文档介绍：超声检测
中油集团石油管工程技术研究院
黄磊
高级工程师
注册设备监理师
UTⅢ、 RⅢ、 MTⅢ和PTⅢ资质
(特种设备和中国无损检测学会)
超声检测是五大常规无损检测技术之一,是目前应用最广泛,使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。超声检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率的重要手段,也是设备维护中可不或缺的手段之一。
超声检测一般是指使超声波与工件相互作用,就反射、衍射、透射和散射的波进行研究,对工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估的技术。在特种设备行业中,超声检测通常指宏观缺陷检测和材料厚度测量。
超声波检测基础
利用声响来检测物体的的好坏,这种方法早已被人们采用。如,用手拍西瓜,听是否熟了;敲瓷碗,听是否裂了。声音反映物体内部某些性质,这早已为人所知。人类也很早就意识到,可能存在着人耳听不到的“声音”。1817年克拉尼就指出了人的听觉所能听到的声音的最高频率为每秒二万二千次(22000赫兹)。1830年,法国物理学家萨伐尔(Felix Savart 1791-1841)制作了一个高转速齿轮,用以拨动一片金属片而产生了高达24000赫兹的超声波。
而真正促使人类研究利用超声波进行探测的事件是泰坦尼克号沉没事件。1912年4月10日,被称为“世界工业史上奇迹”的“永不沉没”的“泰坦尼克号”从英国南安普顿出发驶往美国纽约开始其处女航。15日23时40分,载着1316名乘客和891名船员的豪华巨轮在与冰山相撞继而沉没,1500人葬生海底,造成了在和平时期最严重的一次航海事故。此后不久,一个叫瑞查得森的人就向英国专利局申请了用在空气和水下传播的声音回声定位的专利。利用上述方案进行探测的设备于1914年由美国的瑞格纳德·A·泰森德(Reginald A. Tessenden)完成并在美国获得的专利。
在第一次世界大战中,法国著名科学家郎之万(Langevin)经过反复试验改进发明了现今在科研军事民用范围内仍广泛应用的水底探测技术——声纳。1929年,前苏联科学家索科夫( 1897~?)提出利用超声波良好穿透性来检测不透明体内部缺陷,工业无损检测的新纪元由此开始。根据索科夫提出的原理制成的穿透法检测仪器,于第二次世界大战后研制并出现在市场上。但由于这种仪器利用穿过物体的透射声能进行检测,发射和接收探头需至于工件相对两侧并保持其相对位置,同时对缺陷检测灵敏度也较低,所以其应用范围受到很大制约,不久后就被淘汰。
1940年,密歇根大学的法尔斯通教授(Floyd Firestone)提交了一种采用超声波脉冲反射法的检测装置的专利申请,使超声波无损检测成为一种实用技术。1946年,。利用该仪器,超声波可以从物体的一面发射和接收,能够检出小缺陷,并能够确定缺陷的位置和尺寸。二十世纪六十年代以来计算机技术的飞速发展,几乎给每一个行业都带来了革命性的影响,超声检测也不例外。以前制约仪器电子性能的很多指标,如放大器线性等主要性能指标都获得了显著提高,焊缝检测问题得到了很好的解决。从此,脉冲反射法检测开始获得大量的工业应用。
20世纪70年代,英国原子能管理局无损检测研究中心哈维尔(Harwell)(TOFD)。TOFD技术是一种利用缺陷端点的衍射信号检测和测定缺陷尺寸的超声检测技术,近年来在西方工业发达国家已开始广泛应用。近年来,超声检测技术一直是无损检测技术的研究热点,随着电子技术的不断发展,新的超声检测技术应用层出不穷,如超声成像技术、导波技术、电磁超声技术、超声相控阵技术、激光超声技术、量子声学技术等等。
我国开始超声检测的研究和应用时间较短。1950年铁道部引进若干台瑞士制造的以声响穿透式超声波探伤仪,并用于路轨检验,这是国内应用这一技术的开端。经过60年的发展,我国的超声检测技术取得了巨大的进步。超声检测技术几乎渗透到所有工业部门。建立了一只数量庞大专业技术人员队伍,理论及应用研究逐步深入,标准体系日渐完备,仪器设备制造行业蓬勃发展,管理水平逐步提高。但是,与发达国家相比,我国的超声检测总体水平还有很大差距,在人员、设备、投入、管理、标准等方面还有待进一步提高。
超声在国防和国民经济中的用途可分为两大类,,需要产生相当大或比较大能量的超声,实际上是大功率超声或简称功率超声,包括超声清洗、超声焊接、超声切割等。超声用途的第二类是利用它来采集信息,特别是材料内部的信息,也就是超声检测。超声波能够用于检测是由于它具有以下特性。
它几乎