钢板焊缝的接触法超声波检测-航空材料工程检测专业毕业论文(编辑修改稿)

钢板焊缝的接触法超声波检测-航空材料工程检测专业毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

用的频率为 ~25MHz。 以脉冲反射技术为例，由声源产生的脉冲波被引入被检测的试件中后，若材料是均质的，则声波沿一定的方向， 以恒定的速度向前传播。 随着距离的增加，声波的强度由于扩散和材料内部的散射和吸收而逐渐减少。 当遇到两侧声阻抗有差异的界面时，则部分声能被反射。 这种界面可能是材料中某种缺陷（不连续），如裂纹、分层、孔洞等，也可能是试件的外表面与空气活水的界面。 反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小，在金属与气体的界面上几乎全部反射。 通过探测和分析反射脉冲信号的幅度、位置等信息， 可以确定缺陷的存在，评估其大小、位置。 通过测量入射波和接收声波之间声传播的时间可以得知反射点距入射点的距离。 通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的主要信息为：来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度；入射信号与接受信号之间的声传播时间；声波通过材料以后能量的衰减。 〈 1〉适用于金属、非金属、复合材料等多种材料制件的无损评价。 〈 2〉穿透能力强，可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测，可进行整个试件体积的扫查。 如对金属材料，既可检测厚度 1~2mm 的薄壁 管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。 〈 3〉灵敏度高，可检测材料内部尺寸很小的缺陷。 〈 4〉可较准确地测定缺陷的深度位置，这在很多情况下是十分需要的。 〈 5〉对大多数超声技术的应用来说，仅需从一侧接近试件。 〈 6〉设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。 〈 1〉由于纵波脉冲反射法存在的盲区，以及缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常难于检测。 〈 2〉试件形状的复杂性，如小尺寸、不规则形 状、粗糙表面、小曲率半径西安航空职业技 术学院 毕业设计论文 8 等，对超声检测的可实施性有较大影响。 〈 3〉材料的某些内部结构，如晶粒度、相组成、非均匀性、非致密性等，会使小缺陷的检测灵敏度和信噪比变差。 〈 4〉对材料及制件中的缺陷作定性、定量表征，需要检验者较丰富的经验，且常常是不准确的。 〈 5〉以常用的压电换能器为声源时，为使超声波有效地进入试件一般需要有耦合剂。 接触法检测 接触法检测是将探头与试件表面直接接触进行检测技术，通常在探头与检测面之间涂有一层很薄的耦合剂，以改善探头与检测面之间声波的传导。 接触法检测的优点： a 多为手动检测，操作方便； b 设备简单，仅需简单的仪器及探头，适合于现场检验，且成本较低； c 直接耦合，入射声能损失少，可以提供较大厚度的穿透能力，在相同的探头参数下，可比液浸法提供更高的检测灵敏度。 缺点就是手工操作受人为因素较大，耦合不易稳定；被检表面的光洁度对入射声能损失影响较大。 焊缝是通过加热或加压或两者并用，用填充材料或不用填充材料使两个分离的材料达到原子结合的一种加工方法。 焊缝工艺有熔焊和压力焊两类。 超声检测的主要对象是熔焊焊缝，焊缝检测中主要是对焊条电弧焊的检测。 而焊缝接 头形式主要有对接、角接、搭接和 T 型接头等几种。 其中，超声检测最常用于对接接头，其次是角接和 T 型接头。 接头的缺陷包括外部缺陷和内部缺陷。 外部缺陷有焊缝尺寸不符合要求、未焊透、咬边、焊瘤、表面气孔和表面裂纹等，通常采用目视检测、磁粉检测、渗透检测等方法对这些缺陷进行检测。 内部缺陷有气孔、夹渣、未悍透、未熔合和裂纹等，超声检测主要的目的是为了检测出焊接接头中存在的内部缺陷。 其中的气孔、夹渣是立方型缺陷，危害较小。 而裂纹、未熔合是平面型缺陷，危害性大。 在焊缝探伤中，由于余高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合 等危害性大的缺陷往往与检测面垂直或成一定的角度，因此一般采用斜射横波接触法，在焊缝两侧进行扫查。 脉冲反射法 脉冲反射法是有超声波探头发射脉冲波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面的反射波的情况来对时间进行检测的方法。 当试件不存在缺陷时，显示图像中仅有反射脉冲和底面回波两个信号。 而当试件中存在有缺陷时，在发射脉冲与底面回波之间将来自缺陷回波，通过观西安航空职业技 术学院 毕业设计论文 9 察缺陷回波的高度可对缺陷的大小进行评估，通过观察回波距发射脉冲的距离，可得到缺陷的埋深。 当材质较好且选用的探头适当时，脉冲回波法可观察 到非常小的缺陷回波，达到很高的检测灵敏度。 影响缺陷定位的主要因素 在超声波探伤过程中影响缺陷定位的主要因素有四大类，分别是：仪器，探头，工件及人员。 ： 〈 1〉水平线性的影响：仪器水平线性的好坏对缺陷定位有一定的影响。 当仪器水平线性误差较大时，缺陷定位误差大。 〈 2〉仪器水平刻度精度的影响：仪器时基线比例是根据示波屏上水平刻值来调节的，当仪器水平刻度值不准时，缺陷定位误差增大。 ： 〈 1〉声束偏离的影响：探伤时无论是垂直入射还是倾斜入射，都假定 波束轴线与晶片几何中心重合，但在制作探头时，波束轴线与晶片几何中心线都会有一定的偏差，所以在探伤前应对波束的偏差情况进行测量，以便对结果进行修正，以提高定位精度 〈 2〉探头双峰的影响：一般探头发射的声场只有一个主声束。 远场区轴线上的声压最高，但有些探头性能不好存在两个声束。 当发现缺陷时不能判定是哪个主声束发现的，因此也就难以确定缺陷的实际的位置。 这样的探头在采购时应加以挑试。 〈 3〉斜契磨损的影响，横波探头在探伤过程中斜契将会磨损，当斜契后面磨损较大时折射角增大，探头 K 值增大，当斜契前面磨损较 大时，折射角减小，探头 K 值减小，此外探头磨损也会也会使探头入射点发生变化影响缺陷定位，因此在探伤过程中如发现探头磨损时应及时对探头参数进行校准 〈 4〉探头指向性的影响：探头半扩散角小，指向性好，缺陷定位误差小，反之定位误差大。 ： 〈 1〉工件表面粗糙度的影响：工件表面粗糙不仅耦合不好而且由于表面凹凸不平使声波进入工件的时间产生差异，当凹槽深度为 r/2 时，则进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相位正好相反，使进入工件的声波相互干扰形成分叉，从而使定位困难。 〈 2〉工件材质 的影响：工件材质对缺陷定位的影响可以从声速和内应力两个西安航空职业技 术学院 毕业设计论文 10 方面来说，当工件与试快的材质不同时，就会使 K 值发生变化，另外工件内应力较大时，将使声波的传播速度和方向发生变化，当应力方向与波的传播方向一致时，若为压缩应力，则应力作用使试件弹性增强，这时声速加快，反之，若为拉伸应力，则声速减慢，当应力与波的传播方向不一致时，质点振动轨迹受应力干扰使波的传播方向发生变化均会影响缺陷定位。 〈 3〉工件表面形状的影响，探测工件曲面时，探头与工件接触有两种情况。 一种是平面与曲面的接触，这时为点或线触，握持不当时，探头折射 角容易发生变化。 另一种是将探头斜契磨成曲面。 探头与工件曲面接触，这时折射角和声束形状可发生变化都会影响缺陷定位。 〈 4〉工件边界的影响：当缺陷靠近工件边界时，由于侧臂反射波与直接入射波在缺陷处产生干涉，使声场声压分布发生变化，声束轴线发生偏离，使缺陷定位误差增加。 〈 5〉工件温度的影响：探头的 K 值一般在室温下测定的，当探测的工件温度发生变化时，工件的声速发生变化，使探头的折射角随之发生变化影响缺陷定位。 〈 6〉工件中缺陷情况的影响：工件内缺陷方向也会影响缺陷定位，缺陷倾 斜时，扩散波束入射至缺陷时回波较高，而定位是误以为缺陷在轴线上，从而导致定位不准。 \ 4 .操作人员的影响： 〈 1〉仪器时基线比例的影响：仪器时基线比例一般在试快上调节，当工件与试块的声速不同时，仪器的时基线比例发生变化，影响缺陷定位精度。 另外，调节比例时，回波前沿没有对准相应水平刻度或读数不准，但缺陷定位误差增加。 〈 2〉测试入射点 k 值的影响：横波探伤时，当测定探头的入射点， k 值误差较大时，也会影响缺陷定位。 〈 3〉定位方法的影响：横波周向探测圆柱同形工件时缺陷定位与平板不 同。 若仍按平板工件处理，那么定位误差将会增 西安航空职业技 术学院 毕业设计论文 11 3 超声波检测仪器型号和一些基本设备 超声检测设备与器材包括超声检测仪、探头、试块、耦合剂等，其中仪器和探头对超声检测系统的能力起关键性作用。 了解其原理、构造和作用及其主要性能，是正确选择检测设备与器材并进行有效检测的保证。 ： 图 31 Anyscan 31 型超声波探伤仪 Anyscan31 型数字超声探伤仪介绍： Anyscan31型数字超声探伤仪的设计全面考虑了用户的各种使用需求和习惯，广泛参考了众多超声检测设备 的设计和应用经验，采用国际最先进的硬件、软件、声学、人体工学等技术，使得其无论在指标的优越性、功能的实用性还是使用的方便性等方面都领先于同类产品。 是 我司奉献给业界的又一款精品 使用上不但操作方便快捷，而且丰富、实用的辅助功能也帮助用户大大提高了工作效率，使原来繁重的检测工作变得轻松。 而且其独有的宽频特性使得无论低频还是高频的探头都能匹配，各种检测需求都能满足，达到了正如其名字 “ Anyscan” (任意扫查 )的境界。 Anyscan31 型数字超声探伤仪性能 : • 领先的技术指标，丰富实用的辅助功能 • 简洁的按键和菜单设置，操作方便 西安航空职业技 术学院 毕业设计论文 12 • 400MHz实时硬件采样率，回波脉冲更逼真可靠 • 宽频低噪声放大电路，可匹配低频和高频探头 • 良好的屏蔽设计，抗干扰能力强 • 〞彩色液晶高分辨率显示屏 Anyscan31 型数字超声探伤仪 特点及功能 ： • DAC 曲线生成、存储、调用功能： 制作简单：逐个取点，自动生成评定线、定量线、 DAC 线、判废线四条曲线 编辑方便：可自主修正各取样点，曲线间距可自主调整 (适应各种标准 ) • 射频显示功能：真实显示原始波形，方便细致分析回波特点，辅助缺陷的定性分析 • 曲面修正功能：自动校正弧面探测结果 • 峰值记忆功能：帮助记录最高回波 • 包络功能：记录回波的变化轨迹 • 自动测试回波频谱功能：可用于测试探头频谱特性 • 增益自动调节功能：自动增益高度可自行调节，实现快捷调节回波高度 • 焊缝检测图形示意功能：直观的图形显示，缺陷位置一目了然，图片可存储于探伤报告中，回放、打印均很方便 • 智能化的设备校准程序：包括快速校准材料声速，自动测量探头延时，自动校准探头 K值，标定探头更容易 • 快捷通道设置功能： 30 个快捷通道可设置并存储 30 组探伤参数，存储、调用操作快捷简 便 • 报告自动生成功能：系统根据探伤参数及检测数据自行生成探伤报告，报告包含详细的探伤参数、波形图像和详细的回波数据，并且可直接连接打印机打印报告，或者与计算机连接保存于计算机 • 连续存储回放功能：记录检测过程中屏幕内回波波形与数据的动态变化，使数据记录更详细，类似摄像功能的菜单设置，通俗易懂操作方便，且存储文件可随时直接转存于 U盘等存储设备 • 波形显示区域缩放功能：波形显示区域可缩可放，利用屏幕更充分 • 闸门区域放大功能：把闸门区域放大到整个波形显示区进行显示，方便观察波形细节 西安航空职业技 术学院 毕业设计论文 13 Anyscan31 型数字超声探伤仪 基本性能指标： 178。 水平线性误差：＜ % 178。 垂直线性误差：＜ 3% 178。 灵敏度余量：＞ 62dB 178。 动态范围：＞ 32dB 178。 电噪声水平：＜ 20% 178。 远场分辨率：＞ 36dB 178。 工作方式：单晶、双晶方式 178。 发射脉冲：负尖波 178。 工作频率范围： ～ 15MHz，频率分段可选，匹配探头更具针对性 178。 重复频率： 25Hz～ 1000Hz 178。 采样频率：硬件实时采样频率 400MHz 178。 检测范围： ～ 9999mm(钢纵波 )，连续可调，可切换步进 178。 声速范围： 1000m/s～ 15000m/s，连 续可调，可切换步进 178。 扫描延时： 10mm～ 1000mm，连续可调，可切换步进 178。 探头延时： 0μs ～ 178。 匹配阻尼： 25Ω 、 50Ω 、 200Ω 、 500Ω 178。 增益调节： 0 dB～ 110 dB，分 178。 检波方式：全波、正半波、负半波。