭進行縱波探傷。探傷時可從母材一側探測，也可從復合層一側探測。 直探頭用于發射和接收縱波，主要用于探測與探測面平行的缺陷，如板材、鍛件探傷等。 斜探頭可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭和表面波斜探頭，常用的是橫波斜探頭。橫波斜探頭主要用于探測與探測面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫、汽輪機葉輪等。 雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發射超聲波，另一塊用于接收超聲波。根據入射角不同，分為雙晶縱波探頭和雙晶橫波探頭。雙晶探頭具有以下優點： （1）靈敏度高。 （2）雜波少、盲區小。 （3）工件中近場區長度小。 （4）探測范圍可調。 作業布置人有了知識，就會具備各種分析能力，