五大常规无损检测技术之一：超声检测UT的原理和特点

五大常规无损检测技术之一超声检测五大常规无损检测技术之一超声检测 （（UTUT）的原理和特点）的原理和特点 超声检测（Ultrasonic Testing），业内人士简称 UTUT，是工业无损检测 （Nondestructive Testing）中应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无 损检测技术， 可以用于产品制造中质量控制、 原材料检验、 改进工艺等多个方面， 同时也是设备维护中不可或缺的手段之一。 超声检测主要的应用是检测工件内部宏观缺陷和材料厚度测量。 按照不同特征，可将超声检测分为多种不同的方法 （1）按原理分类超声波脉冲反射法、衍射时差法（ Time of Flight Diffraction， 简称 TOFD）等。 （2）按显示方式分类A 型显示、超声成像显示（B、C、D、P 扫描成像、双控 阵成像等）。 A 型显示的超声波脉冲反射法是五大常规无损检测技术之一，其他四种是 射线射线 检测检测（（Radiographic TestingRadiographic Testing））射线照相法、磁粉检测磁粉检测（（Magnetic ParticleMagnetic Particle TestingTesting））、渗透检测（渗透检测（Penetrant TestingPenetrant Testing））、涡流检测（涡流检测（Eddy CurrentEddy Current TestingTesting））。 超声检测原理超声检测原理 超声检测，本质上是利用超声波与物质的相互作用反射、折射和衍射。 （1）什么是超声波 我们把能引起听觉的机械波称为声波，频率在 20-20000Hz 之间，而频率高于频率高于 20000Hz20000Hz 的机械波称为超声波的机械波称为超声波，人类是听不到超声波的。对于钢等金属材料的 检测，我们常用频率为 0.510MHz0.510MHz 的超声波。（1MHz10 的六次方 Hz） （2）如何发出和接收超声波 超声检测用探头的核心元件是压电晶片压电晶片， 其具有压电效应压电效应 在交变拉压应力的作 用下，晶体可以产生交变电场。 当高频电脉冲高频电脉冲激励压电晶片时， 发生逆压电效应，逆压电效应， 将电能转换成声能将电能转换成声能 （机械能）（机械能） ，， 探头以脉冲的方式间歇发射超声波，探头以脉冲的方式间歇发射超声波，即脉冲波。即脉冲波。当探头接受超声波时，发生正压正压 电效应电效应，将声能转换成电能。 超声检测所用的常规探头，一般由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和 外壳组成， 一般分为直探头和斜探头两个类别，后者的话通常还有一个使晶片与 入射面成一定角度的斜锲块。 下图为典型的斜探头结构图典型的斜探头结构图（图片来源于网络）。 下图为斜探头的实物图斜探头的实物图 该探头型号2.5P8*12 K2.52.5P8*12 K2.5，，其参数为 a）2.52.5 代表频率 f f2.5MHz2.5MHz； b）P 代表晶片材料为锆钛酸铅陶瓷，具有温度稳定性好、电性能优异、容易 制造而且价格低廉等优点； c）8*128*12 代表矩形晶片尺寸为8mm*12mm8mm*12mm；； d d）K2.5K2.5 代表斜探头折射角的正切值为 2.5，即 tan68.22.5tan68.22.5，其折射角 为 68.268.2。 A 型显示的超声波脉冲反射法工作原理 声源产生的脉冲波脉冲波进入到工件中，超声波在工件中以一定方向和速度向前传播。 当遇到两侧声阻抗声阻抗有差异的界面时 （声阻抗存在差异往往是因为材料中某种不连 续性造成，如裂纹、气孔、夹渣等） 部分声波被反射部分声波被反射，检测设备接受和显示分 析声波幅度声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。 A A 型显示的超声波脉冲反射法的特点型显示的超声波脉冲反射法的特点 1、适用范围 适用于金属、非金属和复合材料等多种制件。 a）原材料、零部件检测钢板、钢锻件、铝及铝合金板材、钛及钛合金板材、 复合板、无缝钢管等。 b）对接焊接接头检测钢制对接接头（包括管座角焊缝、T 形焊接接头，支撑 架和结构件），铝及铝合金对接接头 下图为钢制对接接头T 形焊接接头。 2、A 型显示的超声波脉冲反射法的优点 a）穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。如对于金属材 料，可检测厚度为 12mm 的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。 b）缺陷定位较准确。 c）对面积型缺陷的检出率较高。 d）灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷。超声检测理论灵敏度约为超声超声 波波长的一半波波长的一半，当检测对象为钢制件，采用2.5MHz 频率的超声斜探头，其灵敏 度约为 0.65mm。 e）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。 3、A 型显示的超声波脉冲反射法的局限 a）对工件中的缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入研究。请参考超声检测 如何评定工件内部缺陷位置和大小。 b）对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难。请参考超声检 测中常见的非缺陷回波的辨别与排除 c）缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响。 d）工件材质、晶粒度等对检测有较大影响。 e）检测结果显示不直观，检测结果无直接见证记录。 参考资料 【1】超声检测全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材。 【2】果壳果篮声学