第4-7次课(基础知识)课件.ppt

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1、第4-7次课(基础知识),1,第四节 由圆形压电晶片产生的声场简介,一、圆形压电晶片声场中的声压,圆盘声源轴线上的声压公式：,第4-7次课(基础知识),2,圆盘声源轴线上声压分布曲线,二、近场区、远场区和超声波的指向性 1近场区,近场长度N：声源轴线上最后一个声压极大值点距声源的距离。,第4-7次课(基础知识),3,实际工作中近场长度的计算公式为：,近场区：声场中距离小于N的区域，又称菲涅尔区。 近场区的声压特点：声束扩展不明显，但由于干涉作用，声压与距离的关系较复杂，存在多个极大值点与极小值点。,2远场区 远场区：大于近场长度N的区域，又称为夫琅和费区。 远场区声压特点：声压随距离的增大单调

2、下降。,当 时，,第4-7次课(基础知识),4,3超声波的指向性 主声束：超声场中超声波的能量主要集中于以声轴为中心的某一角度范围内，这一范围称为主声束。 声场的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质。 副瓣声束：在主声束角度范围以外，还存在一些能量很低的、只存在于声源附近的副瓣声束。,指向角：,第4-7次课(基础知识),5,一、超声检测设备 1超声波检测仪,第五节 超声波检测方法,（1）A型显示,横坐标时间 纵坐标信号幅度,优点：简单，方便，适用面广。 缺点：难以判断缺陷的几何形状。,第4-7次课(基础知识),6,（2）B型显示,横轴探头移动的距离；纵轴探伤深度 缺点：当声束照射的路径中存在大

3、的缺陷时，其后面的小缺陷和底面反射就无法被记录下来。,（3）C型显示 显示的是试件的一个平面投影图。 优点：能得出缺陷的形状及大小。 缺点：不能确定缺陷的深度。,第4-7次课(基础知识),7,2超声波探头,（1）工作原理,正压电效应：压电晶体在拉力或压力作用下形变时产生交变电场的现象。接收超声波。 逆压电效应：压电晶体在交变电场作用下产生伸缩形变的现象。产生（发射）超声波。,压电晶片,第4-7次课(基础知识),8,（2）探头的结构,第4-7次课(基础知识),9,压电晶片 以压电效应发射并接收超声波的元件。 阻尼块和吸声材料 a.阻尼吸收块 作用：.对压电晶片的振动起阻尼作用 .吸收晶片向其背面

4、发射的超声波 .对晶片起支撑作用 保护膜 斜楔,第4-7次课(基础知识),10,（3）探头的主要种类 接触式纵波直探头 用于发射垂直于探头表面传播的纵波 接触式斜探头 包括横波斜探头、瑞利波探头、兰姆波探头等。 特点：压电晶片贴在一有机玻璃斜楔上，晶片与探头表面成一定倾角。 其他：双晶探头、水浸探头、可变角探头等。,第4-7次课(基础知识),11,（4）探头的主要性能指标 频率,频率对超声波检测的主要影响： 1）超声波的检测灵敏度约为 ； 2）频率高脉冲宽度小，分辨力高； 3）频率高，声束指向性好，能量集中，有利于缺陷定位； 4）频率高，近场长度大； 5）频率高，衰减大。,频率的选择基本原则：

5、在保证灵敏度的前提下，尽可能选用较低的频率。,第4-7次课(基础知识),12,小缺陷、近表面缺陷、薄件较高频率； 大厚试件、高衰减材料较低频率,第4-7次课(基础知识),13,检测灵敏度 指的是探头与探伤仪配合起来，在最大深度上发现最小缺陷的能力。 检测分辨力 纵向分辨力：沿声波传播方向，对两个相邻缺陷的分辨能力。 横向分辨力：声波传播方向上对两个并排缺陷的分辨能力。,试分析，纵向分辨力和横向分辨力与哪些因素有关？,第4-7次课(基础知识),14,（5）超声波探头型号的表示方法 探头型号的组成项目及排列顺序,表示晶片材料的代号,表示探头种类的代号,第4-7次课(基础知识),15,思考：2.5

6、I 14 SJ 10DJ,特征：水浸聚焦探头：水中焦距 聚焦探头：DJ点聚焦，XJ线聚焦,例：,第4-7次课(基础知识),16,（1）标准试块（校准试块） 具有规定的材质、表面状态、几何形状与尺寸，可用以评定和校准超声检测设备。 常用标准试块：国际焊接学会IIW试块、美国ASTM铝合金标准试块（ASTME127）、我国的CSK-1试块。（P34） （2）对比试块（参考试块） 以特定方法检测特定试件时所用的试块。,3试块,第4-7次课(基础知识),17,耦合剂：为了改善探头与试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。,4耦合剂,（1）耦合剂的作用,（2）对耦合剂的要求,透声性能好，声阻抗

7、尽量和被探测材料的声阻抗相近。 有足够的润湿性，适当的附着力和粘度。 对试件无腐蚀，对人体无损害，对环境无污染。 容易清除，不易变质，价格便宜，来源方便。,第4-7次课(基础知识),18,（3）常用耦合剂 水 甘油 全损耗系统用油（俗称机油）和变压器油,其他的耦合方式？,第4-7次课(基础知识),19,二、仪器与探头的选择,1.检测仪的选择 基本要求：性能稳定、重复性好和可靠性好。,根据探测要求和现场条件选择： 定位要求高水平线性误差小； 定量要求高垂直线性好、衰减器精度高； 大型零件灵敏度高、信噪比高、功率大； 发现近表面缺陷、区分相邻缺陷盲区小、分辨率高； 室外现场检测重量轻、荧光屏亮度好

8、、抗干扰能力强的便携式检测仪。,第4-7次课(基础知识),20,2.探头的选择 选择依据：被检对象的形状、衰减和技术要求。,（1）探头型式的选择,纵波直探头平行于探测面的缺陷； 横波斜探头与探测面成一定角度的缺陷； 表面波探头工件表面缺陷； 双晶探头工件近表面缺陷； 聚焦探头水浸探测管材或板材。,第4-7次课(基础知识),21,（2）频率的选择,小缺陷、近表面缺陷、薄件较高频率； 大厚试件、高衰减材料较低频率,频率对超声波检测的主要影响： 1）超声波的检测灵敏度约为 ； 2）频率高脉冲宽度小，分辨力高； 3）频率高，声束指向性好，能量集中，有利于缺陷定位； 4）频率高，近场长度大； 5）频率高

9、，衰减大。,频率的选择基本原则：在保证灵敏度的前提下，尽可能选用较低的频率。,第4-7次课(基础知识),22,（3）探头晶片尺寸的选择,晶片大小对检测的主要影响： 1）晶片尺寸大，声束指向性好； 2）晶片尺寸增大，近场长度迅速增大； 3）晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，发现远距离缺陷能力增强。,晶片尺寸的选择： 检测面积范围大，厚度较大大晶片探头； 小型工件、检测表面不太平整、曲率大小晶片探头。,第4-7次课(基础知识),23,三、超声检测方法,按原理分类：脉冲反射法、穿透法、共振法 按显示方式分类：A型显示、B型显示、C型显示 按波型分类：纵波法、横波法、瑞利波法、兰姆波法 按探头数目分类：

10、单探头法、双探头法、多探头法 按耦合方式分类：接触法、液浸法 按入射角度分类：直射声束法、斜射声束法,1透射法（穿透法）,优点：1）适合检测高衰减的材料； 2）特别适用于单一产品大批量加工制造过程中的机械化自动检测； 3）在试件中几乎不存在盲区。,第4-7次课(基础知识),24,缺点：1）只能判断缺陷的有无和大小，不能确定缺陷的深度； 2）当缺陷尺寸小于波束宽度时，灵敏度低； 3）安装探头较复杂。,第4-7次课(基础知识),25,2脉冲反射法,（1）工作原理,第4-7次课(基础知识),26,1）优点： 检测灵敏度高，能发现较小的缺陷。 可对缺陷精确定位。 操作方便。 适用范围广，适用于各种形状

11、的试件。,2）缺点： 采用纵波垂直入射检查时，存在一定盲区。 对主平面与声束轴线不垂直的缺陷,容易造成缺陷漏检。 不适用检测衰减太大的材料。,（2）特点,第4-7次课(基础知识),27,3接触法 优点： 1）多为手动检测，操作方便。 2）设备简单，适合于现场检验，成本较低。 3）入射声能损失少；在相同的探头参数下，可比液浸法提供更高的检测灵敏度。 缺点： 1）受人为因素影响较大，耦合不易稳定。 2）被检表面的表面粗糙度对入射声能损失影响大。,第4-7次课(基础知识),28,4液浸法 1）优点： 探头与试件不接触，超声波的发射与接收都比较稳定，可检测粗糙面。 探头的角度可任意调节 探头不直接接触

12、试件，损坏的可能性小，寿命长。 便于实现聚焦声束检测，满足高灵敏度、高分辨率检测的需要。 便于实现自动检测，减少影响检测可靠性的人为因素。 2）缺点：声能损失大，需要相应的辅助设备。,第4-7次课(基础知识),29,第六节 超声检测技术的应用,一、超声检测的基本问题,1.对被检对象的了解与要求 了解：被检对象的材料牌号、热处理状态、制造方法、表面状态、最大加工余量、影响其使用性能的缺陷种类及形成原因、缺陷的最大可能取向及大小、被检部位的受力方向及验收标准。,检测时机：热处理之后、机械加工之前。,对被检对象的要求：超声波进入面的表面粗糙度为Ra1.63.2(接触法),第4-7次课(基础知识),3

13、0,2.入射方向的选择,入射方向：使声束中心线与缺陷面，特别是与最大受力方向垂直的缺陷面尽可能接近垂直。,3.对检测仪的选择（已介绍） 4.对探头的选择（已介绍） 5. 对耦合剂的选择（已介绍） 6.对比试块的选择（已介绍）,7.检测仪的调节 （1）探伤灵敏度的调整 （2）测定范围的调整,第4-7次课(基础知识),31,8.扫查 原则： 1）保证试件的整个检查区有足够的声束覆盖以避免漏检； 2）扫查过程中声束入射方向始终符合规定。 （1）扫查方式 圆盘、长条形、大型轴类,（2）扫查速度 （3）接触的稳定性 （4）同步与协调（双探头探伤）,第4-7次课(基础知识),32,9.缺陷位置和长度的确定

14、 （1）缺陷平面位置的确定 获得缺陷的最大反射波所在的位置。（接触法） （2）缺陷埋藏深度的确定 荧光屏的水平刻度上读出。 （3）缺陷长度的确定,半波高度法（6dB法 ） 适用范围：缺陷面积大于声束截面。,第4-7次课(基础知识),33,L,方法：,第4-7次课(基础知识),34,（1）缺陷本身的大小、形状、取向、表面状态及内含物（和基体声阻抗不匹配），以及缺陷的埋藏深度； （2）仪器和探头的特性及它们之间的连接和匹配； （3）试件探测面的形状、粗糙度、基体组织结构等； （4）耦合条件,10.影响缺陷回波幅度的因素,第4-7次课(基础知识),35,二、典型构件的超声检测技术,1大型锻件超声检测

15、 （1）锻件的特点 特点： a.其组织经热变形可以变得很细 b.缺陷的取向、形态和分布情况受变形量和变形方向影响明显 c.缺陷多呈现面积型或长条形的特点，适宜于超声检测。,第4-7次课(基础知识),36,（2）锻件中最常见缺陷 缺陷来源：a.由铸锭中缺陷引起的缺陷 b.锻造过程及热处理中产生的缺陷,1）缩孔 2）缩松 3）夹杂物 4）裂纹 5）折叠 6）白点 钢锻件中由于氢的存在所产生的小裂纹。,第4-7次课(基础知识),37,（3）锻件超声检测的特点 检测方法：常采用直探头纵波脉冲反射法。 探头频率：210MHz，对组织很细的锻件可选10MHz以上的。 声束入射方向：尽可能使声束方向与锻造流

16、线方向垂直。（见教材P40） 检测时机：原则上应选择在热处理后，冲孔、开槽等精加工工序之前进行。,第4-7次课(基础知识),38,2铸件缺陷的检测 （1）铸件的特点 a.组织不均匀，一般来说晶粒比较粗大； b.组织不致密 c.表面粗糙，形状复杂 d.缺陷的种类和形状复杂,（2）铸件超声检测的特点 a.超声波穿透性差,?,b.杂波干扰严重 c.缺陷检测要求较低,第4-7次课(基础知识),39,（3）铸件检测常用技术 检测技术 a.反射法 适用于：内部质量较好的铸件 b.底波衰减法,检测条件 a.检测频率的选择 由铸件厚度及其热处理状态决定。 厚度不大又经过热处理，材质得到改善的铸件25MHz 厚

17、度较大或未经热处理的铸件0.51MHz b.耦合剂的选择 粘度较大的耦合剂 ,或用水浸法,第4-7次课(基础知识),40,3小型压力容器壳体超声检测 方法：斜探头横波检测+表面波探头。壁厚小于3mm的薄壳体只可用表面法检测。 注意事项：将探头斜楔磨制成与工件相同曲率的球面；K值1.52，频率2.55MHz。,第4-7次课(基础知识),41,4焊缝检测 （1）常用的焊接接头形式与常用坡口形式,对接接头 搭接接头 T型接头 角接接头,（2）焊缝中的常见缺陷 1）外部缺陷：焊缝尺寸不合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面裂纹、烧穿等； 2）内部缺陷：夹渣、夹杂物、未焊透、未熔合、气孔、裂纹等。,第4-7次

18、课(基础知识),42,（3）焊缝检测常用方法 内部缺陷：射线检测。 缺点：不容易发现裂纹和未焊透，尤其是微裂纹和轻微未焊透。因此可用超声检测焊缝裂纹和未焊透。,超声检测方法： 横波探伤横波斜探头在焊缝两侧作直接接触扫查。 探头频率：22.5MHz（为提高分辨力可用5MHz） 探头角度：主要由工件厚度决定，同时考虑焊缝形状和缺陷位置和方向。工件越厚，入射角越小。,第4-7次课(基础知识),43,三、超声波测量技术 1声速的测量,2厚度的测量,德国超声波测厚仪,日本超声波测厚仪,第4-7次课(基础知识),44,第十节 横波探伤要点,横波探伤：利用横波进行探伤的方法。 产生横波的方法：利用透声斜楔使

19、纵波斜入射至界面，在被检试件中产生折射横波。,第4-7次课(基础知识),45,一次波,跨距,跨距点,0.5跨距:,0.5跨距的声程:,第4-7次课(基础知识),46,一、探伤前的准备 1频率、探头尺寸及耦合剂的选择 在同一种材料中横波的速度约为纵波的一半，因此对同一频率的超声波的波长也约减小至一半，故而指向性更好，分辨力更好，检测灵敏度可更高，但声衰减会更大，穿透能力会降低。 2折射角的选择 横波检测的声程范围一般应在近场影响区以外，以利于缺陷定量，但太远则会因衰减造成声能损失太大而影响灵敏度，一般在1N5N之间。 横波探伤的波次最好用一次、二次波。（可减小因表面粗糙而造成的声能损失） 欲满足

20、波次和声程的选择，对于给定的试件厚度，探头折射角度应适当选择，对于薄试件要用较少波次检测而声程范围又要时钟，探头折射角需选择大些。,第4-7次课(基础知识),47,3斜探头入射点的测定 入射点：斜探头超声波束中心线入射探伤面的一点。 斜探头在使用过程中斜楔会磨损，使标记入射点的位置偏移，因此在使用前要校正入射点。在使用过程中也要根据使用状态进行校正。 采用IIW试块进行测定。,折射角的选择,第4-7次课(基础知识),48,4斜探头主声束偏离的测定及是否有双峰的测定 将探头对准IIW试块上的的棱边，前后移动，在找出最大反射波时再前后移动探头并观察荧光屏，如再前后移动探头时反射波的幅度随之下降，说

21、明探头无双峰。如再前后移动时反射波幅度下降后又回升出现另一峰值，则说明探头发射的声束有双峰，不宜采用。 5斜探头在钢中折射角的测定 根据折射角的大小，须将探头放在IIW试块不同的位置进行测量。 6零点校正与测定范围的调整 零点校正：在横波探伤中，为了定位方便，需要将声波在斜楔中的传播时间扣除，以便将探头的入射点作为声程计算的零点，扣除这段声程的作业就叫零点校正。,第4-7次课(基础知识),49,8距离幅度校正曲线的制作 相同大小的的缺陷，因声程不同，其回波幅度也不同。因此进行超声波探伤时，如要根据缺陷回波幅度判定缺陷是否有害就必须按不同声程对回波幅度进行修正。 9探伤灵敏度的调整 即用指定的用

22、于调整灵敏度的试块中的反射体调整探伤仪的增益，使反射体的回波达到指定的幅度。,7入射点、折射点和测量范围的综合校正 用IIW标准试块测定折射角时，50mm孔的回波声程W与折射角之间的关系为： 标称折射角45：（W45+25）cos=70 标称折射角60：（W60+25）cos=70 标称折射角70：（W70+25）cos=30,第4-7次课(基础知识),50,二、探伤作业 1扫查 基本方法：前后扫查、左右扫查、转动扫查和环绕扫查 2缺陷位置的确定 3缺陷当量值的确定 通过将缺陷回波幅度与所用试块中相同埋深的人工缺陷回波幅度进行对比，从而确定其当量值。 4缺陷长度的测定 （1）波高衰减法 1）最

23、大波高衰减法 2）端点最大波高衰减法 3）最大波高衰减深度修正法 （2）法高限度法,第4-7次课(基础知识),51,三、横波探伤的程序,了解检测对象选定探伤面选定探伤仪、探头（频率、折射角、晶片尺寸等）选定测定范围校正入射点、检查声束偏离及是否有双峰调整测定范围校正折射角综合校正验证距离幅度校正曲线调整灵敏度休整探伤面划出扫查线（必要时）探伤评定缺陷 最后给出记录和报告,第4-7次课(基础知识),52,第二章 射线检测,概 述,射线检测：利用各种射线的穿透性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度不同，对被检工件的质量、尺寸、特性等作出判断。,第4-7次课(基础知识),53,优点： （1）几乎适用于所有材料，且对零件形状及其表面粗糙度没有严格要求； （2）射线检测图像较直观，对缺陷尺寸和性质的判断比较容易； （3）射线底片能长期存档，便于分析事故原因。,缺点： （1）对平面缺陷的检测灵敏度较低，当裂纹面与射线近于垂直时就很难检测出来； （2）成本相对来说较高，检验周期相对较长； （3）射线对人体有害，需要有防护设备。,第4-7次课(基础知识),54,课堂练习 1.当任务给定时，选择超声波检测仪和探头时应对哪些方面进行考虑？ 2.试述超声波传播过程中产生衰减的原因和规律。 3.为提高检测结果的可靠性，应对被检试件进行哪些了解？,