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1、超声波探伤超声波探伤超声波探伤是用那些高于人的听觉的高频声波检验材料几何和物理性能的方法。声波在不同的材料中的传播速度不同。然而，声波在一给定的材料里的传播速度是恒定的。 声波传播有几种不同的方法，但这种的区别对于超声波探伤这一主题并不重要。 纵波是以在空气中每秒钟 1100 英尺，在钢中每秒 19000 英尺以及在铝中每秒 20000 英尺的速度传播的。超声波探伤是以施加电压的形式使用电能，并用传感器将该电压转换成声波形式的机械能。 这传感器是以称为“压电”效应的现象来完成这一能量转换的。 这发生在很多材料中，有自然发生的和人为制造的；石英和钛酸钡就是两种压电材料一当压电材料受电磁脉冲激发时
2、，会在尺寸上产生机械变化。 类似，这种材料在机械作用下也将产生电脉冲。 压电材料通常用途的例子是在电子打火机中可见，如气体烤炉，香烟打火机等。 在这些例子中，压电的晶体被挤压，然后被突然释放，导致电火花的产生，从而点燃了气体。为了进行超声波探伤，要把传感器与一电子基本装置联在一起。按照规定的启动程序和校准程序，基本装置就像一台电子测量仪。这台机器将会产生精确的电子脉冲，电子脉冲将会通过一同轴电缆传送至与被检工件以声音相接触的传感器上。 这些脉冲持续时间低，但频率高（通常是 1百万到 1 千万 HZ，或圈/每秒）。这高频率声波能够精确地导向，就象手电筒的光束。当传感器受到电子脉冲的激发，它会回应
3、机械振动，并产生一对所测材料是通常声波，并以一速度传播整个试验物体。 当一金属与锤子撞击产生“铃声“现象”就与此相似。 这种铃声是一种在金属中传播的声波（低频率）。 你可能已经经历过这样的例子，一块金属被撞击时由于其产生的钝的砰击声，从而断定该金属有缺陷。所产生的声波将在材料中以一速度继续传播，当遇到反射物（如密度上有不同）时被反射传回至传感器。 如果反射物被恰当地放置，这声波就会以同样的速度返回至传感器。 当反射器受到返回的声波的撞击时，压电晶体会将此光能转回电子脉冲，这脉冲可以被放大，并在阴极射线管中以一可见的并可由操作员解读的指示显现。超声波装置可用有规定密度的，尺寸和形状校准块进行校准
4、以测量声波在其传播路径上所需的时间，并把该时间转换成尺寸。 这样操作员就可以用超声波装置测量光波通过一材料到一反射物并返回至传感器的时间。 从这一点，按照在表面下的反射物的距离及尺寸，可以计算出尺寸数据。图 10.32 说明了在一钢梯状楔形物上，用一纵向超声波束的传感器确定厚度的典型校验步骤。 传感器放在各种已知厚度的校准块上，测量仪连在传感器上以提供相应的屏幕读数。 一旦完成校准，操作员就能在屏幕上靠指示沿沿着水平轴垂直上升中直接读取试件的尺寸。使用单一传感器和多个反射器，用“峰到峰”的方法，而不是用从水平线上升起方法，就可以得到非常精确的测量。 这种方法在几个峰上读取尺寸，然后平均这个数据
5、以得出厚度数。总的来说，屏幕显示提供给操作者二种信息。第一，沿着屏幕的水平轴，指示可以在各种位置出现。 （在靠近屏幕的左边总会出现称为“主轰“的初始指示）。 当声波通过一物体并在碰上一反射物后回到传感器，它的返回是由一从水平线上垂直升起的信号来指示的。 第二，可以测量信号的高度，并且也可以给出所返回的声波量相应值。一旦仪表被校对，指示反射器在水平轴上的位置可以与声波在一物体中传播并到达反射器的物理距离相联系。 在屏幕上的信号高度是反射器尺寸的相对指示。 利用这一信息，有经验的操作者通常就能确定反射器的性质和大小，并将其联回到一规范或技术要求以判断是否可以接受。超声波传感器有二种基本类型。(1)
6、纵波，或用直束探头来确定材料的厚度或在材料表面下的不连续的深度。这些传感器如图 10.32 所示，把声音以垂直于被测件表面传入。 （2）剪切波或斜探头广泛地应用于对焊缝的评估，因为此传感器把声波以斜角方式传入物体，所以不用去除粗糙的焊缝加强高而进行探测（图 10.33）。常常看到一纵束探头被固定在一塑料楔块上，以提供必要的角度。图 10.34 所示的是当使用斜探头时，声波是如何在一材料内传播的。超声波探伤有二种方式，接触式和浸入式。在接触式探伤中，探头实际上是贴放在物体表面上的。 因为高频率声波不容易在空气中传播，所以在被检件和探头之间加入液体以改善接触。 这种液体称为耦合剂。 在浸入式试验中
7、，被测物体放在水下，声波是通过水从传感器传到物体上的。 接触试验有携带方便的优点，而对于小或不规则的流水线生产，浸入式探伤更方便。超声波探伤的应用包括表面和近表面的缺陷探测。这个方法对于平面不连续更敏感，特别是那些与声束相垂直的。 在许多材料中的分层，裂纹，未熔合，夹渣以及中空都可以用此方法探测到。超声波还能对厚度进行测量。超声波探伤所需的设备包括一带有CRT 或数字显示的电子仪器。用带有 CRT 的仪表，超声波操作者可以确定缺陷的位置，大小和形式。 带有数字显示的仪器通常局限于诸如金属厚度之类的尺寸的测量。然而，当要测量被腐蚀了的材料壁厚时，为了获得最大的精度，最好用有一测量范围的仪器。对于
8、超声波试验，适合的耦合剂是必需的。许多不同的材料都可用作耦合剂；一些通常使用的耦合剂是油，脂，甘油，水以及与水混合的纤维素粉和玉米淀粉。传感器有不同的尺寸和形式。许多传感器被安装在有机玻璃楔块上，使得在剪切波试验中允许声波以各种角度进入被测物体。最后一个所要求的设备就是校准标准。对于材料的厚度测量，校对标准应该与被测物体一样，而且必须是所知的，有精确尺寸的。 对于缺陷探测，校准的标准必须满足上述要求外，还要含有一加工出的“缺陷”，如侧钻洞，平底洞或坡口。 这“缺陷”的位置和尺寸必须是可知的和精确的。 来自被测物体上的不连续信号与来自校对标准“缺陷”的信号相比较以确定是否可接受。 对于焊接试验中
9、所使用的斜束测试，IIW 块是其校对标准，它能提供声束的脱离和剪切波的证实。 正如所指出的，校对标准应该与所测材料相同；当这不适用时，就要用另一种材料来替代，并且基于声波在二个材料的传播速度的不同，要作一纠正曲线以纠正实际数据。超声波试验的主要好处之一是它被认为是正直地体积测试试验。就是说，它不仅能确定不连续的长度和侧面位置，而且也能提供给操作者在表面下缺陷的深度。 另一主要的优点是它只需通过所测物体的一边。这在对容器，贮罐以及管道系统时是极大的优点。超声波试验的另一重要优点是能够对诸如裂纹和未熔合关键平面缺陷更好地探测。超声波试验对于垂直与声束的不连续更敏感。因为用有机玻璃楔块可以获得各种声束角度，超声波试验可以测出剥离，未熔合，以及用射线探伤很难探到的定向裂纹。超声波测试在钢中能够达到最大为 200 英寸的穿透能力，而且非常精确。 现代的超声波测试设备是非常轻的，并常常用电池作为电能，所以十分轻便。 更新的仪器带有数据存贮，可以手提，只有一或二磅重。所存的数据可以传递到计算机，以用作趋势分析和永久保存。这种试验方法的主要限制是因为解读会是很困难的，所以要求非常娴熟的有经验的操作者。 被测试物体的表面必须相当光滑，而且对于接触试验要求有耦合剂。 要求参考标准，并且这种对焊缝检验的测试方法总的来说是局限于材料厚度大于1/4 英寸的坡口焊缝。