超声波无损检测的发展.docx

四川理工学院毕业设计（论文） 超声波探伤在设备焊接缺陷中的检测与分析（数据检测与分析）学 生：李亮学 号：07011040207专 业：过程装备与控制工程班 级：2007.3指导教师：石艳 付伶 四川理工学院机械工程学院二O一一年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 超声波探伤在设备焊接缺陷中的检测与分析（实验测定） 学院：机械工程 专业：过程装备与控制工程 班级：2007级3班 学号：07011040207 学生： 李亮 指导教师： 石艳 付伶 接受任务时间 2011年3月10日 系主任： （签名）院长： （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求完成国内外超声波探伤在化工压力容器行业中的应用与发展综述（至少参阅2篇外文文献）；掌握超声波探伤的设备和一般操作技能；对已有的焊接接头，检测其焊接缺陷并结合理论分析其缺陷，提出解决措施；完成设计论文一份。2指定查阅的主要参考文献及说明 JB4730承压设备无损检测 过程装备制造与检测 现刊无损检测自选超声波文献3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告3月03日至3月22日2完成实验的准备工作3月23日至4月23日3完成数据的采集和处理工作4月24日至5月13日4完成论文的撰写。5月14日至5月24日5完成设计论文的修改，答辩的准备。5月25日至6月01日摘 要随着现代工业的发展，无损检测技术发展迅速。无损检测方法很多，射线检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、渗透检测技术和磁粉检测技术被称为常规检测技术。其中超声波检测技术是无损检测技术中应用得最为广泛的方法之一，尤其是在化工压力容器的焊接缺陷检测方面，发挥着重要的作用。利用超声波检测焊接缺陷，如裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合等缺陷的检测比其它无损检测方法更容易发现，并能够对缺陷进行定位、定量分析，而且检测仪器简单、检查速度快，因此被广泛应用于设备焊接缺陷中的检测。关键词：无损检测；超声波检测；焊接缺陷；定位；定量IABSTRACTWith the development of modern industry, nondestructive testing technology is developing rapidly. Nondestructive testing methods are varied, radiographic testing technology, ultrasonic testing technology, eddy current testing technology, penetrant testing technology and magnetic particle testing technology are called routine testing technology. Including ultrasonic testing technology is one of the most extensive method used in nondestructive testing technology . especially in chemical pressure vessel, the welding defects detection plays an important role.Using the ultrasonic to detect welding defects,such as cracks, porosity, slag, not weld fully, incomplete fusion etc, it can more easily found on defect location than other nondestructive testing methods. It is able to locate and quantitative analysis of defects. The testing instrument is simple, and the inspection speed is fast, so it is widely applied in the weld defects detection equipment.Keywords: Nondestructive testing; Ultrasonic detection; Welding defects; Positioning; quantitatingII目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1 无损检测概述11.2 无损检测的概念11.3 无损检测技术的特点21.4 无损检测技术的发展31.4.1 无损检测技术发展的三个阶段31.4.2 我国的无损检测技术41.5 无损检测技术的分类41.6 无损检测方法的选择51.6.1 经济方面的考虑51.6.2 技术方面的考虑51.7 超声波检测技术概述7第二章 超声波检测的物理基础102.1 超声波检测概述102.2 超声波检测的基础知识112.2.1 超声波检测的发展历程112.2.2 超声波及其特性122.2.2.1 具有良好的方向性122.2.2.2 超声波的透射、反射、折射与聚集122.2.3 超声波的种类及其应用132.2.4 超声波的反射和折射162.2.5 超声波的叠加、干涉和衍射172.3 超声波的一些参量192.3.1 声压192.3.2 声强192.3.3 声阻抗202.3.4 声速202.3.4.4 板波的声速222.4 超声波的衰减222.4.1 超声波衰减的主要原因分析222.4.2 衰减的抑制232.4.3 衰减系数的测定24第三章 超声探伤仪、探头、耦合剂、试块253.1 超声探伤仪253.2 探头263.2.1 探头的定义及作用原理263.2.2 探头的分类263.2.3 常用探头283.3 耦合303.3.1 耦合的定义303.3.2 耦合的分类303.3.3 影响耦合的因素303.4 试块323.4.1 试块的定义和标准323.4.2 试块的分类323.4.3 我国压力容器焊缝检测常用试块33第四章 超声波检测方法364.1超声波检测检测方法分类364.1.1按原理分类364.1.2 按波型分类384.1.2.3 表面波法394.1.3 按探头数目分类394.1.4 按探头接触方式分类404.1.5 按操作方式分类404.2 检测仪器与探头的选择414.2.1 检测仪器的选择414.2.2 探头的选择41第五章 超声波检测焊接缺陷445.1 常见的焊接缺陷及其成因445.1.1 裂纹445.1.2 气孔455.1.3 夹渣465.1.4 未焊透465.1.5 未熔合465.1.6 焊瘤465.2 检测前的准备475.2.1 调节扫描速度475.2.2 调节检测灵敏度475.3 焊接缺陷的检测495.3.1 检测区和探头的移动区495.3.2 斜探头K值的选取505.3.3 斜探头入射点的测定和K值的校测505.3.4 焊接缺陷的定位分析505.3.5 缺陷的定量分析525.3.6 缺陷的评估525.4 超声波检测焊接缺陷的等级评定555.4.1 检测等级选择555.4.2 缺陷的评定565.4.3 检测结果分级56第六章 实验586.1 实验仪器586.1.1 CTS-23A/B plus探伤仪586.1.2 CTS-23A/B plus探伤仪的性能586.2 超声波检测实验596.2.1 超声波检测仪水平线性的测试596.2.2 超声波检测仪垂直线性的测试606.2.3 探头K值的测定62第七章 结 论64参 考 文 献65致 谢66第一章 绪 论1.1 无损检测概述随着现代工业技术的发展，在很多行业，尤其是化工、石油、制药、轻工、能源、环保以及食品等行业，对生产设备的要求越来越高，现在高温、高压、高负荷已成为现代工业的重要标志。然而所有这一切都体现在材料的质量上。因此，在使用材料前，就要对材料进行全面的检验，及时发现缺陷，消除隐患，保证设备的安全运行。如今，有很多的检测方法，例如有宏观检测、理化检测、无损检测等等。众多的检测方法中，又各有各的特点。宏观检测比较简单，即通过检测人员的感觉器官对设备进行检测，进而判别缺陷。理化检测顾名思义就是通过物理和化学方法来检测设备（构件）及焊接接头的力学性能、金相组织及材料里面各种化学元素含量的多少。进而判别材质和焊接接头的缺陷。宏观检测过于简单，只能对设备（构件）进行一个大体的检测，不能深入到细节部分，可信度不高。理化检测或多或少地会对材料造成损害，因为好多化学试剂对材料都有一定的腐蚀性。所以，在现代工业中用得比较多就是无损检测技术。无损检测是建立在现代科学技术基础上的一门应用型技术学科，它以不损坏被检测物体内部结构为前提，应用物理方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物质内部是否存在不连续性(即缺陷)，从而评价其质量。无损检测学科涉及到的知识很广，有物理科学中的光学、电磁学、声学、原子物理学，还有计算机、数据通讯等学科，在机械、化工、石油、航空、航天各个领域有广泛的应用。1.2 无损检测的概念随着科学和工业技术的迅速发展，高温、高压、高速度、和高负荷已成为现代工业的重要标志，但它的实现是建立在材料（或）构件的高质量基础上的，为确保这种优异的质量，须采用不破坏产品原来的形状、不改变其使用性能的检测方法，对产品进行百分之百的检测，以确保其可靠性和安全性，这种技术就是无损检测技术。无损检测技术就是利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的热、声、光、磁和电等变化，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测工程材料、零部件、结构件中是否存在缺陷或不均匀性，测出缺陷的大小、位置、尺寸、性质、类型、分布、数量及其变化等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如有无缺陷、剩余寿命等）。由此可以看出，无损检测不但要检测出设备（构件）有无缺陷，如果有缺陷的话，而且还要做成定性、定量评价，进而对有缺陷的设备分析其缺陷的危害程度，以便在保障安全运行的条件下，作出带伤设备可否继续服役的选择，避免由于设备不必要的检修和更换所造成的浪费。1.3 无损检测技术的特点l 无损检测技术的无损性无损检测是在不破坏构件的前提下，利用材料物理性质的变化来判断构件内部和表面是否存在缺陷，不会对材料、工件、和设备造成任何损伤。l 无损检测能够有效的查找缺陷 任何零部件、设备或构件在加工和使用过程中，由于其内、外部各种因素的影响，不可避免地会产生各种缺陷。检测人员不但要知道其是否有缺陷，还要确定缺陷的位置、大小、性质及其危害程度，并对其发展进行预测和预报。进而排除隐患，保障了生产的安全进行，也从侧面为企业省去了不可必要的费用，带来了收益。l 无损检测技术对产品质量严格把关无损检测技术能够在铸、锻、冲压、焊接、切削加工等各工序中，检查工件是否符合要求，剔除不符合要求的产品，并把检测结果反馈到工艺生产中去，指导和改进生产。进而降低产品成本，提高产品质量和可靠性，实现对产品质量的有效监控。l 无损检测诊断技术能够防止因产品失效引起的灾难性后果机械零部件、设备构件、系统装置，在制造或服役过程中丧失其规定功能而不能工作，或不能继续可靠地完成其预定功能成为失效。失效是一种不可接受的故障，在工业生产中后果非常严重。利用无损检测技术提前或及时检测出失效的部位和原因，并采取有效的解决措施，就可以避免灾难性事故的发生。1.4 无损检测技术的发展1.4.1 无损检测技术发展的三个阶段纵观无损检测技术的发展，主要经历了三个发展阶段，即无损检查（Nondestructive Inspection,NDI）、无损检测（Nondestructive Testing, NDT）和无损评价（Nondestructive Evaluation,NDE），见表1-1。目前所说的无损检测大多指NDT。表1-1 无损检测技术的发展阶段及各阶段的应用范围名称英文名称应用范围第一阶段无损探伤（NDI）Nondestructive Inspection主要用于产品的最终检验，在不破坏产品的前提下，发现零部件中的缺陷（含人眼观察、耳听诊断等），满足工程设计中对零部件强度设计的需要；它仅仅是检测出缺陷，工艺比较简单第二阶段无损检测（NDT）Nondestructive TestingNDI以NDT的检测结果为基础，对检测对象的使用可能性进行判定。它不但要进行产品的最终检验，还要测量过程工艺参数，特别是加工过程中所需要的各种工艺参数，如温度、压力、密度、粘度、浓度、流量、压力水平、残余应力、组织结构、晶粒大小等第三阶段无损评价（NDE）Nondestructive Evaluation在掌握对象的负载条件、环境条件下，不但要进行产品的最终检验以及过程工艺参数的测量，而且在材料中不存在致命缺陷时，还要：（1）从整体伤评价材料中缺陷的分散程度；（2）在NDE的信息与材料的结构性能之间建立联系；（3）对决定材料性质、动态响应和服役性能指标的实测值（如断裂韧性、高温持久强度）等因素进行分析和综合评价近年来，工业发达国家的无损检测技术已逐步从NDI和NDT阶段向NDE阶段过渡，即用无损评价来代替无损探伤和无损检测。NDE包含了NDI和NDT，而且还有更加广泛的内容，在无损评价技术中，自动无损评价（ANDE）和定量无损评价（QNDE）是其两个主要组成部分。ANDE和QNDE都以自动检测工艺为基础，非常注意对客观（或人为）影响因素的排除和解释。前者多用于大批量产品的生产、加工和在役检测，后者多用于关键零部件的检测。1.4.2 我国的无损检测技术随着现代化工水平的提高，我国的无损检测技术已取得了巨大进步和发展，已有3万多人获得中国无损检测学会颁发的等级证书，而获得锅炉压力容器、铁路、核电、航空航天和化工等工业部门颁发证书的人数应远多于这一数字。我国在无损检测基本理论研究、无损检测设备的研制和生产上都处于世界先进水平。我国是世界上开展无损检测教育和培训工作比较好的国家之一，目前已有近20所高校设有无损检测专业课程，形成了一个包括中等专业教育、大学专科、大学本科和无损检测硕士生、博士生培养方向等门类齐全的教育体系。尽管如此，我国的无损检测技术和发达国家仍然有一定的差距，从总体上讲仍落后于发达国家10-15年。目前，无损检测技术最先进的国家当属美国，而德国、日本是将无损检测技术与工业化实际应用协调得最为有效的国家。我国的无损检测仪器基本上占据了低端市场，很多高端无损检测设备还依赖于进口，另外。我国在NDT仪器开发方面缺乏原创性，基本上是走仿制后者是跟在别人的后面前进。例如，我们在射线数字图像平板研制方面要落后西方和日本数年，且目前仍看不出有赶上的趋势；我们生产的超声A-扫描检测仪器虽已占据国际上该类设备的相当高比例，但大多数超声C-扫装置和精密声显微镜仍需要进口；同样，我们在高端红外特别是脉冲红外成像和激光检测系统方面也基本上依赖进口。所以，从技术层面上讲，我国在无损检测领域还不是一个强国。1.5 无损检测技术的分类根据检测原理的不同，无损检测可分为射线检测、声学方法检测、电学方法检测、磁学方法检测、微波与介电测量检测、光学方法检测、热学方法检测、渗透检测与渗漏检测等，其中每一种方法又可以分为一种或几种具体的检测方法，如表1-2。表1-2 无损检测技术的分类具体检测方法射线检测X射线检测、射线检测、中子射线法检测、射线计算机层析检测、质子射线照相、正电子湮没检测、中子活化分析、穆斯堡尔谱法、电子射线照相声学方法检测超声检测、声发射检测、声-超声检测、声振检测、声成像与声全息检测和声显微镜检测电学方法检测涡流检测、电位差和交流场检测、电流微扰检测、带电粒子检测、电晕放电检测、外激电子发射检测磁学方法检测磁粉检测、漏磁场检测、噪声检测、磁声发射检测、核磁共振检测、磁吸收检测光学方法检测目视检测、光全息术检测、错位散斑干涉检测热学方法检测光声光热检测、温差电方法检测、液晶检测、热敏材料涂覆检测渗透法检测液体渗透检测、滤出粒子检测、挥发液检测渗漏检测微波与介电测量检测微波检测、介电测量检测在上述众多的检测方法中，X射线与射线检测技术（简称RT）、超声波检测技术（简称UT）、涡流检测技术（简称ET）、（液体）渗透检测技术（简称PT）和磁粉检测技术（简称MT）是五种最常用、最成熟的检测方法，通常称为常规无损检测技术。1.6 无损检测方法的选择无损检测的方法有很多种，最常用的是射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测五种常规检测方法。在其他无损检测方法中，用得比较多的有有声发射检测、红外线检测和声振检测等。检测方法多种多样，根据不同的检测对象，选择不同的检测方法，主要基于经济和技术两方面的考虑。1.6.1 经济方面的考虑无损检测方法的采用，首先要考虑的是进行必要的的资本投入，并应详细评估资金的回收情况。对于一个好的企业，在检测方法和可靠性方面的投资，一般情况下会收到相当的经济效应。应用无损检测技术，必须要有全局观念，局部的有限使用，经济效益未必很明显。在资本投入方面，往往是企业领导人最关注的。据资料统计，一些大型企业在无损检测方面的投资高达整个企业投资的10%。1.6.2 技术方面的考虑无损检测技术涉及到很多知识领域，众多无损检测的检测原理虽然千差万别，但是其检测目的都是为了检测材料构件中的缺陷或结构异常。没有缺陷的材料是不存在的，不产生缺陷的加工方法也是没有的，在对材料或构件进行无损检测时，不论在什么情况下，首先检测对象要明确，为此，必须先分析被检工件的材质、成形方法、加工过程和使用经历等，对缺陷的可能类型、方位、形状和性质必须进行预先分析，以便有针对性地选择恰当的检测方法。各种加工工艺和材料中常见的缺陷见表1-3。表1-3 各种加工工艺和材料中的常见缺陷材料与工艺常 见 缺 陷加工工艺铸造气泡、疏松、缩孔、裂纹、冷隔锻造偏析、疏松、夹杂、缩孔、白点、裂纹焊接气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹热处理开裂、变形、脱碳、过烧、过热冷加工表面粗糙、深度缺陷层、组织转变、晶格扭曲金属型材板材夹层、裂纹等管材内裂、外裂、夹杂、翘皮、折叠等棒材夹杂、缩孔、裂纹等钢胶白核、黑核、裂纹非金属材料橡胶气泡、裂纹、分层塑料气孔、夹杂、分层、粘合不良等陶瓷夹杂、气孔、裂纹混泥土空洞、裂纹等复合材料未粘合、粘合不良、脱粘、树脂开裂、水溶胀、柔化等就缺陷类型来看，通常可分为体积型和面积型两种。对于不同类型的缺陷，必须采用相应的无损检测方法才能有效检测出来。表1-4为不同的体积型缺陷及其可采用的无损检测方法，表1-5为不同面积型缺陷及其可采用的无损检测方法。表1-6为表面缺陷和内部缺陷可采用的无损检测方法，表1-7为不同厚度工件可采用的无损检测方法，表1-8为不同材质可采用的无损检测方法。表1-4 不同体积型缺陷及其可采用的无损检测方法缺陷类型可采用的检测方法夹杂、夹渣、夹钨、疏松目视检测（表面）、渗透检测（表面）、磁粉检测（表面及近表面）、涡流检测（表面及近表面）缩孔、气孔、腐蚀坑超声检测、射线检测、红外检测、微波检测、中子照相、光全息检测 表1-5 不同面积型缺陷及其可采用的检测方法缺陷类型可采用的检测方法分层、粘接不良、折叠目视检测、超声检测、磁粉检测、涡流检测冷隔、裂纹、未溶化微波检测、声发射检测、红外检测表1-6 表面缺陷和内部缺陷可采用的无损检测方法表面缺陷目视检测，渗透检测，超声检测，涡流检测，磁粉检测，声发射检测，红外检测，光全息检测，声全息检测，声显微镜内部缺陷磁粉检测（近表面），涡流检测（近表面），微波检测，超声检测，声发射检测，射线检测中子照相，红外检测表1-7 不同厚度工件可采用的无损检测方法工件类型工件厚度检测方法表面壁厚目视检测，渗透检测最薄件壁厚涡流检测，磁粉检测较薄件壁厚微波检测，光全息检测，声全息检测，声显微镜较厚件壁厚射线检测厚件壁厚中子照相，射线照相最厚件壁厚超声检测表1-8 不同材质可采用的无损检测方法检测方法主要材料特性渗透检测缺陷必须延伸到表面磁粉检测必须是磁性材料涡流检测必须是导电材料微波检测能透入微波射线检测随工件厚度、密度及化学成分变化而变化中子照相随工件厚度、密度及化学成分变化而变化1.7 超声波检测技术概述超声波是一种机械波，其实质是以波动形式在弹性介质中传播的机械振动。它通过与工件相互作用，根据超声波的反射、折射、散射、衰减、声速、阻抗等特性，对工件进行缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性能变化的测量。超声波检测较其他无损检测方法有自己独特的优势，超声波穿透能力强，无论金属、非金属、复合材料都可以用超声波进行检测；超声波灵敏度高，对内部缺陷大小、位置、取向、性质检测得很准确，对缺陷能够精确定位，而且不会对工件造成任何破坏；另外，超声波检测适合复杂工件检测，设备也轻便，对人体及环境都没什么伤害。故超声波检测成为无损检测中应用最为广泛的方法之一。适用于各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝、船舶、锅炉和化工压力容器等，无论是有色金属和非金属，都可以利用超声波进行检测。超声波检测有很多种方法，各种方法的操作不尽相同，但是他们在探测条件、耦合与补偿、仪器的调节、缺陷的定位、定量、定性等方面却存在一些通用的技术问题。根据不同缺陷的特点，合理选择各种不同的检测方法。u 按照检测的原理分类，可将超声波检测分为脉冲反射法、穿透法、和共振法三种；u 根据检测所采用的波形，可将超声波检测分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等；u 按探头的数目分类，可分为单探头法、双探头法、多探头法；u 根据检测时探头与工件的接触方式，可将超声波检测分为接触法、液浸法、电磁耦合法；u 按人工干预的程度分类，可分为手工检测和自动检测。超声波检测目前的应用情况主要是从定性趋于定量的探测，其中利用超声波探测焊缝，是目前超声探伤中研究得最多，应用得最广，也较为成功的项目之一，在对焊、角焊、丁字焊、十字焊的焊缝方面，都做了各种超声探测实验，并取得了实验结果，通过实践证明，利用超声波检测焊接缺陷比利用射线检测来得更加迅速和经济。据估计，利用超声波检测焊缝缺陷要比用X射线检测快2-4倍，比射线法快3-5倍。在设备焊接过程中，易产生的未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边、焊瘤、未填满、焊接裂纹等金属不连续、不致密或连接不良的现象，即焊接缺陷，这些缺陷会对设备或构件存在严重的安全隐患。在工程实践中，常常利用超声波探伤仪（A型脉冲反射式超声波探伤仪）产生超声波，投射被检物并接收反射回来的信号，在显示屏上得到相应的波形图，分析声波的波幅和位置等信息。首先，根据相关数据绘制DAC曲线（距离-波幅曲线），对缺陷进行定位与定量分析。然后，再判断缺陷类型，即缺陷是体积型缺陷还是面积型缺陷。最后根据距离-波幅曲线（DAC）对缺陷进行评定，评定的一些方法如下：1）当检测时反射波高度超过评定线的信号，应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷特征，如果不确定，就再改变探头角度，增加探伤面、观察动态波型，结合结构工艺特征进行判定，如果对波型判断不准确时，应辅以其他检验方法作综合判定；2）最大反射波幅位于DAC 区的缺陷，其指示长度小于10mm则按5mm计；3）相邻两缺陷各向间距小于8mm时，两缺陷的指示长度之和作为单个缺陷的指示长度。4）最后对缺陷进行分级，根据反射波幅判断出缺陷是级缺陷、级缺陷、级缺陷还是级缺陷。对于不合格的缺陷，应于进行及时补修。随着工业生产对检测效率和可靠性要求的不断提高，以及电子技术和计算机技术的进步，超声检测设备不断向小型化，智能化方向发展，形成了适合不同用途的超声波检测仪，同时也使超声波检测变得更为快速，缺陷显示更为直观，缺陷的描述更加准确。9第二章 超声波检测的物理基础2.1 超声波检测概述超声波检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料力学为基础的通用无损检测技术，广泛应用于工业（探伤、厚度和距离测量、流量和密度测量、清洗、超声焊接）、医疗器械、海洋探测及制造业的质量控制、验收试验和定期维修检查中，并且适用于各种材料的缺陷定位和确认，比如金属、复合材料、陶瓷和聚合物等。超声波探测也常常用于材料厚度、材料结构质量、材料的机械模量、材料晶粒大小和排列方向的材料特性等检测。超声波探伤在石油和航空航天工业中应用非常广，也常常应用在核电站和结构混凝土基本设施上。超声波是超声振动在介质中的传播，其实质是以波动形式在弹性介质中传播的机械振动。超声检测是使超声波与被检工件相互使用，根据超声波的反射、投射和散射的行为，对被检工件进行缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其应用性进行评价的一种无损检测技术。超声波检测主要有以下一些优点：·无论是金属、非金属，还是复合材料都可以应用超声波进行无损检测；·施加给工件的超声强度低，最大作用力远低于弹性极限，不会对工件使用造成任何影响；·对确定内部缺陷大小、位置、取向、埋深、性质等参量较之其他无损检测方法有综合优势；·仅需从一侧接近被检工件，便于复杂形状工件的检测；·对人体及环境无害；·设备轻便，可作现场检测；·所用参数设置及有关波形均可进行存储，供以后分析调用。超声波检测的局限性主要有：·人工操作需要工作人员具备专业技术并且小心仔细进行检测；·为制定出恰当的检测步骤需要多方面的技术知识；·不能检测表面粗糙、形状不规则，体积太小或材质不均匀的工件；·不能检测恰巧发生在紧邻工件表面下的薄层的缺陷；·为使超声波以常用的电压换能器为声源进入试件，一般需要耦合剂；·耦合介质通常需要在转换器和工件之间传输超声波能量；·需要校准设备和标识缺陷的实际参考标准；·对缺陷进行精确的定性、定量表征仍须做深入研究；今年来的研究表面，超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性，为超声波的应用提供了丰富的信息，并且成为超声波广泛应用的条件。随着微电子技术的发展和计算机的普遍应用，超声检测仪器和检测方法得到了迅速的发展，使超声检测的应用更为普及。超声波检测诊断技术是无损检测中应用最为广泛的方法之一，适用于各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝和某些铸件。近年来，国内外超声检测技术发展很快，新方法、新设备、新工艺不断涌现，缺陷检出率、缺陷定位定量能力以及检测效率方面越来越显示出其优越性，在国民经济各个方面得到了广泛的应用。 目前，微型计算机在超声检测中能够完成数据采集、信息处理、过程控制和记录存储等多种功能。许多超声检测仪器都把微处理器作为一个部件组装在一起，执行数据处理和图像分析的任务。一些全电脑对话式超声探伤仪，可在屏幕上同时显示回波曲线和检测数据，存储仪器调整状态、缺陷波形和各种操作功能。2.2 超声波检测的基础知识2.2.1 超声波检测的发展历程超声波形成机理的研究始于19纪初，但它在无损检测中的应用大约是从20世纪20年代才开始。在30年代，超声波技术才广泛应用于无损检测。脉冲反射法和仪器的出现，给超声检测注入了新的生命力。1946年，英国研制出第一台A型脉冲反射式超声探伤仪，利用该仪器，可以从物体的一面反射和接收，并能够检测出小缺陷，并能够较准确地确定缺陷的位置和测量缺陷的尺寸。20世纪60年代，随着电子技术的迅速发展，以前制约仪器电子性能的很多指标，都取得了突破性进展，焊缝问题得到了很好的解决。从此，脉冲反射技术得到了广泛的应用，直至目前，仍是通用性最好，使用最广泛的检测方法之一。20世纪80年代，逐步发展了自动检测系统，配备了自动报警、记录等装置，发展了B或C型显示方式。形成了不同用途的多种超声检测仪器。现如今，计算机技术的进步使得超声波设备体积更小、性能更稳定、功能更强大。最近几年，超声波测绘技术得到了极大的发展。超声波探测试验中需要采集精确的数据，这种需求进一步推动了定量测量技术的发展。同时，基于超声波能量形成和非接触检测技术的发展也促进了激光器和电磁传感器的技术进步。如今，便携式设备中，已经运用了相控阵式激光技术。采用这种技术，单一发生器定时或定相发射的超声波元素阵列，能够精确截取被测对象的超声波波形。2.2.2 超声波及其特性超声波即是频率高于20000Hz的机械波（声波的频率范围在2020000Hz之间）。超声波的特性如下：2.2.2.1 具有良好的方向性人耳可感受的声音是无指向性的球面波，即以声源为中心呈球面向四周扩散周围均能听到声音。由于超声波频率高、波长短，在介质传播过程中方向性好，能方便、容易地发现被检物中是否存在缺陷；2.2.2.2 超声波的透射、反射、折射与聚集由于超声波的频率较高，所以超声波在定向传播时，在两种不同媒质的分界面上，会出现类似于光线一样的透射、反射和折射现象。利用超声波聚集装置可以将超声波束会聚到一点，从而将超声波的声强提高几倍甚至几千倍，利用这样巨大的声强可以做许多很有意义的工作。例如:超声波切割、超声波钻孔、超声波打磨等。2.2.2.3 超声波的吸收与衰减对于超声波来讲，由于它的频率很高，所发，它在空气中传播时，被吸特别厉害。据科学家们的实验，频率为100亿Hz的超声波，在它离开声源的一刹那间，马上会被空气全部吸收掉。在超声波治疗的临床应用中，对于超声波的吸收特性，必须予以足够的重视。2.2.2.4 超声波的巨大能量超声波之所以在工业、国防和医疗等方面发挥着独特而又巨大的作用，还有一个原因是由于超声波比一般可听声有着强大的功率。根据声学工作者的实验测定，一般的讲话声音的能量是很小的。假设我们想用普通说话的能量来烧开一壶水，那么，必须动员700多万人，连续大声喊叫12个小时才行。超声波具有的能量，要比一般可听声大的多。根据有关声学实验测定，频率为100万赫兹的超声波的能量，要比同幅度的频率为1000赫兹的可听声能量大100万倍。所以说，拥有巨大的能量，是超声波的一个重要特点。2.2.2.5 超声波具有很强的穿透能力超声波可以在许多金属或非金属物质中传播，且传播距离远、传输能量损失少、频率高、波长短、穿透力强，是目前无损检测中穿透力最强的检测方法，如可穿透几米厚的金属材料。2.2.2.6 超声波对人体无伤害。高强度的脉冲超声波在含有微米级小气泡的液体中传播时，可导致气泡收缩、膨胀以至猛烈爆炸，这种现象称为“空化现象”。 对生物体来说，瞬态空化作用时，靠近爆炸气泡附近的细胞会受到损伤，一般说来，在人体内大多数器官和生物流体中，损伤少量细胞不会对人体产生危害。2.2.3 超声波的种类及其应用超声波有很多种分类方法，例如可以根据介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系分类（按波的类型分类），还有一些其他的分类方法，如按照波阵面的形状分类、按振动的持续时间分类等。2.2.3.1 按波的类型型分类按照波的类型分类，可将超声波分为纵波、横波、板波、和表面波。下面介绍这几种波的特点和应用范围。纵波：当弹性介质受到交替变化的拉应力或压应力作用时，就会产生交替变化的伸长或压缩形变，质点产生疏密相间的纵向振动，并在介质中传播，质点的振动方向与波的传播方向相同，这种波称为纵波。纵波常常用来检验几何形状简单的工件的内部缺陷，常应用于钢板、锻件等探伤。横波：固体介质既具有体积弹性，又具有剪切弹性。当固体介质受到交变剪切应力作用时，将发生相变的剪切形变，介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动，这时质点的振动方向与波的传播方向相垂直，这种波称为横波。横波通常由纵波通过波型转换而来，利用横波可以探测管件、杆件和其他几何外形复杂的零件的缺陷。表面波：当固体介质表面受到交替变化的表面张力作用时，质点在介质表面的平衡位置附近作椭圆轨迹的振动，这种振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播，这种波称为表面波。质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。表面波应用于钢板、锻件钢管等探伤。板波：板波是在薄板状固体（含细棒材等）中传播的超声波，其声波的波动情况较为复杂，它包含有纵波和横波的分量。板波中各质点的振动方向平行于板面而垂直于波的传播方向。在板波的传播中，按它的传播方式的不同，可将板波分为对称型板波（波）和非对称型板波（型）两种，应用于薄板、薄壁钢管的探伤（<6mm）。表2-1 上述几种波的传播特点及应用波的类型符号示 意 图传播介质纵波L固、液、气体介质横波S固体介质表面波(瑞利波)R固体介质板波(兰姆波）SH固体介质（厚度与波长相当的薄板）其中，纵波和横放的应用比较广泛，纵波通常是由直探头产生的。横被通常是由斜探头产生的。纵波传播时，介质的质点疏密相间，所以有时又称为压缩波或疏密波；固体介质可以承受拉应力的作用，可以传播纵波，液体和气体虽不能承受拉应力，但在压应力的作用下会产生容积的变化，因此也可以传播纵波。横波是由于介质质点受到交变切应力作用，产生切变形变而形成，因此横波也称为切变波。固体介质能够承受切应力，而液体和气体不能承受切应力，因此横波只能在固体介质中传播，不能够在液体和气体中传播，故在实际超声波检测中，要根据具体情况采用合适的波形。2.2.3.2 按波阵面的形状分类波形是指波阵面的形状。同一时刻，介质中振动相位相同的所有质点所连成的面称为波阵面。平面波：波阵面为相互平行的平面，