无缝钢管焊缝检验要求(超声检测（UT）的原理和特点)

超声检测（Ultrasonic Testing），业内人士简称UT，是工业无损检测（Nondestructive Testing）中应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术，可以用于产品制造中质量控制、原材料检验、改进工艺等多个方面，同时也是设备维护中不可或缺的手段之一。

超声检测主要的应用是检测工件内部宏观缺陷和材料厚度测量。

按照不同特征，可将超声检测分为多种不同的方法：

（1）按原理分类：超声波脉冲反射法、衍射时差法（Time ofFlight Diffraction，简称TOFD）等。

（2）按显示方式分类：A型显示、超声成像显示（B、C、D、P扫描成像、双控阵成像等）。

超声检测原理

超声检测，本质上是利用超声波与物质的相互作用：反射、折射和衍射。

（1）什么是超声波？

我们把能引起听觉的机械波称为声波，频率在20-20000Hz之间，而频率高于20000Hz的机械波称为超声波，人类是听不到超声波的。对于钢等金属材料的检测，我们常用频率为0.5~10MHz的超声波。（1MHz=10的六次方Hz）

（2）如何发出和接收超声波？

超声检测用探头的核心元件是压电晶片，其具有压电效应：在交变拉压应力的作用下，晶体可以产生交变电场。

当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转换成声能（机械能），探头以脉冲的方式间歇发射超声波，即脉冲波。当探头接受超声波时，发生正压电效应，将声能转换成电能。

超声检测所用的常规探头，一般由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和外壳组成，一般分为直探头和斜探头两个类别，后者的话通常还有一个使晶片与入射面成一定角度的斜锲块。

下图为典型的斜探头结构图（图片来源于网络）

A型显示的超声波脉冲反射法工作原理：

声源产生的脉冲波进入到工件中，超声波在工件中以一定方向和速度向前传播。当遇到两侧声阻抗有差异的界面时（声阻抗存在差异往往是因为材料中某种不连续性造成，如裂纹、气孔、夹渣等）部分声波被反射，检测设备接受和显示：分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小位置等。

A型显示的超声波脉冲反射法的特点

1、适用范围

适用于金属、非金属和复合材料等多种制件。

a）原材料、零部件检测：钢板、钢锻件、铝及铝合金板材、钛及钛合金板材、复合板、无缝钢管等。

b）对接焊接接头检测：钢制对接接头（包括管座角焊缝、T形焊接接头，支撑架和结构件），铝及铝合金对接接头

下图为钢制对接接头：T形焊接接头。

2、A型显示的超声波脉冲反射法的优点

a）穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。如对于金属材料，可检测厚度为1~2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件。

b）缺陷定位较准确。

c）对面积型缺陷的检出率较高。

d）灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷。超声检测理论灵敏度约为超声波波长的一半，当检测对象为钢制件，采用2.5MHz频率的超声斜探头，其灵敏度约为0.65mm。

e）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。

3、A型显示的超声波脉冲反射法的局限

a）对工件中的缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入研究。

b）对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难。

c）缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响。

d）工件材质、晶粒度等对检测有较大影响。

e）检测结果显示不直观，检测结果无直接见证记录。

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