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1、超声波探伤原理本讲稿第一页，共三十二页内容：1.1 超声波探伤原理1.2 陶瓷绝缘子的超声波探伤本讲稿第二页，共三十二页1.1 超声波探伤原理本讲稿第三页，共三十二页1.1.1 超声波超声波是一种机械振动波。听觉范围:声波频率在20Hz-2OkHz 次声波:频率小于20Hz的声波超声波:频率超过2OkHz的声波探伤常用的频率范围：1MHz10MHz本讲稿第四页，共三十二页1.1.2 频率f、声速c、波长超声波在工件中传播的3 3个物理量：频率、声速、波长个物理量：频率、声速、波长声波在工件中的传播，频率主要由探头决定。例如型声波在工件中的传播，频率主要由探头决定。例如型号为号为2.5P202.
2、5P20的探头发射的超声波，频率为的探头发射的超声波，频率为2.5MHz2.5MHz。声速的大小取决于材料，例如钢的纵波声速为声速的大小取决于材料，例如钢的纵波声速为5900m/s5900m/s、陶瓷的纵波声速为陶瓷的纵波声速为53006900m/s6900m/s波长声速/频率。波长的大小影响到可以探测的最小缺频率。波长的大小影响到可以探测的最小缺陷。陷。本讲稿第五页，共三十二页1.1.3 探伤的5个组成要素仪器：电子设备，提供发射脉冲去激励探头，接收/放大/显示信号探头：核心为压电晶片，发射/接收超声波试块：探伤的基本原理是将试块上的人工伤与实际被检测的工件，对比。工艺/标准：规范探伤的方法
3、/步骤等检测人员本讲稿第六页，共三十二页1.1.4 探头的结构本讲稿第七页，共三十二页1.1.5 压电效应逆压电效应指的是压电晶体材料受到交变电压的作用时产生交变应变的现象。这时电能转变成机械能。（超声波发射的原理）正压电效应是指压电晶体材料在交变拉压应力作用下，其表面产生交变电压的现象。这时声能转变为电能。（超声波接收的原理）本讲稿第八页，共三十二页1.1.6 声束 不同的颜色表示不同的声压值（能量的强弱）本讲稿第九页，共三十二页1.1.7 声束的方向性 直声束 斜声束本讲稿第十页，共三十二页1.1.8 缺陷的检测仪器：激励探头（发射）、接收仪器：激励探头（发射）、接收/放大放大/显示探头的
4、信号显示探头的信号探头：发射探头：发射/接收超声波接收超声波缺陷波：缺陷反射回波缺陷波：缺陷反射回波缺陷：有无、大小、位置缺陷：有无、大小、位置本讲稿第十一页，共三十二页1.1.9 缺陷的位置（直声束）S S：声程：声程C C：声速（材料的特性，钢纵：声速（材料的特性，钢纵波波5900m/s5900m/s、瓷的纵波声速、瓷的纵波声速530053006900m/s6900m/s）t:t:时间（声时），从仪器时间（声时），从仪器的计时电路获取的计时电路获取本讲稿第十二页，共三十二页1.1.10 缺陷的位置（斜声束）C C：声速：声速 （需要知道波型：横波、纵波、表面波等）（需要知道波型：横波、纵波
5、、表面波等）钢：纵波钢：纵波5900m/s 5900m/s 横波横波3230m/s 3230m/s 本讲稿第十三页，共三十二页1.1.11 缺陷的大小-大缺陷缺陷大于声束宽度缺陷大于声束宽度半波法半波法 本讲稿第十四页，共三十二页1.1.12 相同位置、不同大小的缺陷缺陷位置相同的情况下，面积大的反射的回波幅度高本讲稿第十五页，共三十二页1.1.13 相同大小、不同位置的缺陷缺陷大小相同，位置不同的情况下，反射回波的幅缺陷大小相同，位置不同的情况下，反射回波的幅度构成度构成DACDAC曲线曲线本讲稿第十六页，共三十二页1.1.14 DAC曲线DAC曲线：距离波幅曲线，表示某一大小的缺陷在不同的
6、声程位置上波幅的变化曲线（在试块上制作）。通过这条曲线，可以判定被检测到的缺陷相对于这条曲线的当量。本讲稿第十七页，共三十二页1.2 陶瓷绝缘子的超声波探伤 本讲稿第十八页，共三十二页1.2.1 适用对象材料：瓷质产品：支柱绝缘子、瓷套本讲稿第十九页，共三十二页1.2.2 支柱绝缘子断裂事故分布特点1 1）20002000年、年、20012001年偏多，有逐年上升趋势年偏多，有逐年上升趋势2 2）北方多于南方，东北（寒冷地区）北方多于南方，东北（寒冷地区)偏多偏多3 3）运行年限分布均匀，不足）运行年限分布均匀，不足2 2年的占6.4，不足，不足5 5年的年的占占22.622.6，不足，不足1
7、010年的占年的占41.141.14 4）集中在）集中在220KV220KV、110KV、66KV66KV电压等级电压等级5）隔离开关占8181、母线占、母线占13.96）折断占）折断占35.535.5，开裂占627）低强瓷（）低强瓷（4KN）断裂的多，高强瓷（）断裂的多，高强瓷（8KN及以上）断裂的少-数据来源文件数据来源文件【20022002】116116号号本讲稿第二十页，共三十二页1.2.3 断裂原因内因：原材料、烧结工艺导致的绝缘子强度偏低外因：作用在支柱绝缘子水泥胶装部位的因力现象：支柱绝缘子断裂部位95以上在法兰口内30mm到第一伞裙之间本讲稿第二十一页，共三十二页电瓷产品所用的
8、原料中含有一定铁电瓷产品所用的原料中含有一定铁钛成分钛成分-电瓷焙烧过程中的还原阶电瓷焙烧过程中的还原阶段段-需要用还原焰的目的需要用还原焰的目的-主要是将主要是将高价铁钛还原成低价物高价铁钛还原成低价物.这些高价物这些高价物必须在必须在10801080度釉子玻化之前度釉子玻化之前-完全还完全还原成低价物原成低价物.否则就会产生黄芯。否则就会产生黄芯。危害危害危害危害：黄芯的产品比正常瓷质产品：黄芯的产品比正常瓷质产品的机械强度降低的机械强度降低2020左右，孔隙率左右，孔隙率也较大。在线的支柱绝缘子出现断也较大。在线的支柱绝缘子出现断裂事故许多是由于黄芯缺陷所导致裂事故许多是由于黄芯缺陷所导
9、致的。的。1.2.4 黄芯（典型的内因烧结工艺不当烧结工艺不当）本讲稿第二十二页，共三十二页1.2.5 应力水泥膨胀应力：胶装水泥中的氧化镁、三氧化硫、氧化钾超标，防水处理措施不当，遇水产生化学反应导致体积膨胀。温差引起的应力：铸铁法兰膨胀系数14*10（-6）/、瓷膨胀系数3.5*10（-6）/、北方地区昼夜温差大，温度变化时，例如温度降低时，铸铁收缩大于瓷的收缩冰冻应力：胶装部位渗水，冰冻后产生较大的冰冻应力操作应力：安装方式不当本讲稿第二十三页，共三十二页1.2.6 检测方法1：爬波爬波：表面下纵波本讲稿第二十四页，共三十二页爬波探头瓷件检测对爬波探头的要求瓷件检测对爬波探头的要求瓷件检
10、测对爬波探头的要求瓷件检测对爬波探头的要求 探头安放的位置探头安放的位置探头安放的位置探头安放的位置 下图示意探头可以安放位置，在法兰到第一伞裙之间的位置通常下图示意探头可以安放位置，在法兰到第一伞裙之间的位置通常下图示意探头可以安放位置，在法兰到第一伞裙之间的位置通常下图示意探头可以安放位置，在法兰到第一伞裙之间的位置通常非常狭小所以要求探头的纵向尺寸尽可能的小。非常狭小所以要求探头的纵向尺寸尽可能的小。非常狭小所以要求探头的纵向尺寸尽可能的小。非常狭小所以要求探头的纵向尺寸尽可能的小。爬波探头主要有两晶片串列式爬波探头主要有两晶片串列式爬波探头主要有两晶片串列式爬波探头主要有两晶片串列式和
11、并列式两种结构。由于晶片串和并列式两种结构。由于晶片串和并列式两种结构。由于晶片串和并列式两种结构。由于晶片串列式在一定程度上限制了大尺寸列式在一定程度上限制了大尺寸列式在一定程度上限制了大尺寸列式在一定程度上限制了大尺寸晶片的应用，不适合于放置较长晶片的应用，不适合于放置较长晶片的应用，不适合于放置较长晶片的应用，不适合于放置较长晶片，这里主要考虑并列式结构晶片，这里主要考虑并列式结构晶片，这里主要考虑并列式结构晶片，这里主要考虑并列式结构。本讲稿第二十五页，共三十二页探头接触面的弧度探头接触面的弧度探头接触面的弧度探头接触面的弧度绝缘子的结构（形状、几何尺寸等）影响支柱绝缘子的绝缘子的结构
12、（形状、几何尺寸等）影响支柱绝缘子的绝缘子的结构（形状、几何尺寸等）影响支柱绝缘子的绝缘子的结构（形状、几何尺寸等）影响支柱绝缘子的超声波检测超声波检测超声波检测超声波检测 为获得良好的声耦合状态，如图中所示，需要为获得良好的声耦合状态，如图中所示，需要为获得良好的声耦合状态，如图中所示，需要为获得良好的声耦合状态，如图中所示，需要将探头的接触面加工出一定的弧度：将探头的接触面加工出一定的弧度：将探头的接触面加工出一定的弧度：将探头的接触面加工出一定的弧度：本讲稿第二十六页，共三十二页电瓷材料的分类电瓷材料的分类电瓷材料的分类电瓷材料的分类 绝缘子的材质（显微组织、密度、力学性能等）影响支绝缘
13、子的材质（显微组织、密度、力学性能等）影响支绝缘子的材质（显微组织、密度、力学性能等）影响支绝缘子的材质（显微组织、密度、力学性能等）影响支柱绝缘子的超声波检测柱绝缘子的超声波检测柱绝缘子的超声波检测柱绝缘子的超声波检测电瓷材料的种类，包括普通瓷、高电瓷材料的种类，包括普通瓷、高电瓷材料的种类，包括普通瓷、高电瓷材料的种类，包括普通瓷、高强瓷，两者之间的声速存在较大的差异。普通瓷声速通常在强瓷，两者之间的声速存在较大的差异。普通瓷声速通常在强瓷，两者之间的声速存在较大的差异。普通瓷声速通常在强瓷，两者之间的声速存在较大的差异。普通瓷声速通常在5200m/s 5200m/s 5200m/s 52
14、00m/s 6000m/s6000m/s6000m/s6000m/s左右，而高强瓷的声速通常在左右，而高强瓷的声速通常在左右，而高强瓷的声速通常在左右，而高强瓷的声速通常在6000m/s 6000m/s 6000m/s 6000m/s 6800 m/s6800 m/s6800 m/s6800 m/s。不同厂家、或者同一厂家不同批次的瓷件，均存。不同厂家、或者同一厂家不同批次的瓷件，均存。不同厂家、或者同一厂家不同批次的瓷件，均存。不同厂家、或者同一厂家不同批次的瓷件，均存在差异。在差异。在差异。在差异。爬波是以第一临界角入射的表面下纵波。根据爬波是以第一临界角入射的表面下纵波。根据爬波是以第一
15、临界角入射的表面下纵波。根据爬波是以第一临界角入射的表面下纵波。根据SNELLSNELLSNELLSNELL公公公公式，不同声速的瓷件要求探头斜块的入射角不同。根据实际式，不同声速的瓷件要求探头斜块的入射角不同。根据实际式，不同声速的瓷件要求探头斜块的入射角不同。根据实际式，不同声速的瓷件要求探头斜块的入射角不同。根据实际的检测效果，将探头分为的检测效果，将探头分为的检测效果，将探头分为的检测效果，将探头分为P P P P型、型、型、型、G G G G型两种，型两种，型两种，型两种，P P P P型（拼音型（拼音型（拼音型（拼音PuPuPuPu）用于检测普通瓷，而用于检测普通瓷，而用于检测普通
16、瓷，而用于检测普通瓷，而G G G G型（拼音：型（拼音：型（拼音：型（拼音：GaoGaoGaoGao）用于检测高强瓷。）用于检测高强瓷。）用于检测高强瓷。）用于检测高强瓷。本讲稿第二十七页，共三十二页探头的晶片大小、频率探头的晶片大小、频率探头的晶片大小、频率探头的晶片大小、频率 在高压支柱瓷绝缘子第一瓷沿距法兰口距离允许的情况在高压支柱瓷绝缘子第一瓷沿距法兰口距离允许的情况在高压支柱瓷绝缘子第一瓷沿距法兰口距离允许的情况在高压支柱瓷绝缘子第一瓷沿距法兰口距离允许的情况下，尽量选用晶片尺寸大的探头。提高灵敏度和检测速度。下，尽量选用晶片尺寸大的探头。提高灵敏度和检测速度。下，尽量选用晶片尺寸
17、大的探头。提高灵敏度和检测速度。下，尽量选用晶片尺寸大的探头。提高灵敏度和检测速度。通常的晶片大小如：通常的晶片大小如：通常的晶片大小如：通常的晶片大小如：7mm10mm 7mm10mm 7mm10mm 7mm10mm 8mm12mm8mm12mm8mm12mm8mm12mm。在保证系统灵敏度的情况下，探头频率一般在在保证系统灵敏度的情况下，探头频率一般在在保证系统灵敏度的情况下，探头频率一般在在保证系统灵敏度的情况下，探头频率一般在2MHz5 2MHz5 2MHz5 2MHz5 MHzMHzMHzMHz范围内选择，宜选用范围内选择，宜选用范围内选择，宜选用范围内选择，宜选用2.5 MHz2.
18、5 MHz2.5 MHz2.5 MHz探头。探头。探头。探头。本讲稿第二十八页，共三十二页爬波探头爬波探头探头的外观探头的外观探头的外观探头的外观本讲稿第二十九页，共三十二页探头标牌探头标牌探头标牌探头标牌 探头的信息标注于标牌上，包括型号（如探头的信息标注于标牌上，包括型号（如探头的信息标注于标牌上，包括型号（如探头的信息标注于标牌上，包括型号（如PR50PR50PR50PR50）、类型）、类型）、类型）、类型（如爬波探头）、探头序列号。例如：（如爬波探头）、探头序列号。例如：（如爬波探头）、探头序列号。例如：（如爬波探头）、探头序列号。例如：本讲稿第三十页，共三十二页探头型号列表探头型号列
19、表探头型号列表探头型号列表型号型号型号型号 适用瓷件适用瓷件适用瓷件适用瓷件 接触面弧度直径接触面弧度直径接触面弧度直径接触面弧度直径（mmmmmmmm）频率频率频率频率（MHzMHzMHzMHz）纵向尺寸纵向尺寸纵向尺寸纵向尺寸（mmmmmmmm）PR50PR50普普通通瓷瓷 100mm100mm100mm100mm以下以下以下以下 2.52.51111PR60PR60101-120mm101-120mm101-120mm101-120mm PR70PR70121121121121140mm140mm140mm140mm PR80PR80141-160mm141-160mm141-160mm
20、141-160mm PR100PR100161mm161mm161mm161mm以上以上以上以上 GR50GR50高高强强瓷瓷 100mm100mm100mm100mm以下以下以下以下 2.52.51111GR60GR60101-120mm101-120mm101-120mm101-120mm GR70GR70121121121121140mm140mm140mm140mm GR80GR80141-160mm141-160mm141-160mm141-160mm GR100GR100161mm161mm161mm161mm以上以上以上以上 本讲稿第三十一页，共三十二页1.2.7 检测方法2：小角度纵波本讲稿第三十二页，共三十二页