浅谈超声检测
摘要：目的：超声检测是指用超声波来检测材料和工件、并以超声检测仪作为显示方式的一种无损检测方法。超声检测是利用超声波的众多特性(如反射和衍射)，通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。
关键词：超声；检测
【中图分类号】R445.1【文献标识码】C【文章编号】1002-3763(2014)01-0079-01
超声检测-原理
超声波是频率高于20千赫的机械波。在超声探伤中常用的频率为0.5-5兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面(如缺陷或被测物件的底面等)就会产生反射。这种反射现象可被用来进行超声波探伤，最常用的是脉冲回波探伤法探伤时，脉冲振荡器发出的电压加在探头上(用压电陶瓷或石英晶片制成的探测元件)，探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质(如机油或水等)进入材料并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回探头，探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度(与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较)，即可测定缺陷的位置和大致尺寸。除回波法外，还有用另一探头在工件另一侧接受信号的穿透法。利用超声法检测材料的物理特性时，还经常利用超声波在工件中的声速、衰减和共振等特性。
超声波是频率大于 20 kHz 的一种机械波(相对于频率范围在 20 Hz - 20 kHz 的声波而言)。超声检测用的超声波，其频率范围一般在 0.25 MHz -15 MHz 之间。用于金属材料超声检测的超声波，其频率范围通常在 0.5 MHz - 10 MHz 之间；而用于普通钢铁材料超声检测的超声波，其频率范围通常为 1 MHz - 5 MHz。
超声波具有众多与众不同的特性，如：声束指向性好(能量集中)；声压声强大(能量高)，传播距离远；穿透能力强；在界面处会产生反射、透射(或折射)和波型转换，以及产生衍射等。
超声检测-应用
脉冲回波探伤法通常用于锻件、焊缝及铸件等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺陷。被探测物要求形状较简单，并有一定的表面光洁度。为了成批地快速检查管材、棒材、钢板等型材，可采用配备有机械传送、自动报警、标记和分选装置的超声探伤系统。除探伤外，超声波还可用于测定材料的厚度，使用较广泛的是数字式超声测厚仪，其原理与脉冲回波探伤法相同，可用来测定化工管道、船体钢板等易腐蚀物件的厚度。利用测定超声波在材料中的声速、衰减或共振频率可测定金属材料的晶粒度、弹性模量(见拉伸试验)、硬度、内应力、钢的淬硬层深度、球墨铸铁的球化程度等。此外，穿透式超声法在检验纤维增强塑料和蜂窝结构材料方面的应用也已日益广泛。超声全息成象技术也在某些方面得到应用。
超声检测-主要方法
应用最广泛的是A扫描显示型超声脉冲反射式检测仪。经过长期的超声检测实践，许多超声检测人员对其大量接触的材料、产品及制造工艺有充分的了解，并通过大量的解剖分析验证，积累了丰富的经验，在检测时能通过A扫描显示型超声脉冲反射式探伤仪，根据示波屏上出现缺陷回波时的波形形状，例如视频显示或射频显示，起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度(下降斜率)，波尖形状，回波占宽以及移动探头时缺陷回波的变化情况(波幅、位置、数量、形状、动态包络等)，还可以根据观察多次底波的次数，底波高度损失情况，再根据缺陷在被检件中的位置，分布情况，缺陷的当量大小(与反射率有关)，延伸情况，结合具体产品、材料的特点和制造工艺作出综合判断，评估出缺陷的种类和性质。有时还可以通过改变发射超声波脉冲的频率、改变声束直径大小(采取聚焦或采用不同直径的探头等)来观察缺陷的回波变化特征，从而识别是材料中的冶金缺陷还是组织反射。
在这方面已经有不少经验总结和资料报道，例如判断钢锻件中的白点、夹杂物、残余缩孔、粗晶、中心疏松、方框形偏析，以及焊缝中的气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等等。
必须指出，这种判断方法在很大程度上依赖超声检测人员的经验、技术水平和对特定产品、材料及制造工艺的充分了解，其局限性是很大的，难以推广成为通用的评定方法。此外，作为A扫描显示的缺陷回波所显示的缺陷信息也极其有限，主要显示的是波幅大小、位置和回波包络形状，而缺陷对超声响应的相位、频谱等重要信息则无法显示出来，但是后两者与缺陷性质和种类有着密切关系，这也正是广大超声检测人员致力研究探索的问题。
超声检测-技术不同
按波源不同可分为：连续波、脉冲波；
按波型不同可分为：纵波、横波、表面波、板波、爬波；
按接收方式不同可分为：回波(反射)、穿透；
按耦合方式不同可分为：接触式、液浸式；
按探头数不同可分为：单探头、双探头、多探头。
脉冲回波(脉冲反射)技术是超声检测中最常用的一种技术，其所用的超声波是一种脉冲波，即波源振动持续时间很短(通常是微秒数量级)、仅在很短一段时间内有振幅(间歇发射)的一种机械波动。
通常，脉冲回波超声检测的过程是：由超声检测仪(亦称超声波探伤仪)产生脉冲电信号，输入到换能器(或探头)上，激励换能器的压电晶片发射脉冲超声波；超声波透射(或折射)进入被检材料或工件中，经过反射或衍射等传播变化，最终又被换能器的压电晶片所接收，再转换成电信号，输送回超声检测仪显示出来；最后，通过对显示屏进行观察，来分析和评价被检材料或工件的内部或表面质量。
超声检测-优缺点
超声检测法的优点是：穿透能力较大，例如在钢中的有效探测深度可达1米以上；对平面型缺陷如裂纹、夹层等，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。缺点是：不易检查形状复杂的工件，要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。此外，超声检测还要求有一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。 (刘淑艳)
关键词：超声；检测
【中图分类号】R445.1【文献标识码】C【文章编号】1002-3763(2014)01-0079-01
超声检测-原理
超声波是频率高于20千赫的机械波。在超声探伤中常用的频率为0.5-5兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面(如缺陷或被测物件的底面等)就会产生反射。这种反射现象可被用来进行超声波探伤，最常用的是脉冲回波探伤法探伤时，脉冲振荡器发出的电压加在探头上(用压电陶瓷或石英晶片制成的探测元件)，探头发出的超声波脉冲通过声耦合介质(如机油或水等)进入材料并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回探头，探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度(与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较)，即可测定缺陷的位置和大致尺寸。除回波法外，还有用另一探头在工件另一侧接受信号的穿透法。利用超声法检测材料的物理特性时，还经常利用超声波在工件中的声速、衰减和共振等特性。
超声波是频率大于 20 kHz 的一种机械波(相对于频率范围在 20 Hz - 20 kHz 的声波而言)。超声检测用的超声波，其频率范围一般在 0.25 MHz -15 MHz 之间。用于金属材料超声检测的超声波，其频率范围通常在 0.5 MHz - 10 MHz 之间；而用于普通钢铁材料超声检测的超声波，其频率范围通常为 1 MHz - 5 MHz。
超声波具有众多与众不同的特性，如：声束指向性好(能量集中)；声压声强大(能量高)，传播距离远；穿透能力强；在界面处会产生反射、透射(或折射)和波型转换，以及产生衍射等。
超声检测-应用
脉冲回波探伤法通常用于锻件、焊缝及铸件等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺陷。被探测物要求形状较简单，并有一定的表面光洁度。为了成批地快速检查管材、棒材、钢板等型材，可采用配备有机械传送、自动报警、标记和分选装置的超声探伤系统。除探伤外，超声波还可用于测定材料的厚度，使用较广泛的是数字式超声测厚仪，其原理与脉冲回波探伤法相同，可用来测定化工管道、船体钢板等易腐蚀物件的厚度。利用测定超声波在材料中的声速、衰减或共振频率可测定金属材料的晶粒度、弹性模量(见拉伸试验)、硬度、内应力、钢的淬硬层深度、球墨铸铁的球化程度等。此外，穿透式超声法在检验纤维增强塑料和蜂窝结构材料方面的应用也已日益广泛。超声全息成象技术也在某些方面得到应用。
超声检测-主要方法
应用最广泛的是A扫描显示型超声脉冲反射式检测仪。经过长期的超声检测实践，许多超声检测人员对其大量接触的材料、产品及制造工艺有充分的了解，并通过大量的解剖分析验证，积累了丰富的经验，在检测时能通过A扫描显示型超声脉冲反射式探伤仪，根据示波屏上出现缺陷回波时的波形形状，例如视频显示或射频显示，起波速度，回波前沿的陡峭程度及回波后沿下降的速度(下降斜率)，波尖形状，回波占宽以及移动探头时缺陷回波的变化情况(波幅、位置、数量、形状、动态包络等)，还可以根据观察多次底波的次数，底波高度损失情况，再根据缺陷在被检件中的位置，分布情况，缺陷的当量大小(与反射率有关)，延伸情况，结合具体产品、材料的特点和制造工艺作出综合判断，评估出缺陷的种类和性质。有时还可以通过改变发射超声波脉冲的频率、改变声束直径大小(采取聚焦或采用不同直径的探头等)来观察缺陷的回波变化特征，从而识别是材料中的冶金缺陷还是组织反射。
在这方面已经有不少经验总结和资料报道，例如判断钢锻件中的白点、夹杂物、残余缩孔、粗晶、中心疏松、方框形偏析，以及焊缝中的气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等等。
必须指出，这种判断方法在很大程度上依赖超声检测人员的经验、技术水平和对特定产品、材料及制造工艺的充分了解，其局限性是很大的，难以推广成为通用的评定方法。此外，作为A扫描显示的缺陷回波所显示的缺陷信息也极其有限，主要显示的是波幅大小、位置和回波包络形状，而缺陷对超声响应的相位、频谱等重要信息则无法显示出来，但是后两者与缺陷性质和种类有着密切关系，这也正是广大超声检测人员致力研究探索的问题。
超声检测-技术不同
按波源不同可分为：连续波、脉冲波；
按波型不同可分为：纵波、横波、表面波、板波、爬波；
按接收方式不同可分为：回波(反射)、穿透；
按耦合方式不同可分为：接触式、液浸式；
按探头数不同可分为：单探头、双探头、多探头。
脉冲回波(脉冲反射)技术是超声检测中最常用的一种技术，其所用的超声波是一种脉冲波，即波源振动持续时间很短(通常是微秒数量级)、仅在很短一段时间内有振幅(间歇发射)的一种机械波动。
通常，脉冲回波超声检测的过程是：由超声检测仪(亦称超声波探伤仪)产生脉冲电信号，输入到换能器(或探头)上，激励换能器的压电晶片发射脉冲超声波；超声波透射(或折射)进入被检材料或工件中，经过反射或衍射等传播变化，最终又被换能器的压电晶片所接收，再转换成电信号，输送回超声检测仪显示出来；最后，通过对显示屏进行观察，来分析和评价被检材料或工件的内部或表面质量。
超声检测-优缺点
超声检测法的优点是：穿透能力较大，例如在钢中的有效探测深度可达1米以上；对平面型缺陷如裂纹、夹层等，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。缺点是：不易检查形状复杂的工件，要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的铸件和焊缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。此外，超声检测还要求有一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。 (刘淑艳)