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超聲波法檢測(cè)檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-29 05:13:33 更新時(shí)間：2025-07-28 05:13:33

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

超聲波法檢測(cè)

超聲波法檢測(cè)是一種利用高頻聲波（通常頻率范圍在0.5 MHz至25 MHz之間）對(duì)材料內(nèi)部缺陷、厚度或結(jié)構(gòu)進(jìn)行非破壞性檢測(cè)的技術(shù)。其原理基于超聲波在材料中傳播時(shí)，遇到聲阻抗不同的界面（如裂紋、氣泡或分層）會(huì)產(chǎn)生反射、折射或散射現(xiàn)象。通過分析這些聲波信號(hào)的變化，可以定量或定性地評(píng)估材料的完整性。超聲波檢測(cè)起源于20世紀(jì)30年代，最初應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療成像（如B超）、航空航天、石油化工、建筑結(jié)構(gòu)、制造業(yè)等領(lǐng)域。其主要優(yōu)勢(shì)包括非破壞性、高靈敏度、可穿透厚實(shí)材料、實(shí)時(shí)顯示結(jié)果，以及對(duì)操作人員相對(duì)安全。然而，該方法也面臨一些挑戰(zhàn)，例如需要耦合劑（如水或油）確保聲波有效傳遞、對(duì)表面粗糙度敏感，以及操作者經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)果解讀的影響。隨著技術(shù)進(jìn)步，超聲波檢測(cè)已成為現(xiàn)代無損檢測(cè)（NDT）的核心手段之一，尤其在預(yù)防性維護(hù)和質(zhì)量控制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

檢測(cè)項(xiàng)目

超聲波法檢測(cè)涵蓋多種項(xiàng)目，主要包括材料缺陷檢測(cè)、厚度測(cè)量和結(jié)構(gòu)評(píng)估。常見的檢測(cè)項(xiàng)目包括：裂紋探測(cè)（如焊縫、鑄件或鍛件中的疲勞裂紋）、內(nèi)部缺陷識(shí)別（如孔隙、夾雜物或分層）、腐蝕和侵蝕測(cè)量（用于管道、儲(chǔ)罐的壁厚減薄分析）、復(fù)合材料的脫粘檢測(cè)，以及材料的均勻性評(píng)估。此外，它還用于監(jiān)測(cè)材料退化（如疲勞損傷）和組件裝配完整性（如螺栓連接或粘接）。在醫(yī)療領(lǐng)域，超聲波檢測(cè)項(xiàng)目擴(kuò)展至器官成像（如肝臟或心臟）和腫瘤篩查。這些項(xiàng)目均基于聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性，通過異常回波信號(hào)定位和量化問題區(qū)域。

檢測(cè)儀器

超聲波檢測(cè)的核心儀器包括超聲波探傷儀、探頭（換能器）、耦合劑、顯示器和校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)塊。超聲波探傷儀是核心設(shè)備，負(fù)責(zé)生成電脈沖、驅(qū)動(dòng)探頭發(fā)射超聲波，并接收和處理回波信號(hào)；現(xiàn)代儀器常配備數(shù)字顯示屏和軟件分析功能，如相控陣或TOFD（Time of Flight Diffraction）系統(tǒng)。探頭（換能器）將電能轉(zhuǎn)換為聲能，常見類型有直探頭（用于垂直檢測(cè)）、斜探頭（用于角度檢測(cè)）、雙晶探頭（提高靈敏度）和相控陣探頭（提供多角度掃描）。耦合劑（如甘油或水基凝膠）用于填充探頭與材料間的空隙，確保聲波有效耦合。顯示器以A-scan（波形圖）、B-scan（截面圖）或C-scan（三維圖）形式可視化數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)塊（如IIW試塊）用于驗(yàn)證儀器精度。高端儀器還可集成數(shù)據(jù)記錄和AI算法。

檢測(cè)方法

超聲波檢測(cè)方法主要包括脈沖回波法、穿透法和共振法，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇。脈沖回波法是最常用方法：探頭發(fā)射短脈沖超聲波，接收材料內(nèi)部反射的回波，通過分析回波時(shí)間和幅度判斷缺陷位置和尺寸；適用于厚度測(cè)量和缺陷定位。穿透法使用兩個(gè)探頭（發(fā)射和接收），測(cè)量聲波穿過材料后的衰減，用于大面積缺陷檢測(cè)。共振法基于材料厚度與聲波共振頻率的關(guān)系，計(jì)算厚度變化。特殊方法包括TOFD（利用衍射波分析裂紋尖端）和相控陣超聲檢測(cè)（使用多個(gè)陣元控制聲束角度，實(shí)現(xiàn)高效掃描）。操作流程通常包括：表面準(zhǔn)備（清潔和打磨）、選擇探頭與頻率（如5MHz用于一般金屬）、應(yīng)用耦合劑、設(shè)置儀器參數(shù)（增益和范圍）、掃查表面獲取數(shù)據(jù)、分析回波信號(hào)。方法優(yōu)化依賴于材料類型、缺陷預(yù)期和精度要求。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

超聲波檢測(cè)需遵循國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果可靠性和可比性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 17640（焊縫無損檢測(cè)-超聲檢測(cè)），該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊縫檢測(cè)的程序、驗(yàn)收準(zhǔn)則和報(bào)告要求；ASTM E114（超聲波脈沖回波法）定義了儀器校準(zhǔn)和測(cè)試方法；ASME Boiler and Pressure Vessel Code（第V卷）涵蓋壓力容器檢測(cè)規(guī)范；EN 583系列標(biāo)準(zhǔn)（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）指導(dǎo)厚度測(cè)量和缺陷評(píng)估。此外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如GB/T 11345（中國(guó)）和JIS Z 3060（日本）提供本地化應(yīng)用指南。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涉及檢測(cè)靈敏度（如參考缺陷尺寸）、掃查覆蓋率、人員資質(zhì)（如ASNT Level II認(rèn)證）、校準(zhǔn)頻率（如每天或每班次），以及報(bào)告格式（包括缺陷位置、大小和分類）。遵守這些標(biāo)準(zhǔn)是確保檢測(cè)質(zhì)量、滿足行業(yè)法規(guī)（如航空航天或核工業(yè)）的基礎(chǔ)。