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五大常规无损检测技术之一:超声检测(UT)的原理和特点
超声检测(Ultraso
icTesti
g),业内人士简称UT,是工业无损检测(No
destructiveTesti
g)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(TimeofFlightDiffractio
,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:射线检测(RadiographicTesti
g):射线照相法、磁粉检测(Mag
eticParticleTesti
g)、渗透检测(Pe
etra
tTesti
g)、涡流检测(EddyCurre
tTesti
g)。
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。
f(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2020000Hz之间,而频率高于20000Hz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0510MHz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,其具有压电效应:在交变拉压应力的作用下,晶体可以产生交变电场。当高频电脉冲激励压电晶片时,发生逆压电效应,将电能转换成声能(机械能),探头以脉冲的方式间歇发射超声波,即脉冲波。当探头接受超声波时,发生正压电效应,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。
f下图为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:
该探头型号25P812K25,其参数为:a)25代表频率f:25MHz;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;
fc)812代表矩形晶片尺寸为:8mm12mm;d)K25代表:斜探头折射角的正切值为25,即ta
682°25,其折射角为682°。
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,r
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