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超声波探伤工作原理

利用材料及其缺陷的声学性能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,此外还有观测穿过材料后的入射声波振幅变化的穿透法等。常用的频率在0.5~5MHz之间。

常用的检验仪器为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无、反射信号和入射信号的时间间隔、反射信号的高度,可确定反射面的有无、其所在位置及相对大小。仪器的基本结构和原理见图1。超声波探伤结构和原理图

超声波在介质中传播时有多种波型,检验中常用的为纵波、横波、表面波和板波。用纵波可探测金属铸锭、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、裂缝、缩管、白点、分层等缺陷;用横波可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;用表面波可探测形状简单的制件上的表面缺陷;用板波可探测薄板中的缺陷。

在A型探伤仪的基础上发展而成的B型、C型探伤仪,可得到不同方向反射面的信号,也可将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脉冲电信号激励压电换能器发射超声波,但也可用涡流声换能器来检验导电材料。这种换能器的换能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,在冶金工业中应用较多。

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,有可能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无损检验方法相比主要优点是:

  1. 穿透能力强,探测深度可达数米
  2. 灵敏度高,可发现与直径约十分之几毫米的空气隙反射能力相当的反射体
  3. 在确定内部反射体的位向、大小、形状及性质等方面较为准确
  4. 仅须从一面接近被检验的物体
  5. 可立即提供缺陷检验结果
  6. 操作安全设备轻便

主要缺点是:

  1. 要由有经验的人员谨慎操作
  2. 对粗糙、形状不规则、小、薄或非均质材料难以检查
  3. 对所发现缺陷作十分准确的定性、定量表征仍有困难