导图社区 超声检测
超声无损检测，超声检测穿透能力强、缺陷定位较准确、面积性缺陷检出率较高、灵敏度高、成本低速度快设备轻便，但是对不规则外形工件检测困难、缺陷位置和朝向对结果有影响、材质晶粒度影响大、显示结果不直观，检查结果无直接见证记录。
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NBT 47013.15无损检测相控阵超声检测，检测设备有仪器、探头、扫查装置、线缆、仿真软件，有兴趣的可以看看哟。
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超声检测
超声检测基础
分类
脉冲反射
反射波
衍射时差法
双探头一发一收，衍射波信号
穿透法
连续波
双探头两端面一发一收，穿透前后能量变化
共振法
共振特性判断缺陷和厚度变化，常用：工件测厚
优点和局限性
优点
穿透能力强
缺陷定位较准确
面积性缺陷检出率较高
灵敏度高
成本低速度快设备轻便
局限性
定性
不规则外形工件检测困难
缺陷位置和朝向对结果有影响
材质晶粒度影响大
显示结果不直观，检查结果无直接见证记录
适用范围
承压设备
钢及铝合金制焊接接头
金属、复合金属原材料及零部件
物理基础
机械振动与机械波
机械振动：物体（质点）在某一平衡位置附近做来回往复运动
机械波：机械振动在介质中的传播
谐振动：回复力与位移大小成正比，方向总指向平衡位置
阻尼振动
阻尼块
波动方程
波的分类
波型类型
横波S(T)
切变形变，切变波或剪切波
纵波L
疏密波，压缩波
表面波R
质点椭圆运动，长轴垂直于传播方向，而短轴平行
板波
SH波
中心质点纵波，上下表面椭圆，振动相位相反并对称
兰姆波
中心质点横波，上下表面椭圆，振动相位S相反对称，A相同不对称
波形分类
平面波
柱面波
球面波
波的叠加、干涉和衍射
叠加：又称独立性
干涉
驻波：钢/水界面垂直入射，反射处波腹(2A)，水/钢界面垂直入射，反射处波节(0)
衍射：Df＞＞λ，反射＞绕射，几乎全反射；Df＜＜λ，反射＜绕射，易漏检
传播速度
波型不同：介质弹性变形形式
波型相同：变型形式（常数）、弹性模量、密度
同一固体介质：
超声场特征值
入射和反射
单一平界面
薄层界面
均匀介质中薄层
d为半波长整数倍，几乎全透射无反射
d为1/4波长奇数倍，t最小，r最大
两侧介质不同
d为半波长整数倍，与薄层性质无关
两侧介质声阻抗相差越小，T往越大，反之越小
倾斜入射到界面的反射和折射
波型转换与反射、折射
纵波斜入射
α1，α2，有机玻璃/钢，27.6°和57.7°
横波斜入射
当αs≥α3时，第一介质中只有反射横波，没有反射纵波，钢中α3≥33.2°
声压反射率
纵波斜入射钢/空气 当αl=60°，rll很低，rls较高
横波斜入射，αs=30°，rss很低，rsl较高，αs≥α3，rss=100%
声压往复透射率
端角反射
αs=35°~55°，端角反射率100%，K=tanβs=0.7~1.43
当βs≥56°即K≥1.5时，检测灵敏度低
超声波的聚集和发散
声压距离公式
平面波：声压不随距离变化
球面波：
柱面波：
球面波在平界面反射与折射
单一平界面反射
双界面反射1:1/2:1/3:...
单一平界面折射
平面波在曲界面上的反射与折射
反射
平面波到球面
平面波到柱面
折射：1凸聚
球面透镜
柱面透镜
球面波在曲界面反射与折射
球形界面
柱形界面
超声波的衰减
原因
扩散衰减 ：不同波形声压和距离
散射衰减（介质）：材质晶粒大，草状回波
吸收衰减（介质）：质点间摩擦和热传导
位错、磁畴壁、残余应力
衰减方程及系数
方程
系数
衰减系数的测定
薄板
厚板或粗圆柱
超声波发射声场和规则反射体回波声压
纵波发射声场
近场区
远场区
半扩散角
未扩散区b≈1.64N
纵波两介质近场区分布
横波发射声场
假想横波声源
半扩散角：
聚集声源发射声场
规则反射体回波声场
平底孔12,12
长横孔9,3
短横孔12,6,3
球形孔12,6
大平底6
实心圆柱体
空心圆柱体
外侧凸面
内侧凹面
AVG曲线
纵波平底孔AVG曲线
通用曲线
x≥3N
A=x/N，G=Df/Ds
通用曲线调整检测灵敏度和缺陷定量
实用曲线
特定探头
横波平底孔AVG曲线
检测设备与器材
仪器
探头
探头分类
纵波直探头
斜探头
纵波斜探头（αL小于第一临界角）
横波斜探头（α1~α2）
表面波探头（≥α2）
正逆压电效应
压电材料
压电单晶体：
压电多晶材料（压电陶瓷）：
参数
压电应变常数
压电电压常数
介电常数
机电耦合系数K
厚度Kt，Kt越大，检测灵敏度高
径向Kp，Kp大低频谐振波多，发射脉冲变宽，分辨力下降，盲区增大
机械品质因子
频率常数N
居里温度Tc，超过则压电效应消失
结构
压电晶片
阻尼块和吸声材料
保护膜 全透射条件：厚度为λ2/4的奇数倍，且
斜楔、电缆线、外壳
耦合剂
试块
性能
仪器性能
发射部分
发射电压
影响发射的超声波能量
脉冲上升时间
时间↓
频带宽↑，频率上限↑
脉冲宽度↓，盲区↓，分辨率↑
接受部分
垂直线性
信号幅度与显示幅度成正比的程度，影响缺陷定量
水平线性
回波时间间隔和显示屏回波时间间隔成正比的程度，影响缺陷定位
动态范围
增益不变情况下仪器可用的一段信号幅度范围，
最大使用灵敏度
信噪比大于6dB时可检测的最小信号的峰值电压，系统接收微弱信号的能力
探头性能
组合性能
性能测试
盲区：从检测面到能够发现缺陷的最小距离：至出现独立回波的最小距离
始脉冲宽度测定：始脉冲20%高出至水平刻度“0”点的距离Wn
远场分辨率：波峰与波谷之间分贝差20lg(a/b)
检测方法分类
按原理分类的检测方法
横波斜探头检测技术
缺陷定位定量
纵波直探头检测技术
缺陷评定
缺陷回波高度法（基准分贝）
底面回波高度法
当量评定法
试块对比
当量计算法
脉冲反射法
板材和管材超声检测
