《超声波检测》word版

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1、超声波检测第一部分超声波检测简介超声波检测是利用高频振动的声波导入材料内部，藉以检测材料表面或内部缺陷之非破坏检测方法。此检测法除用于检测缺陷外，尚可用于量测试件厚度，进一步若利用声波在材料内部的穿透性差异或声速改变情形，可辅助用于分析材料物理性质、晶粒尺寸或显微组织等，对材料学研究贡献甚大。此外，由于超声波检测系利用声波高频振动的原理，因此只要声波能量能完全穿透检测物厚度，不论是金属或非金属试件皆可检测，此特点使其在非破坏检测方法中应用更为广泛。第二部分器材及设备工业上用于非破坏检测者多以探伤用之脉波反射式超声波检测仪居多(A扫描讯号显示)。脉波反射式超声波检测仪是以高频脉冲产生器产生电压

2、脉动，经由同轴电缆线传输至换能器中，换能器将电的脉波震荡变成机械震荡之超声波而传送入检测物内，并接收来自表面、缺陷及底面等机械震荡的回波，再转换成脉动的电压讯号，经放大电路增幅并藉由扫描电路时序控制而将此回波讯号先后显示于示波器屏幕上。一、校准规块超声波检测为建立缺陷大小评估的比对根据，并了解仪器特性是否达到使用条件标准，必须视检测需要制作各种不同形状、大小及人工缺陷的校准规块。校准规块依其检测目的区分为仪器校准用之标准规块(StandardTestBlock'及检测材料用之比较规块(ReferenceBlock)两种。二、探头(Probe)探头亦称换能器(Transducer)，主要由压晶

3、体管(PiezoelectricCrystal)构成，当通以交流电时，压晶体管会发生高频振动而产生超声波，藉以发射进人检测物内，当反射回波撞击探头时，压晶体管会使其转换成交流脉波讯号，因此探头兼备声波发射与接收之双重作用。超声波探头依其使用场合不同，区分为接触式探头(ContactProbe)及浸液式探头(ImmersionPrObe)两种;若依使用目的不同，则区分为直束探头(StraightBeamProbe)、斜束探头(AngleBeamProbe)、可变角度探头(ChangeableAngleProbe)、双晶探头(TwinProbe)、迟延探头(DeIayProbe)、漆刷型探头(P

4、aintBrushProbe)及聚焦探头(FocusingProbe)。三、耦合剂在检测时于探头与检测物表面间添加水、油或浆糊等物质，藉以赶走空气，避免声波能量损失而以较佳的传送效率进入检测物内部，此等接触媒质，称为耦合剂(CoupIant)。网合剂于检测时应稳定滞留于检测面上，于完成检测后，必须容易清除，且不能对检测物或探头造成损害。实用上耦合剂以罐装或瓶装居多，选用时应注意其化学特性，并注意适用温度。第三部分超声波检测原理一、超声波产生之原理人耳可以听见的声波，频率约在6Hz至20KHz之间，若波动的频率高于此范围，则声波无法为人类所听见，称其为超声波(Ultrasonic在非破坏检测应

5、用上，超声波频率约在0．5MHz至25MHz之间，而其中尤以IMHz至5MHz最为常用。此等压电材料制成之晶体薄片，当外加一正负交变的电压讯号时，则晶体薄片会形成厚薄变化而产生压缩震荡的现象，于是便形成超声波。当超声波传送进入检测物内部时，若碰触到界面而被反射回来，此时超声波脉波正负交变的波形会使得压晶体管薄片承受正负交变的压缩力。压缩力愈大则晶体薄片两面所产生的电压愈大，此电压讯号经检测仪电路增幅放大后而呈现于显示器上。1、声波的种类当物质中的粒子受外力作用而产生机械性震荡时，即发生波动现象。波动产生的声波若是连续不断的，即称为连续波(ContinuousWave);否则当声波呈现衰减的脉

6、动波形时，则称为脉波(PulseWave)，如图4-19所示。超声波因声波波动特性不同，产生下列四种不同的波式：1）纵波物质粒子之振动方向与波传送方向平行者，称为纵波(LongitudinalWave)，如图4-20所示。此波以疏密相间方式传递，因此亦称疏密波;且由于波是藉由压缩力及弹性力造成，所以又称压缩波或弹性波。由于固体、液体及气体可传送压缩力，因此纵波可存在于此三相内。2）横波物质粒子之振动方向与波传送方向垂直者，称为横波(Transvcrsi Wave，亦称剪力波(ShearWave)，如图4-21所示。由于气体及液体中物质粒子间距离较大，相互间作用力较弱，难以传送切向力，因此不能

7、传递横波，使得横波仅能存在于固体中。3）表面波波以某一角度入射于物体表面时，因横波与纵波相互干涉的结果，使得波动仅沿物体表面传送，称为表面波(SurfaceWave)，如图4-22所示。表面波是沿着固体及气体接口传递，特别适合复杂轮廓物体表面缺陷之检测。对于固体表面使用之偶合剂，必须是其薄的膜层，否则表面波将难以传送而无法检测表面缺陷。4）蓝姆波波以某些角度入射于极薄的复合材料或金属板表面时，在适当的材料密度