超聲波探傷原理

1、超聲波探傷原理第1頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三內容：1.1 超聲波探傷原理1.2 陶瓷絕緣子的超聲波探傷第2頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1 超聲波探傷原理第3頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.1 超聲波超聲波是一種機械振動波。聽覺范圍:聲波頻率在20Hz-2OkHz 次聲波:頻率小于20Hz的聲波超聲波:頻率超過2OkHz的聲波探傷常用的頻率范圍：1MHz10MHz第4頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.2 頻率f、聲速c、波長超聲波在工件中傳播的3個物理量：頻率、聲速

2、、波長聲波在工件中的傳播，頻率主要由探頭決定。例如型號為2.5P20的探頭發(fā)射的超聲波，頻率為2.5MHz。聲速的大小取決于材料，例如鋼的縱波聲速為5900m/s、陶瓷的縱波聲速為53006900m/s波長聲速/頻率。波長的大小影響到可以探測的最小缺陷。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.3 探傷的5個組成要素儀器：電子設備，提供發(fā)射脈沖去激勵探頭，接收/放大/顯示信號探頭：核心為壓電晶片，發(fā)射/接收超聲波試塊：探傷的基本原理是將試塊上的人工傷與實際被檢測的工件，對比。工藝/標準：規(guī)范探傷的方法/步驟等檢測人員第6頁，共32頁，2022年，5月20日，10點1

3、4分，星期三1.1.4 探頭的結構第7頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.5 壓電效應逆壓電效應指的是壓電晶體材料受到交變電壓的作用時產(chǎn)生交變應變的現(xiàn)象。這時電能轉變成機械能。（超聲波發(fā)射的原理）正壓電效應是指壓電晶體材料在交變拉壓應力作用下，其表面產(chǎn)生交變電壓的現(xiàn)象。這時聲能轉變?yōu)殡娔?。（超聲波接收的原理）?頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.6 聲束 不同的顏色表示不同的聲壓值（能量的強弱）第9頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.7 聲束的方向性 直聲束 斜聲束第10頁，共32頁，2022年，5月2

4、0日，10點14分，星期三1.1.8 缺陷的檢測儀器：激勵探頭（發(fā)射）、接收/放大/顯示探頭的信號探頭：發(fā)射/接收超聲波缺陷波：缺陷反射回波缺陷：有無、大小、位置第11頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.9 缺陷的位置（直聲束）S：聲程C：聲速（材料的特性，鋼縱波5900m/s、瓷的縱波聲速53006900m/s）t: 時間（聲時），從儀器的計時電路獲取第12頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.10 缺陷的位置（斜聲束）C：聲速 （需要知道波型：橫波、縱波、表面波等） 鋼：縱波5900m/s 橫波3230m/s 第13頁，共32頁，2

5、022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.11 缺陷的大小-大缺陷缺陷大于聲束寬度半波法 第14頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.12 相同位置、不同大小的缺陷缺陷位置相同的情況下，面積大的反射的回波幅度高第15頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.13 相同大小、不同位置的缺陷缺陷大小相同，位置不同的情況下，反射回波的幅度構成DAC曲線第16頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.1.14 DAC曲線DAC曲線：距離波幅曲線，表示某一大小的缺陷在不同的聲程位置上波幅的變化曲線（在試塊上制作）。通過這條曲

6、線，可以判定被檢測到的缺陷相對于這條曲線的當量。第17頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.2 陶瓷絕緣子的超聲波探傷 第18頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.2.1 適用對象材料：瓷質產(chǎn)品：支柱絕緣子、瓷套第19頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.2.2 支柱絕緣子斷裂事故分布特點1）2000年、2001年偏多，有逐年上升趨勢2）北方多于南方，東北（寒冷地區(qū))偏多3）運行年限分布均勻，不足2年的占6.4，不足5年的占22.6，不足10年的占41.14）集中在220KV、110KV、66KV電壓等級5）隔離開關占81

7、、母線占13.96）折斷占35.5，開裂占627）低強瓷（4KN）斷裂的多，高強瓷（8KN及以上）斷裂的少- 數(shù)據(jù)來源文件【2002】116號第20頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.2.3 斷裂原因內因：原材料、燒結工藝導致的絕緣子強度偏低外因：作用在支柱絕緣子水泥膠裝部位的因力現(xiàn)象：支柱絕緣子斷裂部位95以上在法蘭口內30mm到第一傘裙之間第21頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三電瓷產(chǎn)品所用的原料中含有一定鐵鈦成分-電瓷焙燒過程中的還原階段-需要用還原焰的目的-主要是將高價鐵鈦還原成低價物.這些高價物必須在1080度釉子?；?完全還原成

8、低價物.否則就會產(chǎn)生黃芯。危害：黃芯的產(chǎn)品比正常瓷質產(chǎn)品的機械強度降低20左右，孔隙率也較大。在線的支柱絕緣子出現(xiàn)斷裂事故許多是由于黃芯缺陷所導致的。1.2.4 黃芯（典型的內因燒結工藝不當）第22頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.2.5 應力水泥膨脹應力：膠裝水泥中的氧化鎂、三氧化硫、氧化鉀超標，防水處理措施不當，遇水產(chǎn)生化學反應導致體積膨脹。溫差引起的應力：鑄鐵法蘭膨脹系數(shù)14*10（-6）/、瓷膨脹系數(shù)3.5*10（-6）/、北方地區(qū)晝夜溫差大，溫度變化時，例如溫度降低時，鑄鐵收縮大于瓷的收縮冰凍應力：膠裝部位滲水，冰凍后產(chǎn)生較大的冰凍應力操作應力：安裝方式不

9、當?shù)?3頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三1.2.6 檢測方法1：爬波爬波：表面下縱波第24頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三爬波探頭瓷件檢測對爬波探頭的要求 探頭安放的位置 下圖示意探頭可以安放位置，在法蘭到第一傘裙之間的位置通常非常狹小所以要求探頭的縱向尺寸盡可能的小。 爬波探頭主要有兩晶片串列式和并列式兩種結構。由于晶片串列式在一定程度上限制了大尺寸晶片的應用，不適合于放置較長晶片，這里主要考慮并列式結構。第25頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三探頭接觸面的弧度絕緣子的結構（形狀、幾何尺寸等）影響支柱絕緣子的超聲波檢

10、測 為獲得良好的聲耦合狀態(tài)，如圖中所示，需要將探頭的接觸面加工出一定的弧度：第26頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三電瓷材料的分類 絕緣子的材質（顯微組織、密度、力學性能等）影響支柱絕緣子的超聲波檢測電瓷材料的種類，包括普通瓷、高強瓷，兩者之間的聲速存在較大的差異。普通瓷聲速通常在5200m/s 6000m/s左右，而高強瓷的聲速通常在6000m/s 6800 m/s。不同廠家、或者同一廠家不同批次的瓷件，均存在差異。 爬波是以第一臨界角入射的表面下縱波。根據(jù)SNELL公式，不同聲速的瓷件要求探頭斜塊的入射角不同。根據(jù)實際的檢測效果，將探頭分為P型、G型兩種，P型（拼音

11、Pu）用于檢測普通瓷，而G型（拼音：Gao）用于檢測高強瓷。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三探頭的晶片大小、頻率 在高壓支柱瓷絕緣子第一瓷沿距法蘭口距離允許的情況下，盡量選用晶片尺寸大的探頭。提高靈敏度和檢測速度。通常的晶片大小如：7mm10mm 8mm12mm。 在保證系統(tǒng)靈敏度的情況下，探頭頻率一般在2MHz5 MHz范圍內選擇，宜選用2.5 MHz探頭。第28頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三爬波探頭探頭的外觀第29頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三探頭標牌 探頭的信息標注于標牌上，包括型號（如PR50）、類型（如爬波探頭）、探頭序列號。例如：第30頁，共32頁，2022年，5月20日，10點14分，星期三探頭型號列表型號 適用瓷件 接觸面弧度直徑（mm） 頻率（MHz） 縱向尺寸（mm） PR50普通瓷 100mm以下 2.511PR60101-120mm PR70121140mm PR