Tom Nelligan

超声波无损检测是一种多功能的技术，可应用于各种材料分析应用。虽然超声波NDT在其更常见的用于厚度测量，裂纹检测和声成像的应用中可能更好地已知，但是高频声波也可以用于区分和量化固体和液体的一些基本机械，结构或组成性质。超声波材料分析是基于一个简单的物理原理：任何波的运动都会受到它行进的介质的影响。因此，与高频声波通过材料通过时间，衰减，散射和频率内容相关联的四个易于测量的参数中的一个或多个的变化通常可以与物理性质的变化相关，例如硬度，弹性模量，密度，均匀性或颗粒结构。

它如何工作？

超声波NDT利用从约20KHz到超过100MHz的频率范围，大多数工作在500KHz和20MHz之间执行。在一些专门的情况下，通常采用纵向和剪切（横向）振动模式，以及表面（瑞利）波和板（Lamb）波。因为较短的波长对它们通过的介质中的变化更敏感，所以许多材料分析应用将受益于使用测试片将支持的zui高频率。声音脉冲通常由已经与测试材料声学耦合的压电换能器产生和接收。在大多数情况下，耦合到测试件一侧的单个换能器用作发射器和接收器（脉冲/回声模式），尽管在一些情况下涉及高度衰减或散射材料，使用在部件的相对侧上的分离的发射和接收换能器（通过传输模式）。通过用电压尖峰或方波激励换能器来发射声波。声波传播通过测试材料，或者从远侧反射返回其原点（脉冲/回声），或者由该点处的另一个换能器（通过传输）接收。然后对接收的信号进行放大和分析。各种商业仪器可用于此目的，利用模拟和数字信号处理。

超声波测试相对于其他材料分析方法的显着优点是其通常可以在过程中或在线进行。高频声波通常可以通过使用水浴或水流作为耦合介质而成功地传输进入和离开运动材料而没有直接接触。测量还可以通过将声能耦合通过壁而在封闭容器内进行。因为声波穿透测试样品，所以材料性质是大量而不是仅在表面上测量的。有时甚至可能通过使用选择性门控仅分析多层多材料制造的一个层。相关测量参数通常将是以下的一个或多个：

（一个）。声速/脉冲传播时间：声速通常是zui容易测量的超声参数。在均匀介质中的声速与弹性模量和密度直接相关;因此弹性或密度的变化将影响通过给定厚度的样品的脉冲传输时间。此外，不同程度的不均匀性可能对声速有影响。

（b）。衰减：声能在不同材料中以不同速率吸收或衰减，通过密度，硬度，粘度和分子结构的相互作用以复杂的方式控制。在给定材料中，衰减通常随频率增加。

（C）。散射：声波从不同材料之间的边界反射。晶粒结构，纤维取向，孔隙率，颗粒浓度和其他微观结构变化的变化可以影响散射信号的幅度，方向和频率含量。散射效应也可以通过观察后壁回波或穿透信号的幅度的变化来间接监测。

（d）。频率（频谱）含量：所有材料倾向于在一定程度上作为低通滤波器，衰减或散射宽带声波的较高频率分量比较低频率分量。因此，对已经通过测试材料的所选宽带脉冲的剩余频率含量的变化的分析可以跟踪衰减和散射的组合效应，如上所述。

在一些应用中，诸如速度的超声数据可以直接用于计算诸如弹性模量的性质。在其他情况下，超声波测试是一种比较技术，其中为了在给定的应用中建立测试协议，将需要实验地评估代表被量化的材料条件的范围的参考标准。从这样的标准，可以记录声传输参数如何随特定材料性质的变化而变化，然后从该基线信息，可以识别或预测测试样品中的类似变化。

各种超声波仪器可用于材料分析应用。声速可以用简单的手持式超声波测厚仪测量，而速度，衰减和散射效应都可以用现代数字式探伤仪观察到。具有适当辅助设备和具有适当软件的超声成像系统的脉冲发生器/接收器可以用于量化所有这些性质，以及执行频谱分析（频率内容）测试。有关特定测试的仪器和传感器建议的信息，请与我们。（文章来自奥林巴斯，侵删）