一、超声波探伤的定义

超声波探伤是一种基于材料及其缺陷声学性能差异，通过分析超声波传播过程中波形反射情况和穿透时间的能量变化，来检验材料内部缺陷的无损检测方法。这种技术无需破坏被测材料，即可实现对内部缺陷的检测，在工业生产和质量控制中具有重要应用价值。

二、超声波探伤的原理

超声波能够穿透金属或非金属材料深处，当从一个截面进入另一个截面时，会在界面边缘发生反射。利用这一特性，将超声波束通过探头从零件表面传入材料内部，当遇到缺陷或零件底面时，会分别产生反射波，这些反射波在荧光屏上形成脉冲波形。通过分析这些脉冲波形的特征，如位置、形状和幅度等，就可以判断缺陷的位置和大小。

三、超声波检测原理图

四、超声波探伤的优缺点

（一）优点

1.反射特性显著：超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有良好的反射特性，这使得能够有效检测到材料内部不同介质的界面变化，如缺陷与正常材料的界面。

2.方向性好：波声的方向性与频率密切相关，频率越高，方向性越好。这种特性使得超声波能够集中能量向特定方向传播，提高对缺陷检测的针对性和准确性。

3.传播能量大：超声波具有较大的传播能量，能够穿透较厚的材料，适用于对大型工件或厚材料的内部缺陷检测。

（二）缺点

1.缺陷显示不直观：超声波探伤对缺陷的显示主要依赖于荧光屏上的脉冲波形，不像某些其他检测方法（如目视检测）那样直接直观，需要操作人员具备一定的专业知识和经验来解读波形，探伤技术难度较大。

2.易受主客观因素影响：检测结果容易受到操作人员的主观判断、探头的校准情况、耦合剂的使用效果以及检测环境等客观因素的影响，可能导致检测结果的一致性和可靠性存在一定波动。

3.结果不便保存：传统的超声波探伤结果主要以荧光屏上的波形显示为主，缺乏直观的图像或数据记录，不便长期保存和后续追溯分析。

五、超声波探伤常用波型及应用

（一）纵波

纵波可用于探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、白点、分层等缺陷。其传播方向与介质质点的振动方向一致，能够在固体、液体和气体中传播，适用于多种材料和结构的检测。

（二）横波

横波可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤，以及焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷。横波的传播方向与介质质点的振动方向垂直，只能在固体中传播，对材料中的平面型缺陷（如裂缝）具有较好的检测灵敏度。

（三）表面波

表面波可探测形状简单的制件上的表面缺陷。表面波沿着材料表面传播，其能量集中在材料表面附近，能够有效检测表面或近表面的缺陷，如表面裂纹、划伤等。

（四）板波

板波可探测薄板中的缺陷。板波在薄板中传播时，会在板的上下表面之间产生复杂的振动模式，能够穿透整个薄板厚度，适用于对薄板材料内部缺陷的检测。

六、探伤方法的分类

（一）按原理分类

1.脉冲反射法：通过发射脉冲超声波，接收缺陷和底面的反射脉冲信号，根据信号的时间和幅度来判断缺陷的存在、位置和大小。这是最常用的超声波探伤方法之一。

2.穿透法：利用超声波穿透被测材料，通过比较发射波和接收波的能量变化来判断缺陷的存在。当材料中存在缺陷时，会对超声波的穿透能量产生衰减，从而在接收端检测到能量的变化。

3.共振法：通过调整超声波的频率，使被测材料产生共振，根据共振状态的变化来检测缺陷。当材料中存在缺陷时，共振频率和振幅会发生改变，从而可以判断缺陷的存在。

（二）按波形分类

可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法等。不同的波形适用于不同的检测对象和缺陷类型，操作人员可根据具体的检测需求选择合适的波形检测方法。

（三）按探头数目分类

1.单探头法：使用一个探头同时完成超声波的发射和接收工作，结构简单，操作方便，适用于一些简单的检测场景。

2.双探头法：采用两个探头，一个用于发射超声波，另一个用于接收反射波。这种方法可以提高检测的灵敏度和准确性，尤其适用于对缺陷的定量检测和复杂结构的检测。

3.多探头法：使用多个探头同时进行检测，能够实现对工件的快速扫描和全面检测，提高检测效率，适用于大规模生产中的质量控制。

（四）按探头接触方式分类

1.直接接触法：将探头直接与被测工件表面接触，通过耦合剂（如机油、甘油等）消除探头与工件表面之间的空气间隙，确保超声波能够有效地传入工件。这种方法操作简单，检测速度快，但对工件表面的粗糙度有一定要求。

2.液浸法：将探头和被测工件浸泡在液体（如水）中，利用液体作为耦合介质，使超声波能够在液体和工件之间传播。液浸法适用于对表面粗糙度较高或形状复杂的工件进行检测，能够提高检测的稳定性和可靠性。

七、超声波探伤仪

（一）原理

超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性（如密度、弹性模量等）和内部组织的变化会对超声波的传播产生一定的影响，如传播速度、衰减程度和波形畸变等。超声波探伤仪通过对这些受影响程度和状况的探测，来了解材料性能和结构变化，从而判断材料内部是否存在缺陷以及缺陷的特征。

（二）分类

按缺陷显示方式分类，超声波探伤仪分为三种：

1.A 型探伤仪：以荧光屏上的脉冲波形来显示缺陷信息，横坐标表示超声波的传播时间（即缺陷的位置），纵坐标表示脉冲幅度（即缺陷的回波强度）。这是最基本的缺陷显示方式，操作简单，应用广泛。

2.B 型探伤仪：以灰度或色彩图像的形式显示工件的横截面图像，能够直观地显示缺陷在横截面内的位置和形状。B 型探伤仪适用于对工件横截面的检测和缺陷的定位。

3.C 型探伤仪：以二维或三维图像的形式显示工件的缺陷分布情况，能够提供更直观、更全面的缺陷信息。C 型探伤仪适用于对复杂结构工件的全面检测和缺陷评估。

（三）作用

超声波探伤仪的主要作用是产生电振荡并加于换能器（探头）上，激励探头发射超声波。同时，将探头接收回的电信号进行放大、处理和显示，通过一定的显示方式（如波形、图像等），使操作人员能够得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置、大小等信息，从而对工件的质量进行评估和判断。

八、超声波探伤仪的应用及应用前景

（一）应用

超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器，具有疾速、方便、无伤害、正确地进行工件外部多种缺陷（裂纹、蓬松、气孔、搀杂等）检测、定位、评价和诊断的能力。它既可以用于试验室，作为材料研究和检测的重要工具，也能够广泛地应用在制造业、钢铁冶金业、金属加工业、化工业等需要缺陷检测和质量控制的领域。在这些行业中，超声波探伤仪用于对原材料、半成品和成品的检测，确保产品质量符合要求。此外，它还广泛应用于航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估，对保障设备的安全运行和延长设备寿命具有重要意义。

（二）应用前景

随着工业技术的不断发展，对材料和工件的质量要求越来越高，无损检测技术的重要性也日益凸显。超声波探伤作为一种重要的无损检测方法，具有检测速度快、灵敏度高、适用范围广等优点，将会在更多的领域得到应用。同时，随着电子技术、计算机技术和信号处理技术的不断进步，超声波探伤仪将朝着智能化、自动化、数字化的方向发展，具备更强大的数据处理能力、更直观的显示方式和更便捷的操作界面，能够满足不同行业和不同检测需求的更高要求。未来，超声波探伤技术将在工业生产、设备维护、质量控制等方面发挥更加重要的作用，成为无损检测行业不可或缺的关键技术。

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