空气耦合超声检测的论文

茱莉亚罗伯杨

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超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。影响超声波测厚仪示值的因素：（1）工件表面粗糙度过大，造成探头与接触面耦合效果差，反射回波低，甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀，耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理，降低粗糙度，同时也可以将氧化物及油漆层去掉，露出金属光泽，使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。（2）工件曲率半径太小，尤其是小径管测厚时，因常用探头表面为平面，与曲面接触为点接触或线接触，声强透射率低（耦合不好）。可选用小管径专用探头（6mm ) , 能较精确的测量管道等曲面材料。（3）检测面与底面不平行，声波遇到底面产生散射，探头无法接受到底波信号。（4）铸件、奥氏体钢因组织不均匀或晶粒粗大，超声波在其中穿过时产生严重的散射衰减，被散射的超声波沿着复杂的路径传播，有可能使回波湮没，造成不显示。可选用频率较低的粗晶专用探头（2.5MHz)。（5）探头接触面有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂，长期使用会使其表面粗糙度增加，导致灵敏度下降，从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨，使其平滑并保证平行度。如仍不稳定，则考虑更换探头。（6）被测物背面有大量腐蚀坑。由于被测物另一面有锈斑、腐蚀凹坑，造成声波衰减，导致读数无规则变化，在极端情况下甚至无读数。（7）被测物体（如管道）内有沉积物，当沉积物与工件声阻抗相差不大时，测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。（8）当材料内部存在缺陷（如夹杂、夹层等）时，显示值约为公称厚度的70% ，此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。（9）温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低，有试验数据表明，热态材料每增加100°C ，声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。应选用高温专用探头（300－600°C) ，切勿使用普通探头。（10）层叠材料、复合（非均质）材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的，因超声波无法穿透未经耦合的空间，而且不能在复合（非均质）材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备（像尿素高压设备），测厚时要特别注意，测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。（12）耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当，将造成误差或耦合标志闪烁，无法测量。因根据使用情况选择合适的种类，当使用在光滑材料表面时，可以使用低粘度的耦合剂；当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时，应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。其次，耦合剂应适量使用，涂抹均匀，一般应将耦合剂涂在被测材料的表面，但当测量温度较高时，耦合剂应涂在探头上。（13）声速选择错误。测量工件前，根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后（常用试块为钢）又去测量另一种材料时，将产生错误的结果。要求在测量前一定要正确识别材料，选择合适声速。（14）应力的影响。在役设备、管道大部分有应力存在，固体材料的应力状况对声速有一定的影响，当应力方向与传播方向一致时，若应力为压应力，则应力作用使工件弹性增加，声速加快；反之，若应力为拉应力，则声速减慢。当应力与波的传播方向不一至时，波动过程中质点振动轨迹受应力干扰，波的传播方向产生偏离。根据资料表明，一般应力增加，声速缓慢增加。（15）金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层，虽与基体材料结合紧密，无名显界面，但声速在两种物质中的传播速度是不同的，从而造成误差，且随覆盖物厚度不同，误差大小也不同。超声波测厚仪主要功能 1．简单易操作的参数配置界面 2．可调整的实时A扫描，可调整增益、闸门、消隐、范围、平移等参数 3．实时B扫描功能，显示工件的剖面图，用于观察被测工件的底面轮廓 4．数值视图，用大数字显示厚度值 5．厚度报警：可设置厚度界限，对界限外的测量值自动报警 6．最值模式：捕获测量过程中的最大最小值 7．差值模式：获得当前测厚值与标称厚度之差以及差值与标称厚度的百分比 8．支持毫米和英寸两种厚度单位 9．用户可选的测量分辨率米制X.XX和X.X ，英制为X.XXX和X.XX 10．用户可选的波形样式：外形线或填充 11．用户可选的整流模式：射频，倒相射频，全波，负半波，正半波 12．多种语言界面可选 13．待机时间：超长待机，长达35小时

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超声波探测仪的原理：超声波测试的基本方法是基于超声波的频率要高于20kHz。对于不同频率和波形，从材料返回的波形是不同的。当超声波进入材料后，将在材料中产生机械振动，超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响的程度和状况的探测来了解材料性能和结构的变化。检测过程是通过使用一种压电晶片向材料里面发射超声波进行的，这种压电晶片被称为探头或传感器。使用线聚焦水浸探头，是基于脉冲反射的原理。脉冲反射方式是超声波进入材料中，当遇到缺陷或界面时，声波将被反射回探头，通过观察波形中反射回的能量多少可知道缺陷的大小，大的缺陷比小的缺陷返回的能量多。测试过程是通过横波波形来完成的，可检测出裂纹、外折等缺陷。为了使超声波进入材料和从材料中反射，探头必须与被测材料尽量靠近，并且在探头和被测材料之间要有介质。在钢材的超声波探伤中，多用水作耦合剂。检测期间，所有探头处在离钢材表面同一水平面，声音耦合由水来完成。耦合剂是用来作为探头与被测材料之间的高频超声能量传递的。耦合剂用于排除探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。要根据使用情况选择合适种类的耦合剂。当使用在光滑材料表面时，可以使用低黏度的耦合剂；当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时，应使用黏度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。并且，校准和测量时应选择同一种耦合剂。耦合剂应适量使用，涂抹均匀，一般应将耦合剂涂在被测材料的表面，但当测量温度较高时，耦合剂应涂在探头上。

依依0317

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声发射耦合剂的选用原则主要有以下六个方面： 1、耦合剂的声阻抗应尽量与工件的声阻抗接近以提高透声性； 2、耦合剂的温度范围要能满足声发射检测的温度要求，譬如高温传感器需匹配高温的耦合剂来使用； 3、润湿性好，在工件表面易于铺展并与工件表面结合，以利排除空气与异物的干扰； 4、粘度适当，挥发性低，便于传感器在检测面长时间检测，也要易于清洗或清除； 5、对工件无腐蚀，对操作人员无毒、无损害； 6、价格便宜； 7、来源方便。