🔊 超声检测（UT）
用超声波检出金属材料的内部和表面缺陷并进行定量。可检验材料整个体积 — 包括焊缝、锻件和板材。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 16810:2014-02
- 类别: 建筑
- 操作步骤数: 10
- 各步骤合计时间: 1 小时 2 分钟–3 小时 2 分钟
- 频率范围: 1–10 MHz（钢材通常 2–5 MHz）
- 厚度范围: 1 mm – 数米（视材料和频率而定）
- 钢中声速: 5 900 m/s（纵波）、3 250 m/s（横波）
概述
超声检测（UT — Ultrasonic Testing）是最重要、应用最频繁的无损检测方法之一，可检出金属和非金属材料中的内部不连续（裂纹、未熔合、夹杂、气孔）以及外部缺陷。PN-EN ISO 16810 标准规定了 UT 检测的通用原则，PN-EN ISO 17640 标准则规定了焊缝检验的具体要求。
方法基于超声波（通常 1–10 MHz）在材料中的传播。探头发射的声波在材料中传播并从不连续或对面壁反射。依据传播时间和回波幅度确定缺陷的深度、位置和尺寸。UT 检测对面状缺陷（裂纹、未熔合）尤为有效 — 这类缺陷用其他方法难以检出。
目前除常规 UT 外，还采用先进技术：相控阵超声（PAUT）— 多阵元探头电子控制声束；TOFD（衍射时差法）— 用于精确定量的衍射技术；以及全矩阵捕获（FMC/TFM）— 最新的体积成像技术。
UT 检测要求人员按 PN-EN ISO 9712 取得资格（评定需 2 级或 3 级）。该方法用于钢结构（EN 1090）、电力工业、石油工业（API）、造船和航空航天。
方法原理
超声探头（压电换能器）向被检材料发射超声脉冲。声波以该材料特有的速度传播（如钢中纵波约 5 900 m/s）。在声阻抗不同的介质界面（不连续、对面壁）处发生反射。反射回波被探头接收并以 A 扫描信号（幅度对时间）显示在屏幕上。反射体深度按 d = v × t / 2 计算，其尺寸依据回波幅度与参考反射体（如平底孔 — DAC）比较来评定。
应用领域
- 钢结构焊接接头检验（EN ISO 17640）
- 钢板和钢制品检验（EN 10160 — 板材，EN 10228 — 锻件）
- 油气管道检验（API 5L、ASME B31.3）
- 壁厚测量（腐蚀、冲蚀）— 无需拆卸装置
- 铸件检验（查找缩孔、气孔）
- 铁路钢轨和车轮检验
- 航空零件检验（CFRP 复合材料 — 水浸法）
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 频率范围 | 1–10 MHz（钢材通常 2–5 MHz） |
| 厚度范围 | 1 mm – 数米（视材料和频率而定） |
| 钢中声速 | 5 900 m/s（纵波）、3 250 m/s（横波） |
| 入射角 | 0°（直探头）、45°/60°/70°（斜探头） |
| 灵敏度 | 可检出钢中 ≥ 1,5 mm 的反射体（平底孔） |
| 定位准确度 | ±1 mm（深度）、±2 mm（沿焊缝位置） |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 16810:2014-02
- 标准名称（波兰语）
- Badania nieniszczące — Badania ultradźwiękowe — Zasady ogólne
- 标准名称（英语）
- Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles
分步操作程序
-
表面准备
清洁并修平扫查面。去除不平整、油漆、锈和焊接飞溅。粗糙度 ≤ 6,3 µm Ra。
-
量程校准
在 V1 试块上设定显示量程（如 100 mm、250 mm）。核查材料中的声速。
-
角度和入射点校准
在 V1/V2 试块上检查声束入射角和斜探头入射点。偏差 > 2° 时须修正。
-
灵敏度设定
在试块反射体上绘制 DAC（距离幅度修正）或 TCG（时间修正增益）曲线。评定电平按 ISO 11666。
-
施加耦合剂
在被检表面涂抹耦合胶。保证探头与材料持续接触。
-
扫查
以 ≤ 150 mm/s 的速度移动探头。沿两个互相垂直方向扫查。扫查带重叠至少 10%。
-
显示识别
记录高于记录电平的显示。确定：深度、位置、幅度、长度。
-
缺陷定量
用 6 dB 下降法（长度）和幅度（高度）对显示定量。TOFD 法 — 直接测量衍射时差。
-
结果评定
将显示与验收判据（如 EN ISO 11666 — 验收等级 1/2/3）比较。对缺陷分类。
-
报告
编制检测报告：工件标识、UT 技术、参数、显示分布图、按标准的评定。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 超声探伤仪 | Olympus EPOCH 650、Krautkrämer USM 100、GE USM Go+ | 25 000–80 000 PLN |
| PAUT / TOFD 探伤仪 | Olympus OmniScan X3、Zetec TOPAZ 64、Sonatest Veo+ | 80 000–250 000 PLN |
| 直探头（0°） | Olympus V106（2,25 MHz）、V109（5 MHz），直径 24 mm | 500–2 000 PLN |
| 斜探头 | Olympus A545S-SB（45°）、A560S-SB（60°）、A570S-SB（70°） | 800–3 000 PLN |
| 校准试块 | V1 试块（EN ISO 2400）、V2 试块（EN ISO 7963）、阶梯试块 | 1 000–5 000 PLN |
| 耦合剂 | 超声耦合胶 Olympus Couplant D、甘油、纤维素糊 | 30–100 PLN / L |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 耦合胶 | — | 保证声波由探头传入材料 — 消除空气层，采用甘油或水基凝胶 |
| V1 试块（EN ISO 2400） | — | 带槽口的钢制试块 — 用于校准量程、角度和灵敏度，附证书 |
| V2 试块（EN ISO 7963） | — | 小型便携试块 — 用于快速检查斜探头角度和入射点 |
| 带 DAC 反射体的试块 | — | 含平底孔（FBH）或刻槽的试样 — 用于绘制 DAC / TCG 曲线 |
职业健康与安全
- 高处作业（钢结构）— 须系安全带、戴安全帽并采取防护措施
- 耦合胶 — 湿滑，地面有滑倒风险
- 在噪声环境（如生产车间）作业 — 须使用听力防护
- 高温工件（原位检测）— 须戴耐热手套并使用高温探头（可至 500°C）
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 16810:2014-02 — 《Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles》。
该方法的原理是什么？
超声探头（压电换能器）向被检材料发射超声脉冲。声波以该材料特有的速度传播（如钢中纵波约 5 900 m/s）。
测量范围和准确度是多少？
频率范围：1–10 MHz（钢材通常 2–5 MHz）；厚度范围：1 mm – 数米（视材料和频率而定）；钢中声速：5 900 m/s（纵波）、3 250 m/s（横波）；入射角：0°（直探头）、45°/60°/70°（斜探头）。
完成检测需要多长时间？
各步骤所列时间合计约为 1 小时 2 分钟–3 小时 2 分钟。整个程序共 10 个步骤。
需要哪些设备？
超声探伤仪、PAUT / TOFD 探伤仪、直探头（0°）、斜探头、校准试块、耦合剂。核心仪器的参考价格（超声探伤仪）：25 000–80 000 PLN。
该检测用于哪些场景？
钢结构焊接接头检验（EN ISO 17640）；钢板和钢制品检验（EN 10160 — 板材，EN 10228 — 锻件）；油气管道检验（API 5L、ASME B31.3）；壁厚测量（腐蚀、冲蚀）— 无需拆卸装置；铸件检验（查找缩孔、气孔）；铁路钢轨和车轮检验；航空零件检验（CFRP 复合材料 — 水浸法）。
需要采取哪些安全防护措施？
高处作业（钢结构）— 须系安全带、戴安全帽并采取防护措施；耦合胶 — 湿滑，地面有滑倒风险；在噪声环境（如生产车间）作业 — 须使用听力防护；高温工件（原位检测）— 须戴耐热手套并使用高温探头（可至 500°C）。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 16810。