第四節(jié)　超聲對產(chǎn)品的質(zhì)量檢測

超聲波探傷

產(chǎn)品質(zhì)量的無損檢測技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，在各工業(yè)部門用得最多的五種常規(guī)無損檢測方法是：超聲、渦流、射線、磁粉和滲透。其中超聲波檢測又是一種最常用的方法。

超聲波探傷是無損檢測最廣泛的應(yīng)用之一，因為它具有靈敏度高、穿透力強（可以穿透無線電波、光波無法穿透的物體）、檢測速度快、成本低、設(shè)備簡單輕便和對人體無害等一系列優(yōu)點，成功地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，形成頗有特色的產(chǎn)業(yè)。

超聲波探傷是利用超聲探頭向被檢測物體中發(fā)射超聲，然后根據(jù)收到的超聲回波或穿透波來判斷物體中是否有缺陷（如裂紋、氣泡、夾渣等）或其他不穩(wěn)定因素。

超聲波頻率在很大程度上決定了超聲探傷的檢測能力，必須選擇適當。因為頻率高時，波長短，聲束窄、發(fā)散角小、能量集中，因此發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力強。但檢查的空間小，穿透力差。頻率低時，波長長、聲束寬、發(fā)散角大、能量不集中，因此發(fā)現(xiàn)缺陷的能力差，但探測的角度大，穿透能力較強。一般來說，對于晶粒微小的材料，常采用2.5～5MHz的頻率，能發(fā)現(xiàn)的最小缺陷一般在半個波長左右。晶粒大的材料對超聲波散射較強烈，一般選用0.5～1MHz的頻率，能發(fā)現(xiàn)的最小缺陷為1mm左右。對于鑄鐵和非金屬等聲衰減強烈的材料，采用幾十千赫的頻率?，F(xiàn)在使用的超高頻超聲掃描，已可檢測小到20mm的缺陷。

目前，結(jié)合微型計算機技術(shù)制造的各種智能化的超聲波探傷儀已經(jīng)問世，大大提高了儀器的穩(wěn)定性。超聲波對產(chǎn)品質(zhì)量的檢測，具有很高的經(jīng)濟、社會效應(yīng)和軍事效應(yīng)。它與射線探傷、磁粉探傷一起成為無損探傷的三種主要方法。航空工業(yè)、核電工業(yè)、鐵道工業(yè)及壓力容器工業(yè)等領(lǐng)域中，超聲波檢測必不可少，如用超聲波檢測飛機主起落架輪轂、梭測焊縫、檢測雷達罩故障、車軸中的裂紋等。

超聲測量厚度

超聲測量技術(shù)主要應(yīng)用于測量管道、容器壁、飛機機體等構(gòu)件的腐蝕程度。超聲波測厚一般有共振法，干涉法和脈沖回波法，用得較多的是同波法，其原理如圖16所示。

設(shè)超聲波在材料中往返傳播時間為t，由圖16可知d＝，如果聲速u已知，那么測出t，就可以求得材料厚度d。若采用非常窄的聲脈沖，所測厚度可以小于0.6mm。

圖16　回波法超聲測厚原理

測厚儀在實際使用時是將發(fā)射電路發(fā)出的寬度很窄的周期性電脈沖，通過電纜加到探頭上進行激勵，產(chǎn)生脈沖超聲波。探頭發(fā)出的超聲波進入工件，在上下兩界面形成多次反射。超聲探頭接收到反射波后，再變成電信號，經(jīng)放大器放大，由計算電路測出聲波在兩界面間的傳播時間t，最后換算成厚度顯示出來。這種測厚儀可用于表頭或數(shù)碼管直接顯示厚度，使用極為方便。

用同樣的原理可以測量其他的距離，包括空氣中的距離，如盲人可以靠超聲來導行，機器人也可靠超聲來探查附近的障礙物并準確地定位。

有時需要知道容器內(nèi)的液面高度、井深、河水和海水的深度等，脈沖回波或超聲液位儀可以很容易地實現(xiàn)這一點，其工作原理是以超聲換能器發(fā)出超聲脈沖信號，在被檢測液體介質(zhì)或其他借以測量的傳聲介質(zhì)中傳播到液面，經(jīng)液面反射后，超聲波脈沖信號被接收換能器接收后轉(zhuǎn)換為電信號。測出從發(fā)射到接收的時間間隔，便可計算出探頭到液面的距離，從而確定出液位。

超聲對應(yīng)力的測試

超聲波對應(yīng)力測試的原理是：如果金屬或其他材料中存在應(yīng)力，則當超聲波在其中傳播時，其速度將會有很小的變化，精確測量出應(yīng)力引起的變化，即可檢測應(yīng)力情況。這種技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較多。如衛(wèi)星、飛機上的連接螺栓的應(yīng)力有很高要求。若緊固應(yīng)力不足，螺栓在使用過程中易松動，從而導致螺栓承受力下降并極易被損壞。如果緊固應(yīng)力過大，又會導致疲勞損壞，故對這種應(yīng)力要求高的場合，一般用超聲波對這些部件的應(yīng)力情況進行檢測或監(jiān)測。