超声无损检测研究报告：拾级而上，助力国民经济高质量发展（附下载）
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01 超声检测基本介绍
超声波检测
声音是一种物理现象，虽然它的瞬时存在非常明显，但并不会引起任何永久性的变化。这就是为什么声音（能量 较低）非常适用于无损检测，即通过获取被测试物的确切信息来判断其状态。为此，需要一种能在被测试物内部 产生明确反应但不改变其状态的方法。因此， “被动性”是声音用于材料测试所必需的最重要特征。
超声波是在弹性介质中传播的机械波，人们日常听到的声音，是由于声源的振动通过空气等弹性介质传播到耳膜 引起的耳膜振动，牵动听觉神经产生听觉，但并不是任何频率的机械振动都能引起听觉，只有频率在一定的范围 内的振动才能引起听觉。人们把能引起听觉的机械波称为声波，频率在20~20000Hz之间。频率低于20Hz的机械波 称为次声波，频率高于20000Hz的机械波称为超声波。
对于宏观缺陷检测的超声波，其常用频率为0.5~25MHz，对钢等金属材料的检测，常用频率为0.5~10MHz。超声 波频率很高，由此决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测：a) 超声波方向性好；b) 超声波能量高；c) 能在界面上产生反射、折射、衍射和波形转换；d) 超声波穿透能力强。
超声波检测UT(Ultrasonic Testing)工业上无损检测的方法之一。超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，发射 和接收器可对反射波进行分析，就能精确地测出缺陷来，并 且能显示内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等。无损检 测方法的应用领域是一个很大的领域，并且不断扩大。
从技术原理来看，人们能够听到声音是因为声波传到了我们 的耳内，声波的频率在 20HZ～20,000HZ，频率低于或超过 上述范围时人们无法听到声音，频率低于 20HZ 的声波称为 次声波，频率超过 20,000HZ 的声波称为超声波。声波、次 声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声压、声 强等参数，在界面也会发生反射、折射。
机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不 同的异质界面（如缺陷或被测物件的底面等）就会产生反射、 折射和波形转换。这种现象可被用来进行超声波探伤。
超声波检测按照其原理可分为缺陷回波法、透射法、共振法。
按波形分可分为纵波、横波、表面波等：1、纵波是用来探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形 状比较简单的制件中所存在的缺陷；2、横波是探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气 孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；3、表面波可探测形状简单的铸件上的表面缺陷；板波可探测 薄板中的缺陷。
不同的超声波检测方法
共振法
利用测试样品两个平行限制面之间的反射、 利用材料的共振现象来检测其特定的声学特 性。通过在材料中产生共振频率的声波，并 观察反射或传递的信号，可以推断材料的性 质和结构。
透射法
透射法也称为透声法或阴影法。该方法利用 材料界面（材料不连续性）的遮蔽效应。该 方法使用两个相对的超声探头，一个作为发 射器，一个作为接收器。通过检测超声波在 材料中的传播情况，包括透射、吸收和散射 等，来评估材料的均匀性和缺陷，也可以使 用探头位于测试样品一侧的“镜像-阴影法
回波法
该方法利用材料中的不连续性反射的信号。发射探 头可以与接收探头相同，也可以使用独立的发射和 接收探头。
最重要的回波方法，同时也是所有超声波检测方法 中最常用的方法，是脉冲回波法。通过使用超声脉 冲，不仅可以评估反射指示的大小（回波幅度）， 还可以评估回波传播时间。因此，可以获得有关反 射体大小和位置的数据。如果了解反射体的位置 （来自底部），则可以通过传播时间来评估材料的 结构。如果不知道反射体的位置，但了解材料的特 性（衰减、声速），则可以进行壁厚度测量等。
超声无损检测
传统超声检测采用脉冲法进行检测，高压发生器发出的电压施加在探头上，由于压电效应的存在探头发 射出超声波脉冲，通过声耦合介质（如机油或水等）进入材料并在其中传播；遇到缺陷后，部分反射能 量沿原途径返回超声探头，超声探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在显示端的荧光屏上。根 据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度（与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较），即可测定缺陷 的位置和大致尺寸。
脉冲回波探伤法通常用于锻件、焊缝等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺 欠。被检测物要求形状较简单，并有一定的表面光洁度。为了成批地快速检查管材、棒材、钢板等型材， 可采用配备有机械传送、自动报警、标记和分选装置的超声探伤系统。
近年来，超声无损检测仪器的数字化和电子计算机技术的快速发展催生了超声检测新技术的开发，超声 相控阵技术（PAUT）逐渐成为无损检测行业主要技术发展趋势，应用范围得到了不断推广，传统的常规 脉冲回波超声技术正逐渐被超声相控阵技术和全聚焦技术等替代。
超声相控阵技术是借鉴相控阵雷达技术的原理发展起来，起先应用于医学领域，最初系统的复杂性、固 体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限，随着电子技术和计算机 技术的发展，超声相控阵技术逐渐用于工业无损检测，尤其是在核工业与航空航天领域取得了很多技术 上的突破，并越来越广泛地应用于锅炉、压力容器、轨道交通、航空航天的无损检测。
作为五大常规无损检测方法之一的射线检测 （Radiology），在工业上有着非常广泛的应用。
X射线与自然光并没有本质的区别，都是电磁 波，只是X射线的光量子的能量远大于可见光。它能够穿透可见光不能穿透的物体，而且在穿 透物体的同时将和物质发生复杂的物理和化学 作用，可以使原子发生电离，使某些物质发出 荧光，还可以使某些物质产生光化学反应。如 果工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射 线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样， 采用一定的检测方法，比如利用胶片感光，来 检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在 缺陷以及缺陷的位置、大小。
2 超声检测基本原理
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