超聲波加工技術(shù)培訓課件

超聲波加工技術(shù)

---工業(yè)應用概述1

超聲波具有方向性好、穿透能力強、能量集中等特點，在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應用。

在工業(yè)方面的應用技術(shù)有如下幾種：

1）超聲波檢測（UT）：

是利用超聲波在物質(zhì)中傳播、界面反射、折射（產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換）、衍射和衰減等物理性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法，是超聲波在工業(yè)領(lǐng)域最主要的應用。

2）超聲波焊接：

通過焊頭將超聲波機械振動能傳輸至待焊合工件，工件粘合面振動磨擦產(chǎn)生熱能使塑膠熔化而達到焊接目的，是一種先進的塑料件裝配技術(shù)。3）超聲波清洗：

當一定頻率和聲強的超聲波輻射液體介質(zhì)時，在聲強負壓作用下產(chǎn)生空化泡，隨后在聲波正壓作用下迅速崩潰（空化現(xiàn)象），產(chǎn)生異常的高溫（高于5000K）和高壓（高于50MPa）?？栈荼罎a(chǎn)生了沖擊波和射流。利用這種沖擊波破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中。由于超聲波固有的穿透力，對小孔和縫隙都有很好的清洗效果。

4）超聲波水處理：

利用超聲空化現(xiàn)象，進入空化泡中的水蒸氣在超聲波作用下，反應產(chǎn)生強氧化劑H2O2和具有高度化學活性的自由基-OH，能將大多數(shù)有機物氧化，達到去除水中污染物、凈化水體的作用，也可用于污泥的處理。2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（TOFD）1

先進的超聲波檢測技術(shù)主要包括超聲波衍射時差法（TOFD）和超聲相控陣自動檢測技術(shù)。

1.超聲波衍射時差法（TOFD）

1）基本原理：

TOFD（TimeofFlightDiffraction）是一種基于衍射信號實施檢測的技術(shù)，其原理是當超聲波遇到諸如裂紋等面積型缺陷時，將在缺陷尖端產(chǎn)生衍射波，TOFD檢測設(shè)備采用一發(fā)、一收兩個探頭探測到缺陷尖端發(fā)出的不同聲程和位置的衍射波，進而得到缺陷的高度和深度數(shù)據(jù)，之后通過數(shù)字化采樣形成可視缺陷圖像，并能利用軟件進行分析。

2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（TOFD）2

TOFD原理圖2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（TOFD）3

2）TOFD技術(shù)優(yōu)點:

a.可靠性更高。由于的衍射信號波幅基本不受聲束角度影響，對缺陷方向的依賴性很小。并可檢查出缺陷的長度和位置。

b.對裂紋、未熔合等危害性更大的面積型缺陷檢出率更高，尤其適合在厚壁窄間隙焊縫中應用。

c.可獲得截面直觀圖，采集的數(shù)據(jù)信息可永久保存和離線分析。

d.誤差?。阂话闫鋵€性缺陷或面積型缺陷的測量誤差小于l毫米，對裂紋、未熔合缺陷高度測量誤差只有零點幾毫米。

3）TOFD技術(shù)缺點:

a.在靠近內(nèi)外表面的一定范圍內(nèi)存在盲區(qū)（2mm左右）。

b.焊縫的兩邊必須有能夠安放用于TOFD檢測的發(fā)射和接收探頭的位置。2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（TOFD）4

4）TODF應用法規(guī):

2009年8月31日，《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》正式頒布，規(guī)定“壓力容器的焊接接頭應當采用射線檢測或者超聲檢測，…..,當使用不可記錄的脈沖反射法超聲檢測，應當采用射線檢測或者衍射時差法超聲檢測作為附加局部檢測”。規(guī)程中明確規(guī)定了TOFD檢測技術(shù)與射線檢測技術(shù)相同，均為壓力容器制造過程中可選的焊接接頭的無損檢測方法。

2010年12月實施的JB/T4730.10《承壓設(shè)備無損檢測第10部分：衍射時差法超聲檢測》，適用范圍為具備下列條件的焊接接頭：a）材料為碳素鋼或低合金鋼；b）全焊透結(jié)構(gòu)型式的對接接頭；c）工件厚度t：12mm≤t≤400mm（不包括焊縫余高，焊縫兩側(cè)母材厚度不同時，取薄側(cè)厚度值）。2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（TOFD）5

5）TODF應用實例:

反應器環(huán)縫檢測

天然氣管道檢測

球罐現(xiàn)場檢測2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（相控陣）1

1）相控陣原理:

相控陣超聲檢測技術(shù)是通過電子系統(tǒng)控制換能器陣列中的各個振元，按照一定的延遲時間規(guī)則發(fā)射和接收超聲波，從而動態(tài)控制超聲波束在工件中的偏轉(zhuǎn)和聚焦進行無損檢測的方法。

波束聚焦和偏轉(zhuǎn)圖

2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（相控陣）2

2）技術(shù)優(yōu)點

a.檢測速度快，現(xiàn)場檢測時只需對環(huán)焊縫進行一次簡單的線性掃查即可完成全方位、多角度的全焊縫檢測。

b.不移動探頭或盡量少移動探頭可掃查厚大工件和形狀復雜工件的各個區(qū)域，減少空間限制

c、缺陷定位準確，檢測靈敏度高；檢測結(jié)果直觀，可實時顯示,也可打印、存盤，實現(xiàn)檢測結(jié)果的永久性保存。

3）技術(shù)缺點

a.檢測方案設(shè)計周期長，需要花費大量的時間對檢測參數(shù)進行仿真優(yōu)化。

b.相控陣檢測校準過程十分復雜，且周期較長。檢測過程中的圖像顯示及缺陷分析耗時長。2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（相控陣）3

4）應用發(fā)展情況

在國外，超聲相控陣檢測技術(shù)在上世紀80年代開始在歐美等國家開始應用于工業(yè)無損檢測，主要用于核電站壓力容器、大型軸鍛件、低壓渦輪等構(gòu)件的無損檢測。1990年，歐美將相控陣技術(shù)作為一種新型的無損檢測及評價方法正式納入工業(yè)超聲檢測手冊。

在國內(nèi)，超聲相控陣技術(shù)主要應用在醫(yī)療領(lǐng)域，在工業(yè)上的應用尚處于起步階段。在2000年西氣東輸項目中，引進了PipeWIZARD相控陣超聲全自動檢測系統(tǒng)進行試驗，但是該系統(tǒng)也僅僅用于管道環(huán)縫這樣簡單軌跡的焊縫檢測。因此，大規(guī)模推廣尚需時日。2.超聲波技術(shù)

---新型檢測技術(shù)（相控陣）4

天然氣管道檢測

汽輪機葉根燕尾槽檢驗2.超聲波技術(shù)

---與射線檢測的比較1

1）缺陷檢出率高

TOFD檢測能對缺陷的深度和高度進行精確測量，而射線檢測只能得到缺陷的平面信息，對于缺陷在焊縫厚度方向的長度很難判斷。方法-射線-射線TOFD脈沖回波探傷檢出率70%60%>80%50%～60%2）檢測速度快

由于不需要射線檢測所需的曝光、洗片等時間，因而TOFD和相控陣超聲檢測速度都相對更快。2.超聲波技術(shù)

---與射線檢測的比較2

3）安全環(huán)保

采用超聲波進行無損檢測，不會對環(huán)境造成影響，不危害公共安全，無底片消耗。

4）節(jié)約投資

當采用射線檢測時往往需