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超聲波檢測原理
無(wú)損檢測是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下,對被檢驗不見(jiàn)的表面和內部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種檢測手段,Nondestructive Testing(縮寫(xiě)NDT)。超聲波檢測也叫超聲檢測、超聲波探傷,是無(wú)損檢測的一種。
機械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程叫做波,人耳能夠感受到頻率高于16赫茲,低于20000赫茲的彈性波,所以在這個(gè)頻率范圍內的彈性波又叫聲波。頻率小魚(yú)10赫茲的彈性波又叫次聲波,頻率高于20000赫茲的彈性波叫做超聲波。次聲波和超聲波人耳都不能感受。
超聲波的特點(diǎn):
1、超聲波聲束能集中在特定的方向上,在介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播,具有良好的指向性。
2、超聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中,會(huì )發(fā)生衰減和散射。
3、超聲波在異種介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉換。利用這些特性,可以獲得從缺陷界面反射回來(lái)的反射波,從而達到探測缺陷的目的。
4、超聲波的能量比聲波大得多。
5、超聲波在固體中的傳輸損失很小,探測深度大,由于超聲波在異質(zhì)界面上會(huì )發(fā)生反射、折射等現象,尤其是不能通過(guò)氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷(缺陷中有氣體)或夾雜,超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時(shí),就會(huì )全部或部分反射。反射回來(lái)的超聲波被探頭接收,通過(guò)儀器內部的電路處理,在儀器的熒光屏上就會(huì )顯示處不同高度和有一定間距的波形??梢愿鶕ㄐ蔚淖兓卣髋袛嗳毕菰诠ぜ氐纳疃?、位置和形狀。
超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無(wú)害,能對缺陷進(jìn)行定位和定量。超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀(guān),探傷技術(shù)難度大,容易受到主客觀(guān)因素影響,以及探傷結果不便于保存,超聲波檢測對工作表面要求平滑,要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類(lèi)、適合于厚度較大的零件檢驗,使超聲波探傷也具有其局限性。
超聲波檢測技術(shù)作為無(wú)損檢測技術(shù)的重要手段之一,在其發(fā)展過(guò)程中起著(zhù)重要的作用,它提供了評價(jià)固體材料的微觀(guān)組織及相關(guān)力學(xué)性能、檢測其微觀(guān)和宏觀(guān)不連續性的有效通用方法。由于其信號的高頻特性,超聲波檢測早期僅使用模擬量信號的分析,大部分檢測設備僅有A掃描形式,需要通過(guò)有經(jīng)驗的無(wú)損檢測人員對信號進(jìn)行人工分析才能得出正確的結論,對檢測和分析人員的要求較高,因此,人為因素對檢測的結果影響較大,波形也不易記錄和保存,不適宜完成自動(dòng)化檢測。
八十年代后期,由于計算機技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展,使超聲波信號的數字化采集和分析成為可能。目前國內也相繼出現了各類(lèi)數字化超聲波檢測設備,并已成為超聲波檢測的發(fā)展方向。但是,這些設備也僅停留在超聲波檢測頻率較低的頻段的信號處理上,主要是受到高速A/D和高速存儲技術(shù)的限制。
為了減少人為因素對檢測結果的影響,使波形能記錄和保存,并達到檢測結果的直觀(guān)性,需實(shí)現超聲波檢測分析和成像處理,這就要求實(shí)現數據的高速采集和大數據量緩沖。因此,開(kāi)展數據高速采集技術(shù)的研究和實(shí)現是非常必要的,它是能否實(shí)現超聲波檢測分析和成像處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前國內外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著(zhù)數字化方向發(fā)展,數字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度很快。國內近幾年也相繼出現了許多數字式超聲波儀器和分析系統。
上對超聲波檢測數字化技術(shù)的研究非常重視,國外生產(chǎn)類(lèi)似產(chǎn)品和研究的公司有美國的泛美(PANAMETRICS)公司、METEC公司,加拿大的R/DTECH公司,德國的K-K公司、法國的SOFRATEST公司和西班牙的TECNATOM公司等等,上述這些公司生產(chǎn)的超聲波檢測采集、分析和成像處理系統的技術(shù)水平較高,在世界上處于水平。
國外已把100MHZ以上采樣頻率的高速A/D技術(shù)用于超聲波信號的采集,大容量緩沖技術(shù)也達到一定的水平,信號的分析和成像處理已實(shí)現A、B、C掃描。雖然國內已開(kāi)展這方面的研究與開(kāi)發(fā),但是在技術(shù)應用上還是存在一定的差距。