基于空气耦合超声波的木材无损检测系统研制

浙江农林大学学报,2017,34(2):355-360

Journal of Zhejiang A&F University

doi:10.11833/j.issn.2095?0756.2017.02.021

基于空气耦合超声波的木材无损检测系统研制

方益明1,蔺陆军2,3,鲁植雄1,冯海林3

(1.南京农业大学工学院,江苏南京210031;2.浙江农林大学暨阳学院,浙江诸暨311800;3.浙江

农林大学浙江省林业智能监测与信息技术研究重点实验室,浙江临安311300)

摘要:空气耦合超声波不需要液态耦合剂,可以实现真正的非接触式无损检测,已成为一种可靠的木材无损检测技术,但国内还没有相应的检测设备。介绍了空气耦合超声波及成像技术的原理,研制了一种用于木材无损检测的空气耦合超声波扫描成像系统。详细介绍了超声波发射接收系统、龙门式扫描机械臂及其控制系统、上位机软件等模块的设计方法。设计的系统可以实现单轴精度为0.01mm的二维扫描,最大扫描区域为500mm×300mm。还可以针对样本木材的特性,方便地设定空气耦合超声波的频率、幅度、增益等参数。采用水杉Metasequoia glyp?tostroboides实木板、杉木Cunninghamia lanceolata指接板进行了实验,空气耦合超声波信号的幅度对木材裂缝、节子以及密度变化等较为敏感。该系统生成的扫描图像可以清晰地反映样本木材中裂缝、节子以及指接处的位置、形状和大小等信息。该系统可以应用于木材裂缝、节子等缺陷的无损检测,也可以用于木材在平面内的密度分布检测。图10表1参15

关键词:木材科学与技术;空气耦合超声波;木材无损检测;扫描成像;密度;节子;裂缝

中图分类号:S776文献标志码:A文章编号:2095?0756(2017)02?0355?06

An air?coupled ultrasonic imaging system for non?destructive wood testing FANG Yiming1,LIN Lujun2,3,LU Zhixiong1,FENG Hailin3

(1.College of Engineering,Nanjing Agricultural University,Nanjing210031,Jiangsu,China;2.College of Jiyang,

Zhejiang A&F University,Zhuji311800,Zhejiang,China;3.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology,Zhejiang A&F University,Lin’an311300,Zhejiang,China) Abstract:Air?coupled ultrasonic techniques,allowing contactless nondestructive testing using air as the cou?pling media instead of a liquid,have proven to be reliable and indispensable for nondestructive wood testing; however,instrumentation is still not widely available domestically.To help familiarize prospective users,the principle of the air?coupled ultrasonic was described first.Subsequently,a scanning imaging system was devel?oped and its structure comprising a pulser and receiver,a gantry scanner,and computer software,was described in detail.Two?dimensional scanning imaging was conducted with a single?spindle accuracy of0.01mm and a maximum scanning area of500mm×300mm.Scanning parameters,such as frequency,amplitude,and gain, were set conveniently according to the sample under testing.Metasequoia glyptostroboides board and Cunning?hamia lanceolata finger jointed board were utilized to test the designed scanning imaging system.Results showed that amplitude of the received signal was sensitive to cracks,knots,and density.The constructed im?ages provided information on knots,cracks,and finger joints,including location,shape,and size.Based on pre?liminary experimental results,the developed scanning imaging system could be used for non?destructive detec?tion of defects including knots and cracks and could be utilized to scan a wooden material for in?plane distri?收稿日期:2016?03?16;修回日期:2016?05?01

基金项目:国家自然科学基金资助项目(61302185,61272313,61472368);浙江省自然科学基金资助项目(Y15F020110);浙江省林业智能监测与信息技术研究重点实验室资助项目(100151402)作者简介:方益明,从事木材无损检测技术研究。E?mail:ymfang@https://www.sodocs.net/doc/f316089410.html,。通信作者:蔺陆军,讲师,从事木材无损检测仪器研制、嵌入式系统开发等研究。E?mail:58593680@https://www.sodocs.net/doc/f316089410.html,

2017年4月20日

浙江农林大学学报

bution of density.[Ch,10fig.1tab.15ref.]

Key words:wood science and technology;air?coupled ultrasonic;nondestructive testing of wood;scanning imaging;density;knots;cracks

超声波是一种重要的木材无损检测技术,对超声波信号的传播参数进行分析可以测定木材的杨氏模量、密度、含水率等物理参数,还可以检测木材内部的腐朽、孔洞、节子等缺陷[1]。然而传统的超声波检测技术属于接触式检测范畴,需要在待测材料表面涂抹液态耦合剂或者在液体中进行浸入式检测,以便更好地将超声波导入待测材料。木材具有多孔性,并不适合采用这种方式进行检测[2]。空气耦合超声波是指超声波换能器与待测木材之间不接触、直接利用空气作为耦合介质的超声波检测方法[3-4]。这种检测方法克服了传统超声波检测需要液态耦合剂的固有缺陷,不会弄脏或者损坏待测木材。目前,空气耦合超声波已经被广泛应用于木材物理参数检测[5-6]、缺陷检测[2,7]、人造板检测[8-9]、木板画检测[10]等。大量研究结果表明,空气耦合超声波的传播参数与木材的物理特性、内部缺陷等有密切的对应关系。利用空气耦合超声波技术,可以实现木材特性参数的精准、快速检测。目前,商业化的空气耦合超声波检测设备主要有美国Ultran公司的SencondWave M510,QMI公司的AirScan,日本探头株式会社的NAUT 等。这些设备价格非常昂贵,而且是针对碳复合材料等其他材料研制的[11],限制了空气耦合超声波在中国木材加工检测领域中的应用。笔者研制了基于空气耦合超声波技术的木材扫描成像系统,并对该成像系统进行了实验测试,分析了测试结果。

1空气耦合超声波扫描成像系统的原理

1.1透射式空气耦合超声波检测

图1为木材无损检测中常用的透射式空气耦合超声波检测系统。发射换能器激发出的超声波经过空气后直接进入待测木材,在穿过待测木材后再次经过空气,到达接收换能器。如图1所示,在木材与空气的分界面上,超声波会出现折射与反射现象。设传播介质的密度为ρn,超声波在介质中的传播速度为C n,其中n=1,2,3,分别对应于图1中所示的空气层、待测木材层和空气层。介质的声阻抗为:

Z n=ρn C n。(1)

超声波在2个“木材/空气”分界面上的透射率分别为[12]:

T12=2·Z1·cosθ2

Z1·cosθ2+Z2·cosθ1;T23=2·Z2·cosθ3

Z2·cosθ3+Z3·cosθ2。(2)式(2)中:θ1为超声波的入射角,θ2和θ3均为超声波的折射角。若超声波垂直入射,即入射角θ1=0°,则超声波经过2个分界面后总的透射率为:

T123=4Z1Z2

(Z1+Z2)2。(3)在空气声阻抗Z1固定不变的情况下,T123的大小与待测木材的声阻抗Z2密切相关。Z2越接近空气的声阻抗Z1,则T123越大。根据式(1)可知,Z2的大小与木材密度ρ2成正比,因此接收端的超声波信号幅度直接反映了待测木材的密度。超声波在木材内部传播时也会产生导致传播衰减,如吸收衰减和散射衰减。空气的声阻抗为415Rayl,木材的典型声阻抗为1.57×106Rayl,声阻抗失配非常严重[12-13],超声波在“空气/木材”分界面上损失的能量远大于吸收衰减以及材料不均匀性引起的散射衰减[14]。

1.2空气耦合超声波扫描成像技术

图2所示为空气耦合超声波扫描成像系统的结构图,将匹配的换能器对固定在龙门式扫描机械臂上,在木材的待测区域内沿图2中虚线所示的路线进行逐点检测,利用超声波声速或传播衰减构建图像。2空气耦合超声波扫描成像系统设计

2.1系统结构

图3显示了空气耦合超声波木材扫描成像系统的结构图,主要包含3个部分:主控器、空气耦合超声波发射接收模块、扫描控制模块。主控器是系统的核心,由工控机实现,主要功能为控制各模块协同工作,并根据采集到的超声波信号构建待测材料的扫描图像;空气耦合超声波发射接收模块与主控器之376

第34卷第2

期图1

透射式空气耦合超声波检测技术原理

Figure 1Schematic of transmitted ?through air ?coupled ultrasonic technique 图2空气耦合超声波扫描成像系统原理图

Figure 2Schematic of air ?coupled ultrasonic imaging system

间通过USB 总线连接,其主要功能是产生特定频率、幅度的脉冲信号,激励发射换能器产生超声波,空气耦合超声波发射接收模块还与接收换能器一起实现超声波信号的采集功能;扫描控制模块与主控器之间通过RS232接口进行连接,主要任务是根据设定的扫描路线在待检测区域内移动超声波换能器,实现逐点检测。

图3空气耦合超声波木材扫描成像系统框图

Figure 3Structure of the air ?coupled ultrasonic imaging

system

2.2超声波换能器及发射接收器

由于高频超声波在木材中传播时会迅速衰减[1],所以在木材无损检测中,通常选用低频超声波换能器。选用Airstar 公司的空气耦合超声波换能器,中心频率为125kHz 。还选用了Airstar 公司的AS2100型空气耦合超声波发射接收器,实现超声信号的激励与采集。该发射接收器由发射卡与接收卡组成,采用双通道12V/1.7A 的直流电源供电。发射卡与接收卡之间用6芯电缆连接。接收卡上有USB 接口,完成主控器与超声波发射接收器之间的数据通讯。超声波换能器及发射接收器的各项参数如表1所示。

2.3扫描机械臂及其控制系统

扫描机械臂采用龙门式结构,如图4所示,由x ,y 2个方向的滑台构成。x ,y 方向均采用步进电机驱动,采用同步带传动。步进电机主轴的运动通过锥齿轮箱减速、换向后,从箱的两端出轴带动两组同步带轮转动,直线导轨上的滑块与同步带固定相联,因此同步带可带动滑块自由滑动。x 方向的扫描行程为500mm ,y 方向的扫描行程为300mm ,单轴精度均为0.01mm 。扫描机械臂的控制系统采用方益明等:基于空气耦合超声波的木材无损检测系统研制377

2017年4月20日浙江农林大学学

报图6

研制的木材扫描成像系统实物图

Figure 6The photo of the developed wood imaging system

表1超声波换能器及发射接收器的性能参数Table 1Parameters of the ultrasonic transducers,pulser and receiver 类别参数名称取值范围换能器中心频率125kHz 波束直径5mm 发射卡脉冲波形方波脉冲串脉冲电压0~200V ,步长10V 脉冲串频率10~50串·s -1,步长1串·s -1串内脉冲个数1~10个,步长1个串内载波频率30~500kHz ,步长1kHz 接收卡增益0~255dB ,步长1dB 采样频率100,120,150,200,300,400,500,800,1000,2000kHz 模/数转换位数双极性13位STC12C5A60S2单片机作为核心控制器,主要完成3项任务:①根据手动位置调节器的指令控制x 方向和y 方向的步进电机进行控制,使空气耦合

超声波换能器移动到指定的位置;②根据上位机

的指令控制x 方向和y 方向的步进电机,使空气

耦合超声波换能器沿设定的扫描路线进行自动扫

描;③显示当前电机的状态。

2.4上位机软件设计

上位机软件采用Borland C++Builder 编写,

主要包含人机接口、扫描过程控制、数据通讯等

模块,软件系统结构如图5所示。人机接口模块的主要作用是提供接口,使用户可以根据测试需求设置超声波频率、电压、采样频率、扫描间隔

等参数,以及观察扫描结果等。扫描过程控制的主要功能是根据用户设置的扫描参数向超声波发射接收器、龙门式扫描机械臂的驱动程序发出命令,实现整个系统协调工作。数据通讯驱动模块则完成命令发送、数据接收等功能。扫描结束后,软件保存扫描图像,并以文本文件形式保存每次扫描的结果,为今后利用第3方软件分析数据提供便利。

图4龙门式扫描机械臂的结构图

Figure 4

Structure of the gantry scanner 图5软件系统结构图

Figure 5Structure of the software

modules 3木材扫描成像系统性能测试

研制的空气耦合超声波木材扫描成像系统以及软件界面如图6所示。为了测试空气耦合超声波木材成像仪的准确性,采用多块木板分别进行测试。

图7所示为含节子缺陷的水杉Metasequoia glyptostroboides 木板照片,厚度为13mm ,在节子中间378

第34卷第2

期图10

指接板实物图及扫描成像结果

Figure 10The photo and the imaging result of the finger joint panel

(实线方框内)有一肉眼可以识别的裂缝。采用研制的空气耦合超声波木材扫描成像系统对其进行扫描,使用的参数

为:脉冲电压为200V ,串内脉冲个数为5,脉冲串频率为50Hz ,串内载波频率110kHz ,接收信号放大增益为100dB ,采样频率为500kHz ,扫描间隔为0.5mm ,扫描区域为370mm ×110mm 。

首先通过手动位置调节器将超声波换能器分别移至图7中A ,B ,C 点位置上,采集穿透木材后的超声波信号,并

进行归一化处理,各位置上采集到的信号波形如图8所示。如前所述,不同位置上的超声波信号幅度受材质密度的影响较大。B 点位于节子区域,木材的密度较大,所以传播衰减较大,接收到的超声波信号幅度较小。C 点位于节子中间的裂缝区域,超声波传播过程中,不需要穿透木材,因此接收到的超声波信号幅度最大。A 点所在区域为早材区域,密度较低,肉眼观察也可以判断出A 点附近的材质较为疏松,与B 点上采集到的信号相比,信号幅度较大;但与C 点上采集到的信号相比,其信号幅度快速衰减。

图8不同位置上采集到的扫描信号

Figure 8Signals received at different positions μμμ采用研制的空气耦合超声波木材成像仪对图7所示的木

材进行扫描成像,结果如图9所示。图中红色表示木材的材

质密度最大,接收到的超声波信号幅度最低;蓝色表示木材

的密度最小,或者所在区域为裂缝、空洞,接收到的超声波

信号幅度最大。从图9中可以清晰地观察到节子以及节子中

间的裂缝,扫描图像基本符合样本木材的实际情况。对比图7,图9显示的节子以及裂缝明显偏大,是因为超声波换能器发出的是5mm 粗的波束,致使扫描图像出现畸变。

图10A 所示为15mm 厚的杉木Cunninghamia lanceolata 指接板实物图,采用研制的空气耦合超声波扫描成像系统对其进行检测。所用参数为:脉冲电压为100V ,串内载波频率为120kHz ,串内脉冲个数为10个,脉冲串频率为50Hz ,接收信号放大增益为为80dB ,采样频率为500kHz ,扫描间隔为为0.5mm ,扫描区域为450mm ×260mm 。扫描图像如图10B 所示。从图10中可以看出,节子处对应的扫描图像均为红色;深色心材(密度较大)对应的扫描图像为红色;纹理较稀疏的区域(密度较低)对应的扫描图像为蓝色。指接处含有与木质材料不同的胶合剂,会增大超声波的传播衰减,对应的超声波扫描图像也为红色。扫描图像较好地反应了杉木指接板的平面密度分布情况。

图7含节子缺陷的水杉木板实物图Figure 7The photo of the Metasequoia glyptostroboides sample with

knot 图9含节子木材样本成像结果Figure 9The imaging result of the sample with

knot 方益明等:基于空气耦合超声波的木材无损检测系统研制379

380

浙江农林大学学报

2017年4月20日4结论

根据空气耦合超声波的原理,研究并实现了用于木材无损检测的空气耦合超声波扫描成像系统。设计了扫描成像系统的超声波发射接收系统、龙门式扫描机械臂及其控制系统,编写了上位机软件。将笔者研制的空气耦合扫描成像系统应用于水杉、杉木指接板等木材的扫描成像中。实验结果表明:利用该扫描成像系统建立的扫描图像能够准确地检测出节子、裂缝等木材缺陷,也能检测出木材在平面内的密度变化情况,具有较大的应用潜力。下一步将研究扫描图像的校正工作,减少超声波波束直径引起的图像误差,为提高木材无损检测准确度提供技术保障。

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简述全自动超声波无损检测方法

简述全自动超声波无损检测方法 摘要：全自动超声波检测技术（AUT）对于提高无损检测效率、保证无损检测质量，节约工程成本有着重要的意义，通过对AUT检测的特点，与传统检测手段进行了对比分析，阐述工程无损检测中AUT检测的通用做法。 关键词：全自动超声环焊缝检测 引言：AUT检测技术是一种新型的无损检测技术，在近几年的推广使用过程中得到了工程质检方的认可，在使用过程中各公司做法不一，本文通过多年AUT 检测工程应用经验总结归纳了AUT检测通用做法。 1、AUT检测方法适用范围 本文论述了环向焊缝全自动超声检测的要求。在AUT检测所得到结论的基础上分析评定环焊缝。根据工程临界判别法（ECA）来最终确定检测验收标准。 2 AUT检测方法步骤 2.1 外观检查 工程现场所有待检环焊缝在焊接完成后都要进行三方（监理、施工、检测）外观检查并且按照AUT检测相应标准的要求进行评定。 所有坡口应在机加工后进行焊接，并且确保焊接符合焊接工艺的要求，随后AUT全自动超声波检测应结合画参考线一起进行。 2.2 超声波检测 工程现场的所有环焊缝的全自动超声检测都要在整个焊缝圆周方向上进行，并按相应的验收标准进行评定。 3 超声波检测系统 AUT检测系统应该提供足够的检测通道的数量，保证仅扫查环焊缝一周，就可对该焊缝整个厚度上的所有区域进行全面检测。所有被选通道都应能显示一个线性A型扫查显示。检测的通道应该能按照通常如图1所示的检测区域评估被检焊缝。仪器的线性应按照相应标准来确定，每6个月测定一次。仪器的误差应该不大于实际满幅高的5％。这一条件应该适用于对数放大器及线性放大器。每一个检测的通道都应可以选择脉冲反射法或者直射法。每一个检测通道的闸门位置及两个闸门之间的最小跨度和增益都是可选择的。记录电位也是可以选择的，以显示记录的波幅和传播时间位于满幅高0～100％之间的信号。对于B扫查或者图像显示的资料记录也应该为0～100％。对于每个门都有两个可记录的输出信号。无论是模拟信号还是数字信号都包括信号的高度和渡越时间。它们都适于多通道记录仪或计算机数据采集软件的显示。 4 AUT的系统设置 4.1 AUT探头及探头灵敏度的确定 在工程现场的检测中用AUT对比试块选定该检测系统的合适当量。每个AUT 检测探头固定在扫查架相应位置上，保证中心距满足要求。分别调整扫查架上探头的位置、角度和激活晶片数，使所有探头在标准试块上的主反射体的信号都达到最大值。把所有检测探头的峰值信号都设置到仪器满屏的80%，此时显示的灵敏度数值就是该探头检测时的基准灵敏度。 4.2 闸门的设置 4.2.1 熔合区闸门的设置参照AUT对比试块上的标准反射体：闸门起点位置在坡口前大于等于3mm，闸门终点位置应大于焊缝上中心线位置1mm。闸门的起点和长度应记录在工艺文件中。

空气耦合超声系统介绍

高灵敏度空气耦合超声波检测系统 日本探头株式会社（Japan Probe Co., Ltd）是具有30多年历史的专业生产超声波探头、超声波发射接收器和检测系统的厂家，日本探头株式会社（Japan Probe Co., Ltd）利用自己的高新技术和丰富经验，针对不能用耦合剂无损检测的方法研究，经过多年努力和发展，终于研制成称之为“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing简称NAUT）”。NAUT可以广泛应用于以下材料检测：复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料、泡沫以及其他不能使用耦合剂的材料。 1.1非接触式超声 非接触式超声与常规超声检测类似，其最大的区别是非接触式超声不需要声耦合 剂涂抹在待检测工件上，就能很好的将超声波从发射探头通过空气传播到待测工件 中。常用声耦合剂包括机油、胶体、水等，这些耦合剂需要清理，通常会使得整套系 统变得笨重，使得工作场所变得很脏乱。对于NAUT来说，周围环境空气就是其声耦 合剂，高温低温工件及不适合用声耦合剂的工件也能进行超声波无损检测。 在研制此系统时，为了使超声波有效的发射到空气中，穿过检测工件，并将接收信号进行成像处理，必须解决三个问题：第一，研制声阻抗匹配层材料，实现探头和空气的最佳耦合；第二，研制超高功率发射接收，实现向空中发射高功率的超声波；第三，研制前置放大器，实现接收信号的低噪音增幅。通过多年的努力，终于成功的研制成了“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统（Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing），打开了21世纪的超声无损检测的新纪元，我们将它命名为NAUT21，目前，NAUT21检测系统在复合材料、锂离子电池、刹车垫，陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料以及其他材料的检测上得到了很好的应用。现在广销日本、英国、韩国、美国、中国等国家，并受到客户的一致好评。 1.2NAUT21检测和分析 所有的C扫描成像都是使用空气耦合超声穿透法通过两轴电动运动机构来实现。空气耦合超声波穿透法：超声波从空气中发射到被检查材料内部，透过的超声波到达接收探头。通过透射的超声波峰值的大小来判断被检查材料内部是否存在缺陷。如下图1所示。

无损检测 超声波检测

超声波检测 华北科技学院机电工程学院 摘要：超声无损检测是在现代工业生产中应用的非常广泛的一种无损检测 方法，它对于提高产品的质量和可靠性有着重要的意义。尽管随着电子技 术的发展，国内出现了一些数字化的超声检测仪器，但其数据处理及扩展 能力有限，缺乏足够的灵活性。而虚拟仪器是近年来刚刚发展起来的一种 新的仪器构成方式，它是一种、通讯技术和测量技术相结合的产物，具有 很大的灵活性和扩展性，具有旺盛的生命力。 关键词：无损检测；超声波探伤；计算机技术；通讯技术 Abstract：As a kind of NDT(Non-Destructive Testing)，UT (Ultrasonic Testing) is widely used in modern industry, which plays a very important role in improving the quality and the reliability of product. Although along with technical development in electronics, some digital UT instruments have been developed at home, its expand- ability and the ability of processing data limited. VI (Virtual Instru- ment) is a new Instrument structure developed recent years and is an outcome which combines the computer technique, the communication technique together with the measure technique, which has huge expandability, flexibility and the prosperous vitality. Keywords：NDT(Non-Destructive Testing) UT (Ultrasonic Testing) computer technique communication technique

超声波无损检测的发展

超声无损检测仪器的发展 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代，新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krauthammer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。 丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声无损检测技术的发展 超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术, 体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书

空气耦合超声探头声场及其对检测的影响

收稿日期:2017-06-28 第一作者简介:吴君豪,1993年出生,硕士研究生,主要从事的超声无损检测技术研究工作三E-mail:wujunhao@https://www.sodocs.net/doc/f316089410.html, 空气耦合超声探头声场及其对检测的影响 吴君豪 何双起 罗　明 吴时红 张　颖 (航天材料及工艺研究所,北京　100076) 文　摘　搭建空气耦合超声探头声场的指向性测量系统,考察4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性三对预制分层缺陷的复合材料试样进行检测,分析了声场对检测结果的影响三结果表明,低频率二平探头的声场能量高,指向性较差,而高频率二聚焦探头声场能量低,指向性好,检测横向分辨率高三在保证穿透能力的前提下,应尽量选择后者三根据探头声场分布情况,合理调整检测距离,使被检材料位于探头的焦区内,也能够提高检测灵敏度三 关键词　空气耦合,超声检测,声场,缺陷评定中图分类号:TB553 DOI :10.12044/j.issn.1007-2330.2018.02.015 Acoustic Field of Air-Coupled Ultrasonic Probe and Its Effect on Detection WU Junhao HE Shuangqi LUO Ming WU Shihong ZHANG Ying (Aerospace Research Institute of Materials &Processing Technology ,Beijing　100076) Abstract A measurement system of air coupled ultrasonic field is set up ,and the field of 4types of air coupled ultrasonic probe is https://www.sodocs.net/doc/f316089410.html,posite specimens with embedded delamination are detected ,effect of acoustic field on the detection results is analyzed.The results show that the low frequency and flat probe have high acoustic field en?ergy and poor directivity ,while the high frequency and focusing probe has low acoustic field energy ,good directivity and high lateral resolution.The latter should be chosen as long as the penetration capability is guaranteed.Detection distance should be determined according to the acoustic field distribution.The detection sensitivity can be improved when the detected material is located in the focal region of the probe.Key words Air-coupled ,Ultrasonic testing ,Acoustic field ,Defect evaluation 0　引言 空气耦合超声检测免除了传统的液体耦合介质,具有非接触二易实现自动化的优点,但缺点是超声频率低二检测灵敏度低[1]三空气耦合超声探头声场存在一个 声照区”,声场的强度二声束的宽度分别影响着穿透能力和横向分辨率三了解探头声场分布,有助于提高检测可靠性,亦可在仿真试验中利用测得的相关声场特性,提高建模准确性三V.KOMMAREDDY 等对空气耦合超声声场进行测量,但缺少对声场测量结果的严格评价,也没有深入分析声场对检测效果的影响[2]三孔涛等设计了一套空气耦合超声探头的声场测量系统,但其可移植性较差[3]三本文提出的声场测量方案可以运用在任何二维空气耦合扫查系统上,快速测量探头的声场特性三基于该方案,测量了 4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性,数据结果丰富,并分析了其对缺陷检测效果的影响三1　测量方案 1.1　空气耦合超声探头 待测的4种规格压电型空气耦合超声探头的相关参数见表1三 表1　探头参数Tab.1　Probe parameters 探头型号标称焦距L /mm 激发晶片直径d /mm 140kHz 平探头-25200kHz 平探头 -25 200kHz 聚焦探头5020500kHz 聚焦探头5019

超声波无损检测基础原理

第1章绪论 1.1超声检测的定义和作用 指使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。 作用：质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率 1.2超声检测的发展简史和现状 利用声响来检测物体的好坏 利用超声波来探查水中物体1910‘ 利用超声波来对固体内部进行无损检测 1929年，前苏联Sokolov 穿透法 1940年，美国的Firestone 脉冲反射法 20世纪60年代电子技术大发展 20世纪70年代，TOFD 20世纪80年代以来，数字、自动超声、超声成像 我国始于20世纪50年代初范围 专业队伍理论及基础研究标准超声仪器 差距 1.3超声检测的基础知识 次声波、声波和超声波 声波：频率在20～20000Hz之间次声波、超声波 对钢等金属材料的检测，常用的频率为0.5～10MHz 超声波特点： 方向性好 能量高 能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换 穿透能力强 超声检测工作原理 主要是基于超声波在试件中的传播特性 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件； 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变； 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析； 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。 超声检测工作原理 脉冲反射法： 声源产生的脉冲波进入到试件中——超声波在试件中以一定方向和速度向前传播——遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射——检测设备接收和显示——分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。 通常用来发现和对缺陷进行评估的基本信息为： 1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度； 2、入射声波与接收声波之间的传播时间； 3、超声波通过材料以后能量的衰减。 超声检测的分类 原理：脉冲反射、衍射时差法、穿透、共振法 显示方式：A 、超声成像（B C D P） 波型：纵波、横波、表面波、板波

数字超声波探伤仪焊缝探伤实例DAC曲线绘制探伤步骤

数字超声波探伤仪焊缝探伤实例/DAC曲线绘制 探伤步骤： 一、探伤前的准备工作 1. 数字式超声探伤仪 目前市面上的探伤仪大都是数字机，数字机显示的是数字化的波形，具有检测速度快、精度高、可靠性高和稳定性好等特点。1983年德国KK公司推出了世界第一台数字超 声探伤仪，采用Z80作中央处理器，但其重达10公斤，体积很大，应用时需要车载、用户爬到很高的地方来操作，不太适用于野外作业。1986年后，工业化国家的超声探伤仪得到了迅猛发展，现代数字式超声探伤仪趋向小型化和图像化方向，如国内也已 推出的掌上型探伤仪，还有具有强大图像处理功能的TOFD探伤仪。这里选用的是市 场上的一般的数字探伤仪。 2.横波斜探头： 5M13×13K2 3.标准试块：CSK-IB 、CSK-3A 4.30mm厚钢板的对接焊缝 5．DAC参数：（1）DAC点数：d=5、10、15、20（mm）的4点（2）判废线偏移量：+5dB （3）定量线偏移量：-3dB （4）评定线偏移量：-9dB 6．耦合剂（如：机油、水、凡士林等） 二．探测面的选择焊缝一侧 三．开机 1．将探头和超声探伤仪连接 2．开启面板开关，开机自检，约5秒钟进入探伤界面。 (1)按键，使屏幕下方显示“基本”、“收发”、“闸门”、“通道”、“探头”五个功能主菜单。 (2)按“F1”键，进入“基本”功能组，将“基本”功能内的“探测范围”调为“150”，将“材料声速”调为“3230”，将“脉冲移位”调为“0.0，将“探头零点”调为“0.00”。 (3)按下F2键，进入“收发”功能组，将“收发”功能内的“探头方式”调为“单晶”，将“回波抑制”调为“0%”。(4)按下F3键，进入“闸门”功能组，将“闸门报警”调为“关”，将“闸门宽度”调为“20.0”，将“闸门高度”调为“50%”。（此条内容的调整可根据使用者的习惯而定）。(5)按下F4键，进入“通道”功能组，将“探伤通道”调为所需的未存储曲线的通道，如“No.1”，此时

无损检测超声检测公式汇总

无损检测超声检测公式 汇总 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

超声检测公式 1.周期和频率的关系，二者互为倒数： T=1/f 2.波速、波长和频率的关系：C=f λ 或λ=f c ∶Cs ∶C R ≈∶1∶ 4.声压： P ＝P 1－P 0 帕斯卡（Pa ）微帕斯卡（μPa ）1Pa ＝1N/m 2 1Pa ＝106μP 6.声阻抗:Z ＝p/u ＝ρcu/u ＝ρc 单位为克/厘米2·秒（g/cm 2·s ）或千克/米2·秒（kg/m 2·s ） 7.声强；I ＝21Zu2＝Z P 22 单位; 瓦/厘米2（W/cm 2）或 焦耳/厘米2·秒（J/cm 2·s ） 8.声强级贝尔（BeL ）。△＝lgI 2/I 1 （BeL ） 9.声强级即分贝（dB ） △＝10lgI 2/I 1 ＝20lgP 2/P 1 （dB ） 10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比：△20lgP 2/P 1＝20lgH 2/H 1 （dB ） 11.声压反射率、透射率： r=Pr / P0 t =Pt / P0 ?? ?=-=+21//)1(1Z t Z r t r r =12120Z Z Z Z P P r +-= t =122 02Z Z Z P P t += Z 1—第一种介质的声阻抗； Z 2—第二种介质的声阻抗 12.声强反射率： R= 2 12 1220???? ??+-==Z Z Z Z r I I r 声强透射率：T ()2122 14Z Z Z Z += T+R=1 t －r =1 13.声压往复透射率；T 往= 2 122 1)(4Z Z Z Z + 14.纵波斜入射: 1sin L L c α=1sin L L c α'=1n si S S c '=2sin L L c β=2sin S S c β CL1、CS1—第一介质中的纵波、横波波速； C L2、C S2—第二介质中的纵波、横波波速；αL 、α′L —纵波入射角、反射角； βL 、βS —纵波、横波折射角；α′S —横波反射角。 15.纵波入射时：第一临界角α: βL =90°时αⅠ=arcsin 21 L L c c 第二临界角α：βS =90°时αⅡ=arcsin 21S L c c 16.有机玻璃横波探头αL =°～°， 有机玻璃表面波探头αL ≥° 水钢界面 横波 αL =°～° 17.横波入射：第三临界角：当α′L=90°时αⅢ=arcsin 11 L S c c =°当αS ≥°时，钢中横波全反射。 有机玻璃横波入射角αS （等于横波探头的折射角βS ）=35°～55°，即K=tg βS=～时，检测灵敏度最高。 18.衰减系数的计算 1. α=(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n) α—衰减系数，dB/m （单程）； )(m n B B -—两次底波分贝值之差，dB ；δ为反射损失，每次反射损失约为（~1)dB ； X 为薄板的厚度 T ：工件检测厚度，mm ；N ：单直探头近场区长度，mm ；m 、n —底波反射次数

超声波无损检测论文无损检测论文

超声波无损检测论文无损检测论文 一种可实现高速信号处理的超声波无损检测系统的设计无损探伤技术是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。超声波探伤就是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另，截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分別发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。 随着超声波探伤技术的发展，对数字信号的处理与分析已不再仅仅是辅助技术。而是一种基本技术，由此出现了各种全数字化的超声波检测设备。但早期的数字化设备仅停留在超声波检测频率较低频段的信号处理上，主要是受到高速A/D和高速存储技术的限制，山于计算机总线技术应用的瓶颈，也不能实时多通道传送波形数据到计算机去处理，声源定位信号分析等实时显示分析的功能只能由硬件输出的参数完成。 而A/D转换器和高效率微处理器的问世克服了在高频领域应用模拟电子技术受到的各种限制。数字化全波形超声波探伤设备就是由计算机作为主机，以单片机芯片为主构成的专用板卡统一控制管理超声系统。这种设备综合应用了高速数据采集技术、A/D转换技术、大容量缓冲技术、多通道切换技术、数据存储技术和数据管理软件技术

等先进的数据信号处理技术，使得多通道声发射波形的采集和分析不再困难。因此，如何开发和研制更具先进性、创新性、科学性和实用性的全数字式超声波检测设备和系统，已成为一项紧迫性的任务。 本文主要介绍一种基于高速信号处理技术的超声波无损检测系 统的典型设计方案，从系统的总体设计、单元电路设计和程序设计等方面阐述和分析了设让原理，电路和软件的结构与功能等，系统方案具有较高的技术含量和实用价值。 总体设计 系统的总体结构设计如图1所示。首先，由高压脉冲发生器发射高压脉冲，其经能量转換电路形成超声波信号，遇到缺陷或杂质时产生反射波，再经能量转换电路转換为电压信号，最后经放大电路放大、A/D转换后，形成数字量，写入高速数据缓存器中；然后，由PCI接口电路将缓存器中的数据适时地通过PCI总线送到本系统的微处理 器进行处理，实现与外部计算机通信、显示、打印，存储和控制等功能。 本系统采用转换速率为60MHz的8位高速A/D转换电路以满足数据采集的要求。为对A/D芯片输出的高速数据进行缓冲，并充分利用LCI总线带宽，采用了]2KB的高速数据缓存电路；对于多通道检测的要求，设计了通道选择控制电路以实现通道之间的切換；采用高增益的高频宽带放大电路对缺陷回波信号进行整理和放大。

无损检测案例分析(1)

焊缝无损检测缺陷图片一、气孔与圆缺 图8-1-1 分散的气孔 图8-1-2 密集气孔 图8-1-3 夹钨二、条形夹渣与条形气孔 图8-1-4 条形夹渣

图8-1-5 条形气孔 三、未焊透 图8-1-6 未焊透 四、未熔合 图8-1-7 未熔合 五、裂纹 图8-1-8 裂纹（transverse cracks:横向裂纹；longitudinal root crack:纵向根部裂纹）六、咬边

图8-1-9 内咬边 图8-1-10 外咬边七、内凹 图8-1-11 内凹 八、烧穿 图8-1-12 烧穿

焊缝无损检测案例分析 【案例1】无损检测工艺规程 1、背景 某天然气分输管网工程，要求射线检测100%。 2、问题描述 查无损检测项目部工艺规程《XX公司XX工程无损检测通用射线检测规程》，其中描述“……像质计的使用参照SY/T4109-2005，……射线评级参照SY/T4109-2005……，”等指导性话语；查其曝光曲线为固定时间，电压－厚度曲线，但其现规程中明确说明项目投入三台XXG2505定向射线机，但其曝光曲线只有一个，现场人员解释为三台机器为同一厂家生产，性能差不多。 3、问题分析 （1）工艺规程是相当于公司标准一级的文件，对于项目上的工艺规程，就应当相当于项目上的标准，是所有检测人员赖以编制工艺卡的依据，应当结合公司实际情况与设计指定标准的要求，对每一个方面的技术要求做出明文规定，而不能使用“参照XX标准”等术语。 （2）曝光曲线是反映每一台射线机在一定的透照工艺，胶片系统条件下其曝光时间、选用电压、透照厚度三者之间关系的曲线，虽然射线机厂家给定的曝光曲线是一个型号一个曲线，这不能说明这些射线机就可以共用一个曝光曲线，实际上，就是同一台机器在不同的使用时期，我们还要对其曝光曲线做出修正，这就是为什么，一定要一机一曲线。 4、问题处理 （1）重新编制工艺规程，将标准中的内容，根据工程的实际需要，加入到工艺规程中来，使工艺规程能切实地指导检测人员工作。 （2）要求检测单位对每一台设备做曝光曲线，并制定曝光曲线校验制度。 【案例2】无损检测工艺卡 1、背景 某5万方储油罐无损检测工程，施工规范为GB50128－2005，最底层板厚为24mm,最上层板厚为8mm。 2、问题描述 在检查工艺卡的过程中，发现以下内容：透照厚度填写为8～24，电压填写为150Kv～240kV，曝光时间填定为1～3min，查其现场操作记录，所有的工艺参数确实能包含在这些范围之内，现场人员解释说这样只是为了省事，其工艺卡没有技术上的问题。 3、问题分析 （1）工艺卡的内容必须要覆盖工程中所有检测对象，但绝不是像标准中一样用一个区间去覆盖，是一一对应的覆盖，一就是一，二就是二，如：厚度为8mm，电压填写150kV，曝光时间填写1min等，必须使现场检测人员，能准确无误地根据板厚，读出各项参数，拍出合格底片。 （2）现场操作记录中的数据可以说不是来自于工艺卡，而是来自于现场工作人员的经验，也

超声波检测系统设计

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摘要 钢管在生产和加工的过程中，其内部或者外部会产生分层、裂纹等各种缺陷。目前比较广泛的一种无损检测方法是超声波探伤，它可以在不损伤被检测对象的内部结构的前提下进行检测。论文以超声探伤理论为基础，利用CPLD强大的逻辑处理功能结合单片机MCU作为系统的核心开发了超声检测系统。在论文设计的过程中，采用了模块化的设计方案，提高了系统的可靠性；在主控芯片上选择了低成本的单片机MCU和可编程逻辑控制器件CPLD,提高了系统开发的灵活性。 在设计中首先对超声波检测技术进行介绍，并对超声波检测的基本理论进行探讨。对设计中的数字式超声波探伤仪的总体设计及各功能模块进行探讨，之后重点研究超声检测系统的硬件设计，包括超声波的激励电路，信号处理模块，MCU模块以及数据采集处理系统的设计。最后利用LabVIEW对超声检测系统进行软件设计，并进行总体流程的设计及下位机的设计。 关键词超声波探伤虚拟仪器CPLD单片机

Abstract In the production and processing of iron and steel materials,its internal and external will produce a layered,cracks and other defects.The relatively wide range of a nondestructive testing method is ultrasonic flaw detection that can not damage the object to be detected in the internal structure of the premise of testing with the basis of the ultrasonic flaw detection theory,the CPLD and MCU are the core of system development of ultrasonic testing system.In the process,to design it use a modular design to improve the reliability of the system;and select low cost MCU single-chip microcomputer and programmable logic control device CPLD in the main control chip to enhance the system flexibility. In the paper, the ultrasonic detection technique is introduced,and then the basic theory of ultrasonic testing id discussed.Then the design of the digital ultrasonic flaw detector in the general design and the functional module is discussed,then focuses on the hardware design of ultrasonic detection system,including the ultrasonic transmitting circuit,receiving circuit,MCU module and data acquisition and processing system design.Finally using LabVIEW on ultrasonic detection system for the software design,the system software design of the overall process,ultrasonic excitation pulse signal generating,data acquisition system control logic in this paper. Key words Ultrasonicexamination VirtualInstrument CPLD MCU

超声波无损检测概述

超声波无损检测概述

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 超声波无损检测概述

2.2 国内研究情况 20 世纪50 年代，我国开始从国外引进模拟超声检测设备并应用于工业生产中。上世纪80 年代初，我国研制生产的超声波探伤设备在测量精度、放大器线性、动态范围等主要技术指标方面已有很大程度的提高[3]。80 年代末期，随大规模集成电路的发展，我国开始了数字化超声检测装置的研制。近年来，我国的数字化超声检测装置发展迅速，已有多家专业从事超声检测仪器研究、生产的机构和企业（如中科院武汉物理研究所、汕头超声研究所、南通精密仪器有限公司、鞍山美斯检测技术有限公司等）[1]。目前，国内的超声超声检测装置正在向数字化、智能化的方向发展并且取得了一定的成绩。另外，国内许多领域（如航空航天、石油化工、核电站、铁道部等）的大型企业通过引进国外先进的成套设备和检测技术（如相控阵超声检测设备与技术和TOFD 检测设备与技术），既完善了国内的超声检测设备，又促进了超声无损检测技术的发展[5]。 2.3 超声波无损检测技术发展趋势 超声检测技术的应用依赖于具体检测工件的检测工艺和方法，同时，超声检测还存在检测的可靠性，缺陷的定量、定性、定位以及缺陷检出概率、漏检率、检测结果重复率等问题，这些对超声检测仪器的研制提出了更高要求。 为克服传统接触式超声检测的不足，人们开始探索非接触式超声检测技术，提出了激光超声、电磁超声、空气耦合超声等。为提高检测效率，发展了相控阵超声检测。随着机械扫描超声成像技术的成熟，超声成像检测也得到飞速发展。目前，超声检测仪器已明显向检测自动化、超声信号处理数字化、诊断智能化、多种成像技术的方向发展[5-7]。 3.超声波检测的基本原理 3.1超声波无损检测基本介绍 超声检测（UT）是超声波在均匀连续弹性介质中传播时，将产生极少能量损失；但当材料中存在着晶界、缺陷等不连续阻隔时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，从而损失比较多的能量，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就

(完整版)无损检测超声波检测二级(UT)试题库带答案.docx

无损检测 超声波试题 (UT 二级 ) 一、是非题 1.1受迫振动的频率等于策动力的频率。√ 1.2波只能在弹性介质中产生和传播。×（应该是机械波） 1.3由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率等于振动频率。√ 1.4由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于振幅。× 1.5传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越高。√ 1.6材料组织不均匀会影响声速，所以对铸铁材料超声波探伤和测厚必须注意这一问题。√ 1.7一般固体介质中的声速随温度升高而增大。× 1.8 由端角反射率试验结果推断，使用K≥ l.5的探头探测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能造成漏检。√ 1.9超声波扩散衰减的大小与介质无关。√ 1.10超声波的频率越高，传播速度越快。× 1.11介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有切变弹性模量。√ 1.12频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波长。× 1.13既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿液体表面传播。× 1.14因为超声波是由机械振动产生的，所以超声波在介质中的传播速度即为质点的振动速度。× 1.15如材质相同，细钢棒 (直径 <λ=与钢锻件中的声速相同。×（ C细钢棒＝（ E/ρ） ?） 1.16在同种固体材料中，纵、横渡声速之比为常数。√ 1.17水的温度升高时，超声波在水中的传播速度亦随着增加。× 1.18几乎所有的液体（水除外），其声速都随温度的升高而减小。√ 1.19波的叠加原理说明，几列波在同一介质中传播并相遇时，都可以合成一个波继续传播。×1.20介质中形成驻波时，相邻两波节或波腹之间的距离是一个波长。×（应是λ/4；相邻两节点或波腹 间的距离为λ/2） 1.21具有一定能量的声束，在铝中要比在钢中传播的更远。√ 1.22 材料中应力会影响超声波传播速度，在拉应力时声速减小，在压应力时声速增大，根据这一特性， 可用超声波测量材料的内应力。√ 1.23材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。×（成反比） 1.24平面波垂直入射到界面上，入射声压等于透射声压和反射声压之和。× 1.25平面波垂直入射到界面上，入射能量等于透射能量与反射能量之和。√ 1.26超声波的扩散衰减与波型，声程和传声介质、晶粒度有关。× 1.27对同一材料而言，横波的衰减系数比纵波大得多。√ 1.28界面上入射声束的折射角等于反射角。× 1.29当声束以一定角度入射到不同介质的界面上，会发生波形转换。√ 1.30在同一固体材料中，传播纵、横波时声阻抗不一样。√（ Z＝ρ· C） 1.31声阻抗是衡量介质声学特性的重要参数，温度变化对材料的声阻抗无任何影响。× 1.32超声波垂直入射到平界面时，声强反射率与声强透射率之和等于1。√ 1.33超声波垂直入射到异质界面时，界面一侧的总声压等于另一侧的总声压。√ 1.34超声波垂直入射到 Z2>Zl 的界面时，声压透过率大于1，说明界面有增强声压的作用。× 1.35超声波垂直入射到异质界时，声压往复透射率与声强透射率在数值上相等。√ 1.36超声波垂直入射时，界面两侧介质声阻抗差愈小，声压往复透射率愈低。× 1.37当钢中的气隙（如裂纹）厚度一定时，超声波频率增加，反射波高也随着增加。√（声压反射率 也随频率增加而增加） 1.38超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的反射角等于折射角。× 1.39超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的折射角总大于入射角。

超声波无损检测报告

这学期我们学习了机械故障诊断基础，学习了无损检测的很多方法和原理，那么什么是无损检测呢？无损检测是在不影响检测对象未来使用功能或现在的运行状态前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数的检测技术。常见的有超声波检测焊缝中的裂纹等方法，无损检测技术已经历一个世纪，尽管无损检测技术本身并非一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。无损检测技术所能带来的经济效益十分明显。 超声波无损检测原理 当然，无损检测在实际的工业中用途如此广泛，方法也有很多。我主要来谈谈超声波无损检测的一些认识，我们首先必须对超声波的工作原理必须有一定的了解，主要是基于超声波在试件中的传播特性。 a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件； b.超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变； c.改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析； d.根据接收的超声波的特征，评估试件本身及内部是否存在缺陷及缺陷的特性。超声波检测的优点： a.适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测； b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件； c.缺陷定位较准确； d.对面积型缺陷的检出率较高； e.灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷； f.检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。 超声检测的适用范围： a.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料； b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等； c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；

超声波无损检测实例

超声波无损检测主要是基于超声波在试件中的传播特性。声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件后；超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。超声波无损检测的原理图如下： 在日常的检测工作中，有一些工件由于表面粗糙、形状特殊等原因，不能用常见的直接接触法来进行超声波检测。对于这类的工件，不妨尝试使用液浸法超声波探伤。液浸探伤相对于直接接触法而言，有如下优势：

1. 当改变被检工件的尺寸或者形状时，不需要特殊的探头或楔块来匹配工件； 2. 可以较简单地连续调整声束入射角，这对形状复杂的结构件的异形表面或新的检测工艺的研究而言都是必须的； 3. 耦合液体可以连续使用； 4. 由于不需要紧密的接触，因此检测速度能够非常快； 5. 直接接触法探伤会因工件的表面形状、表面状况或尺寸的变化而产生比较大的耦合损失，液浸法则不会； 6. 水槽中整个浸没有助于排除表面波，因表面波不规则地增加来自外表面的较小不连续性信号； 7. 水槽提供延迟块以允许非常强的界面信号在弱信号返回到仪器之前就通过放大器。这一点当检测小尺寸管子和薄板时特别能显示出优越性。 主要缺点：主要缺点 ①要由有经验的人员谨慎操作,依赖于探伤人员的经验和分析判断，准确性差；②对粗糙、形状不规则、小、薄或非均质材料难以检查；③对所发现缺陷作十分准确的定性、定量表征仍有困难。

在液浸探伤法中，水作为一种易获取的耦合剂得到了很好的应用。因此，水浸探伤法是液浸探伤中最常用的一种检测方法。 下面通过一个铝压缩机旋转轮水浸探伤实例说明不同缺陷的水浸探伤波形显示： A、伪缺陷显示 水浸探伤中，始脉冲（由换能器激发）显示在最左边，接着是工件前表面的反射显示，当换能器沿轴方向移动时，折射声速恰好穿过U形槽的角并且产生伪缺陷波显示。 B、裂纹显示 将换能器沿轴向方向向右移动，在遇到裂纹时产生反射，此时屏幕显示波形如下图；

无损检测超声波检测二级试题库(UT)带答案

无损检测 超声波试题(UT) 一、是非题 受迫振动的频率等于策动力的频率。√ 波只能在弹性介质中产生和传播。×（应该是机械波） 由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率等于振动频率。√ 由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于振幅。× 传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越高。√ 材料组织不均匀会影响声速，所以对铸铁材料超声波探伤和测厚必须注意这一问题。√ 一般固体介质中的声速随温度升高而增大。× 由端角反射率试验结果推断，使用K≥的探头探测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能造成漏检。√ 超声波扩散衰减的大小与介质无关。√ 超声波的频率越高，传播速度越快。× 介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有切变弹性模量。√ 频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波长。× 既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿液体表面传播。× 因为超声波是由机械振动产生的，所以超声波在介质中的传播速度即为质点的振动速度。× 如材质相同，细钢棒(直径<λ=与钢锻件中的声速相同。×（C细钢棒＝（E/ρ）?） 在同种固体材料中，纵、横渡声速之比为常数。√ 水的温度升高时，超声波在水中的传播速度亦随着增加。× 几乎所有的液体（水除外），其声速都随温度的升高而减小。√ 波的叠加原理说明，几列波在同一介质中传播并相遇时，都可以合成一个波继续传播。× 介质中形成驻波时，相邻两波节或波腹之间的距离是一个波长。×（应是λ/4；相邻两节点或波腹间 的距离为λ/2） 具有一定能量的声束，在铝中要比在钢中传播的更远。√ 材料中应力会影响超声波传播速度，在拉应力时声速减小，在压应力时声速增大，根据这一特性，可用超声波测量材料的应力。√ 材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。×（成反比）