原标题：超声波探伤仪原理

超声波探伤仪是一种利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部缺陷的无损检测设备，在工业生产、质量检测等领域发挥着重要作用。以下从超声波特性、仪器组成、工作原理、缺陷检测与显示等方面详细介绍其原理：

超声波特性基础

超声波是频率高于 20000Hz 的声波，具有以下特性，使其适用于探伤检测：

• 方向性好：超声波的波长较短，能像光线一样沿直线传播，且能量集中，可定向发射到被检测材料内部，便于精确探测缺陷位置。例如，在金属板材检测中，能准确地将超声波聚焦到特定区域。

• 穿透能力强：对于大多数固体材料，超声波具有较强的穿透能力，可深入材料内部进行检测。比如，能穿透数米厚的钢材，检测其内部是否存在缺陷。

• 能量高：超声波在传播过程中携带较高的能量，当遇到缺陷界面时，会发生反射、折射和散射等现象，通过检测这些现象产生的信号变化，就能判断缺陷的存在和特征。

仪器组成

超声波探伤仪主要由同步电路、发射电路、接收电路、扫描发生器、显示器和电源等部分组成。

• 同步电路：如同乐队的指挥，负责协调发射电路和扫描发生器的工作节奏，确保它们按照预定的时序运行。它产生同步脉冲信号，分别触发发射电路和扫描发生器开始工作。

• 发射电路：相当于超声波的“发射器”，在同步脉冲的触发下，产生高频电脉冲，激励探头中的压电晶片振动，从而产生超声波。

• 接收电路：是超声波信号的“接收站”，负责接收探头从被检材料中反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号，进行放大、滤波等处理，以提高信号的质量和可检测性。

• 扫描发生器：产生锯齿波电压，控制显示器上电子束的水平偏转，使超声波信号在显示器上按时序展开，形成波形显示。

• 显示器：通常采用阴极射线管（CRT）或液晶显示屏（LCD），将接收电路处理后的电信号以波形的形式显示出来，操作人员可以通过观察波形来判断材料内部是否存在缺陷。

• 电源：为整个仪器提供稳定的电能，保证各部分电路正常工作。

工作原理

• 超声波发射：同步电路产生同步脉冲，触发发射电路工作。发射电路产生的高频电脉冲加到探头的压电晶片上，压电晶片在电脉冲的作用下发生逆压电效应，将电能转换为机械能，产生超声波。这些超声波以一定的角度和能量向被检材料中传播。

• 超声波传播与缺陷相互作用：超声波在被检材料中传播时，如果材料内部没有缺陷，超声波会按照直线传播，并在材料的底面发生反射；如果材料内部存在缺陷（如裂纹、气孔、夹渣等），超声波会在缺陷界面处发生反射、折射和散射。部分超声波会被反射回探头，反射波的强度、传播时间等特性会因缺陷的性质、大小和位置而发生变化。

• 超声波接收与信号处理：反射回来的超声波作用于探头的压电晶片上，使其发生正压电效应，将机械能转换为电能，产生电信号。接收电路对这个电信号进行放大、滤波等处理，去除噪声和干扰，提高信号的信噪比。

• 信号显示与分析：处理后的电信号被送到扫描发生器和显示器。扫描发生器产生的锯齿波电压控制电子束在水平方向上扫描，而电信号的幅度控制电子束在垂直方向上的偏转，从而在显示器上形成超声波的波形。操作人员通过观察波形的形状、幅度、位置等特征，结合已知的材料特性和缺陷特征，判断材料内部是否存在缺陷以及缺陷的类型、大小和位置。

缺陷检测与显示

• 缺陷判断依据

• 回波高度：回波幅度越高，通常表示缺陷的反射面积越大或缺陷与超声波的耦合效果越好。例如，在检测金属焊缝时，较大的气孔或夹渣缺陷可能会产生较高的回波。

• 回波位置：根据超声波在材料中的传播速度和回波出现的时间，可以计算出缺陷的位置。例如，已知超声波在钢材中的传播速度，通过测量回波从发射到接收的时间，就能确定缺陷距离探头表面的距离。

• 回波形状：不同类型的缺陷可能会产生不同形状的回波。比如，裂纹缺陷产生的回波可能比较尖锐，而气孔缺陷产生的回波可能相对圆润。

• 显示方式

• A 型显示：是最常用的一种显示方式，横坐标表示超声波的传播时间（或距离），纵坐标表示反射回波的幅度。通过观察 A 型显示波形，可以直观地了解缺陷的位置和大小信息。

• B 型显示：以水平坐标表示探头在被检材料表面的移动位置，垂直坐标表示超声波的传播深度，亮度或颜色表示反射回波的幅度。B 型显示可以形成被检材料的截面图像，更直观地显示缺陷的分布情况。

• C 型显示：显示的是被检材料表面的平面投影图像，横、纵坐标分别表示探头在被检材料表面的两个垂直方向的移动位置，亮度或颜色表示反射回波的幅度。C 型显示适用于检测表面或近表面的缺陷。