《超聲波探傷》課件

超聲波探傷無損檢測技術的重要分支廣泛應用于工業(yè)質量控制課程目標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熟悉探傷設備操作技能能夠獨立進行基本探傷作業(yè)3了解缺陷識別與評估方法正確解讀探傷結果認識新技術發(fā)展趨勢超聲波的基本概念定義頻率高于20kHz的機械波產生方式通過壓電效應轉換電能為機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與頻率成反比，影響分辨率速度與材料彈性和密度有關衰減傳播過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方向與傳播方向平行1橫波振動方向與傳播方向垂直2表面波沿材料表面?zhèn)鞑?板波在薄板結構中傳播4超聲波的產生與接收1電脈沖激勵高頻電信號輸入探頭2壓電晶片振動將電能轉化為機械能3超聲波在介質中傳播通過耦合劑進入被檢材料4反射波接收探頭接收并轉換為電信號壓電效應原理正壓電效應機械壓力產生電荷用于接收超聲波逆壓電效應電場作用下產生形變用于發(fā)射超聲波常用壓電材料壓電陶瓷(PZT)石英晶體聚合物PVDF常見超聲波探頭類型直探頭垂直入射，適合測厚和平行缺陷檢測斜探頭傾斜入射，適合焊縫和不規(guī)則缺陷檢測雙晶探頭分離發(fā)射和接收，減少死區(qū)影響表面波探頭產生表面波，檢測表面近區(qū)缺陷超聲波探傷的基本原理1信號評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生反射3接收反射回波同一探頭接收回波信號透射法發(fā)射探頭產生超聲波被檢材料有缺陷則信號衰減接收探頭檢測穿過材料的聲能共振法調諧頻率使超聲波頻率可變尋找共振條件當厚度為半波長整數(shù)倍時產生共振測量共振頻率根據(jù)共振頻率計算厚度或檢測分層超聲波探傷儀的組成脈沖發(fā)生器產生高壓電脈沖激勵探頭接收放大器放大微弱回波信號顯示系統(tǒng)顯示波形和缺陷信息信號處理單元濾波、整形和數(shù)字化處理超聲波探傷儀的工作原理脈沖激勵發(fā)射器產生高壓窄脈沖1聲波發(fā)射探頭將電能轉換為超聲波2聲波接收回波被探頭接收并轉換為電信號3信號處理放大、濾波后顯示波形4A掃描顯示方式基本原理橫軸表示時間/距離，縱軸表示波幅特點一維顯示，實時性好應用最常用的顯示方式，適合點對點檢測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度用亮度或顏色表示特點二維截面圖像直觀顯示缺陷位置和尺寸應用適合線掃描檢測缺陷形態(tài)分析C掃描顯示方式航空航天復合材料精密鑄件電子行業(yè)其他超聲波探傷的優(yōu)勢與局限性優(yōu)勢探測深度大靈敏度高定位精確無輻射危害局限性需要耦合劑對材料聲學性能依賴大表面粗糙度影響大操作技術要求高超聲波探傷的應用領域超聲波探傷標準概述國際標準ISO16810、ISO22825等國家標準GB/T3559、GB/T11259等行業(yè)標準JB4730、SY/T4109等企業(yè)標準根據(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2尺寸確定大探頭靈敏度高，小探頭適應性好3類型選擇根據(jù)缺陷特征和檢測要求選擇4焦點設計焦點探頭提高特定深度靈敏度直探頭與斜探頭的特點直探頭垂直入射以縱波為主適合平行缺陷測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節(jié)參考試塊選擇選擇合適標準試塊回波高度設定調整增益使人工缺陷回波達到標準高度評定靈敏度引入評定增益或掃查增益校驗驗證確認設備穩(wěn)定性距離-波幅曲線（DAC）100%近場基準反射最近處人工缺陷回波高度80%中場衰減中等距離處的相對波幅50%遠場衰減最遠處的相對波幅時間-相關增益（TCG）原理根據(jù)聲程自動補償增益設置方法記錄不同深度相同反射體回波優(yōu)點使不同深度缺陷回波保持一致缺陷定位方法聲程法通過聲波傳播時間計算距離三角測量法利用幾何關系計算橫向位置掃查成像法系統(tǒng)掃查構建缺陷分布圖缺陷尺寸測量方法精度(mm)適用性(分)缺陷類型判別氣孔點狀回波，波幅低，衰減快夾雜小平面回波，方向性強裂紋線性缺陷，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，確保無遺漏鑄件超聲波探傷特點組織粗大，散射強技巧選擇低頻探頭，提高增益常見缺陷縮孔、氣孔、夾渣鍛件超聲波探傷1預處理表面加工，去除氧化皮2靈敏度設置根據(jù)標準選擇參考當量尺寸3全面掃查多角度、多方向確保檢測充分4缺陷評定按相關標準進行合格判定管道超聲波探傷1實時監(jiān)測在線檢測，無需停產2腐蝕檢測測量壁厚變化3焊縫檢查環(huán)焊縫、縱焊縫探傷4材質檢驗基體材料完整性評估復合材料超聲波探傷特點多層結構，各向異性強難點衰減大，背景噪聲高檢測方法以C掃描為主，透射法輔助超聲波厚度測量0.05mm最高精度高端測厚儀可達到的精度0.8mm最小測量常規(guī)設備可測量的最小厚度300mm最大測量低頻探頭可測量的最大厚度相控陣超聲波技術簡介多陣元控制獨立控制多個壓電元件1電子掃查通過延時控制形成聲束2動態(tài)聚焦實現(xiàn)不同深度的最佳聚焦3實時成像快速生成缺陷圖像4相控陣超聲波探傷的優(yōu)勢相控陣探頭的工作原理延時控制精確控制各元件發(fā)射時序波前合成多個元素波形疊加形成主波束動態(tài)接收接收時采用匹配的延時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，線性移動聲束復合掃描扇形掃描與線性掃描結合全聚焦技術（TFM）基本原理利用全矩陣捕獲數(shù)據(jù)重構圖像每個像素點都處于焦點狀態(tài)特點分辨率高信噪比優(yōu)定位精確應用復雜結構檢測高精度缺陷評估超聲波導波技術長距離傳播沿管道或板材傳播數(shù)十米1全截面檢測一次檢測覆蓋整個截面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導波在管道檢測中的應用環(huán)形換能器圍繞管道產生圓周對稱激勵信號分析通過波形判斷缺陷位置和嚴重程度現(xiàn)場應用檢測保溫層下、埋地及穿墻管道超聲波探傷系統(tǒng)校準1時基校準確保水平刻度準確2靈敏度校準設置正確檢測靈敏度3角度校準驗證斜探頭折射角4分辨率校準確認系統(tǒng)分辨能力常用校準試塊介紹CSK-IA試塊時基和靈敏度校準CSK-IIA試塊角度和靈敏度校準CSK-IIIA試塊距離-波幅曲線校準階梯試塊直探頭校準探傷靈敏度校準方法選擇參考試塊與被檢材料聲學性能相近參考反射體定位找到人工缺陷的反射信號調整增益使回波高度達到標準要求記錄校準數(shù)據(jù)詳細記錄校準參數(shù)探傷系統(tǒng)的日常維護1儀器保養(yǎng)防塵、防水、防震、避免極端溫度2探頭維護防止磨損，定期檢查聲束特性3連接線檢查確保無斷線、短路現(xiàn)象4性能驗證定期校準，確保測量穩(wěn)定性超聲波探傷報告的編寫探傷結果的分析與評價1結論判定綜合評定缺陷危害性2缺陷分類按類型和嚴重程度分級3數(shù)據(jù)分析對探傷數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析4信號識別區(qū)分缺陷信號與干擾信號超聲波探傷質量控制標準制定建立規(guī)范的檢測規(guī)程1操作培訓確保人員技能符合要求2設備管理定期校準與維護3結果審核多級檢查保證結果可靠4探傷人員資質要求1I級人員按程序操作，記錄結果2II級人員設置檢測參數(shù)，評定缺陷3III級人員制定檢測方案，培訓指導超聲波探傷安全注意事項電氣安全確保設備接地良好，防止觸電化學防護正確使用耦合劑，避免皮膚刺激人體工程學注意作業(yè)姿勢，避免重復性損傷現(xiàn)場安全注意高空作業(yè)和特殊環(huán)境防護新型超聲波探傷技術發(fā)展相控陣技術多元件電子掃查導波技術長距離快速檢測TOFD技術精確測量缺陷高度無耦合技術激光超聲和電磁超聲超聲波探傷與其他無損檢測方法的比較檢測方法檢測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域的應用結構檢測機身骨架、蒙皮連接處檢測復合材料碳纖維構件層間剝離檢測發(fā)動機部件渦輪葉片、盤類零件裂紋檢測超聲波探傷在核電領域的應用應用場景壓力容器檢測管道系統(tǒng)檢查關鍵閥門探傷技術要求高可靠性良好記錄性遠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域的應用85%設備腐蝕檢測儲罐、管道、換熱器腐蝕減薄監(jiān)測90%焊縫質量控制管道、壓力容器焊縫探傷70%在線監(jiān)測應用不停產條件下設備狀態(tài)評估超聲波探傷在軌道交通領域的應用超