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什么是重的缺陷，為什么檢測呢？
缺陷會造成應力集中，并可能損害結構部件的完整性，從而導致低于設計應力的過早失效。根據尺寸，形狀(圓形與尖銳的缺口)和缺陷的數量，可以降低靜態機械性能(拉伸強度，伸長率，韌性)。少量的細孔可能不會顯著降低靜態性能。但是，即使是少量的孔隙也可以顯著降低諸如疲勞強度之類的動態性能，因此，在維修前和維修期間，應對高循環載荷下的組件進行缺陷檢查。
缺陷和不連續點為疲勞裂紋提供了起點。表面缺陷也使材料更容易受到腐蝕。超聲波探傷在航空航天，汽車，基礎設施(橋梁，塔樓等)，制造業，船舶，油氣和發電行業中都很重要。諸如橋梁，機身，壓力容器，反應堆和輪船之類的老化結構需要進行無損檢測，以確保材料的完整性，適航性和對人類的整體安全，以及保護環境和防止主要資本設備的損失。在復合材料，焊縫，金屬合金板或軋機庫存產品的制造過程中使用超聲波測試或監視來檢測空隙，夾雜物和缺陷，并調整工藝參數以消除這些制造缺陷。
超聲波探傷在航空航天，汽車，基礎設施(橋梁，塔樓等)，制造業，船舶，油氣和發電行業中都很重要。諸如橋梁，機身，壓力容器，反應堆和輪船之類的老化結構需要進行無損檢測，以確保材料的完整性，適航性和對人類的整體安全，以及保護環境和防止主要資本設備的損失。在復合材料，焊縫，金屬合金板或軋機庫存產品的制造過程中使用超聲波測試或監視來檢測空隙，夾雜物和缺陷，并調整工藝參數以消除這些制造缺陷。
在制造過程中或由于現場的老化效應，材料和零件中會發生多種缺陷：
空洞/毛孔
內含物
裂縫(地下或表面)
焊縫缺陷(不*熔化，熱影響區，圖1-帶有中心孔的板的應力集中系數。由Vable提供，M。材料力學。
圖1-帶有中心孔的板的應力集中系數。由Vable提供，M。材料力學。
夾雜物，孔隙率，凹槽形狀)
腐蝕/氧化
磨損/侵蝕
機加工或磨削損壞
鍛造缺陷
鑄造缺陷
成型/軋機缺陷
膠粘劑/密封膠剝離
復合材料/蜂窩分層
鋼絲繩/電纜夾
管道/管子缺陷
什么是UT？
超聲波探傷儀是無損檢測(NDT)工程師，檢驗人員或技術人員，冶金學家和材料工程師使用的工具庫的一部分，以確保零件和材料的完整性。超聲測試(UT)是無損測試中使用的主要方法之一。
電磁或渦流(ET)，X射線或射線照相檢查(RT)，目測(VT)，計算機斷層掃描(CT，又名數字成像或計算機射線照相[CR])，磁粉探傷(MT)，液體滲透劑(LP)和硬度測試(HD)也是著名的NDE技術。盡管渦流和電磁方法廣泛用于檢查金屬和合金，但是當需要檢查電絕緣或非鐵磁材料或零件時，這些方法就不可行。UT可用于檢查非導電材料，例如復合材料，塑料，木材和陶瓷。根據具體產品，超聲儀器還可指示材料厚度，材料中的聲速，彈性模量，泄漏檢測和故障檢測。
NDT人員執行無損檢測(NDT)或無損評估，以驗證新舊產品，組件和材料的結構完整性。該無損檢測協會(ASNT)是參與培訓和認證無損檢測人員，開發無損檢測標準，促進無損檢測實踐使用，鼓勵探索新的無損檢測方法，通過會議，會議和出版物分享無損檢測專業知識和研究的主要組織。在許多行業應用中，需要ASNT級認證。例如，公司經常要求檢查人員具有資格，并在超聲測試(UT)中持有ASNT認證。根據經驗和通過的考試，可以提供各種級別的ANSTNDT認證。NDT人員還需要定期重新認證。
超聲波探傷儀如何工作？
聲能將傳播到零件的另一端，但是如果出現層狀裂紋或類似的不連續性，則聲能會更早地反射。評估金屬零件或結構零件完整性的自然方法是敲擊并聆聽響應。高音調的鈴聲在主觀上表明是固體結構，而低音調的空心聲音或嘎嘎聲提供了明顯的空隙跡象。超聲波探傷技術量化并擴展了老式的“敲擊測試方法”或聲波共振方法。抽頭測試依賴于小于20KHz(每秒20,000個周期)的可聽聲音頻率，而超聲測試則使用500KHz至10MHz頻率的聲波以及脈沖回波或通過傳輸方法來檢測材料和零件中的缺陷。
超聲測試使用脈沖接收器生成聲音脈沖或聲波，然后將該信號發送到超聲換能器。使用超聲換能器將應力波傳播通過零件，該超聲換能器將電能轉換為超聲范圍內的高頻聲波。現代超聲儀器具有附加的信號處理組件，例如數字化儀或模數轉換器，信號放大器和信號濾波器減少噪聲，改善信號檢測并增強解釋能力。然后將這些聲波聚焦在目標上，并通過換能器或其他拾取傳感器或接收器讀取回聲，以確定特定的變量，例如距離和速度。材料中的聲阻抗和聲速隨密度和彈性特性而變化。在由裂紋，接縫，疊片，裂縫或空隙產生的不同材料之間的界面處會發生反射。根據特定的UT技術和所使用的傳感器，超聲脈沖可以檢測和確定缺陷深度，缺陷尺寸甚至缺陷成像。反射返回到換能器所花費的時間可以根據材料中聲音的速度轉換為距離或深度。背面反射時間表示材料的厚度。現代超聲儀器為用戶將時間轉換為深度。
撞擊，ping或超聲波脈沖會在材料中引發S，R和L波。S波和R波從源脈沖沿球面波前傳播出去。S波與剪切應力或應變相關，而縱波(P波或L波)與法向應力或應變相關。R波沿零件的表面傳播。縱向波適合于檢測平行于零件表面定向的缺陷，裂紋或分層，而剪切波則更適合于檢測垂直于材料表面定向的缺陷，焊縫或裂紋。
Krautkramer等。在1990年有關的彈性模量(E)，剪切模量(G)，泊松比(ν)和密度，P波和S波的速度通過下式的材料(ρ)：
Çp波=ν)/(ρ(1+ν)(1-2ν)))1/2
Cs波=(G/ρ)1/2(E/2ρ(1+ν))1/2
反射系數與構成界面的材料的特定聲阻抗有關。
R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)
零件的幾何形狀和聲束相對于零件表面的角度會影響超聲測試結果。與表面成直角或垂直于表面撞擊的聲束或脈沖將直接向后反射。用換能器施加垂直于零件的脈沖進行超聲波測試稱為直光束測試。當超聲脈沖以一定角度入射到零件中時，會發生角束超聲測試，然后該超聲脈沖以相同角度向前傳播并以相同角度在平行表面上反射。斯涅耳的折射定律根據以下公式控制聲音的傳播方式：
(sin?1)/(VL1)=(sin?2)/(VL2)
反射波的信號所產生的*回波圖或頻譜被記錄并顯示在屏幕上。需要使用標準品和一定程度的知識進行校準才能解釋這些模式。時域頻率分析和頻譜分析用于從記錄的超聲波形式的峰中提取信息。
有哪些類型的超聲波探傷儀可用？
根據零件的尺寸，幾何形狀和位置(現場與實驗室)，有幾種不同類型的超聲波探傷儀可供使用。定義超聲波探傷類型的另一個因素是所使用的耦合和換能器的類型。
直束超聲測試使用接觸，延遲線，雙元件或浸入式傳感器。直束超聲波探傷儀可以發現平行于試樣表面的裂紋或分層。它們還可以檢測孔隙和孔隙度。
接觸式超聲測試使用與要檢查的零件或表面接觸的超聲換能器。接觸式超聲換能器和緊湊的便攜式超聲探傷儀有助于對組件進行工廠和現場測試。取決于換能器，耦合劑可能會或可能不會應用于零件。空氣耦合超聲測試是UT的另一種形式。
雙元件換能器在換能器外殼中具有兩個元件，允許發射器和接收器獨立運行。元件彼此成角度以形成反射的發射/接收路徑。
延遲線傳感器用途廣泛，通常具有可更換的探頭選件，例如隔膜和防磨帽。它們用于測量或檢測缺陷，例如薄材料中的分層。
在浸入式超聲測試(IUT)中，將零件浸入耦合劑浴中，將潛水換能器放置在水箱中，或者通過指向該零件的耦合劑射流或聲流發送聲脈沖。浸入式超聲測試適用于實驗室測試應用，其中零件足夠小以適合UT儲罐，或者可以輕松收集耦合劑射流。
角射束超聲波缺陷測試可用于檢測垂直于試件表面或與零件表面成一定角度的裂紋，分層或其他缺陷。使用直束UT技術通常看不到這些方向的缺陷。
在角梁或剪切波UT中，角梁或楔形傳感器安裝在透明的塑料或環氧樹脂角塊或楔形上。角射束傳感器將剪切波或縱波以相對于表面的角度引入到測試件中。它們通常用于焊接檢查。剪切波UT通常用于焊接檢查。折射剪切波用于檢測整個焊接區域深度的缺陷。在不使用角鋼楔的情況下將剪切波引入材料。剪切波分量與縱向分量之比可以超過30dB。
飛行時間衍射波(TOFD)傳感器與楔一起使用，并發射高度衰減的縱波，以產生用于裂紋檢測和測量的橫波。使用四種不同的超聲波類型構造TOFD圖像：(1)縱向波；(2)接收器和發送器之間的表面上的側波；(3)反射的縱向波；(4)在裂紋，缺陷處產生的剪切波或不連續性。
相控陣測試(PAUT)使用多個換能器組成的陣列，這些換能器放置在零件周圍的不同位置作為一個系統一起工作。相控陣超聲成像系統可對裂縫，焊縫或缺陷成像。相控陣技術通過以內部結構的橫截面圖像的彩色圖形表示形式呈現數據，大大提高了用戶友好性并簡化了解釋。此外，相控陣超聲探傷儀具有射束轉向，快速掃描和動態聚焦功能，可顯著提高在關鍵任務應用。
電磁聲共振(EMAR)使用非接觸式EMAT傳感器來傳遞信號以進行共振聲分析。電磁聲換能器(EMAT)使用磁致伸縮或渦流效應來發送和接收超聲信號。非接觸式EM感應信號產生純諧振響應。與傳統的超聲換能器相比，EMAR具有多個優點，例如不需要耦合劑。可用于帶有氧化皮，涂層或重氧化層的樣品；在高溫下起作用；可用于與表面接觸或相距很小的距離；甚至可以檢查小直徑的管道。
非接觸式和無耦合劑的特征允許在生產過程中檢查運動物料。來自周圍機械的機械振動不會影響被檢查材料或零件中的超聲波信號。根據需要隔離和測量哪些功能，可以生成局部或較寬的聲場。也可以隔離小的表面或地下缺陷或異常。具體來說，整個零件可以產生共振，以進行彈性剛度和結構完整性評估。EMAR的局限性在于，被評估的零件必須由導電材料制成。
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