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带你了解超声波探伤原理

2023-08-29(519)次浏览

超声波是频率很高的声波,定向性很强,尤如手电筒发出的一束光,射到物体时,会被反射...

超声波是频率很高的声波,定向性很强,尤如手电筒发出的一束光,射到物体时,会被反射回来。超声波探头内,有个压电晶片,施加一个发射脉冲电压,就会产生超声波脉冲,当把探头压紧在光洁的被测工件上时,超声波束就会传入工件,以每秒数千米的声速前进,当碰到裂缝等缺陷时,从缺陷表面反射回来,传回到探头晶片上,产生回波电压。经仪器处理后,从声波来回所花费时间,再扣除掉晶片到探头表面保护膜所化的时间(称作探头零点),乘上声速就是超声波脉冲走过的路程称作声程,也就是从探头表面,声波入射到工件的点(称作入射点)到缺陷之间的距离,同时从回波电压大小也可推算出缺陷大小。由于发射时晶片强裂振动,震动哀减下来需要一定时间,此期间收到的回波混在余震中无法区别,故小探测距离一般为5mm以上。如要探测近距离缺陷,需用频率高阻尼好的探头或双晶探头。

当声波前进到工件底部时,也会产生反射。反射方向同镜子反光规则,即垂直射入时,垂直反射回;斜射时,反射角等于入射角,且在法线两侧。如果工件底面平行于放置探头的探测面,垂直反射的回波仍能被探头接收到,而且工件底面面积一般来说远比缺陷大,故底面回波幅度也远比缺陷波幅度大。底面回波简称底波。底波回传到探测面时,又会产生反射,又会向底面传播,如此来回反射,形成2次底波,3次底波,4次底波等等。由于存在扩散现象,反射损耗,吸收损耗等,各次底波会越来越小,经过一段时间后,能量就会耗尽,再起动下一次发射。每秒发射次数称发射重复频率,探头移动速度快时,要求较高发射重复频率,否则会造成漏检。如果工件底面同探测面不平行,根据反射角等于入射角原理,反射波偏向一边,底面反射波就回不到探头,也就收不到底波,故工件的上下面不平行时,是看不到底波的。同理,如工件内部缺陷面平行于波束传播方向,也是收不到缺陷回彼的。如缺陷面垂直于波束传播方向,收到的缺陷回波会更大,所以要根据缺陷可能的方向,尽量选择探伤灵敏度高的探测面探伤,或选不同方向探测面反复探测,如找不到合适的探测面,也可改用斜探头。斜探头内的晶片是倾斜安装的,射出的超声波束也是斜线进入工件的。为表明倾斜程度,用工件内波束方向同探测面垂线之间的夹角表示。角度越大,波束越倾斜;声程在水平方向上的分量(也可叫投影)所占比例越大,垂直分量比例越小。常用的60度斜探头,水平同垂直之比为1.73比1(60度正切函数值),也可用这个比值称为K值来表示,故K = 1.73就是60度的斜探头,而K = 0是斜探头的特例,即称为直探头,没有水平分量,垂直分量就是声程。

斜探头常用于焊缝探伤,因为焊缝表面高低不平,不能用直探头直接在焊缝上探伤,而且缺陷往往平行于焊缝,直探头的声束和缺陷面的夹角很小,也不易发现缺陷。由于斜探头的声束是倾斜进入工件的,可以避开高低不平的焊缝表面,在焊缝一侧探伤,而且声束和缺陷面的夹角比较大,尤其是先入射到底面再斜着反射的声束正好垂直于缺陷表面,能产生比较大的反射波,容易检测到缺陷,这也称为2次波探伤。随着探头朝远离焊缝方向移动,一直可以探到焊缝上部,不过再移下去声束会先打到上表面,再斜着反射下来,也可打到焊缝,形成3次波探伤。但是路程越远回波强度越弱,应尽量不用。用1次波探到的缺陷深度,就等于声束走过的垂直分量;用2次波探到的缺陷深度不等于垂直分量走过的路程之和。缺陷越浅,垂直分量走过的路程之和反而越大。例如板厚20mm,声束的垂直分量走过35mm(缺陷波出现在刻度垂直分量35mm处),这表明声束的垂直分量走20mm,碰到底面后反射向上走15mm(35 - 20),故缺陷深度为5mm(20 - 15)。超声波探伤一般只能检测出大于1到2mm的缺陷。由于始波比较宽,故离探头接触面近的缺陷的回波容易被淹没在始波内,因此无法有效检测;用频率较高的探头,能检测较小的缺陷,而且始波也较窄,故能检测较近的缺陷,但高频探头不适合粗晶粒材料和远距离检测。

苏州德斯森电子有限公司主要从事各系列超声波探伤仪、全数字多通道超声波探伤仪、便携式超声波探伤仪、数字式超声波检测仪、增强型超声波探伤仪、微型台式超声检测仪、相控阵超声波检测仪对各种管、棒、线、板材、金属零部件、汽车零部件的全自动探伤系统研发生产,为用户提供完整地检测方法和流程以满足用户对产品质量快速全数检测提高质量的要求,产品广泛用于电力、航空航天、军工、冶金、机械制造业,特别是在管、棒、线、板材和金属零部件、汽车零部件的无损探伤检测方面。欢迎来电咨询:4000-188-758。 


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