什么是超声波探伤仪？

　　什么是重的缺陷，为什么检测呢？
 

　　缺陷会造成应力集中，并可能损害结构部件的完整性，从而导致低于设计应力的过早失效。根据尺寸，形状(圆形与尖锐的缺口)和缺陷的数量，可以降低静态机械性能(拉伸强度，伸长率，韧性)。少量的细孔可能不会显着降低静态性能。但是，即使是少量的孔隙也可以显着降低诸如疲劳强度之类的动态性能，因此，在维修前和维修期间，应对高循环载荷下的组件进行缺陷检查。
 

　　缺陷和不连续点为疲劳裂纹提供了起点。表面缺陷也使材料更容易受到腐蚀。超声波探伤在航空航天，汽车，基础设施(桥梁，塔楼等)，制造业，船舶，油气和发电行业中都很重要。诸如桥梁，机身，压力容器，反应堆和轮船之类的老化结构需要进行无损检测，以确保材料的完整性，适航性和对人类的整体安全，以及保护环境和防止主要资本设备的损失。在复合材料，焊缝，金属合金板或轧机库存产品的制造过程中使用超声波测试或监视来检测空隙，夹杂物和缺陷，并调整工艺参数以消除这些制造缺陷。
 

　　超声波探伤在航空航天，汽车，基础设施(桥梁，塔楼等)，制造业，船舶，油气和发电行业中都很重要。诸如桥梁，机身，压力容器，反应堆和轮船之类的老化结构需要进行无损检测，以确保材料的完整性，适航性和对人类的整体安全，以及保护环境和防止主要资本设备的损失。在复合材料，焊缝，金属合金板或轧机库存产品的制造过程中使用超声波测试或监视来检测空隙，夹杂物和缺陷，并调整工艺参数以消除这些制造缺陷。
 

　　在制造过程中或由于现场的老化效应，材料和零件中会发生多种缺陷：
 

　　空洞/毛孔
 

　　内含物
 

　　裂缝(地下或表面)
 

　　焊缝缺陷(不*熔化，热影响区，图1-带有中心孔的板的应力集中系数。由Vable提供，M。材料力学。
 

　　图1-带有中心孔的板的应力集中系数。由Vable提供，M。材料力学。
 

　　夹杂物，孔隙率，凹槽形状)
 

　　腐蚀/氧化
 

　　磨损/侵蚀
 

　　机加工或磨削损坏
 

　　锻造缺陷
 

　　铸造缺陷
 

　　成型/轧机缺陷
 

　　胶粘剂/密封胶剥离
 

　　复合材料/蜂窝分层
 

　　钢丝绳/电缆夹
 

　　管道/管子缺陷
 

　　什么是UT？
 

　　超声波探伤仪是无损检测(NDT)工程师，检验人员或技术人员，冶金学家和材料工程师使用的工具库的一部分，以确保零件和材料的完整性。超声测试(UT)是无损测试中使用的主要方法之一。
 

　　电磁或涡流(ET)，X射线或射线照相检查(RT)，目测(VT)，计算机断层扫描(CT，又名数字成像或计算机射线照相[CR])，磁粉探伤(MT)，液体渗透剂(LP)和硬度测试(HD)也是著名的NDE技术。尽管涡流和电磁方法广泛用于检查金属和合金，但是当需要检查电绝缘或非铁磁材料或零件时，这些方法就不可行。UT可用于检查非导电材料，例如复合材料，塑料，木材和陶瓷。根据具体产品，超声仪器还可指示材料厚度，材料中的声速，弹性模量，泄漏检测和故障检测。
 

　　NDT人员执行无损检测(NDT)或无损评估，以验证新旧产品，组件和材料的结构完整性。该无损检测协会(ASNT)是参与培训和认证无损检测人员，开发无损检测标准，促进无损检测实践使用，鼓励探索新的无损检测方法，通过会议，会议和出版物分享无损检测专业知识和研究的主要组织。在许多行业应用中，需要ASNT级认证。例如，公司经常要求检查人员具有资格，并在超声测试(UT)中持有ASNT认证。根据经验和通过的考试，可以提供各种级别的ANSTNDT认证。NDT人员还需要定期重新认证。
 

　　超声波探伤仪如何工作？
 

　　声能将传播到零件的另一端，但是如果出现层状裂纹或类似的不连续性，则声能会更早地反射。评估金属零件或结构零件完整性的自然方法是敲击并聆听响应。高音调的铃声在主观上表明是固体结构，而低音调的空心声音或嘎嘎声提供了明显的空隙迹象。超声波探伤技术量化并扩展了老式的“敲击测试方法”或声波共振方法。抽头测试依赖于小于20KHz(每秒20,000个周期)的可听声音频率，而超声测试则使用500KHz至10MHz频率的声波以及脉冲回波或通过传输方法来检测材料和零件中的缺陷。
 

　　超声测试使用脉冲接收器生成声音脉冲或声波，然后将该信号发送到超声换能器。使用超声换能器将应力波传播通过零件，该超声换能器将电能转换为超声范围内的高频声波。现代超声仪器具有附加的信号处理组件，例如数字化仪或模数转换器，信号放大器和信号滤波器减少噪声，改善信号检测并增强解释能力。然后将这些声波聚焦在目标上，并通过换能器或其他拾取传感器或接收器读取回声，以确定特定的变量，例如距离和速度。材料中的声阻抗和声速随密度和弹性特性而变化。在由裂纹，接缝，叠片，裂缝或空隙产生的不同材料之间的界面处会发生反射。根据特定的UT技术和所使用的传感器，超声脉冲可以检测和确定缺陷深度，缺陷尺寸甚至缺陷成像。反射返回到换能器所花费的时间可以根据材料中声音的速度转换为距离或深度。背面反射时间表示材料的厚度。现代超声仪器为用户将时间转换为深度。
 

　　撞击，ping或超声波脉冲会在材料中引发S，R和L波。S波和R波从源脉冲沿球面波前传播出去。S波与剪切应力或应变相关，而纵波(P波或L波)与法向应力或应变相关。R波沿零件的表面传播。纵向波适合于检测平行于零件表面定向的缺陷，裂纹或分层，而剪切波则更适合于检测垂直于材料表面定向的缺陷，焊缝或裂纹。
 

　　Krautkramer等。在1990年有关的弹性模量(E)，剪切模量(G)，泊松比(ν)和密度，P波和S波的速度通过下式的材料(ρ)：
 

　　Çp波=ν)/(ρ(1+ν)(1-2ν)))1/2
 

　　Cs波=(G/ρ)1/2(E/2ρ(1+ν))1/2
 

　　反射系数与构成界面的材料的特定声阻抗有关。
 

　　R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)
 

　　零件的几何形状和声束相对于零件表面的角度会影响超声测试结果。与表面成直角或垂直于表面撞击的声束或脉冲将直接向后反射。用换能器施加垂直于零件的脉冲进行超声波测试称为直光束测试。当超声脉冲以一定角度入射到零件中时，会发生角束超声测试，然后该超声脉冲以相同角度向前传播并以相同角度在平行表面上反射。斯涅耳的折射定律根据以下公式控制声音的传播方式：
 

　　(sinϴ1)/(VL1)=(sinϴ2)/(VL2)
 

　　反射波的信号所产生的*回波图或频谱被记录并显示在屏幕上。需要使用标准品和一定程度的知识进行校准才能解释这些模式。时域频率分析和频谱分析用于从记录的超声波形式的峰中提取信息。
 

　　有哪些类型的超声波探伤仪可用？
 

　　根据零件的尺寸，几何形状和位置(现场与实验室)，有几种不同类型的超声波探伤仪可供使用。定义超声波探伤类型的另一个因素是所使用的耦合和换能器的类型。
 

　　直束超声测试使用接触，延迟线，双元件或浸入式传感器。直束超声波探伤仪可以发现平行于试样表面的裂纹或分层。它们还可以检测孔隙和孔隙度。
 

　　接触式超声测试使用与要检查的零件或表面接触的超声换能器。接触式超声换能器和紧凑的便携式超声探伤仪有助于对组件进行工厂和现场测试。取决于换能器，耦合剂可能会或可能不会应用于零件。空气耦合超声测试是UT的另一种形式。
 

　　双元件换能器在换能器外壳中具有两个元件，允许发射器和接收器独立运行。元件彼此成角度以形成反射的发射/接收路径。
 

　　延迟线传感器用途广泛，通常具有可更换的探头选件，例如隔膜和防磨帽。它们用于测量或检测缺陷，例如薄材料中的分层。
 

　　在浸入式超声测试(IUT)中，将零件浸入耦合剂浴中，将潜水换能器放置在水箱中，或者通过指向该零件的耦合剂射流或声流发送声脉冲。浸入式超声测试适用于实验室测试应用，其中零件足够小以适合UT储罐，或者可以轻松收集耦合剂射流。
 

　　角射束超声波缺陷测试可用于检测垂直于试件表面或与零件表面成一定角度的裂纹，分层或其他缺陷。使用直束UT技术通常看不到这些方向的缺陷。
 

　　在角梁或剪切波UT中，角梁或楔形传感器安装在透明的塑料或环氧树脂角块或楔形上。角射束传感器将剪切波或纵波以相对于表面的角度引入到测试件中。它们通常用于焊接检查。剪切波UT通常用于焊接检查。折射剪切波用于检测整个焊接区域深度的缺陷。在不使用角钢楔的情况下将剪切波引入材料。剪切波分量与纵向分量之比可以超过30dB。
 

　　飞行时间衍射波(TOFD)传感器与楔一起使用，并发射高度衰减的纵波，以产生用于裂纹检测和测量的横波。使用四种不同的超声波类型构造TOFD图像：(1)纵向波；(2)接收器和发送器之间的表面上的侧波；(3)反射的纵向波；(4)在裂纹，缺陷处产生的剪切波或不连续性。
 

　　相控阵测试(PAUT)使用多个换能器组成的阵列，这些换能器放置在零件周围的不同位置作为一个系统一起工作。相控阵超声成像系统可对裂缝，焊缝或缺陷成像。相控阵技术通过以内部结构的横截面图像的彩色图形表示形式呈现数据，大大提高了用户友好性并简化了解释。此外，相控阵超声探伤仪具有射束转向，快速扫描和动态聚焦功能，可显着提高在关键任务应用。
 

　　电磁声共振(EMAR)使用非接触式EMAT传感器来传递信号以进行共振声分析。电磁声换能器(EMAT)使用磁致伸缩或涡流效应来发送和接收超声信号。非接触式EM感应信号产生纯谐振响应。与传统的超声换能器相比，EMAR具有多个优点，例如不需要耦合剂。可用于带有氧化皮，涂层或重氧化层的样品；在高温下起作用；可用于与表面接触或相距很小的距离；甚至可以检查小直径的管道。
 

　　非接触式和无耦合剂的特征允许在生产过程中检查运动物料。来自周围机械的机械振动不会影响被检查材料或零件中的超声波信号。根据需要隔离和测量哪些功能，可以生成局部或较宽的声场。也可以隔离小的表面或地下缺陷或异常。具体来说，整个零件可以产生共振，以进行弹性刚度和结构完整性评估。EMAR的局限性在于，被评估的零件必须由导电材料制成。