演講人：日期:無損檢測(cè)超聲波技術(shù)應(yīng)用與原理目錄CATALOGUE01技術(shù)基礎(chǔ)概述02核心檢測(cè)方法03設(shè)備與系統(tǒng)組成04工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景05信號(hào)處理與結(jié)果判讀06技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展PART01技術(shù)基礎(chǔ)概述超聲波檢測(cè)定義與特點(diǎn)超聲波檢測(cè)是利用超聲波在材料或結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)與缺陷相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料或結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)。定義特點(diǎn)局限性超聲波檢測(cè)具有穿透力強(qiáng)、檢測(cè)速度快、定位準(zhǔn)確、對(duì)人體無害等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域。超聲波檢測(cè)對(duì)于材料內(nèi)部的缺陷檢測(cè)效果較好，但對(duì)于表面缺陷和近表面缺陷的檢測(cè)效果較差。聲波傳播物理原理聲波基本特性聲波是一種機(jī)械波，具有傳播性、反射性、折射性、衍射性和衰減性等特點(diǎn)。衰減與散射聲波在傳播過程中會(huì)逐漸衰減，同時(shí)遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生散射，這些現(xiàn)象對(duì)超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度有一定影響。傳播介質(zhì)聲波傳播需要介質(zhì)，固體、液體和氣體均可作為聲波傳播的介質(zhì)，不同介質(zhì)中聲波的傳播速度和特性有所不同。反射與折射當(dāng)聲波遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是超聲波檢測(cè)的重要基礎(chǔ)。檢測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程初始階段現(xiàn)階段發(fā)展階段20世紀(jì)初，超聲波檢測(cè)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，主要用于金屬材料的無損檢測(cè)。20世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波檢測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。21世紀(jì)以來，超聲波檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為一種非常重要的無損檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、鐵路交通、建筑、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域，并在不斷創(chuàng)新和發(fā)展中。PART02核心檢測(cè)方法脈沖反射法原理脈沖反射法基礎(chǔ)超聲波垂直于被測(cè)物體表面，部分反射回探頭，通過測(cè)量反射波的時(shí)間與波形，計(jì)算物體的厚度或檢測(cè)內(nèi)部缺陷。反射波振幅與回波頻率反射波振幅與界面兩側(cè)材料的聲阻抗差異有關(guān)，回波頻率則反映物體的厚度或缺陷的位置。缺陷檢測(cè)反射波法可以檢測(cè)金屬內(nèi)部的裂紋、夾雜物等缺陷，也能測(cè)量材料的厚度。局限性對(duì)于表面粗糙或形狀復(fù)雜的物體，反射波法可能受到散射和衰減的影響，導(dǎo)致檢測(cè)精度下降。穿透法與衍射時(shí)差法（TOFD）穿透法原理超聲波穿透被測(cè)物體后，通過接收探頭接收穿透信號(hào)，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度判斷物體內(nèi)部是否存在缺陷。衍射時(shí)差法（TOFD）利用超聲波在缺陷處發(fā)生衍射的現(xiàn)象，通過測(cè)量衍射波的傳播時(shí)間差，確定缺陷的位置和大小。TOFD的優(yōu)點(diǎn)檢測(cè)精度高，對(duì)缺陷敏感，能夠準(zhǔn)確測(cè)量缺陷的深度和自身高度，適用于厚板焊縫等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。穿透法的局限性穿透法只能檢測(cè)穿透路徑上的缺陷，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)或聲阻抗差異較小的材料，檢測(cè)效果可能不理想。相控陣與全聚焦技術(shù)通過調(diào)整多個(gè)超聲波探頭的相位和幅度，實(shí)現(xiàn)超聲波束的偏轉(zhuǎn)和聚焦，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多角度檢測(cè)。相控陣技術(shù)利用計(jì)算機(jī)算法對(duì)相控陣探頭接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)超聲波的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦，提高檢測(cè)分辨率和靈敏度。相控陣和全聚焦技術(shù)需要專業(yè)的設(shè)備和操作技能，成本較高，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果受探頭布陣和工件表面狀況的影響。全聚焦技術(shù)檢測(cè)速度快，檢測(cè)范圍廣，能夠檢測(cè)復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的工件，適用于大型工件的自動(dòng)化檢測(cè)。相控陣與全聚焦技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)01020403局限性PART03設(shè)備與系統(tǒng)組成超聲波探頭類型與參數(shù)常見的探頭類型包括直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭等，每種探頭適用于特定的檢測(cè)需求和工件形狀。探頭類型探頭參數(shù)探頭選擇探頭的重要參數(shù)包括頻率、波束寬度、聲速、阻尼系數(shù)等，這些參數(shù)直接影響檢測(cè)的靈敏度、分辨率和穿透深度。根據(jù)檢測(cè)目的、工件材料、厚度和表面狀況等因素，選擇合適的探頭類型和參數(shù)，以獲得最佳的檢測(cè)效果。檢測(cè)儀器功能模塊發(fā)射模塊信號(hào)處理模塊接收模塊數(shù)據(jù)顯示與記錄模塊產(chǎn)生高頻電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波，并通過耦合劑傳遞到被檢測(cè)工件中。接收探頭捕捉到的反射或透射超聲波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行處理。對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、檢波等處理，以提高信號(hào)質(zhì)量和檢測(cè)精度。將處理后的信號(hào)以可視化形式顯示和記錄，便于分析和評(píng)估檢測(cè)結(jié)果。耦合劑作用耦合劑用于填充探頭與工件之間的空氣間隙，以提高超聲波的傳輸效率。常見的耦合劑有水、甘油、機(jī)油等。校準(zhǔn)試塊作用校準(zhǔn)試塊用于驗(yàn)證檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，通常包括已知尺寸和材料的反射體或穿透體。通過比較試塊上的回波信號(hào)與實(shí)際檢測(cè)中的回波信號(hào)，可以判斷檢測(cè)系統(tǒng)的性能并進(jìn)行必要的調(diào)整。耦合劑與校準(zhǔn)試塊作用PART04工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景金屬構(gòu)件缺陷檢測(cè)裂紋檢測(cè)超聲波技術(shù)可以檢測(cè)出金屬構(gòu)件中的裂紋，包括表面和內(nèi)部的裂紋，以及裂紋的深度、長(zhǎng)度和形狀。01夾雜物檢測(cè)超聲波技術(shù)可以檢測(cè)出金屬中的夾雜物，如氧化物、硫化物等，以及夾雜物的位置、大小和分布情況。02腐蝕程度評(píng)估超聲波技術(shù)可以評(píng)估金屬構(gòu)件的腐蝕程度，如壁厚減薄、局部腐蝕等，以及腐蝕部位和程度。03焊接質(zhì)量評(píng)估超聲波技術(shù)可以檢測(cè)出焊縫中的缺陷，如氣孔、夾渣、裂紋等，以及缺陷的位置、大小和分布情況。焊縫缺陷檢測(cè)焊縫強(qiáng)度評(píng)估焊接接頭完整性檢測(cè)超聲波技術(shù)可以評(píng)估焊縫的強(qiáng)度，包括焊縫的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和韌性等，以及焊縫的變形情況。超聲波技術(shù)可以檢測(cè)焊接接頭的完整性，包括焊縫與母材的結(jié)合情況、接頭內(nèi)部的缺陷等。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析分層檢測(cè)超聲波技術(shù)可以檢測(cè)復(fù)合材料的分層情況，包括分層的位置、大小和分布情況，以及分層的程度。纖維方向檢測(cè)孔隙率評(píng)估超聲波技術(shù)可以檢測(cè)復(fù)合材料中纖維的方向，以及纖維的排列情況，從而判斷復(fù)合材料的性能。超聲波技術(shù)可以評(píng)估復(fù)合材料的孔隙率，包括孔隙的分布、大小和數(shù)量，以及孔隙對(duì)材料性能的影響。123PART05信號(hào)處理與結(jié)果判讀波形特征提取方法通過將時(shí)間域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率域信號(hào)，分析信號(hào)的頻譜特征，提取波形特征。傅里葉變換利用已知缺陷的波形特征設(shè)計(jì)濾波器，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波，提高缺陷信號(hào)的信噪比。匹配濾波利用小波變換的多尺度特性，提取信號(hào)在不同尺度下的特征，實(shí)現(xiàn)缺陷的準(zhǔn)確檢測(cè)。小波分析缺陷定量與定位技術(shù)缺陷回波時(shí)間通過測(cè)量缺陷回波的時(shí)間，結(jié)合超聲波在材料中的傳播速度，確定缺陷的深度。01缺陷大小與形狀根據(jù)缺陷回波的波形特征，如回波幅度、寬度和頻率等，推斷缺陷的大小和形狀。02缺陷定位精度利用多次檢測(cè)或組合檢測(cè)方法，如超聲成像技術(shù)，提高缺陷的定位精度。03數(shù)據(jù)成像與報(bào)告生成數(shù)據(jù)成像技術(shù)報(bào)告生成與存儲(chǔ)圖像處理技術(shù)將檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，如A掃描、B掃描和C掃描等，便于直觀地展示缺陷的位置和形狀。對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行增強(qiáng)、濾波、分割等處理，提高圖像質(zhì)量，便于缺陷的識(shí)別和定量。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和用戶需求，生成檢測(cè)報(bào)告，包括缺陷的位置、大小、形狀等信息，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，便于后續(xù)查詢和管理。PART06技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測(cè)局限性材料種類和厚度限制超聲波在穿透不同材料和厚度時(shí)，衰減和反射特性不同，導(dǎo)致檢測(cè)效果差異。02040301缺陷性質(zhì)與取向不同缺陷性質(zhì)（如裂紋、夾雜等）和取向會(huì)影響超聲波的反射和傳播，增加檢測(cè)難度。幾何形狀和邊界條件復(fù)雜幾何形狀和邊界條件會(huì)影響超聲波的傳播路徑和回波信號(hào)，造成誤判。噪聲與干擾信號(hào)環(huán)境因素和設(shè)備自身產(chǎn)生的噪聲會(huì)對(duì)超聲波信號(hào)產(chǎn)生干擾，影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。自動(dòng)化與AI融合趨勢(shì)自動(dòng)化檢測(cè)裝備通過機(jī)械臂、機(jī)器人等自動(dòng)化裝備，實(shí)現(xiàn)超聲波檢測(cè)的自動(dòng)化和智能化。AI輔助缺陷識(shí)別利用人工智能算法對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行處理和分析，提高缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率。大數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)性維護(hù)積累檢測(cè)數(shù)據(jù)，建立預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)。集成化與遠(yuǎn)程監(jiān)控將超聲波檢測(cè)與其他檢測(cè)技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與安全規(guī)范更新