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不銹鋼棒和不銹鋼管超聲波探傷檢測(cè)方法和原理

2017-1-9 20:08:12      點(diǎn)擊:

超聲波檢測(cè)適用于金屬(不銹鋼棒)、非金屬和復(fù)合材料等多種試件的無(wú)損檢測(cè),缺陷定位準(zhǔn)確,檢測(cè)成本低,速度快,設(shè)備輕便。

1F原理與簡(jiǎn)介

超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處,并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí),在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零件缺陷的一種方法,當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部,遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波,在熒光屏上形成脈沖波形,可以通過(guò)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷位置和大小。

圖:超聲探傷原理示意圖

超聲波檢測(cè)按照其原理可分為缺陷回波法、穿透法、共振法。按波形分可分為縱波、橫波、表面波和板波等。縱波是用來(lái)探測(cè)金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡(jiǎn)單的制件中所存在的缺陷;橫波是探測(cè)管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷;表面波可探測(cè)形狀簡(jiǎn)單的鑄件上的表面缺陷;板波可探測(cè)薄板中的缺陷。

圖:縱波&橫波示意圖

2F檢測(cè)過(guò)程

超聲檢測(cè)方法可采用多種檢測(cè)技術(shù),每種檢測(cè)技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中,都有其需要考慮的特殊問(wèn)題,其檢測(cè)過(guò)程也各有特點(diǎn)。但各種超聲檢測(cè)技術(shù)又都存在著通用的技術(shù)問(wèn)題。其檢測(cè)過(guò)程也大致可分為以下幾步:

1、試件的準(zhǔn)備

為了提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性,應(yīng)對(duì)受檢件的材料牌號(hào)、性能,制造方法和工藝特點(diǎn),影響其使用性能的缺陷種類(lèi)及形成原因、缺陷的****可能取向及大小、受檢部位受力狀態(tài)及檢收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解。

2、檢測(cè)條件的確定,包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊等的選擇

入射方向的選擇應(yīng)使聲束中心線與缺陷延伸平面,特別是與****受力方向垂直的缺陷面盡可能地接近垂直,并力求得到缺陷****信號(hào),此外,為避免被探工件形狀和結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生反射或變型信號(hào)對(duì)缺陷的判別造成困難,入射方向還應(yīng)選擇在不會(huì)出現(xiàn)這些干擾信號(hào)的方向上。必要時(shí)應(yīng)從正、反兩面進(jìn)行檢查。

探頭的選擇也是尤為重要的。作為超聲檢測(cè)的重要工具之一,探頭的種類(lèi)很多,結(jié)構(gòu)型式也各不相同。檢測(cè)前應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的形狀、衰減情況和技術(shù)要求來(lái)選擇探頭。探頭的選擇包括選擇探頭型式、頻率、晶片尺寸和斜探頭的折射角(K)等。一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來(lái)選擇探傷方法,一旦方法確定,應(yīng)采用什么型式的探頭也就確定了。

3、檢測(cè)儀器的調(diào)整

在儀器開(kāi)始使用時(shí),對(duì)儀器的水平線性和垂直線性進(jìn)行測(cè)定。時(shí)基線刻度可按比例調(diào)節(jié)為代表脈沖回波的水平距離、深度或聲程。

4、掃查

掃查一般考慮兩個(gè)原則,一是保證試件的整個(gè)檢查區(qū)有足夠的聲束覆蓋以避漏檢;二是掃查過(guò)程中聲束入射方向始終符合所規(guī)定的要求。一般標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定掃查速度不得大于150mms。且在掃查過(guò)程中應(yīng)給探頭以適當(dāng)?shù)暮鸵恢碌膲毫,保持探頭移動(dòng)平穩(wěn),掃查過(guò)程中,探頭的方向應(yīng)嚴(yán)格按照掃查方式的規(guī)定(斜射探頭尤應(yīng)注意)。

因?yàn)樘筋^移動(dòng)方向的改變對(duì)于單探頭探傷,將因入射波的方向改變而使缺陷檢出靈敏度變化;對(duì)于雙探頭法探傷,則可使反射或透射波不能為另一探頭接收。所以為免漏檢,每次掃查應(yīng)有一定比例的聲束覆蓋率。

5、缺陷的評(píng)定

缺陷的具體評(píng)定方法,這里我們就省略了。有興趣的朋友可以查閱對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

6、結(jié)果記錄與報(bào)告的編寫(xiě)

3F優(yōu)缺點(diǎn)

1、主要優(yōu)點(diǎn)

穿透能力強(qiáng),探測(cè)深度可達(dá)數(shù)米;靈敏度高,可發(fā)現(xiàn)與直徑約十分之幾毫米的空氣隙反射能力相當(dāng)?shù)姆瓷潴w;在確定內(nèi)部反射體的位向、大小、形狀及等方面較為準(zhǔn)確;可立即提供缺陷檢驗(yàn)結(jié)果;操作安全,設(shè)備輕便。

2、主要缺點(diǎn)

超聲波探傷對(duì)缺陷的顯示不直觀,探傷技術(shù)難度大,容易受到主、客觀因素的影響,對(duì)粗糙、形狀不規(guī)則、小、薄或非均質(zhì)材料難以檢查;對(duì)所發(fā)現(xiàn)缺陷作十分準(zhǔn)確的定性、定量表征仍有困難;不適合有空腔的結(jié)構(gòu)。

4F無(wú)損檢測(cè)的32個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題

1、什么是無(wú)損探傷/無(wú)損檢測(cè)?

(1)無(wú)損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下,對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測(cè)試手段。

(2)無(wú)損檢測(cè):NondestructiveTesting(縮寫(xiě) NDT

2、常用的探傷方法有哪些?

無(wú)損檢測(cè)方法很多據(jù)美國(guó)國(guó)家宇航局調(diào)研分析,認(rèn)為可分為六大類(lèi)約70余種。但在實(shí)際應(yīng)用中比較常見(jiàn)的有以下幾種:

常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法有:

-超聲檢測(cè) Ultrasonic Testing(縮寫(xiě) UT);

-射線檢測(cè) Radiographic Testing(縮寫(xiě) RT);

-磁粉檢測(cè) Magnetic particle Testing(縮寫(xiě) MT);

-滲透檢驗(yàn) Penetrant Testing (縮寫(xiě) PT);

-渦流檢測(cè)Eddy current Testing(縮寫(xiě) ET);

非常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有:

-聲發(fā)射Acoustic Emission(縮寫(xiě) AE);

-泄漏檢測(cè)Leak Testing(縮寫(xiě) UT);

-光全息照相Optical Holography

-紅外熱成象Infrared Thermography

-微波檢測(cè) Microwave Testing

3、超聲波探傷的基本原理是什么?

超聲波探傷儀的種類(lèi)繁多,但在實(shí)際的探傷過(guò)程,脈沖反射式超聲波探傷儀應(yīng)用的最為廣泛。一般在均勻的材料中,缺陷的存在將造成材料的不連續(xù),這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致,由反射定理我們知道,超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射,反射回來(lái)的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。

目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的,所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標(biāo)是超聲波在被檢測(cè)材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離,縱坐標(biāo)是超聲波反射波的幅值。譬如,在一個(gè)鋼工件中存在一個(gè)缺陷,由于這個(gè)缺陷的存在,造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面,交界面之間的聲阻抗不同,當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后,就會(huì)發(fā)生反射(見(jiàn)圖1),反射回來(lái)的能量又被探頭接受到,在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會(huì)顯示出來(lái)一個(gè)反射波的波形,橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷在被檢測(cè)材料中的深度。這個(gè)反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同,反映了缺陷的性質(zhì)。

4、超聲波探傷與X射線探傷相比較有何優(yōu)的缺點(diǎn)?

超聲波探傷比X射線探傷具有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高,對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是對(duì)工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類(lèi)、對(duì)缺陷沒(méi)有直觀性;超聲波探傷適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)。

5、超聲波探傷的主要特性有哪些?

1)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),在不同質(zhì)界面上具有反射的特性,如遇到缺陷,缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長(zhǎng)時(shí),則超聲波在缺陷上反射回來(lái),探傷儀可將反射波顯示出來(lái);如缺陷的尺寸甚至小于波長(zhǎng)時(shí),聲波將繞過(guò)射線而不能反射;

2)波聲的方向性好,頻率越高,方向性越好,以很窄的波束向介質(zhì)中輻射,易于確定缺陷的位置。

3)超聲波的傳播能量大,如頻率為1MHZ100赫茲)的超生波所傳播的能量,相當(dāng)于振幅相同而頻率為1000HZ(赫茲)的聲波的100萬(wàn)倍。

6、超生波探傷板厚14毫米時(shí),距離波幅曲線上三條主要曲線的關(guān)系怎樣?

測(cè)長(zhǎng)線 Ф1 х 6 12dB

定量線 Ф1 х 6 6dB 

判度線 Ф1 х 6 2dB

7、用超生波探傷時(shí),底波消失可能是什么原因造成的?

1)近表表大缺陷;(2)吸收性缺陷;(3)傾斜大缺陷;(4)氧化皮與鋼板結(jié)合不好。

8、簡(jiǎn)述超生波探傷中,超生波在介質(zhì)中傳播時(shí)引起衰減的原因是什么?

1)超聲波的擴(kuò)散傳播距離增加,波束截面愈來(lái)愈大,單位面積上的能量減少。

2)材質(zhì)衰減一是介質(zhì)粘滯性引起的吸收;二是介質(zhì)界面雜亂反射引起的散射。

9、試塊的主要作用是什么?

1)校驗(yàn)靈敏度;(2)校準(zhǔn)掃描線性。

10、用超生波對(duì)餅形大鍛件探傷,如果用底波調(diào)節(jié)探傷起始靈敏度對(duì)工作底面有何要求?

1)底面必須平行于探傷面;

2)底面必須平整并且有一定的光潔度。

11.超聲波探傷選擇探頭K值有哪三條原則?

1)聲束掃查到整個(gè)焊縫截面;

2)聲束盡量垂直于主要缺陷;

3)有足夠的靈敏度。

12、超聲波探傷儀主要有哪幾部分組成?

主要有電路同步電路、發(fā)電路、接收電路、水平掃描電路、顯示器和電源等部份組成。

13、發(fā)射電路的主要作用是什么?

由同步電路輸入的同步脈沖信號(hào),觸發(fā)發(fā)射電路工作,產(chǎn)生高頻電脈沖信號(hào)激勵(lì)晶片,產(chǎn)生高頻振動(dòng),并在介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生超聲波。

14、超聲波探傷中,晶片表面和被探工件表面之間使用耦合劑的原因是什么?

晶片表面和被檢工件表面之間的空氣間隙,會(huì)使超聲波完全反射,造成探傷結(jié)果不準(zhǔn)確和無(wú)法探傷。

15JB115073標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的判別缺陷的三種情況是什么?

 1)無(wú)底波只有缺陷的多次反射波。

2)無(wú)底波只有多個(gè)紊亂的缺陷波。

3)缺陷波和底波同時(shí)存在。

16JB115073標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的距離――波幅曲線的用途是什么?

距離――波幅曲線主要用于判定缺陷大小,給驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)它是由判廢線、定量線、測(cè)長(zhǎng)線三條曲線組成;

判廢線――判定缺陷的****允許當(dāng)量;

定量線――判定缺陷的大小、長(zhǎng)度的控制線;

測(cè)長(zhǎng)線――探傷起始靈敏度控制線。

17.什么是超聲場(chǎng)?

充滿(mǎn)超聲場(chǎng)能量的空間叫超聲場(chǎng)。

18.反映超聲場(chǎng)特征的主要參數(shù)是什么?

反映超聲場(chǎng)特征的重要物理量有聲強(qiáng)、聲壓聲阻抗、聲束擴(kuò)散角、近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。

19.探傷儀最重要的性能指標(biāo)是什么?

分辨力、動(dòng)態(tài)范圍、水平線性、垂直線性、靈敏度、信噪比。

20.超聲波探傷儀近顯示方式可分幾種?

1A型顯示示波屏橫座標(biāo)代表超聲波傳遞播時(shí)間(或距離)縱座標(biāo)代表反射回波的高度

2B型顯示示波屏橫座標(biāo)代表超聲波傳遞播時(shí)間(或距離),這類(lèi)顯示得到的是探頭掃查深度方向的斷面圖;

3C型顯示儀器示波屏代表被檢工件的投影面,這種顯示能繪出缺陷的水平投影位置,但不能給出缺陷的埋藏深度。

21.超聲波探頭的主要作用是什么?

 1、探頭是一個(gè)電聲換能器,并能將返回來(lái)的聲波轉(zhuǎn)換成電脈沖;

2、控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度,當(dāng)改變探頭入射角或改變超聲波的擴(kuò)散角時(shí),可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質(zhì)內(nèi)部或改變聲波的指向性,提高分辨率;

3、實(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換;

4、控制工作頻率;適用于不同的工作條件。

22.為什么要加強(qiáng)超波探傷合錄和報(bào)告工作?

任何工件經(jīng)過(guò)超聲波探傷后,都必須出據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告以作為該工作質(zhì)量好壞的憑證,一份正確的探傷報(bào)告,除建立可靠的探測(cè)方法和結(jié)果外,很大程度上取決于原始記錄和最后出據(jù)的探傷報(bào)告是非常重要的,如果我們檢查了工件不作記錄也不出報(bào)告,那么探傷檢查就毫無(wú)意義。

23.無(wú)損檢測(cè)有哪些應(yīng)用?

應(yīng)用時(shí)機(jī):設(shè)計(jì)階段;制造過(guò)程;成品檢驗(yàn);在役檢查。

應(yīng)用對(duì)象:各類(lèi)材料(金屬、非金屬等);各種工件(焊接件、鍛件、鑄件等);各種工程(道路建設(shè)、水壩建設(shè)、橋梁建設(shè)、機(jī)場(chǎng)建設(shè)等)。

24.超聲波焊縫探傷時(shí)為缺陷定位儀器時(shí)間掃描線的調(diào)整有哪幾種方法?

有水平定位儀、垂直定位、聲程定位三種方法

25.在超聲波探傷中把焊縫中的缺陷分幾類(lèi)?怎樣進(jìn)行分類(lèi)?

在焊縫超聲波探傷中一般把焊縫中的缺陷 分成三類(lèi):點(diǎn)狀缺陷、線狀缺陷、面狀缺陷。

在分類(lèi)中把長(zhǎng)度小于10mm的缺陷叫做點(diǎn)狀缺陷;一般不測(cè)長(zhǎng),小于10mm的缺陷按5mm計(jì)。把長(zhǎng)度大于10mm的缺陷叫線狀缺陷。把長(zhǎng)度大于10mm高度大于3mm的缺陷叫面狀缺陷。

26.超聲波試塊的作用是什么?

超聲波試塊的作用是校驗(yàn)儀器和探頭的性能,確定探傷起始靈敏度,校準(zhǔn)掃描線性。

27.什么是斜探頭折射角β的正確值?

斜探頭折射角的正確值稱(chēng)為K值,它等于斜探頭λ射點(diǎn)至反射點(diǎn)的水平距離和相應(yīng)深度的比值。

28.當(dāng)局部無(wú)損探傷檢查的焊縫中發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時(shí)如何辦?

應(yīng)在缺陷的延長(zhǎng)方向或可疑部位作補(bǔ)充射線探傷。補(bǔ)充檢查后對(duì)焊縫質(zhì)量仍然有懷疑對(duì)該焊縫應(yīng)全部探傷。

29.超聲波探傷儀中同步信號(hào)發(fā)生器的主要作用是什么?它主要控制哪二部分電路工作?

同步電路產(chǎn)生同步脈沖信號(hào),用以觸發(fā)儀器各部分電路同時(shí)協(xié)調(diào)工作,它主要控制同步發(fā)射和同步掃描二部分電路。

30.無(wú)損檢測(cè)的目地?

1、改進(jìn)制造工藝;2、降低制造成本;3、提高產(chǎn)品的可能性;4、保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

31.超探儀的作用及主要應(yīng)用行業(yè)

超探儀是一種便攜式工業(yè)無(wú)損探傷儀器,它能夠快速便捷、無(wú)損傷、精確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷(焊縫、裂紋、夾雜、折疊、氣孔、砂眼等)的檢測(cè)、定位、評(píng)估和診斷。既可以用于實(shí)驗(yàn)室,也可以用于工程現(xiàn)場(chǎng)。本儀器能夠廣泛地應(yīng)用在制造業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)、金屬加工業(yè)、化工業(yè)等需要缺陷檢測(cè)和質(zhì)量控制的領(lǐng)域,也廣泛應(yīng)用于航空航天、鐵路交通、鍋爐壓力容器等領(lǐng)域的在役安全檢查與壽命評(píng)估。它是無(wú)損檢測(cè)行業(yè)的必備儀器

32.有關(guān)超聲波探傷的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

超聲波探傷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有:

1QB/T 12604.190 無(wú)損檢測(cè)術(shù)語(yǔ) 超聲檢測(cè)

2、JB/T 10061-1999 A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術(shù)條件

3JJG 746-91 超聲探傷儀 中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程


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