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超声波原理(lǐ)

声波是物(wù)體(tǐ)机械振动状态(或能(néng)量)的传播形式。所谓振动是指物(wù)质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如,鼓面经敲击后,它就上下振动,这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播,这便是声波。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒(miǎo)的振动次数(频率)甚高,超出了人耳听觉的上限(20000Hz),人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可(kě)闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动,通常以纵波的方式在弹性介质内会传播,是一种能(néng)量的传播形式,其不同点是超声频率高,波長(cháng)短,在一定距离内沿直線(xiàn)传播具有(yǒu)良好的束射性和方向性,目前腹部超声成象所用(yòng)的频率范围在2∽5兆Hz之间,常用(yòng)為(wèi)3∽3.5兆Hz(每秒(miǎo)振动1次為(wèi)1Hz,1兆Hz=10^6Hz,即每秒(miǎo)振动100万次,可(kě)闻波的频率在16-20,000HZ之间)。运用(yòng)超声检测的方法来检测的仪器称之為(wèi)超声波探伤仪。它的原理(lǐ)是:超声波在被检测材料中传播时,材料的声學(xué)特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响,通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能(néng)和结构变化的技术称為(wèi)超声检测。超声检测方法通常有(yǒu)穿透法、脉冲反射法、串列法等。

1、 超声检测
超声波检测是无损检测方法之一,无损检测是在不破坏前提下,检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称。常规无损检测方法有(yǒu):超声检测Ultrasonic Testing(缩写 UT); 射線(xiàn)检测 Radiographic Testing(缩写 RT); 磁粉检测Magnetic particle Testing(缩写 MT); 渗透检验 Penetrant Testing (缩写 PT);涡流检测Eddy current Testing(缩写 ET);
2、 超声波探伤仪
运用(yòng)超声检测的方法来检测的仪器称之為(wèi)超声波探伤仪。它的原理(lǐ)是:超声波在被检测材料中传播时,材料的声學(xué)特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响,通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能(néng)和结构变化的技术称為(wèi)超声检测。超声检测方法通常有(yǒu)穿透法、脉冲反射法、串列法等

 

超声波探伤是利用(yòng)超声能(néng)透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法,当超声波束自零件表面由探头通至金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分(fēn)别发生反射波来,在荧光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小(xiǎo)。

  利用(yòng)材料及其缺陷的声學(xué)性能(néng)差异对超声波传播的影响来检验材料内部缺陷的无损检验方法。现在广泛采用(yòng)的是观测声脉冲在材料中反射情况的超声脉冲反射法,此外还有(yǒu)观测穿过材料后的入射声波振幅变化的穿透法等。常用(yòng)的频率在0.5~5MHz之间。

  常用(yòng)的检验仪器為(wèi)A型显示脉冲反射式超声波探伤仪。根据仪器示波屏上反射信号的有(yǒu)无、反射信号和入射信号的时间间隔、反射信号的高度,可(kě)确定反射面的有(yǒu)无、其所在位置及相对大小(xiǎo)。仪器的基本结构和原理(lǐ)见图1。

  超声波在介质中传播时有(yǒu)多(duō)种波型,检验中*常用(yòng)的為(wèi)纵波、横波、表面波和板波。用(yòng)纵波可(kě)探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物(wù)、裂缝、缩管、白点、分(fēn)层等缺陷;用(yòng)横波可(kě)探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷;用(yòng)表面波可(kě)探测形状简单的制件上的表面缺陷;用(yòng)板波可(kě)探测薄板中的缺陷。

  在A型探伤仪的基础上发展而成的B型、C型探伤仪,可(kě)得到不同方向反射面的信号,也可(kě)将B型、C型显示组合以得到材料的内部反射面的三维显示图。

  上述各种探伤仪均利用(yòng)脉冲電(diàn)信号激励压電(diàn)换能(néng)器发射超声波,但也可(kě)用(yòng)涡流声换能(néng)器来检验导電(diàn)材料。这种换能(néng)器的换能(néng)过程在被探伤件表面进行,无须与材料接触,也不需要耦合剂,就可(kě)检验表面粗糙和温度高至500℃以上的金属材料,在冶金工业中应用(yòng)较多(duō)。

  超声波在材料中传播,由于吸收和散射等,强度会衰减,因此测量在诸如真空自耗炉中熔炼的合金材料中的衰减,有(yǒu)可(kě)能(néng)无损地了解材料组织均匀性的情况。

  脉冲反射式超声波法同其他(tā)无损检验方法相比

  主要优点是:

  ①穿透能(néng)力强,探测深度可(kě)达数米;

  ②灵敏度高,可(kě)发现与直径约十分(fēn)之几毫米的空气隙反射能(néng)力相当的反射體(tǐ);

  ③在确定内部反射體(tǐ)的位向、大小(xiǎo)、形状及性质等方面较為(wèi)准确;

  ④仅须从一面接近被检验的物(wù)體(tǐ);

  ⑤可(kě)立即提供缺陷检验结果;

  ⑥操作**,设备轻便。

  主要缺点是:

  ①要由有(yǒu)经验的人员谨慎操作;

  ②对粗糙、形状不规则、小(xiǎo)、薄或非均质材料难以检查;

  ③对所发现缺陷作十分(fēn)准确的定性、定量表征仍有(yǒu)困难。

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