超聲波原理

聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在2∽5兆Hz之間，常用為3∽3.5兆Hz（每秒振動1次為1Hz，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ之間）。運(yùn)用超聲檢測的方法來檢測的儀器稱之為超聲波探傷儀。它的原理是：超聲波在被檢測材料中傳播時,材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱為超聲檢測。超聲檢測方法通常有穿透法、脈沖反射法、串列法等。

1、 超聲檢測

超聲波檢測是無損檢測方法之一，無損檢測是在不破壞前提下，檢查工件宏觀缺陷或測量工件特征的各種技術(shù)方法的統(tǒng)稱。常規(guī)無損檢測方法有：超聲檢測Ultrasonic Testing（縮寫 UT）； 射線檢測 Radiographic Testing（縮寫 RT）； 磁粉檢測Magnetic particle Testing（縮寫 MT）； 滲透檢驗 Penetrant Testing （縮寫 PT）；渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）；

2、 超聲波探傷儀

運(yùn)用超聲檢測的方法來檢測的儀器稱之為超聲波探傷儀。它的原理是：超聲波在被檢測材料中傳播時,材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱為超聲檢測。超聲檢測方法通常有穿透法、脈沖反射法、串列法等

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，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來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就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。

　　利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播的影響來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢驗方法?，F(xiàn)在廣泛采用的是觀測聲脈沖在材料中反射情況的超聲脈沖反射法，此外還有觀測穿過材料后的入射聲波振幅變化的穿透法等。常用的頻率在0.5～5MHz之間。

　　常用的檢驗儀器為A型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀。根據(jù)儀器示波屏上反射信號的有無、反射信號和入射信號的時間間隔、反射信號的高度，可確定反射面的有無、其所在位置及相對大小。儀器的基本結(jié)構(gòu)和原理見圖1。

　　超聲波在介質(zhì)中傳播時有多種波型，檢驗中*常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點(diǎn)、分層等缺陷；用橫波可探測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；用表面波可探測形狀簡單的制件上的表面缺陷；用板波可探測薄板中的缺陷。

　　在A型探傷儀的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的B型、C型探傷儀，可得到不同方向反射面的信號，也可將B型、C型顯示組合以得到材料的內(nèi)部反射面的三維顯示圖。

　　上述各種探傷儀均利用脈沖電信號激勵壓電換能器發(fā)射超聲波，但也可用渦流聲換能器來檢驗導(dǎo)電材料。這種換能器的換能過程在被探傷件表面進(jìn)行，無須與材料接觸，也不需要耦合劑，就可檢驗表面粗糙和溫度高至500℃以上的金屬材料，在冶金工業(yè)中應(yīng)用較多。

　　超聲波在材料中傳播，由于吸收和散射等，強(qiáng)度會衰減，因此測量在諸如真空自耗爐中熔煉的合金材料中的衰減，有可能無損地了解材料組織均勻性的情況。

　　脈沖反射式超聲波法同其他無損檢驗方法相比

　　主要優(yōu)點(diǎn)是：

　?、俅┩改芰?qiáng)，探測深度可達(dá)數(shù)米；

　　②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；

　?、墼诖_定內(nèi)部反射體的位向、大小、形狀及性質(zhì)等方面較為準(zhǔn)確；

　　④僅須從一面接近被檢驗的物體；

　?、菘闪⒓刺峁┤毕輽z驗結(jié)果;

　　⑥操作**,設(shè)備輕便。

　　主要缺點(diǎn)是：

　?、僖捎薪?jīng)驗的人員謹(jǐn)慎操作；

　?、趯Υ植凇⑿螤畈灰?guī)則、小、薄或非均質(zhì)材料難以檢查；

　?、蹖λl(fā)現(xiàn)缺陷作十分準(zhǔn)確的定性、定量表征仍有困難。