首页 理论教育超声波检测技术的应用与优势

超声波检测技术的应用与优势

【摘要】:在超声波检测中,除了常用的纵波直探头、横波斜探头和双晶探头外,还有多种特殊探头供选用。图13-24所示为超声波检测用典型直探头和斜探头。与常规的脉冲回声检测技术相比,TOFD的缺陷检测与缺陷的方向无关。6TOFD检测系统易于搬运。TOFD应用于在役检测,具有其独特优势,比RT检测更加灵活方便,比超声波检测更加准确。TOFD设备相对比较贵,对操作者的要求比较高,超声二级以上人员才能考TOFD检测资质。

1.超声波检测原理与设备

超声波具有频率高、能量大、传播距离远、指向性好的特点。利用超声波在不同物质的界面处反射、折射、波型转变以及在介质中传播过程中的衰减,由发射探头向被检件发射超声波,超声波与工件互相作用,产生反射、透射和散射的波,由接收探头接收,并转换成电脉冲信号,经过放大后由荧光屏显示出脉冲波形,根据这些脉冲波形的位置和高低来判断缺陷的位置和大小。焊缝超声无损检测按照GB/T 11345—2013或ISO 17640—2010(E)进行。图13-22为超声波检测原理及设备示意图。图13-23为超声波检测操作。

2.超声波检测的特点

超声波检测具有灵敏度高,尤其对裂纹更为敏感。并具有检测周期短,成本低,安全等优点。既可检测表面缺陷,又可以检测内部缺陷,尤其对平面型缺陷具有很高的检测能力,是广泛应用的重要无损检测技术。

超声波检测对工件表面要求比较高,需要将工件表面飞溅、锈蚀等打磨干净。判断缺陷性质直观性差,对缺陷尺寸判断不够准确。且近表面缺陷不易发现,要求操作人员具有较高的技术水平和工作经验。除了使用特殊的记录设备以外,一般没有直接的永久性记录。检测时需要使用适宜的耦合剂,仪器校验时需要使用校验试块,晶粒粗大的材料检测困难。

978-7-111-53831-8-Chapter13-59.jpg

图13-22 超声波检测原理及设备

a)超声波检测原理 b)超声波检测设备

978-7-111-53831-8-Chapter13-60.jpg

图13-23 超声波检测操作

3.超声波探头

超声波探头是一种声电换能器,由压电晶片、透声楔块和吸收阻尼背衬组成。在超声波检测中,除了常用的纵波直探头、横波斜探头和双晶探头外,还有多种特殊探头供选用。各种超声探头的特点列于表13-21。图13-24所示为超声波检测用典型直探头和斜探头。

13-21 超声波检测用探头

978-7-111-53831-8-Chapter13-61.jpg

(续)

978-7-111-53831-8-Chapter13-62.jpg

978-7-111-53831-8-Chapter13-63.jpg

图13-24 超声波检测探头

a)直探头 b)斜探头

4.典型缺陷信号特征

在焊缝超声检测过程中,波束方向与缺陷表面应垂直,达到近似垂直镜面反射条件,使缺陷波幅最大;精确判定缺陷的位置,有益确定缺陷的性质、区分缺陷几何边界反射及伪缺陷信号。探头以不同角度环绕缺陷扫查,观察缺陷的静态和动态波形变化特征,以便确认缺陷的性质。典型缺陷的静动态波形见图13-25。

978-7-111-53831-8-Chapter13-64.jpg

图13-25 典型缺陷的静动态波形

a)点状缺陷波峰窄,包络线光滑 b)近平面缺陷波峰高,包络线宽 c)粗糙倾斜缺陷波峰多叉,包络起伏 d)粗糙垂直缺陷波峰宽,开叉多 e)粗糙表面大缺陷波峰宽而高,单个波峰窄 f)密集缺陷多个波集聚一起,波峰在包络线内滚动

5.超声衍射时间差法检测(TOFD)

(1)TOFD检测原理 TOFD检测方法是采用一对频率、尺寸、角度相同的纵波探头进行检测;一个作为发射探头,另一个作为接收探头,两探头相对位置在焊缝两侧且探头中心在同一直线上,发射探头发射横向纵波,在无缺陷部位接收探头首先接收到直通波,这种波在两个探头间以纵波速度进行传播,然后接收到反射回波。

如果在工件中存在裂纹缺陷,则在缺陷的两端除普通的反射波外,在缺陷的上下端点,还将分别产生衍射波,其衍射能量来源于缺陷端部。这两束衍射波信号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的,根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。按国质检特函(2007)402号文的规定,可采用TOFD方法检测焊接接头的质量。图13-26所示为TOFD检测设备,图13-27所示为TOFD检测原理图。

978-7-111-53831-8-Chapter13-65.jpg

图13-26 TOFD检测设备

978-7-111-53831-8-Chapter13-66.jpg

图13-27 TOFD检测原理

(2)TOFD检测特点

1)TOFD的优点:

TOFD技术缺陷检出能力强,缺陷定位精度高,检测速度快。与常规的脉冲回声检测技术相比,TOFD的缺陷检测与缺陷的方向无关。同射线检测相比,TOFD可以检测出与检测表面不相垂直的缺陷和裂纹。可以在线检测,并且可将结果用数字信号方式永久保存,便于以后在役检验的对比分析。可以在200℃以上的表面进行检测,目前已有在400℃检测的实例。6TOFD检测系统易于搬运。

2)TOFD的缺点:

焊缝的两边必须有能够安放发射和接收探头的位置。在检测表面下存在检测不到的盲区,根据各公司的技术条件,此盲区为2~10mm。检测人员必须经过专门的训练,并积累相应的经验。

(3)TOFD检测与常规脉冲器超声波检测的区别 TOFD检测是一种超声波衍射时间差无损检测缺陷的方法,其原理与常用的脉冲回波超声检测方法的重要不同点:

1)缺陷衍射信号与缺陷角度无关。

2)缺陷定位定量的误差与信号幅度无关。

3)检测性能优越、成本低廉、工艺简单、环境安全,我国已确认其为特种设备的缺陷评价检测方法。

(4)TOFD检测的应用 TOFD检测可以应用于在役缺陷检测,也可应用于制造期间缺陷的监测、记录和评定。TOFD应用于在役检测,具有其独特优势,比RT检测更加灵活方便,比超声波检测更加准确。

1)TOFD局限性。TOFD检测存在盲区,不适合太薄的工件,建议薄板用射线检测,最好30mm以上;不锈钢最好选择RT。TOFD设备相对比较贵,对操作者的要求比较高,超声二级以上人员才能考TOFD检测资质。

2)TOFD优势。通过超声波将缺陷放大显示在仪器上,具有很高的灵敏度。RT相对灵敏度差,但是能定性、能定级。