无损检测超声波检测

一、概述

无损检测超声波检测是基于超声波在介质中传播时遇到声阻抗差异界面会发生反射、折射和散射的特性，对材料或工件进行内部缺陷检测、几何尺寸测量和力学性能评估的非破坏性检测技术。其原理是：超声波探头将电信号转换为高频机械振动（频率 1 - 20MHz）传入被检对象，当遇到缺陷（如裂纹、气孔、夹渣）或不同介质界面时，部分超声波反射回探头，探头再将声信号转换为电信号，经仪器处理后以波形或图像形式显示，从而判断缺陷的位置、大小和性质 。该技术具有检测深度大、灵敏度高、检测速度快等优势，广泛应用于工业生产的质量控制与安全评估环节。

二、测试目的

缺陷检测与评估：准确发现材料或工件内部的裂纹、未焊透、疏松等缺陷，量化缺陷的尺寸和严重程度，为结构安全性评估提供依据。例如，桥梁钢结构焊接部位的裂纹检测，避免因缺陷引发安全事故。

质量控制：在生产过程中对原材料、半成品和成品进行检测，确保其符合设计和标准要求。如航空发动机叶片制造过程中的超声检测，保证叶片内部无缺陷，满足高强度工作需求。

寿命预测：通过对在役设备和构件的定期检测，监测缺陷的发展变化，预测其剩余使用寿命，制定合理的维护和更换计划。例如，核电站压力容器的长期超声检测，保障设备安全运行。

材料特性分析：利用超声波在不同材料中的传播速度、衰减等特性差异，分析材料的弹性模量、晶粒大小等性能参数，辅助材料研发和质量鉴定。

三、适用范围材料类型典型检测对象行业应用检测特点

金属材料	焊缝、锻件、铸件	航空航天、机械制造、石油化工	可检测内部微小缺陷，检测深度大
复合材料	碳纤维增强塑料、玻璃纤维制品	风电叶片、汽车零部件	对分层、脱粘等缺陷检测效果好
混凝土	建筑结构、桥梁、隧道	建筑工程	评估混凝土密实度和内部空洞
陶瓷材料	陶瓷刀具、陶瓷轴承	精密制造	检测内部裂纹和气孔
管材	石油管道、天然气管道	能源输送	检测管壁厚度和内部缺陷

四、测试方法

检测前准备

探头选择：根据被检对象的材料特性、形状、厚度及检测目的选择合适的探头类型，如直探头用于检测与表面平行的缺陷；斜探头用于检测焊缝等复杂结构的缺陷；双晶探头适用于近表面缺陷检测。同时，需确定探头的频率、晶片尺寸等参数，频率越高，分辨率越高，但检测深度越低。

试块校准：使用标准试块（如 IIW 试块、CSK - IA 试块）对超声波探伤仪进行校准，包括灵敏度校准、时基线校准和探头前沿校准等，确保仪器检测结果的准确性和可靠性。

耦合剂选择：为减少探头与被检对象表面之间的空气间隙，提高超声波的传输效率，需选择合适的耦合剂，如机油、甘油、浆糊等。不同材料和表面状况对耦合剂的要求不同，粗糙表面需使用黏度较大的耦合剂。

检测流程

表面预处理：清除被检对象表面的油污、锈迹、油漆等杂质，使表面平整光洁，粗糙度满足检测要求，以保证超声波的有效传播。

扫查方式：根据检测对象的形状和缺陷可能存在的方向，选择合适的扫查方式，如锯齿形扫查、平行线扫查、交叉扫查等，确保检测区域的全面覆盖。

信号分析：检测过程中，通过观察超声波探伤仪显示屏上的波形，分析缺陷回波的幅度、位置、形状等特征，判断缺陷的性质和大小。对于超过设定评定线的回波信号，需进一步测量和分析。

结果记录：详细记录检测过程中的各项参数，如检测部位、检测方法、探头参数、缺陷位置、大小和性质等，并绘制缺陷示意图，形成检测报告。

特殊检测技术

相控阵超声检测（PAUT）：通过电子控制多阵元探头的超声发射和接收，实现声束的快速扫描、聚焦和偏转，可实时生成缺陷的二维或三维图像，提高检测效率和准确性，适用于复杂形状和关键部位的检测。

衍射时差法（TOFD）：利用缺陷端部的衍射信号进行检测和定量，对裂纹类缺陷的检测灵敏度高，可测量缺陷的高度，常用于焊缝检测和厚壁构件的检测。

超声导波检测：激发特定模式的超声导波在细长构件（如管道、杆类）中长距离传播，通过分析导波的反射和散射信号，检测构件中的缺陷和损伤，具有检测速度快、覆盖范围广的特点。

五、常用标准体系标准编号适用范围核心要求

GB/T 11345 - 2022	钢焊缝手工超声检测	规定检测等级、检测方法、缺陷评定和验收标准，明确不同检测等级的适用范围和检测要求
ISO 18563 - 1:2017	无损检测超声检测设备性能与检验	对超声检测设备的性能参数、校准方法和检验要求进行规范，确保设备符合检测标准
ASTM E1324 - 21	超声检测用试块制作与校准	规定超声检测用标准试块和对比试块的制作要求、尺寸公差和校准方法
NB/T 47013.3 - 2015	承压设备超声检测	针对承压设备的特点，制定超声检测的工艺要求、检测方法和质量评定标准
JB/T 10061 - 2019	超声探伤用试块	详细规定超声探伤用试块的分类、技术要求、制造和检验方法，为试块的选择和使用提供依据