提到超聲波檢測,大家的第一印象肯定是醫(yī)療領(lǐng)域檢測寶寶健康狀態(tài)的“B超”檢測,但其實在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域,超聲波檢測探傷技術(shù)一直是五大常規(guī)探傷技術(shù)中最常用的檢測手段。簡稱UT,除此之外還有磁粉MT、渦流ET、滲透PT、射線RT,等,它們之間不分伯仲又互相補充,不同的應(yīng)用場景適用不同的檢測方法。基于超聲UT檢測技術(shù)具備檢測靈敏度高,沒有損耗,適用材料范圍廣等優(yōu)點,后根據(jù)檢測需求進化出了多種超聲無損檢測技術(shù)。
再聊超聲相控陣檢測技術(shù)與超聲掃描顯微鏡技術(shù)之前,咱們還得簡單普及一些基礎(chǔ)知識,超聲探傷原理,超聲波是一種高頻的機械波,聽不見摸不著。但是遇到不同材料的接合面會產(chǎn)生反射波信號,通過反射波信號以及發(fā)射接受時間差我們就能大概判斷出材料內(nèi)部的缺陷了。
舉個例子,當你在山谷向著對面山峰大喊一聲,間隔兩秒你耳朵聽到了自己的回聲,在不考慮氣溫的影響下,由于聲波在空氣中的速度是一定的340M/S,聲波從碰到對面山峰到返回自己耳朵用時2秒,就可以大約估計自己距離山峰的距離34x2=640/2=340m/s了。這就是最底層的超聲波探傷原理。
傳統(tǒng)便攜式數(shù)字超聲探傷儀器多數(shù)是將接收到的超聲信號處理成波形圖像,即A-Scan波形,根據(jù)手動移動超聲探頭,根據(jù)材料波形的形狀判斷出被測物體里面是否有異常和缺陷有無、缺陷信號強弱信息, 無法對缺陷定性定量分析。適用頻率范圍:20000HZ—2MHZ。缺陷分辨率:5mm-2cm。價格范圍5000-50000元。
隨著檢測技術(shù)要求對提高,便攜式超聲探傷儀器已經(jīng)無法滿足部分高端制造產(chǎn)品的缺陷檢測,高精度,直觀觀測材料內(nèi)部圖像的超聲檢測需求尤為重要。
超聲相控陣技術(shù)(Ultrasonic Phased Array)是一種基于多晶片陣列探頭和電子控制聲束的無損檢測技術(shù),通過靈活調(diào)整聲束的聚焦、偏轉(zhuǎn)和掃描模式,實現(xiàn)對材料內(nèi)部缺陷的高效、高精度檢測。
頻率范圍2MHZ-15MHZ,缺陷分辨率mm級。檢測效果:直觀成像。通過電子掃描實現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)、動態(tài)聚焦和多角度掃查,無需機械移動探頭,適用于狹窄空間和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。支持扇形掃查(S-Scan)、線性掃查等多種模式,檢測效率大大提升。唯一缺點就是檢測精度不夠高,對于超高精度檢測領(lǐng)域還是力不從心,如半導(dǎo)體封裝,晶圓鍵合,PCB電路板等領(lǐng)域。價格范圍10-30萬。
超聲波掃描顯微鏡(scanning acoustic microscope,SAM),又稱超聲波掃描斷層成像(scanning acoustic tomography,SAT)是一種使用聚焦超聲波來研究、測量或成像物體的設(shè)備。
檢測基本原理為利用超聲波發(fā)射源,通過純水為介質(zhì)而傳導(dǎo)到待測試工件上,經(jīng)由超聲波的反射或穿透等作用,將此訊號經(jīng)機臺特定軟件處理成像。
常用于失效分析和無損檢測。SAM在半導(dǎo)體行業(yè)檢測微電子封裝內(nèi)的空隙、裂紋和分層方面非常有用。頻率范圍15MHZ-2GMZ,分辨率:微米到亞納米級。目前國內(nèi)超掃頻率超過500MHZ的超聲成像技術(shù)一片空白。優(yōu)點搭配高精度自動化檢測,檢測精度高,掃描模式全面。缺點檢測效率低于超聲相控陣,設(shè)備造價高,市場價格50-300萬。
Hiwave和伍研發(fā)的超聲掃描顯微鏡利用高頻超聲探頭:(10-300MHZ),缺陷分辨率1微米,可對工件內(nèi)部缺陷進行多種掃描成像模式;A、B、C、T、批量掃描、斷層掃描。支持MES系統(tǒng)接入、并對缺陷尺寸面積進行自動統(tǒng)計分析、可對檢測結(jié)果自動進行編輯并輸出報告文檔。