金属无损探伤检测脉冲回波的检测能力

对金属铸件来说，在其制造和生产过程中由于各种原因经常会出现各种各样的缺陷，这些缺陷既有表面缺陷也有内部缺陷。当金属工件进行无损探伤检测时、表面性质、形状厚度一致的情况下，收到的底波信号也基本一致，但当被测工件中存在缺陷或者工件内材料存在差异时，底波幅值会急剧下降甚至直接为零，与此同时，会出现明显的缺陷回波。所以在一般情况下，当探测面与被测工件的底面相互平行时，可以利用回波幅值作为分析缺陷并对缺陷大小进行估计的一种方法。在用脉冲回波法对被测工件进行检测时，当工件内超声波发生声阻抗变化，会发现在产生变化的部分存在反射、折射等现象，而发生这些物理现象后，反射波也会相应的发生变化。通过回波信号幅值的变化，可以对缺陷的面积、方位、深度等信息完成相应的判断与分析。在缺陷面积、深度、位置等信息不同的情况下，接收到的反射波也会对应的存在不同。

由于脉冲回波法对金属的内部缺陷和表面缺陷的检测定位能力较强，因此可以用一个收发合置的探头在工件的单侧面进行检测。相对而言，该方法简单且容易操作，对缺陷的检测灵敏度高，速度较快，应用费用较低，所以一般使用脉冲回波法对金属材料进行检测。但该方法也有其自身的局限性，当缺陷与工件内无缺陷部分的声阻抗基本相同时，反射信号的能量较小，导致反射信号不易接收。由于脉冲回波法对被测工件中接近检测表面的缺陷难以识别，所以存在一定的检测盲区。同时，由于超声波在物体中传播声程较长，而脉冲回波法又需要根据被测工件的反射信号对工件进行检测分析，因此当材料的声衰减率过高时，无法使用脉冲回波法对工件进行检测

金属铸件在进行制作时，由于自身形成的原因，会使得铸件成型后其内部不均匀，并且因此造成缺陷。铸件常见缺陷有气孔、夹渣、缩孔、冷裂纹、材料不均、晶粒粗大等缺陷。

气孔

在金属凝固的过程中，由于气体无法排出而停滞在金属内部，从而形成了气洞。洞的内壁十分光滑且内部存在气体，而超声波经过气孔时的反射率较高。因此在使用超声检测时，当工件内的缺陷为气孔的情况下，较易被检测发现。一般气孔的形状均为球形或椭球形。气孔的波形特征是反射波峰高并且单一，对底波影响不大。

缩孔

铸件冷却凝固时，由于存在不均匀收缩的现象，使得最后凝固的区域存在孔洞。当这些孔洞较为集中且具有一定的容积时，则将其称为缩孔。通常缩孔的表面都较为粗糙，并且呈现的形状均为无规则分布的。对比工件内的气孔与缩孔时，可以利用缩孔的两个特点，对工件内缺陷进行准确判断。缩孔的波形特征是一个回波内具有多个峰值并且幅值较大。

夹杂

铸件中较常见的夹杂是内在夹杂、外来金属夹杂及非金属夹杂。在实际检测时，较常检测出的夹杂类的缺陷均为非金属夹杂，夹杂会破坏材料自身的连续性。当夹杂出现在工件内部的不同位置，并且夹杂物的含量与形态不同时，均会对工件产生不同的性能影响。当前由于真空技术的普遍应用，因此夹杂现象相对于气孔而言，更易出现在铸件内并影响其使用。夹杂的回波较弱，在不同方位探测时，回波变化较大。

裂纹

铸件在形成过程中，较为常见的裂纹是由于热处理不当而导致的，或是由锻造过程中所产生的裂纹，或是由于工件使用时间过长造成的疲劳裂纹。冷裂纹在检测时其回波幅值较高，对底波的影响较大。

晶粒粗大

晶粒粗大是超声检测过程中常见的缺陷，当工件存在晶粒粗大的情况时，不但对工件性能有所影响，甚至会对小缺陷的超声回波信号产生影响。

超声检测是一个声能量穿透工件后，根据信号能量的改变而判定缺陷的过程。脉冲发生器产生信号后通过探头发射超声波，将探头放置被测工件表面，超声波通过耦合剂进入被测工件。当被测工件内存在缺陷时，超声信号在遇到材料变化的情况后会发生相应的反射、折射等物理现象，通过探头接收反射的超声信号。探头实际为一个声—电换能器，将反射后得到的声能量转化为电信号，传送至放大器，经过放大后，通过计算机或其他显示仪器，对工件内部缺陷进行显示并分析。根据获得的缺陷反射信号的时间与幅值，与标准试块中的人工缺陷的幅值进行比较后，可以对被测工件的缺陷位置与尺寸完成估计。对金属材料进行实际检测时，采集得到的信号为带噪信号。在带噪信号中，有用信息有可能被噪声完全湮没，无法直接获取，因此需要采用信号处理技术，将噪声从检测信号内滤除，从而得到清晰明显的信号。

超声信号是一种非平稳的、突变的信号，在进行检测时，需要对局部时间范围内的频谱信息进行相关表示与分析，传统的信号分析方法无法满足检测后对信号的相关要求，因此需要采用时频分析方法对超声信号进行处理。时频分析技术与传统的信号分析方法不同之处在于，这种分析方法不仅是在时域或频域上对信号完成分析处理，它是在时域与频域联合的基础上进行的。时频分析的基本思想是：需要使用时域与频域相结合的函数，用这种函数对信号的不同时间与频率进行描述，并且可以得到各个时刻的瞬时频率与幅值。