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超聲波檢測技術

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超聲波檢測技術

發布日期:2018-03-19 作者:南通香蕉视频app污片在线观看電子有限公司 點擊:

超聲波檢測技術

什麽是超聲波?超聲波有什麽特性?

聲波是指人耳能感受到的一種縱波,其頻率範圍為16Hz~2KHz。當聲波的頻率低於16Hz時就叫做次聲波,高於2KHz則稱為超聲波。一般把頻率在2KHz到25MHz範圍的聲波叫做超聲波。它是由機械振動源在彈性介質中激發的一種機械振動波,其實質是以應力波的形式傳遞振動能量,其必要條件是要有振動源和能傳遞機械振動的彈性介質(實際上包括了幾乎所有的氣體、液體和固體),它能透入物體內部並可以在物體中傳播。利用超聲波在物體中的多種傳播特性,例如反射與折射、衍射與散射、衰減、諧振以及聲速等的變化,可以測知許多物體的尺寸、表麵與內部缺陷、組織變化等等,因此是應用最廣泛的一種重要的無損檢測技術--超聲檢測技術。例如用於醫療上的超聲診斷(如B超)、海洋學中的聲納、魚群探測、海底形貌探測、海洋測深、地質構造探測、工業材料及製品上的缺陷探測、硬度測量、測厚、顯微組織評價、混凝土構件檢測、陶瓷土坯的濕度測定、氣體介質特性分析、密度測定……等等。

超聲波具有如下特性:

1)超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。

2)超聲波可傳遞很強的能量。

3)超聲波會產生反射、幹涉、疊加和共振現象。

4)超聲波在液體介質中傳播時,達到一定程度的聲功率就可在液體中的物體界麵上產生強烈的衝擊(基於“空化現象”)--從而引出了“功率超聲應用“技術--例如“超聲波清洗”、“超聲波鑽孔”、“超聲波去毛刺”(統稱“超聲波加工”)等。

5)利用強功率超聲波的振動作用,還可用於例如塑料等材料的“超聲波焊接”。

工業無損檢測技術中應用的超聲波檢測(Ultrasonic Testing,簡稱UT)是無損檢測技術中發展最快、應用最廣泛的無損檢測技術,占有非常重要的地位。

   在超聲波檢測技術中用以產生和接收超聲波的方法最主要利用的是某些晶體的壓電效應,即壓電晶體(例如石英晶體、鈦酸鋇及鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷)在外力作用下發生變形時,將有電極化現象產生,即其電荷分布將發生變化(正壓電效應),反之,當向壓電晶體施加電荷時,壓電晶體將會發生應變,亦即彈性變形(逆壓電效應)。因此,利用壓電晶體製成超聲波換能器(探頭),對其輸入高頻電脈衝,則探頭將以相同頻率產生超聲波發射到被檢物體中去,在接收超聲波時,探頭則產生相同頻率的高頻電信號用於檢測顯示。

    除了利用壓電效應以外,在某些情況下也利用磁致伸縮效應(強磁材料在磁化時會發生變形的現象,可用作振源或用於應變測量),也有利用電動力學方法(例如本章後麵敘述的電磁-聲或渦流-聲方法)。

超聲波在彈性介質中傳播時,視介質支點的振動型式與超聲波傳播方向的關係,可以把超聲波分為以下幾種波型:

(1)縱波(Longitudional Wave,簡稱L波,又稱作壓縮波、疏密波)-縱波的特點是傳聲介質的質點振動方向與超聲波的傳播方向相同(見右圖所示)

(2)橫波(Shear Wave,簡稱S波,又稱作Transverse wave,簡稱T波,也稱為切變波或剪切波)-橫波的特點是傳聲介質的質點振動方向與超聲波的傳播方向垂直,並且視質點振動平麵與超聲波傳播方向的關係又分為垂直偏振橫波(SV波,這是工業超聲檢測中最常應用的橫波)和水平偏振橫波(SH波,也稱為Love Wave-樂甫波,實際上就是地震波的震動模式)

  3)表麵波(Surface Wave)-在工業超聲檢測中應用的表麵波主要是指超聲波沿介質表麵傳遞,而傳聲介質的質點沿橢圓形軌跡振動的瑞利波(Rayleigh Wave,簡稱R波,如左圖所示),瑞利波在介質上的有效透入深度隻有一個波長的範圍,因此隻能用於檢查介質表麵的缺陷,不能像縱波與橫波那樣深入介質內部傳播,從而可以檢查介質內部的缺陷。此外,水平偏振橫波(SH波,也稱為Love Wave-樂甫波)也是一種沿表麵層傳播的表麵波,實際上就是地震波的振動模式,不過目前在工業超聲檢測中尚未獲得實際應用。

4)蘭姆波(Lamb Wave)-這是一種由縱波與橫波疊加合成,以特定頻率被封閉在特定有限空間時產生的製導波(guide Wave)。在工業超聲檢測中,主要利用蘭姆波來檢測厚度與波長相當的薄金屬板材,因此也稱為板波(Plate Wave,簡稱P波)。蘭姆波在薄板中傳遞時,薄板上下表麵層質點沿橢圓形軌跡振動,而薄板中層的質點將以縱波分量或橫波分量形式振動,從而構成全板振動,這是蘭姆波檢測的顯著特征。根據薄板中層的質點是以縱波分量或橫波分量形式振動,可以分為S模式(對稱型)和A模式(非對稱型)兩種模式的蘭姆波(如下圖所示)。

在細棒和薄壁管中也能激發出蘭姆波,此時稱為扭曲波、膨脹波等。

        

    除了上述四種主要的應用波型外,現在已經發展應用的還有頭波(Head Wave)和爬波(Creeping Longitudional Wave,又稱作爬行縱波),特別是後者能夠以縱波的速度在介質表麵下傳遞,適合用於檢測表麵特別粗糙,或者表麵存在不鏽鋼堆焊層等情況下的近表層缺陷檢測。

                     

    超聲波在介質中的傳播速度C(與介質、波型等有關)、振動頻率f(單位時間內完成全振動的次數,以每秒一次為1個赫茲-Hz)和超聲波的波長λ(超聲波完成一次全振動時所傳遞的距離)三者有如下關係:C=λ·f

應當注意在不同介質中以及不同的超聲波波型具有不同的傳播速度。

超聲波具有波長短、沿直線傳播(在許多場合可應用幾何聲學關係進行分析研究)、指向性好,能在固體中傳播,並能進行波型轉換等特點,其傳播特性包括反射與折射、衍射與散射、衰減、諧振、聲速等多種變化,因此其適用範圍非常廣泛,包括了金屬、非金屬,鍛件、鑄件、焊接件、型材、膠接結構與複合材料、緊固件等等。

超聲波檢測的優點是穿透力強、設備輕便、檢測成本低、檢測效率高,能即時知道檢測結果(實時檢測),能實現自動化檢測和實現永久性記錄,在缺陷檢測中對危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等等。

超聲波檢測的缺點是通常需要耦合介質使聲能透入被檢物,需要有參考評定標準,特別是顯示的檢測結果不直觀,因而對操作人員的技術水平有較高要求等等,此外,對於小而薄或者形狀較複雜,以及粗晶材料等的工件檢測還存在一定困難。

在彈性介質中傳播的超聲波遇到異質界麵時會發生反射與折射,並有波型轉換發生。

在超聲波檢測中利用超聲波在界麵上的折射特性主要用於達到波型轉換的目的,例如把一般壓電晶體產生的縱波轉換成橫波、瑞利波、蘭姆波等,以適應不同工件及不同情況下的檢測,其轉換條件與界麵兩側解職的聲速比(折射率)和入射、折射角度(正弦函數)相關:sinα/C1=sinβ/C2(見右圖所示:α為入射角,C1為第一介質中入射超聲波的速度;β為反射或折射角,C2為在第一介質中反射或者在第二介質中折射超聲波的速度。在相同介質中相同波型有相同的波速,因此對於L反的反射角β與L的入射角α相同,在同一介質中橫波的速度小於縱波速度,因此對於反射橫波S反的反射角β小於L的入射角α;從折射情況來看,也同樣是由於在同一介質中橫波的速度小於縱波速度,因此折射橫波S折的折射角小於折射縱波L折的折射角,上麵所述的數學式也稱為斯涅爾定律-折射定律)。


在超聲波檢測中利用超聲波的反射特性主要用於探測材料中的缺陷。下麵以最常用的A型顯示(波形顯示)的超聲脈衝反射法探測為例

 

超聲波反射與折射時的波型轉換

    超聲波探傷儀的高頻脈衝電路產生高頻脈衝振蕩電流施加到超聲換能器(探頭)中的壓電晶體上,激發出超聲波並傳入被檢工件,超聲波在被檢工件中傳播時,若在聲路(超聲波的傳播路徑)上遇到缺陷(異質)時,將會在界麵上產生反射,反射回波被探頭接收轉換成高頻脈衝電信號輸入探傷儀的接收放大電路,經過處理後在探傷儀的顯示屏上顯示出與回波聲壓大小成正比的回波波形(圖形),根據顯示的回波幅度大小可以評估缺陷大小,顯示屏上的水平掃描線(時基線)可以調整為與超聲波在該介質中傳播時間(距離)成正比(俗稱“定標”),然後就可以根據回波在顯示屏水平掃描線上的位置判定缺陷在工件中的位置。利用工件底麵回波在水平掃描線上的位置,還可用於測定工件的厚度(如左圖所示)。  

超聲波所占的空間稱為超聲場,其結構如下右圖所示,它包括近場(N為近場長度)和遠場兩個部分。在近場區中的聲壓分布是不均勻的,而在遠場區中的聲壓則隨著距離的增大呈單調下降變化。近場區的長度與換能器的晶片直徑和超聲波的波長有關,在近場區的超聲波束呈收斂狀態,在近場區末端,亦即從近場區進入遠場區的過渡點上聲束直徑最小(故也將此點稱作自然焦點),進入遠場區後聲束將以一定角度發散,聲束邊緣的斜度以半擴散角θ表示,聲束的半擴散角同樣與換能器的晶片直徑和超聲波的波長有關。

因此,在超聲檢測中為了能根據回波幅度大小評估缺陷大小,當被檢工件尺寸較小,落在近場區範圍時,通常需要采用參考對比試塊進行比較評定,參考試塊的材料、狀態(聲學特性)應與被檢物相同或相近,並且含有已知尺寸的特定人工反射體(例如平底孔、橫孔、柱孔、刻槽等),將發現的缺陷回波幅度與相同聲程(超聲波傳播路程)的人工反射體回波幅度比較,得到以人工反射體尺寸表示的缺陷當量大小。

             

在遠場檢測時,由於工件尺寸較大,要預先製作相應尺寸的試塊有困難,而且搬運、使用均很不方便。鑒於遠場中的聲壓隨著距離的增大呈單調下降變化,各種人工反射體的回波聲壓變化是有規律可循的,因此可以采用計算方法或事先測繪製作的距離-波幅曲線(稱作AVG法或DGS法)來確定檢測靈敏度以及評定缺陷的當量大小。

必須指出:超聲檢測中評定的缺陷當量大小,是指缺陷的回波幅度與一定尺寸的人工反射體的回波幅度相同,但是缺陷的實際尺寸與標準人工反射體的尺寸並不相同,這是因為缺陷的回波幅度大小受被檢工件的材料以及缺陷本身的性質、大小、形狀、取向、表麵狀態等多種因素的影響,同時還與超聲波的自身特性有關,因此引入了“當量”-相當的量這個概念作為定量衡量缺陷大小的標準。例如香蕉视频app污破解版說經過超聲檢測發現被檢工件內的某個位置處存在Φ2mm直徑平底孔當量的缺陷,就是指該缺陷的回波幅度與工件內相同位置處Φ2mm直徑平底孔(平底孔的孔底麵與超聲束軸線垂直,並且同軸)的回波幅度相同,然而該缺陷的實際麵積尺寸往往大於Φ2mm直徑平底孔的底麵麵積。此外,根據超聲檢測的結果判斷缺陷的性質(定性)問題尚未很好解決,目前還主要是依靠檢測人員的實踐經驗、技術水平以及對被檢工件的材料特性、加工工藝特點、使用狀況等的了解來進行綜合的主觀判斷。

   超聲脈衝反射法檢測攻堅的一般步驟是:  

(1)超聲檢測麵的選擇-當超聲束與工件中缺陷延伸方向垂直,或者說與缺陷麵垂直時,能獲得最佳反射,此時缺陷檢出率最高。因此,在被檢工件上應選擇能使超聲束盡量與可能存在的缺陷其延伸方向垂直的工件表麵作為檢測麵,右圖給出了常見工件的超聲檢測麵示意圖。

(2)檢測麵的製備-超聲波是通過被檢工件表麵進入工件內部的,檢測麵光潔度的優劣影響聲能的透射效果並可能產生幹擾,因而對超聲檢測結果的準確性與可靠性有很大影響。下麵給出了不同超聲檢測方法對檢測麵光潔度的一般要求:  

方法

檢測麵光潔度要求

接觸法縱波檢測

≤3.2μm

水浸法縱波檢測

≤6.3μm

接觸法橫波檢測

≤3.2μm

接觸法瑞利波(表麵波)檢測

≤0.8μm

接觸法蘭姆波(板波)檢測

≤1.6μm

如被檢件表麵光潔度不能滿足檢測要求時,應進行專門的表麵加工製備,或采取特殊的補救措施(例如采用特殊的耦合方法或靈敏度補償)

  

超聲檢測麵示意圖

(3)耦合方法的確定-超聲探頭與被檢工件之間存在空氣時,超聲波將被反射而無法進入被檢工件,因此在它們之間需要使用耦合介質,視耦合方式的不同,可以分為:接觸法-超聲探頭與工件檢測麵直接接觸,其間以機油、變壓器油、潤滑脂、甘油、水玻璃(矽酸鈉Na2SiO3)或者工業膠水、化學漿糊等作為耦合劑,或者是商品化的超聲檢測專用耦合劑。水浸法-超聲探頭與工件檢測麵之間有一定厚度的水層,水層厚度視工件厚度、材料聲速以及檢測要求而異,但是水質必須清潔、無氣泡和雜質,對工件有潤濕能力,其溫度應與被檢工件相同,否則會對超聲檢測造成較大幹擾。接觸法和水浸法是超聲檢測中最主要應用的兩種耦合方式,此外還有水間隙法、噴水柱法、溢水法、地毯法、滾輪法等多種特殊的耦合方式。

(4)檢測條件的準備-選擇適當的超聲探傷儀、超聲探頭、參考標準試塊(或者采用計算法時的計算程序或距離-波幅曲線、AVG或DGS曲線等),以及在檢測前對儀器的校準(時基線校正、起始靈敏度設定等)。

(5)檢測掃查-在被檢工件的檢測麵上使用超聲探頭進行掃查,應確保超聲束能覆蓋所有被檢查的區域。

(6)缺陷評定-對發現的缺陷進行定位(缺陷在工件中的埋藏深度與水平位置)、定量(缺陷大小、麵積、長度)的評定並作出標記,必要時還需要判定缺陷的性質或種類,亦即定性評定。

7)記錄與判斷-記錄檢測結果,對照技術條件和驗收標準作出合格與否的判斷,得出檢測結論,簽發檢測報告。

(8)處理-將檢測發現問題的工件作出標記,隔離待處理,對合格工件給予合格標記轉入下道生產工序或周轉程序。

   以上是超聲脈衝反射法檢測的最基本程序,在實際產品的檢測中還應該根據具體的檢測規範或檢測工藝規程等的要求具體實施檢測。

   超聲脈衝反射檢測法是超聲檢測中應用最廣泛的方法,不僅是在工業超聲檢測中,就是在其他領域,例如測厚、魚群探測、水下聲納、海洋測深、海底形貌及地質構造探測、醫用超聲診斷等等,也都廣泛利用著超聲波的反射特性。

          

超聲波的衍射與散射特性

鍍銀觸點質量檢測等等。其優點是容易實現自動化檢測,但是缺點是無法確知缺陷的麵積大小及缺陷所處的位置,並且發-收兩個探頭的相對位置有嚴格要求;超聲波在介質中傳播時,其自身的波前擴散會造成隨著傳播距離的增大而垂直於聲束傳播方向的單位麵積通過的聲能減小,即稱為擴散衰減,這是超聲波自身的特性所決定的,它與聲束擴散角2θ(θ為超聲束的半擴散角)有關。此外,超聲波在材料中的晶界、相質點,或者媒介物中的懸浮粒子、雜質、氣泡等聲阻抗(數值上等於聲速與密度的乘積)有差異(哪怕是微小的差異)的區域會有散射現象發生。其散射狀態與超聲波的波長及散射質點(例如平均晶粒直徑)的大小有關。在金屬材料中,以波長λ和晶粒平均直徑  之比可以劃分為三種散射狀況:

瑞利散射: 《λ時,其散射程度與頻率的四次方成正比,這是金屬中大多數的情況。

隨機散射: ≈λ時,其散射程度與頻率的平方成正比,例如通常在粗晶鑄件中容易出現這種情況。

漫散射: ≥λ時,其散射程度與  成反比,這往往表現在被檢工件檢測麵表麵粗糙的情況下,導致入射聲能在界麵上的漫散射損失。這種情況的類似比喻可以像在大霧天氣中汽車燈光被散射而無法透過霧氣照射到前麵一樣。

 由於散射現象的存在,使得垂直於聲路上的單位麵積通過的聲能減少,亦即造成散射衰減。盡管在超聲脈衝反射法檢測中這種散射現象的存在不但使得超聲波的穿透能力降低,而且還對回波判別帶來幹擾,但是也可以利用在金屬材料中散射超聲波的疊加混響返回到超聲探頭並被接收後,在超聲探傷儀顯示屏上以雜草狀回波形式(雜波)顯示,通過對雜波水平的評定,可以判斷和評價金屬材料的顯微組織狀態。特別是在航空工業中,雜波水平的評定已經成為例如鈦合金鍛件超聲檢測驗收標準中的一項重要指標。

超聲波的衰減特性

 

   除了上一節中所述的散射衰減外,超聲波在材料中傳遞時,能量衰減的另一個重要原因是內吸收造成的衰減,它與材料的粘滯性、熱傳導、邊界摩擦、弛豫現象有關,使得超聲能量以熱和溶質原子遷移等形式被消耗掉,此外,還有位錯運動(如位錯密度、長度的變化,空穴與雜質的存在)以及磁疇壁運動、殘餘應力造成聲場紊亂...等等,這些都能導致超聲能量的衰減,和上節中的散射衰減相對應,香蕉视频app污搜索把這些原因所導致的超聲能量衰減統稱為吸收衰減。由此可見,超聲波在材料中的衰減機理很複雜,香蕉视频app污破解版以綜合衰減來考慮,假定距離振源X=0處的聲壓振幅為P0,經過距離X後的聲壓振幅為PX,則:PX=P0·e-αx,式中的α稱為衰減係數,它可以被分為兩部分,即:α=αs+αa,式中的αs為散射衰減係數,αa為吸收衰減係數。因此,以α表示的衰減係數是一個材料的綜合性參數,它一般會隨超聲頻率的提高而增大。

  在超聲檢測中,可以測定超聲波通過材料後聲能的減小程度(例如超聲脈衝反射法中工件底麵反射回波波幅降低程度的評定-稱為底波損失評定或簡稱底反射損失,或者如超聲波穿透法檢測),可用以評定材料顯微組織的性質、形態及分布,例如檢測金屬材料的粗晶、過熱與過燒、魏氏組織(金屬鍛件中的一種過熱組織)、碳化物不均勻度、球墨鑄鐵的碳化物球化率、碳鋼的室溫拉伸強度以及應力測定等等。已有資料介紹利用因為散射造成的雜波顯示及回波波幅的衰減評定來判斷機車車輪(含碳量0.53~0.61%的珠光體鋼)的珠光體組織中滲碳體片層間距,從而輔助判斷車輪的屈服極限與耐磨性。還有資料報道把超聲衰減特性用於材料的疲勞試驗(在疲勞試驗中,試件內部的自身摩擦和晶格畸變能導致超聲波散射,破斷麵的局部塑性變形能導致超聲能量的被吸收)以及用於鋼的斷裂韌性評價。把超聲衰減特性與聲速特性相結合,已經可以用於測定例如鈦合金中的含氫量(降低鈦合金發生氫脆的危險性)以及評定鋁合金的時效質量等等。

超聲波的速度特性

   同一波型的超聲波在不同材料中有不同的傳播速度,而在同一材料中,不同波型的超聲波也有不同的傳播速度。當材料的成分、顯微組織、密度、內含物比例、濃度、聚合物轉化率、強度、溫度、濕度、壓強(應力)、流速等等存在差異或發生變化時,其聲速也將出現差異。利用專門的聲速測定儀或利用普通的超聲脈衝反射型探傷儀或測厚儀,將未知聲速的材料與已知聲速的標準試樣比較,從而可以測出材料的聲速或者聲速變化,可以應用於:

(1)材料物理常數的測定,如:根據物理學中的關係式,一般有:聲速C=(E/ρ)1/2,式中的ρ為材料密度,E為材料的彈性模量。由於聲速受材質的各向異性、形狀及界麵的影響,並且根據超聲波的振動形式不同而要分別采用各自的彈性模量,因此在氣體和液體中的縱波速度(氣體和液體中隻能存在縱波)有:CL=(K/ρ0)1/2,式中的K為材料的容變彈性模量(體積彈性模量),ρ0為無聲波存在時介質的原靜止密度。

在固體中:直徑小於超聲波波長的細棒中軸向傳播的超聲縱波速度有:Cl=(E/ρ)1/2,式中的E為材料的楊氏彈性模量,ρ為材料密度直徑大於超聲波波長的粗棒中軸向傳播的超聲縱波速度有:CL={[K+(4/3)G]/ρ}1/2={[E(1-σ)]/ρ(1+σ)(1-2σ)}1/2式中的K為材料的容變彈性模量(體積彈性模量),G為材料的切變彈性模量,σ為材料的泊鬆比(材料在力的方向上出現縱向應變的同時,在垂直方向上也會產生橫向應變,它們之間的比率稱為泊鬆比,這是材料的物理特性之一)。

橫波聲速有:Cs=(G/ρ)1/2={E/[ρ·2(1+σ)]}1/2  

瑞利波聲速有:CR=[(0.87+1.12σ)/(1+σ)]·(G/ρ)1/2

它們之間的相互關係有:

1)Cl/CL=[(1+σ)(1-2σ)/(1-σ)]1/2;Cs/CL={(1-2σ)/[2(1-σ)]}1/2;CR/Cs=(0.87+1.12σ)/(1+σ);

E=Cl2·ρ·[(1+σ)(1-2σ)/(1-σ)];G=Cs2·ρ;E=2G(1+σ);...等利用這些關係式,在測定了聲速並已知另一參數時,即可計算得到其他的參數。

(2)測量溫度:介質中的聲速與介質的溫度相關,利用這一特性可以用於非接觸測量介質溫度,還可進一步用於指示介質的熔點、沸點以及相變,測量介質的比熱、熔解熱、反應熱和燃燒熱,測量介質的純度和分子量等等。

(3)測量流量:超聲波在流動介質中傳播時(例如氣體、液體或含有一定比例固體顆粒的流體傳送管道,或者水渠等),相對於固定坐標係統,其傳播速度與靜態條件下的速度不同而與介質的流速有關,因而可以根據聲速的變化確定流速並進一步確定流量(流通著的流體橫截麵積x流速)。

(4)測量液體的粘度η:根據切變聲阻抗Z與(η·ρ)1/2(η為液體的粘度,ρ為液體的密度)存在正比關係,而聲阻抗Z=ρ·C,因此通過測量聲速並確定了液體的密度後,即可確定液體的密度。

(5)應力測量:超聲波在材料中的傳播速度隨外加應力有近似線性的變化(稱為超聲應力效應),因此可以利用來測量混凝土預應力構件的強度、金屬的強度和殘餘應力、緊固件(例如緊固螺栓)上的拉伸應力等等。

(6)硬度測量:利用瑞利波在金屬表麵淬硬層中的速度變化特性,可以確定金屬表麵的硬度或者硬化層的深度。

(7)測定金屬表麵裂紋的深度:利用瑞利波沿金屬表麵直接傳遞和存在表麵裂紋時瑞利波繞過裂紋傳遞的時間之間存在的差異,根據瑞利波的傳播速度,可以計算得出裂紋的深度。這種方法稱作時間延遲法或渡越時間法、△t法,見右圖所示。

(8)測量厚度:根據超聲波傳播距離X與聲速C、傳遞時間t的關係:X=C·t,例如在采用超聲脈衝反射法測厚時,就有:工件厚度d=C·t/2,這裏使用分母2的原因是超聲探頭發射超聲脈衝至工件底麵並反射返回探頭被接收,因此其聲路經過了兩倍的工件厚度。

利用超聲波的速度特性,還可應用於例如球墨鑄鐵的強度及石墨球化度的測量、確定陶瓷土坯的濕度以確定進窯焙燒的時機、氣體介質的特性分析(例如工業用氧氣及氮氣的純度、動物呼吸的新陳代謝速率、氣體中某一組分的含量變化等),以及測量石油餾分的密度、氯丁橡膠乳液的密度等等。總之,超聲速度特性的應用,特別是在工業測量技術中的應用是很多的。

 超聲時間延遲法測定表麵裂紋深度

超聲波的諧振特性

超聲波是一種機械振動波,香蕉视频app污搜索可以利用超聲諧振儀把頻率可調的超聲波(主要利用縱波)入射到被檢工件中,當超聲波與工件的固有頻率發生頻率共振時,相向傳播的入射波與反射波互相疊加形成駐波,此即縱波垂直入射的厚度共振,如右圖所示。

利用這種諧振特性,可以應用於:

(1)測厚:

試樣厚度為d,在其中傳播的超聲波波長為λ,則在發生諧振時得到:d=λ1/2=2λ2/2=3λ3/2=...=n·λn/2,式中n為任意正整數,亦即此時被檢工件的厚度等於諧振超聲波半波長的整數倍。

當試件材料的超聲波速C為已知時,根據聲速、波長和頻率的關係式:C=λ·f,可以得到在厚度共振時的超聲波頻率:fn=C/λn=n·C/2d,當n=1時,f1=C/2d,這f1就是厚度共振的基頻,由於任何兩個相鄰諧波的頻率之差等於基頻,則有:fn-fn-1=nf1-(n-1)f1=f1,因此可以利用諧振儀確定厚度共振時兩個相鄰諧波的頻率,則工件厚度為:d=C/[2(fn-fn-1)],或者在兩個不相鄰諧波的頻率分別為fm和fn時,由於:fm-fn=(m-n)f1,因此d=(m-n)·C/[2(fm-fn)]

(2)檢測缺陷:

當被檢工件中存在缺陷時,與無缺陷的相同工件相比,其國有頻率將會發生改變,因而諧振狀態也會發生變化(諧振頻率改變),從而可以據此檢測出缺陷的存在。例如用於測定金屬的硬度、檢查薄板點焊的質量,特別是用於複合材料及膠接結構的膠接缺陷(如未粘合、脫粘、貧膠等)以及膠接強度的檢測,成為專門用於檢查膠接質量的“聲振檢測法”。

  試件的駐波

超聲波諧振特性的一個典型應用是超聲硬度計,它是借助超聲傳感器杆諧振頻率的變化來測量硬度,主要用於測定金屬的洛氏硬度,采用比較法也可用於其他測量。超聲硬度測量的優點是對試件表麵的破壞極小、測量速度很快、操作程序簡單,特別適合於成品工件百分之百檢驗,並且可以手握測頭直接對工件檢測,特別適合於不易移動的大型工件、不易拆卸的部件進行測量。

    無損檢測技術的基礎是物質的各種物理性質或它們的組合以及與物質相互作用的物理現象。迄今為止,包括在工業領域已獲得實際應用的和已在實驗室階段獲得成功的無損檢測方法已達五、六十種甚至更多,隨著工業生產與科學技術的發展,還將會出現更多的無損檢測方法與種類。本書僅能就幾個主要方麵作簡單扼要的介紹。除了對於工業上已經廣泛應用的五大常規無損檢測技術(超聲波檢測、磁粉檢測、渦流檢測、滲透檢測和射線照相檢測)給予一定的工藝介紹外,對其他方法僅作概念性介紹。若需對其中某項方法作深入了解時,應查閱相應方法的專業技術介紹。


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