《超聲波探傷》課件

超聲波探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要分支廣泛應(yīng)用于工業(yè)質(zhì)量控制課程目標(biāo)1掌握超聲波探傷基本原理理解超聲波在材料中的傳播規(guī)律2熟悉探傷設(shè)備操作技能能夠獨(dú)立進(jìn)行基本探傷作業(yè)3了解缺陷識(shí)別與評(píng)估方法正確解讀探傷結(jié)果認(rèn)識(shí)新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)超聲波的基本概念定義頻率高于20kHz的機(jī)械波產(chǎn)生方式通過(guò)壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換電能為機(jī)械能探傷頻率通常在0.5MHz至25MHz之間超聲波的物理特性波長(zhǎng)與頻率成反比，影響分辨率速度與材料彈性和密度有關(guān)衰減傳播過(guò)程中能量逐漸減弱阻抗決定界面反射和透射比例超聲波在材料中的傳播縱波振動(dòng)方向與傳播方向平行1橫波振動(dòng)方向與傳播方向垂直2表面波沿材料表面?zhèn)鞑?板波在薄板結(jié)構(gòu)中傳播4超聲波的產(chǎn)生與接收1電脈沖激勵(lì)高頻電信號(hào)輸入探頭2壓電晶片振動(dòng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能3超聲波在介質(zhì)中傳播通過(guò)耦合劑進(jìn)入被檢材料4反射波接收探頭接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)壓電效應(yīng)原理正壓電效應(yīng)機(jī)械壓力產(chǎn)生電荷用于接收超聲波逆壓電效應(yīng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變用于發(fā)射超聲波常用壓電材料壓電陶瓷(PZT)石英晶體聚合物PVDF常見(jiàn)超聲波探頭類型直探頭垂直入射，適合測(cè)厚和平行缺陷檢測(cè)斜探頭傾斜入射，適合焊縫和不規(guī)則缺陷檢測(cè)雙晶探頭分離發(fā)射和接收，減少死區(qū)影響表面波探頭產(chǎn)生表面波，檢測(cè)表面近區(qū)缺陷超聲波探傷的基本原理1信號(hào)評(píng)估分析回波特征判斷缺陷2回波接收探頭接收反射或透射波3波與缺陷相互作用界面反射、散射、衍射4超聲波傳播在被檢材料中按聲學(xué)規(guī)律傳播脈沖反射法1發(fā)射超聲脈沖探頭向材料發(fā)射短脈沖2波在材料中傳播遇界面或缺陷產(chǎn)生反射3接收反射回波同一探頭接收回波信號(hào)透射法發(fā)射探頭產(chǎn)生超聲波被檢材料有缺陷則信號(hào)衰減接收探頭檢測(cè)穿過(guò)材料的聲能共振法調(diào)諧頻率使超聲波頻率可變尋找共振條件當(dāng)厚度為半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)產(chǎn)生共振測(cè)量共振頻率根據(jù)共振頻率計(jì)算厚度或檢測(cè)分層超聲波探傷儀的組成脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高壓電脈沖激勵(lì)探頭接收放大器放大微弱回波信號(hào)顯示系統(tǒng)顯示波形和缺陷信息信號(hào)處理單元濾波、整形和數(shù)字化處理超聲波探傷儀的工作原理脈沖激勵(lì)發(fā)射器產(chǎn)生高壓窄脈沖1聲波發(fā)射探頭將電能轉(zhuǎn)換為超聲波2聲波接收回波被探頭接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)3信號(hào)處理放大、濾波后顯示波形4A掃描顯示方式基本原理橫軸表示時(shí)間/距離，縱軸表示波幅特點(diǎn)一維顯示，實(shí)時(shí)性好應(yīng)用最常用的顯示方式，適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)檢測(cè)B掃描顯示方式基本原理橫軸表示探頭位置，縱軸表示聲程回波強(qiáng)度用亮度或顏色表示特點(diǎn)二維截面圖像直觀顯示缺陷位置和尺寸應(yīng)用適合線掃描檢測(cè)缺陷形態(tài)分析C掃描顯示方式航空航天復(fù)合材料精密鑄件電子行業(yè)其他超聲波探傷的優(yōu)勢(shì)與局限性優(yōu)勢(shì)探測(cè)深度大靈敏度高定位精確無(wú)輻射危害局限性需要耦合劑對(duì)材料聲學(xué)性能依賴大表面粗糙度影響大操作技術(shù)要求高超聲波探傷的應(yīng)用領(lǐng)域超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)概述國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO16810、ISO22825等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3559、GB/T11259等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB4730、SY/T4109等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)特定需求制定探頭的選擇原則1頻率選擇高頻高分辨率，低頻穿透力強(qiáng)2尺寸確定大探頭靈敏度高，小探頭適應(yīng)性好3類型選擇根據(jù)缺陷特征和檢測(cè)要求選擇4焦點(diǎn)設(shè)計(jì)焦點(diǎn)探頭提高特定深度靈敏度直探頭與斜探頭的特點(diǎn)直探頭垂直入射以縱波為主適合平行缺陷測(cè)厚和背反射法斜探頭傾斜入射以橫波為主適合垂直缺陷焊縫檢測(cè)首選耦合劑的作用與選擇作用原理填充探頭與工件間空隙，消除聲阻抗差異常用種類水、機(jī)油、甘油、專用耦合劑選擇因素表面狀態(tài)、溫度、材料兼容性探傷靈敏度調(diào)節(jié)參考試塊選擇選擇合適標(biāo)準(zhǔn)試塊回波高度設(shè)定調(diào)整增益使人工缺陷回波達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度評(píng)定靈敏度引入評(píng)定增益或掃查增益校驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)設(shè)備穩(wěn)定性距離-波幅曲線（DAC）100%近場(chǎng)基準(zhǔn)反射最近處人工缺陷回波高度80%中場(chǎng)衰減中等距離處的相對(duì)波幅50%遠(yuǎn)場(chǎng)衰減最遠(yuǎn)處的相對(duì)波幅時(shí)間-相關(guān)增益（TCG）原理根據(jù)聲程自動(dòng)補(bǔ)償增益設(shè)置方法記錄不同深度相同反射體回波優(yōu)點(diǎn)使不同深度缺陷回波保持一致缺陷定位方法聲程法通過(guò)聲波傳播時(shí)間計(jì)算距離三角測(cè)量法利用幾何關(guān)系計(jì)算橫向位置掃查成像法系統(tǒng)掃查構(gòu)建缺陷分布圖缺陷尺寸測(cè)量方法精度(mm)適用性(分)缺陷類型判別氣孔點(diǎn)狀回波，波幅低，衰減快夾雜小平面回波，方向性強(qiáng)裂紋線性缺陷，角度敏感未焊透連續(xù)線性回波，位置固定焊縫超聲波探傷1焊縫準(zhǔn)備表面清理，坡口檢查2掃查方式確定根據(jù)焊縫類型選擇掃查角度和方法3系統(tǒng)缺陷檢出全覆蓋檢測(cè)，確保無(wú)遺漏鑄件超聲波探傷特點(diǎn)組織粗大，散射強(qiáng)技巧選擇低頻探頭，提高增益常見(jiàn)缺陷縮孔、氣孔、夾渣鍛件超聲波探傷1預(yù)處理表面加工，去除氧化皮2靈敏度設(shè)置根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇參考當(dāng)量尺寸3全面掃查多角度、多方向確保檢測(cè)充分4缺陷評(píng)定按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合格判定管道超聲波探傷1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在線檢測(cè)，無(wú)需停產(chǎn)2腐蝕檢測(cè)測(cè)量壁厚變化3焊縫檢查環(huán)焊縫、縱焊縫探傷4材質(zhì)檢驗(yàn)基體材料完整性評(píng)估復(fù)合材料超聲波探傷特點(diǎn)多層結(jié)構(gòu)，各向異性強(qiáng)難點(diǎn)衰減大，背景噪聲高檢測(cè)方法以C掃描為主，透射法輔助超聲波厚度測(cè)量0.05mm最高精度高端測(cè)厚儀可達(dá)到的精度0.8mm最小測(cè)量常規(guī)設(shè)備可測(cè)量的最小厚度300mm最大測(cè)量低頻探頭可測(cè)量的最大厚度相控陣超聲波技術(shù)簡(jiǎn)介多陣元控制獨(dú)立控制多個(gè)壓電元件1電子掃查通過(guò)延時(shí)控制形成聲束2動(dòng)態(tài)聚焦實(shí)現(xiàn)不同深度的最佳聚焦3實(shí)時(shí)成像快速生成缺陷圖像4相控陣超聲波探傷的優(yōu)勢(shì)相控陣探頭的工作原理延時(shí)控制精確控制各元件發(fā)射時(shí)序波前合成多個(gè)元素波形疊加形成主波束動(dòng)態(tài)接收接收時(shí)采用匹配的延時(shí)策略相控陣掃描方式扇形掃描不同角度的聲束覆蓋扇形區(qū)域線性掃描固定角度，線性移動(dòng)聲束復(fù)合掃描扇形掃描與線性掃描結(jié)合全聚焦技術(shù)（TFM）基本原理利用全矩陣捕獲數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像每個(gè)像素點(diǎn)都處于焦點(diǎn)狀態(tài)特點(diǎn)分辨率高信噪比優(yōu)定位精確應(yīng)用復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測(cè)高精度缺陷評(píng)估超聲波導(dǎo)波技術(shù)長(zhǎng)距離傳播沿管道或板材傳播數(shù)十米1全截面檢測(cè)一次檢測(cè)覆蓋整個(gè)截面2低頻特性典型頻率為20-100kHz3多模態(tài)存在多種波模，需合理選擇4導(dǎo)波在管道檢測(cè)中的應(yīng)用環(huán)形換能器圍繞管道產(chǎn)生圓周對(duì)稱激勵(lì)信號(hào)分析通過(guò)波形判斷缺陷位置和嚴(yán)重程度現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用檢測(cè)保溫層下、埋地及穿墻管道超聲波探傷系統(tǒng)校準(zhǔn)1時(shí)基校準(zhǔn)確保水平刻度準(zhǔn)確2靈敏度校準(zhǔn)設(shè)置正確檢測(cè)靈敏度3角度校準(zhǔn)驗(yàn)證斜探頭折射角4分辨率校準(zhǔn)確認(rèn)系統(tǒng)分辨能力常用校準(zhǔn)試塊介紹CSK-IA試塊時(shí)基和靈敏度校準(zhǔn)CSK-IIA試塊角度和靈敏度校準(zhǔn)CSK-IIIA試塊距離-波幅曲線校準(zhǔn)階梯試塊直探頭校準(zhǔn)探傷靈敏度校準(zhǔn)方法選擇參考試塊與被檢材料聲學(xué)性能相近參考反射體定位找到人工缺陷的反射信號(hào)調(diào)整增益使回波高度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄校準(zhǔn)參數(shù)探傷系統(tǒng)的日常維護(hù)1儀器保養(yǎng)防塵、防水、防震、避免極端溫度2探頭維護(hù)防止磨損，定期檢查聲束特性3連接線檢查確保無(wú)斷線、短路現(xiàn)象4性能驗(yàn)證定期校準(zhǔn)，確保測(cè)量穩(wěn)定性超聲波探傷報(bào)告的編寫探傷結(jié)果的分析與評(píng)價(jià)1結(jié)論判定綜合評(píng)定缺陷危害性2缺陷分類按類型和嚴(yán)重程度分級(jí)3數(shù)據(jù)分析對(duì)探傷數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析4信號(hào)識(shí)別區(qū)分缺陷信號(hào)與干擾信號(hào)超聲波探傷質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)制定建立規(guī)范的檢測(cè)規(guī)程1操作培訓(xùn)確保人員技能符合要求2設(shè)備管理定期校準(zhǔn)與維護(hù)3結(jié)果審核多級(jí)檢查保證結(jié)果可靠4探傷人員資質(zhì)要求1I級(jí)人員按程序操作，記錄結(jié)果2II級(jí)人員設(shè)置檢測(cè)參數(shù)，評(píng)定缺陷3III級(jí)人員制定檢測(cè)方案，培訓(xùn)指導(dǎo)超聲波探傷安全注意事項(xiàng)電氣安全確保設(shè)備接地良好，防止觸電化學(xué)防護(hù)正確使用耦合劑，避免皮膚刺激人體工程學(xué)注意作業(yè)姿勢(shì)，避免重復(fù)性損傷現(xiàn)場(chǎng)安全注意高空作業(yè)和特殊環(huán)境防護(hù)新型超聲波探傷技術(shù)發(fā)展相控陣技術(shù)多元件電子掃查導(dǎo)波技術(shù)長(zhǎng)距離快速檢測(cè)TOFD技術(shù)精確測(cè)量缺陷高度無(wú)耦合技術(shù)激光超聲和電磁超聲超聲波探傷與其他無(wú)損檢測(cè)方法的比較檢測(cè)方法檢測(cè)深度缺陷靈敏度便攜性成本超聲波很好高好中等射線很好高差高渦流淺表面高好低磁粉表面中好低超聲波探傷在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)構(gòu)檢測(cè)機(jī)身骨架、蒙皮連接處檢測(cè)復(fù)合材料碳纖維構(gòu)件層間剝離檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)部件渦輪葉片、盤類零件裂紋檢測(cè)超聲波探傷在核電領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用場(chǎng)景壓力容器檢測(cè)管道系統(tǒng)檢查關(guān)鍵閥門探傷技術(shù)要求高可靠性良好記錄性遠(yuǎn)程操作能力特殊挑戰(zhàn)輻射環(huán)境高溫條件特殊材料超聲波探傷在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用85%設(shè)備腐蝕檢測(cè)儲(chǔ)罐、管道、換熱器腐蝕減薄監(jiān)測(cè)90%焊縫質(zhì)量控制管道、壓力容器焊縫探傷70%在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用不停產(chǎn)條件下設(shè)備狀態(tài)評(píng)估超聲波探傷在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用超