1、超聲波探傷第1頁第一章 超聲波檢測物理基礎(chǔ)一、波動(一)振動與波物體或質(zhì)點(diǎn)在某一平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動，這種運(yùn)動狀態(tài)就叫做機(jī)械振動，簡稱振動。假如物體或質(zhì)點(diǎn)作周期性直線振動，它離開平衡位置距離與時(shí)間能夠用正弦或余弦函數(shù)表示，稱為簡諧振動。這是最基本最主要周期性直線振動。第2頁比如鐘擺運(yùn)動，彈簧振子運(yùn)動，以及弦線和一切發(fā)聲體運(yùn)動等。振動和波動是物質(zhì)基本運(yùn)動狀態(tài)。振動類型很多，除了簡諧振動外，還有固有振動、受迫振動、阻尼振動等，這些振動都是較為復(fù)雜振動，但基礎(chǔ)是簡諧振動，復(fù)雜振動能夠經(jīng)過傅利葉分析方法分解為多個(gè)簡諧振動。所以，在超聲檢測中，進(jìn)行相關(guān)振動分析時(shí)，慣用彈簧振子Q作為基本分析模型。第3頁

2、彈簧振子受力振動后，振子Q離開平衡位置位移量X隨時(shí)間t改變規(guī)律可由以下余弦函數(shù)（或正弦函數(shù)）描述： X=Acos（2t/T+） 或 X=Acos (t+)=Asin (t+ /2) （1-2） 式中，X為t時(shí)刻振子Q離開平衡位置距離；A為振幅，表示振子Q在振動過程中最大位移量；T為周期，振子Q在平衡位置附近振動一次所需要時(shí)間；f為頻率，單位時(shí)間內(nèi)振子Q振動次數(shù)，與周期互為倒數(shù)，即f=1/T。赫茲（Hz）單位為每秒振動一次1兆赫為1MHz；（t+)為相位角，振子Q在振動過程中某一瞬間（t時(shí)刻）所處位置。在t=0時(shí)刻相位角，稱為初始相位；為圓頻率，表示在秒內(nèi)振動周期數(shù)? (每振動一次時(shí)間為360度

3、)。 振幅A、周期T、頻率f和相位角（t+）是描述簡諧振動基本物理參數(shù)。第4頁(二)波動波動簡稱波，它是振動或振蕩在物體或空間中傳輸；振動是產(chǎn)生波動根源。波動是振動結(jié)果，是物質(zhì)基本運(yùn)動形式之一。波動可分稱兩大類，一類是機(jī)械波，另一類是電磁波。二者有很大本質(zhì)區(qū)分，不可混同。第5頁區(qū)分機(jī)械波是機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中引發(fā)波動過程。比如水波、聲波、超聲波等。電磁波則是電磁振蕩所產(chǎn)生改變電場和改變磁場在物體中或空間(如真空)傳輸過程，如無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線等。第6頁1、機(jī)械波動條件機(jī)械波產(chǎn)生除了需要振動波源，還必須有傳輸波動彈性介質(zhì)。彈性介質(zhì)是相互間由彈性力連系著質(zhì)點(diǎn)所組成物質(zhì)，比如

4、超聲檢測大量金屬及非金屬固體工件，自然界中其它液體和大多數(shù)氣體等。質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過相互間彈性聯(lián)絡(luò)，就可將振動能傳輸?shù)阶銐蜻h(yuǎn)，這就是波動過程。超聲波聲波歸屬于機(jī)械振動范圍。所以，產(chǎn)生超聲波條件：(1)要有產(chǎn)生高頻機(jī)械振動聲源； (2)要有傳輸超聲波彈性介質(zhì)。第7頁2、波動方程描述介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)相對于平衡位置位移隨時(shí)間改變方程稱為行波波動方程。波動方程式也可寫成： y=Acos（ t- kx） (1-3)波動方程物理意義：(1)當(dāng)距離x一定時(shí)，位移y僅為時(shí)間t函數(shù)。這時(shí)波動方程表示x處振動情況；(2)當(dāng)初間t一定時(shí)，位移y是距離x函數(shù)。這時(shí)波動方程表示某一時(shí)刻同一波線上各質(zhì)點(diǎn)位移情況；(3)當(dāng)t和x都改變時(shí)，

5、波動方程表示在任意時(shí)刻波線上任意一點(diǎn)位移情況，k= /c為波數(shù)，波速也稱相位速度。第8頁二、超聲波特征(一)聲波種類超聲波是聲波一個(gè)，廣泛地應(yīng)用于無損檢測中。聲波是在彈性介質(zhì)中傳輸機(jī)械波，其種類按頻率范圍能夠分為四類：次聲波頻率在20Hz以下，人耳聽不到；聲波在20Hz20KHz之間，人耳可聞； 超聲波20KHz1000MHz，人耳不可聞； 特超聲波在1000MHz以上，人耳不可聞。 第9頁適用頻率超聲波探傷慣用頻率為 0.25MHz15MHz。對金屬材料普通頻率為 0.510MHz。鋼結(jié)構(gòu)焊縫慣用頻率為15MHz。陶瓷慣用頻率則為2.2510MHz。對鑄鐵、非金屬聲衰減強(qiáng)烈粗晶材料， 甚至采

6、取25KHz0.25MHz 頻率。第10頁 (二)超聲波特征之一1、束射特征 因?yàn)槌暡l率較高，波長較短，聲束指向性很好，可使超聲能量向一個(gè)確定方向集中輻射，所以利用超聲波可在被檢工件內(nèi)部發(fā)覺缺點(diǎn)，又便于缺點(diǎn)定位；第11頁超聲波特征之二2、反射特征 超聲波在彈性介質(zhì)中傳輸時(shí)，碰到異質(zhì)界面時(shí)會產(chǎn)生反射、透射或折射，這些現(xiàn)象主要由入射角度和不一樣介質(zhì)聲學(xué)特征決定。比如超聲脈沖反射法基本原理就是利用超聲波在缺點(diǎn)與材料間異質(zhì)界面反射來發(fā)覺缺點(diǎn)；第12頁超聲波特征之三3、傳輸特征 超聲波在彈性介質(zhì)中傳輸時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動位移小、振速高，強(qiáng)度與頻率平方成正比，所以，其聲壓和聲強(qiáng)遠(yuǎn)大于聲波，使得超聲檢測含有很強(qiáng)

7、穿透能力。在大多數(shù)介質(zhì)中傳輸能量損失小，傳輸距離大，在一些金屬材料中檢測范圍可達(dá)數(shù)米；第13頁超聲波特征之四4、波型轉(zhuǎn)換特征 超聲波斜入射在兩個(gè)聲速不一樣異質(zhì)界面上輕易實(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換。縱波、橫波、板波、表面波都能夠經(jīng)過壓電晶片產(chǎn)生縱波在異質(zhì)界面實(shí)現(xiàn)不一樣波型轉(zhuǎn)換。 橫波探傷、表面波探傷就是利用這一轉(zhuǎn)換特征例示。還有反射和折射橫波等。 所以，波型轉(zhuǎn)換條件是斜入射。不過在鋼/水界面，橫波無波型轉(zhuǎn)換。 第14頁三、超聲波波型(一)縱波L質(zhì)點(diǎn)振動方向與波動傳輸方向相同或相互平行波型稱為縱波。當(dāng)彈性介質(zhì)受到交替改變拉伸、壓縮應(yīng)力作用時(shí)，就會產(chǎn)生交替改變伸長和壓縮形變，質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生疏密相間縱向振動，振動又作用于

8、相鄰質(zhì)點(diǎn)而在介質(zhì)中傳輸，受力質(zhì)點(diǎn)間距也會對應(yīng)產(chǎn)生交替疏密改變，產(chǎn)生縱波?？v波也稱為“壓縮波”或“疏密波”，用L表示。第15頁縱波L圖2.2.1第16頁(二)橫波S 質(zhì)點(diǎn)振動方向與波動傳輸方向相互垂直波型稱為橫波。當(dāng)固體彈性介質(zhì)受到交變剪切應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生剪切變形，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)就會產(chǎn)生對應(yīng)橫向振動，質(zhì)點(diǎn)振動方向與波動傳輸方向垂直，這種波型稱為橫波。因橫波是在剪切應(yīng)力作用下產(chǎn)生，故也稱剪切波或切變波，用S表示。第17頁橫波S圖2.2.2第18頁 (三)表面波 當(dāng)固體介質(zhì)表面受到交替改變應(yīng)力 作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)作對應(yīng)縱橫向復(fù)合振動。這種質(zhì)點(diǎn)振動所引發(fā)波動傳輸只在固體介質(zhì)表面進(jìn)行，故稱表面波。 換言之，表面波就

9、是當(dāng)交變表面張力作 用于固體表面時(shí)，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鬏敳?。這是著名物理學(xué)家瑞利于1887年首先 提出來，所以表面波又稱為瑞利波。第19頁介質(zhì)中瑞利波圖2.2.3第20頁表面波檢測表面波通常只能檢測距工件表面兩倍波長(2)深度以內(nèi)缺點(diǎn)。超聲波縱波傾斜入射到界面上，且入射角大于第二臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中既無折射縱波，又無折射橫波，在第二介質(zhì)表面形成表面波。這是表面波探頭設(shè)計(jì)原理和依據(jù)。當(dāng)瑞利波在傳輸途中碰到棱邊時(shí)，若棱邊曲率半徑R大于5倍波長，表面波可不受阻攔地完全經(jīng)過。當(dāng)R逐步變小時(shí)，部分表面波能量被棱邊反射；當(dāng)R(波長)時(shí)，反射能量很大。在超聲波探傷中利用這種反射特征來檢測工件表面和近表面缺點(diǎn)，

10、以及用來測定表面裂紋深度等。第21頁(四)板波板波狹義地講僅指蘭姆波。它是在板厚與波長相當(dāng)彈性薄板狀固體中傳輸聲波。即在板中傳輸波現(xiàn)有振動方向與板面垂直橫波(簡稱SV波)又含有振動方向與板面平行縱波(簡稱P波)。 第22頁各種波型比較表2.2.1 各種波型比較波型 質(zhì)點(diǎn)振動特點(diǎn) 傳輸介質(zhì) 應(yīng)用縱波 振動方向平行于播向 固、液、氣體 鋼板、鍛件探傷橫波 振動方向垂直于播向 固體介質(zhì) 焊縫、鋼管探傷表面波 質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動， 長軸垂直播向 固體介質(zhì) 鋼管、薄板探傷 短軸平行播向板波 對稱(S)型 上下表面：橢圓運(yùn)動 中心：縱向振動 固體介質(zhì)(波長薄板)薄板薄壁管探傷 非對稱(A)型上下表面：橢圓運(yùn)動

11、中心：橫向振動第23頁主要特征量 周期、頻率、波長、波速為四個(gè)特征量。令波在一個(gè)周期T內(nèi)所傳輸旅程為波長，用表示。依據(jù)頻率f和波速C定義，四者關(guān)系以下： C=f=/T (1-4) 波動每傳輸一個(gè)波長，波相位就改變/C=2，也即相隔整數(shù)倍波長各點(diǎn)是作同相位振動。令k=/c=2/，k稱為波數(shù)，描述波動慣用物理量。第24頁四、波形波陣面形狀即波形。波陣面是指波動傳輸過程中某一瞬時(shí)振動相位相同全部質(zhì)點(diǎn)聯(lián)成面。某一時(shí)刻，最前面波陣面，也即該時(shí)刻波動抵達(dá)空間全部點(diǎn)集合稱為“波前”，這是波陣面特例。波動傳輸方向稱為“波線”。 若按波陣面形狀來區(qū)分可把不一樣波源激發(fā)超聲波分為平面波、活塞波、球面波和柱面波等。

12、第25頁定義超聲波從聲源向四面圍傳輸擴(kuò)散過程用波陣面描述。波線：在無限大且各向同性介質(zhì)中振動向各方向傳輸，其傳輸方向用波線表示。波陣面：同一時(shí)刻介質(zhì)中振動相位相同全部質(zhì)點(diǎn)所連成面。波前：某一時(shí)刻振動傳輸?shù)诌_(dá)距聲源最遠(yuǎn)各點(diǎn)所連成面。第26頁(一)平面波含有相互平行平面狀波陣面超聲波為平面波。平面波能夠看成為一個(gè)無限大平面聲源，在各向同性彈性介質(zhì)中作簡諧振動所傳輸波動。平面波波陣面與聲源平面平行，且沿直線傳輸時(shí)含有良好方向性。若無吸收，聲壓不隨距離改變。理想平面波是不存在，但假如聲源截面尺寸比它所產(chǎn)生波長大得多時(shí)，該聲源發(fā)射聲波可近似地看作是指向一個(gè)方向平面波。若不考慮介質(zhì)衰減，平面波聲壓不隨聲源

13、距離改變而改變 。第27頁平面波第28頁（二）球面波 含有同心球面狀波陣面超聲波稱為球面波。球面波能夠看成是點(diǎn)狀球體源在各向同性彈性介質(zhì)中以相同速度向四面?zhèn)鬏斅暡ㄋ隆Ｇ蛎娌úㄔ礊橐稽c(diǎn)，它波陣面為球面，見圖2.2.7所表示。尺寸遠(yuǎn)小于波長點(diǎn)源在各向同性介質(zhì)中傳輸波可視為球面波。球面波波束向四面八方擴(kuò)散，當(dāng)不考慮介質(zhì)衰減時(shí)，球面波各質(zhì)點(diǎn)振幅與距離成反比。離源距離越遠(yuǎn)，點(diǎn)源輻射面積也越大，單位面積上聲能（即聲強(qiáng)）就越小。即聲強(qiáng)與距離平方成反比。第29頁球面波第30頁(三)柱面波 含有同軸圓柱面狀波陣面超聲波稱為柱面波。柱面波能夠看成是由含有類似無限長細(xì)長柱體形狀線源，在各向同性無限大介質(zhì)中傳輸所致

14、。 理想柱面波是不存在，當(dāng)線源長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長、而其徑向尺寸又比波長小得多時(shí)，此柱形源產(chǎn)生波動可看成柱面波。 第31頁柱面波第32頁小結(jié)一1、物理基礎(chǔ)1.1波動方程與超聲特點(diǎn) Y=ACOS(2t/T+ )=ACOS(t+ ) 束射性 反射性 傳輸性 波型轉(zhuǎn)換1.2超聲波傳輸 波陣面和波形 連續(xù)波和脈沖波 駐波 波型 聲速 聲強(qiáng) 聲阻抗 1.3超聲波衰減 擴(kuò)散 散射 吸收第33頁小結(jié)二2.1超聲場圓盤源縱波聲場 指向性(半擴(kuò)散角，近場長度，非擴(kuò)散區(qū))聲壓反射系數(shù) (斜入射反射/折射臨界角)入射角等于反射角；縱波反射角大于橫波反射角；液體氣體無橫波2.2回波聲壓和分貝差條件 公式 例示計(jì)算法；試塊

15、法不一樣規(guī)則反射體回波分貝差公式第34頁小結(jié)三2.3超聲波探傷儀模擬式數(shù)字式測厚儀2.4換能器與試塊劃分橫波、縱波探頭（直探頭、斜探頭）標(biāo)準(zhǔn)和對比試塊（設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用）DAC曲線制作和使用（適用性、可靠性、比較性等方面）第35頁小結(jié)四3、焊縫超聲波探傷探測面準(zhǔn)備；換能器選擇；定位法(水平、垂直、聲程定位法)；定量法(當(dāng)量法；測長法)；測長法(半波高度法；端點(diǎn)峰值法)。 4、超聲波探傷在鋼構(gòu)檢測中主要性非破壞性伎倆質(zhì)量安全衛(wèi)士第36頁復(fù)習(xí)關(guān)鍵點(diǎn)一計(jì)算K2探頭查鋁焊縫求深度；焊縫UT折射角范圍；鍛件探傷計(jì)算法求缺點(diǎn)當(dāng)量；探頭半擴(kuò)散角；底波高度法調(diào)整儀器，求分貝數(shù)。思索為何超聲波會在工件中衰減？什

16、么是第一、第二、第三臨界角？什么時(shí)候縱波入射會產(chǎn)生橫波全反射現(xiàn)象？超聲檢測底波高度法調(diào)整儀器應(yīng)滿足條件是什么？為何超聲縱波直探頭在鋼中近場長度比水中短？第37頁復(fù)習(xí)關(guān)鍵點(diǎn)二名詞 UT原理；彈性介質(zhì)；聲阻抗；折射現(xiàn)象； UT頻率；聲速；壓電晶片；掃查盲區(qū)；脈沖波；平面波球面波聲壓；聲強(qiáng)；壓電效應(yīng)。概念 超聲傳輸條件；不漏檢辦法；回波微弱；CSK-IA試塊；半圓試塊；DAC(JB4730)； 聲束近場長度；阻尼塊；晶片厚度；水/鋼界面橫波。第38頁五、連續(xù)波和脈沖波依據(jù)波源振動連續(xù)時(shí)間長短分類，波動主要有兩種。隨時(shí)間改變方式：一個(gè)是連續(xù)波，另一個(gè)是脈沖波。波源振動連續(xù)且連續(xù)時(shí)間為無窮波動，形成連續(xù)

17、波，如圖所表示；波源間隙振動，連續(xù)時(shí)間有限或很短(通常為微秒數(shù)量級)波動，且間歇輻射或只在一段時(shí)間內(nèi)有振幅波動，形成脈沖波。第39頁連續(xù)波圖1-10a第40頁脈沖波圖1-10b第41頁頻譜分析超聲檢測最慣用是脈沖波。一個(gè)脈沖波可分解為多個(gè)不一樣頻率諧振波疊加。主要進(jìn)行頻譜分析。頻譜特征量有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。帶寬：峰值兩側(cè)幅度下降為峰值二分之一時(shí)兩點(diǎn)頻率值之間頻率范圍。-6dB -3dB中心頻率：峰值兩側(cè)幅度下降兩點(diǎn)頻率值算術(shù)平均值頻率fc 。第42頁六、超聲波傳輸超聲波傳輸速度就是波動在單位時(shí)間內(nèi)傳輸距離，在聲學(xué)中又稱聲速。聲速與傳輸介質(zhì)密度和彈性模量相關(guān)。在超聲波檢測中，聲速是缺

18、點(diǎn)定位基礎(chǔ)。不一樣波型含有不一樣聲速。(一)無限大固體介質(zhì)中聲速當(dāng)介質(zhì)尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超聲波波長時(shí)，該傳輸介質(zhì)就能夠看成是無限大介質(zhì)。第43頁固體聲速固體無限大彈性介質(zhì)中縱波聲速公式(1-8)式中，E為介質(zhì)正彈性模量或楊氏模量；為介質(zhì)密度；為介質(zhì)泊松比，表示介質(zhì)拉伸時(shí)橫向相對縮短與相對伸長之比。固體無限大彈性介質(zhì)中橫波聲速公式(1-10)式中，G為介質(zhì)剪切彈性模量，表示固體介質(zhì)承受切應(yīng)力與切應(yīng)變之比。第44頁聲速比因?yàn)橐后w和氣體G=0，故Cs=0。固體無限大彈性介質(zhì)中表面波聲速公式(1-11)縱波、橫波和表面波均可在固態(tài)彈性介質(zhì)中傳輸，不一樣波型聲速有較大差異。在同介質(zhì)中，縱波與橫波聲速之比和表面

19、波與橫波聲速之比為 CL：CS：CR =1.8：1.0：0.9 第45頁物理意義一1、固體無限大彈性介質(zhì)中聲速與楊氏模量E或切變模量G、介質(zhì)密度相關(guān)。介質(zhì)不一樣，聲速不一樣。介質(zhì)彈性性能越強(qiáng)、即E或G越大，越小，則聲速C越大；假如頻率相同，則在同介質(zhì)中縱波波長最長，橫波次之，瑞利波長最短。第46頁物理意義二2、材料泊松比取值范圍為0,1，同一介質(zhì)中縱波聲速大于橫波聲速。一樣在同一介質(zhì)中傳輸時(shí)，縱波速度最快橫波速度次之，表面波速度最慢，即CLCSCR。 因?yàn)槿秉c(diǎn)檢出能力和分辨能力均與波長相關(guān)，普通波長越短，檢測靈敏度越高。所以，縱波對缺點(diǎn)檢出能力和分辨率要低于橫波。第47頁物理意義三3、工程中采

20、取各種鋼材，即使不一樣種類鋼材屈服極限、強(qiáng)度極限等力學(xué)性能相差很多，但它們彈性模量E、密度和泊松比相差不多，所以聲速也相差不多。以普通鋼材泊松比0.28，代入公式,可知鋼中Cl/Cs=1.8;Cr/Cs=0.92。鋼中縱波聲速約為橫波聲速(1.8)2倍，瑞利波聲速約為其橫波聲速0.92倍。這是超聲波一個(gè)主要性質(zhì)，對于超聲檢測有其實(shí)際意義。 第48頁液體、氣體介質(zhì)中聲速液體、氣體介質(zhì)中聲速公式 C=(B/) (1-9)由理想氣體狀態(tài)方程式推導(dǎo)出液體和氣體介質(zhì)中縱波聲速公式。Ka為與材料泊松比、波型相關(guān)常數(shù)。對于液體而言是體積彈性模量，對于氣體是體積膨脹系數(shù)為溫度函數(shù)；為定壓分子熱容量和定容分子熱

21、容量比值；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度；為氣體分子量。第49頁聲速隨溫度升高而降低在液體和氣體中縱波聲速是容變彈性模量和密度函數(shù)。彈性模量越大、密度越小，聲速就越大。多數(shù)介質(zhì)密度隨溫度升高，容變彈性模量降低，因而聲速隨溫度升高而降低。不過水例外，溫度在74C左右時(shí)聲速最大，當(dāng)溫度低于74C時(shí)，聲速隨溫度升高而增大；當(dāng)溫度高于74C時(shí)，聲速隨溫度升高而降低。 第50頁不一樣溫度下水中聲速水浸法超聲探傷以水為耦合介質(zhì)，水中聲速可由下式表示：Cl=15570.0245(74-t)米/秒 (1-12)式中t為水溫度(C)。不一樣溫度下水中聲速見表1-2。 表1-2 不一樣溫度下水中聲速溫度(C)10 2

22、0 30 40 50 60 70 80聲速(m/s)14481483151015301544155215551554第51頁(二)波疊加、干包括駐波1、波疊加現(xiàn)象在一個(gè)介質(zhì)中某一點(diǎn)有幾個(gè)聲波在同一時(shí)刻抵達(dá)時(shí)，該點(diǎn)振動是各個(gè)聲波在該點(diǎn)所引發(fā)振動合成，任一時(shí)刻該質(zhì)點(diǎn)位移是各個(gè)聲波在這一質(zhì)點(diǎn)上引發(fā)位移矢量和，這是聲波疊加原理。各列波相遇之后，每一個(gè)波仍保持自己原有特征（頻率、波長、振動方向等）不變，并按自己傳輸方向繼續(xù)前進(jìn)，如同在各自傳輸過途中沒有碰到其它波一樣，這說明波傳輸獨(dú)立性。所以，又稱波獨(dú)立性原理。第52頁相干波源2、波干涉 當(dāng)兩列頻率相同、振動方向相同、相位差恒定（特殊情況是相位相同）波動

23、在介質(zhì)一些點(diǎn)相遇后，因?yàn)椴▌盈B加，會使一些點(diǎn)處振動一直加強(qiáng)，而在另一些點(diǎn)處振動一直減弱甚至完全抵消，這稱為波干涉現(xiàn)象。能夠產(chǎn)生干涉現(xiàn)象波稱為相干波，其波源稱為相干波源。第53頁駐波兩個(gè)振幅相同相干波在同一直線上沿相反方向傳輸疊加而成波，稱為駐波。駐波是波干涉特例。駐波中振幅最大點(diǎn)稱為波腹，振幅為零處稱為波節(jié)。相鄰波腹和波節(jié)距離為四分之一波長，其出現(xiàn)位置取決于介質(zhì)聲阻抗，兩個(gè)相鄰波腹或波節(jié)之間距離為二分之一波長。超聲波傳輸方向上介質(zhì)厚度恰為二分之一波長整數(shù)倍時(shí)，就能產(chǎn)生駐波現(xiàn)象。 第54頁 (三)惠更斯原理1、惠更斯原理1690年惠更斯在波動起源和波動在彈性介質(zhì)中傳輸規(guī)律研究基礎(chǔ)上，得出經(jīng)過障礙

24、物上小孔所形成新波動與孔前波動狀態(tài)相關(guān)結(jié)論。著名惠更斯原理：介質(zhì)中波動傳到各點(diǎn)都能夠看作是發(fā)射子波波源，在其后每一時(shí)刻，這些子波包絡(luò)就決定了新波陣面。利用該原理，經(jīng)過作圖方式來確定波前幾何形狀和不一樣波源輻射超聲波傳輸方向。第55頁2、波衍射波在傳輸過程中碰到與波長相當(dāng)障礙物時(shí)，能繞過障礙物邊緣改變方向繼續(xù)前進(jìn)現(xiàn)象，稱為波衍射或波繞射。依據(jù)惠更斯原理，缺點(diǎn)邊緣可看作是發(fā)射子波波源，改變波傳輸方向，從而使缺點(diǎn)背后聲影縮小，反射波降低。當(dāng)障礙物尺寸小于波長時(shí)，波繞射強(qiáng)，反射弱，缺點(diǎn)回波很低，輕易漏檢。反之，障礙物尺寸大于波長，則反射強(qiáng)，繞射弱，聲波幾乎全反射。對探傷是有利：波繞射使超聲波能順利地繞

25、過晶粒在介質(zhì)中傳輸。不利：會使小缺點(diǎn)回波顯著下降，易漏檢。第56頁七、超聲場特征值超聲場：充滿超聲波空間；超聲波：在NDT領(lǐng)域，用電脈沖激勵超聲換能器壓電晶片，使其產(chǎn)生機(jī)械振動，這種振動形成波動，在與其接觸彈性介質(zhì)中傳輸，產(chǎn)生超聲波。較為完整概念定義：超聲涉及其在傳輸過程中所占據(jù)空間稱為超聲場。超聲場特征值：聲壓、聲強(qiáng)和聲阻抗等。 第57頁(一)聲壓P在介質(zhì)中，無超聲波傳輸時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)也會有壓強(qiáng)。如比重為液體介質(zhì)中，液面下h處，會有壓強(qiáng)P0h。這稱為靜壓強(qiáng)。聲壓是聲波傳輸過程中介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變振動某一瞬時(shí)所受壓強(qiáng)P1與靜壓強(qiáng)P0之差即 P=P1- P0聲壓是聲波傳輸過程中所形成附加壓強(qiáng)，它相對于無

26、超聲波傳輸時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)靜壓強(qiáng)而言。聲壓單位是帕斯卡。 第58頁聲壓幅值通常把聲壓振幅簡稱為“聲壓”，并使它與A型脈沖反射式探傷儀示波屏上回波高度建立一定線性關(guān)系，經(jīng)過比較不一樣反射體回波高度比較其聲壓。由P= c v可知，介質(zhì)中某點(diǎn)聲壓幅值與介質(zhì)密度、聲速和質(zhì)點(diǎn)振動速度v成正比。 第59頁(二)聲強(qiáng)定義單位時(shí)間內(nèi)在垂直于聲波傳輸方向單位面積上所經(jīng)過聲能量為聲強(qiáng)。聲強(qiáng)也稱聲強(qiáng)度，以“I”表示。對于簡諧波也常將一周期中能流密度平均值作為聲強(qiáng)。平均聲強(qiáng)與頻率平方成正比。聲強(qiáng)單位為瓦每平方米。 第60頁分貝聲強(qiáng)級 = lg(I1/I2 ) 聲強(qiáng)級單位為貝爾(Bel)。工程上因?yàn)樨悹枂挝槐容^大，應(yīng)用時(shí)將其

27、縮小10倍后以分貝為單位，用符號dB表示： =10lg(I1/I2 )第61頁聲強(qiáng)級通常說某處噪聲為多少分貝，就是相對標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)而言。各種聲音和超聲波分貝值如樹葉沙沙聲約10dB；說話聲約50dB；大炮聲約100dB；超聲波為200dB等。待定聲強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)之比慣用對數(shù)就是聲強(qiáng)聲強(qiáng)級。 第62頁回波聲壓和波高當(dāng)超聲波探傷儀含有很好放大線性(垂直線性)時(shí)，兩個(gè)反射體回波聲壓和與它們各自在示波屏上形成回波高度成正比。慣用聲壓比(波高比)對應(yīng)dB值見表2.2.5。表2.2.5 慣用聲壓比(波高比)對應(yīng)dB值P1/P2(H1/H2)10 5 4 3.2 2 1.1 1dB 20 14 12 10 6 1

28、 0 第63頁換算關(guān)系奈培是兩個(gè)同量綱量之比值取e為底自然對數(shù)(分貝則以10為底慣用對數(shù))后單位，以Np表示。即=ln (P2/P1) =ln (H2/H1) (1-)分貝和奈培換算關(guān)系為 1Np=8.68dB 1dB=0.115Np例示：示波屏上一波高80mm，另一波高20mm，問前者比后者高多少分貝和奈培？解：=20lg(H2/H1 ) =20lg(80/20 ) =12(dB)；則=0.11512=1.38(Np)。第64頁(三)聲阻抗在聲壓表示式P= c v中，若同一聲壓， c越大，則v越??；反之，聲阻抗越小，質(zhì)點(diǎn)振動速度越大。c稱為介質(zhì)聲阻抗，是介質(zhì)本身性質(zhì)，表示介質(zhì)對質(zhì)點(diǎn)振動妨礙作

29、用，用“Z”表示。聲阻抗能直接表示介質(zhì)聲學(xué)特征，不一樣介質(zhì)聲阻抗相差很大。超聲波在不一樣介質(zhì)分界處行為與相關(guān)介質(zhì)聲阻抗有親密關(guān)系。慣用液體介質(zhì)密度及聲阻抗和慣用固體介質(zhì)聲阻抗分別見表。氣體、液體、金屬之間特征阻抗之比靠近于1：3000：80000 。第65頁軸對稱超聲場 超聲場中不一樣點(diǎn)聲壓改變，就用每點(diǎn)處聲壓幅值代表該點(diǎn)聲壓。介質(zhì)中沒有異質(zhì)物體存在時(shí)，各點(diǎn)聲壓（幅值）主要由該點(diǎn)位置決定。因?yàn)閳A形平面晶片是經(jīng)典輻射聲源，在各向同性介質(zhì)中產(chǎn)生超聲場含有軸對稱特點(diǎn)，所以主要討論晶片輻射縱波軸對稱超聲場。第66頁超聲近場區(qū)超聲波探頭中心軸線上與聲源相距x點(diǎn)聲壓方程： (1-39)式中，P0為聲源起始

30、聲壓； D為圓形平面晶片直徑； 為超聲波在介質(zhì)中波長。圓平面晶片輻射聲源中心軸線上聲壓分布，在距聲源較近處，因?yàn)閴弘娋细鱾€(gè)點(diǎn)輻射源到軸線上同一點(diǎn)聲波相位差會引發(fā)聲波干涉現(xiàn)象而使得瞬時(shí)聲壓存在著若干個(gè)周期性極大值和極小值，這使得不一樣點(diǎn)上聲壓改變很大，由該區(qū)域回波信號無法正確獲取缺點(diǎn)相關(guān)信息。該區(qū)域被稱為超聲近場區(qū)。 第67頁近場區(qū)長度N聲壓幅值取極值最大x，這個(gè)x就是近場區(qū)長度N。當(dāng)D2，有N=(D-)/4=D/4遠(yuǎn)場區(qū)超聲波聲壓與聲程有較明確關(guān)系。當(dāng)聲程較大時(shí)，聲壓與聲程反比關(guān)系。 對示波屏上超聲波幅值改變分析，能夠得到結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺點(diǎn)大小、位置明確信息，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺點(diǎn)檢驗(yàn)。 第68頁聲

31、束指向性表征聲源輻射場特征另一個(gè)主要特征是聲束指向性。聲源向一個(gè)確定方向集中輻射超聲波束性質(zhì)就是聲源聲束指向性。聲束指向性反應(yīng)了聲場中聲能集中程度和幾何邊界。超聲探傷要求定量定位所用超聲場必須含有良好聲束指向性。主聲束邊界與聲源軸線夾角就稱為半擴(kuò)散角，通慣用表示。 第69頁半擴(kuò)散角若聲束半擴(kuò)散角越小，則超聲波輻射能量越集中，聲束指向性就越好，對缺點(diǎn)定位精度越高，對不一樣缺點(diǎn)分辨力及檢測靈敏度也越高。直徑為D圓形晶片激發(fā)波長為超聲波時(shí)半擴(kuò)散角表示為=70/D(度)邊長為a正方晶片激發(fā)波長為超聲波時(shí)半擴(kuò)散角表示為 =57/a(度)第70頁非擴(kuò)散區(qū)b在波源附近存在著這么一個(gè)區(qū)域，聲波并沒有擴(kuò)展，聲束

32、能夠看成是一個(gè)圓柱體，離波源不一樣距離處平均聲壓基本不變，就稱為非擴(kuò)散區(qū)。非擴(kuò)散區(qū)是一個(gè)圓柱形區(qū)域，其長度b=1.67N或1.64N，N為近場區(qū)長度。在非擴(kuò)散區(qū)（xb），超聲波波陣面為平面，形成平面波聲場，其聲壓不隨與聲源距離改變而改變。當(dāng)xb時(shí)，超聲波聲束擴(kuò)展；當(dāng)x3N時(shí)，超聲波聲束以球面波傳輸。 第71頁超聲場擴(kuò)散 圖1-34第72頁例題：用2.5MHz直徑20mm縱波探頭探傷，求在鋼和水中近場長度、半擴(kuò)散角和未擴(kuò)散區(qū)長度多??？解：已知聲速，鋼中5900m/s，水中1480m/s，則鋼=5.9/2.5=2.36mm； 水=1.48/2.5=0.6mm近場長度 鋼中 N=(2020)/(42

33、.36)=42.4mm；水中N=400/(40.6)=167mm半擴(kuò)散角 鋼中 =(702.36)/20=8.26 水中 =(700.6)/20=2.1未擴(kuò)散區(qū)長度 鋼中 b=1.67N=1.6742.4=70mm； 水中 b=1.67N=279mm第73頁產(chǎn)生超聲波其它方法電動力學(xué)法磁致伸縮法機(jī)械法即沖擊或摩擦熱效應(yīng)法 或激光超聲靜電法其它第74頁八、超聲波衰減（一）衰減原因：超聲波在均勻介質(zhì)中衰減主要有以下三個(gè)原因：（1）聲束擴(kuò)散；（2）介質(zhì)顆粒引發(fā)散射；（3）介質(zhì)對波動能量吸收。擴(kuò)散衰減與傳輸介質(zhì)無關(guān)，衰減程度由波形和傳輸距離確定。平面波聲束不擴(kuò)散，聲強(qiáng)、聲壓不隨傳輸距離改變而改變，無擴(kuò)

34、散衰減。球面波聲強(qiáng)與傳輸距離平方成反比，聲壓則與傳輸距離成反比。柱面波則聲強(qiáng)與傳輸距離成反比，聲壓與傳輸距離平方根成反比。第75頁(二)衰減系數(shù) 設(shè)Px為距聲源x處聲壓； P0為聲源輻射聲壓；為衰減系數(shù)，包含散射和吸收衰減，表示單位厚度介質(zhì)對超聲波衰減，單位為dB/mm。 Px= P0exp(- x)衰減系數(shù)測定材料衰減測定方法有相對比較法和絕對法兩種。多塊試樣測定法、屢次脈沖反射法第76頁例1：厚度為200mm鋼件，測得第五次底面回波與第二次底面回波高度dB差為Vmn=14dB，求試樣衰減系數(shù)？解：試樣衰減系數(shù)=(Vm-n-20lgn/ m)/2(n-m)T=(14dB-20lg5/2)/1

35、200=0.005(dB/mm)對于厚度大于200mm(要求T3N)板材，考慮到擴(kuò)散衰減，在大平底面、上下相互平行、不沾油污、測試處無缺點(diǎn)條件下，能夠依據(jù)第一、二次底波B1、B2高度來測定衰減系數(shù) =(20lg B1/ B2-6)/2T 式中，T為工件厚度。第77頁例2：厚度為400mm鋼件，在相同探測條件下，測得底波一次回波100%，二次回波20%，求該鋼件衰減系數(shù)？全程衰減量？解：鋼件衰減系數(shù) =(20lg B1/ B2-6)/2T=(20lg100/20-6)/2400=(14-6)/800=0.01dB/mm第78頁例3：用2.5MHz直探頭探測厚度為200mm餅形鍛件，測得底波高B1

36、=80%，B2=35%。若不計(jì)底面反射損失，求鍛件衰減系數(shù)？解：鍛件衰減系數(shù)=(20lg B1/ B2)-6/2T=(20lg 80/35)-6/2200 =0.003 dB/mm第79頁例4：用5MHz直探頭探測厚度為15mm鋼板，測得底波高B1=80%，B5=40%。若每次底面反射損失為1.2 dB，求鋼板衰減系數(shù)？解：鋼板衰減系數(shù) =(20lg B1/ B5)-4/2T=(20lg 80/40-41.2/2(515-15)=1.22/260=0.01 dB/mm第80頁九、超聲波發(fā)射聲場與回波聲壓(一)超聲平面波在大平界面垂直入射超聲波在異質(zhì)界面上反射、透射和折射規(guī)律是超聲波探傷主要物理

37、基礎(chǔ)。當(dāng)超聲波垂直入射于兩種介質(zhì)分界面時(shí)，一部分能量反射回第一個(gè)介質(zhì)內(nèi)部，形成反射波，不考慮能量損耗時(shí)，可認(rèn)為其余能量穿透分界面進(jìn)入第二種介質(zhì)繼續(xù)傳輸，稱為透射波。反射波和透射波聲能分配由兩種介質(zhì)聲阻抗決定。 第81頁超聲波垂直入射單一平面界面1、反射、透射定律聲壓和聲強(qiáng) Pi+Pr=Pt定義反射波、入射波聲壓之比為聲壓反射率Rp，透射波、入射波聲壓之比為聲壓透射率Dp；反射波、入射波聲強(qiáng)之比為聲強(qiáng)反射率Ri，透射波、入射波聲強(qiáng)之比為聲強(qiáng)透射率Di。 第82頁聲壓(強(qiáng))反射率 聲壓(強(qiáng))透射率 能量守恒Rp=Z2-Z1/Z2+Z1Dp=2Z2/Z2+Z1RI=Z2-Z1/Z2+Z1DI=4Z2

38、Z1/Z2+Z1 PI+DI=1 1+RP=DP第83頁兩個(gè)條件當(dāng)超聲波垂直入射到兩種聲阻抗不一樣大平界面上時(shí)，聲壓或聲強(qiáng)分配百分比，僅與兩側(cè)聲阻抗相關(guān)。在界面兩側(cè)聲波，必須符合兩個(gè)條件： (1)界面兩側(cè)總聲壓相等，即到達(dá)力平衡：Pi+Pr=Pt ；(2)界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動速度幅值相等，且聲強(qiáng)滿足能量守恒定律: RI+DI=1。第84頁(二)斜入射反射、折射和波型轉(zhuǎn)換1、縱波、橫波斜入射超聲平面波以一定傾斜角入射到異質(zhì)界面上產(chǎn)生反射和折射，遵照反射和折射定律。同時(shí)，超聲波在一定條件下界面上還會產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在垂直入射時(shí)不會發(fā)生。因?yàn)闅鈶B(tài)和液態(tài)介質(zhì)不能傳輸橫波，所以，斜入射時(shí)波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)

39、象還與界面兩側(cè)介質(zhì)狀態(tài)相關(guān)。設(shè)超聲波縱波以入射角傾斜入射到分界面。一部分超聲波在界面上反射，返回介質(zhì)1。在這部分超聲波中，現(xiàn)有縱波，又有橫波。還有一部分超聲波經(jīng)過該界面折射進(jìn)入介質(zhì)2。一樣在這部分超聲波中，也是現(xiàn)有縱波，又有橫波，如圖2.2.24。第85頁縱波斜入射 圖2.2.24反射縱波和橫波反射角L和s 、折射縱波和橫波折射角L和s與縱波和橫波分別在第一、第二介質(zhì)中聲速C L1Cs1CL2和Cs2之間滿足以下反射、折射定律： sinL/C L1= sinL/C L1= sinL/CL2= sins/Cs2第86頁橫波斜入射一樣，超聲波橫波以入射角傾斜入射到分界面時(shí)，有 sinL/C s1=

40、 sinL/C L1= sinL/CL2= sins/Cs2從式中可見，假如是縱波入射，反射波中縱波反射角等于入射角，反射橫波反射角小于入射角；假如是橫波入射，反射波中縱波反射角大于入射角，橫波反射角等于入射角。 即橫波反射聲束總是位于縱波反射聲束與法線之間。另橫波折射角也總是位于縱波折聲束與法線之間。第87頁2、波型轉(zhuǎn)換在反射波和折射波中，除了有和入射超聲波同類型超聲波外，還有不一樣類型超聲波，即入射縱波會產(chǎn)生反射和折射縱波和橫波，入射橫波也會產(chǎn)生反射和折射縱波和橫波。這稱為波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。不過應(yīng)該注意到，因?yàn)橐簯B(tài)和氣態(tài)介質(zhì)不能傳輸橫波，所以不是任何情況下反射波和折射波都有波型轉(zhuǎn)換。第88頁舉

41、例(1)界面波型轉(zhuǎn)換:介質(zhì)1為固體2為液體，縱波入射在介質(zhì)2中沒有折射橫波；(2)介質(zhì)同(1)，橫波入射介質(zhì)2只有折射橫波；(3)介質(zhì)1為液體，2為固體，縱波入射在介質(zhì)1中只有反射縱波；在入射角較小且介質(zhì)1聲阻抗較大下，才可能有折射縱波和折射橫波；(4) 兩介質(zhì)均液體，只縱波入射,反/折射均縱波；(5) 兩種介質(zhì)均固體，入射波為縱波橫波，反射波折射波中現(xiàn)有縱波又有橫波。聲波從固體斜射至空氣在固體中存在反射縱波和(或)橫波。第89頁3、臨界角縱波第一臨界角假如超聲波縱波聲束傾斜入射到兩種介質(zhì)交界面上，而且縱波在第二介質(zhì)中波速大于第一介質(zhì)，對應(yīng)地縱波折射角必定大于縱波入射角，而且折射角會伴隨入射角

42、增大而單調(diào)地增大。第90頁縱波第一臨界角定義：縱角波斜入射使固體中L =90縱波入射L稱為縱波第一臨界角 LK1=arcsinCL1/CL2物理意義：假如入射角大于第一臨界角，縱波在界面全反射，第二介質(zhì)中就沒有縱波傳輸，只存在折射橫波。這種縱波全反射現(xiàn)象出現(xiàn)條件為CL2CL1第91頁縱波第二臨界角定義：縱波傾斜入射時(shí)使得折射橫波折射角s=90入射角為縱波第二臨界角. LK2=arcsinCL1/Cs2入射角大于縱波第二臨界角時(shí)，入射縱波聲束變型橫波不傳入第二介質(zhì)，產(chǎn)生橫波全反射現(xiàn)象，第二介質(zhì)中既無折射縱波，又無折射橫波，在第二介質(zhì)表面形成表面波。 第92頁橫波第三臨界角:超聲波橫波傾斜入射時(shí)，

43、產(chǎn)生反射超聲波中現(xiàn)有橫波也有縱波。因?yàn)樵谕唤橘|(zhì)中縱波波速總是大于橫波波速，故縱波反射角總是大于入射角，而且入射角增大時(shí)縱波反射角也會增加。將橫波斜入射至固/氣界面并產(chǎn)生縱波全反射L90橫波入射角稱為第三臨界角。 第93頁例示：已知材料縱波聲速6260m/s，第三臨界角29.5求其橫波聲速？解：Cs=6260sin29.5=62600.4924=3083m/s第94頁 (三)曲面透鏡超聲波聚焦和發(fā)散設(shè)透鏡曲率半徑為R，水中焦距為F，介質(zhì)1和介質(zhì)2聲速分別為C1和C2， 則焦距或曲率半徑為 F=RC1/(C1-C2) 或 R=F(C1-C2)/C1第95頁平面波在介質(zhì)彎曲面會聚與發(fā)散 (a)第9

44、6頁例示：若聲透鏡材料為環(huán)氧樹脂，水中焦距為150mm，求其球面曲率半徑R多少？解：已知C1=2730m/s，C2=1480m/s，F(xiàn)=150mm，且R=F(C1-C2)/C1=0.4578F則 R=F(C1-C2)/C1=150(2730-1480)/2730=68.68mm第97頁十、規(guī)則異質(zhì)體對超聲波反射(一)大平面(底面) 對超聲波反射超聲探傷中大平面是經(jīng)典規(guī)則反射面。設(shè)聲源為圓形晶片，直徑為D，大平底面B與聲源距離為XB，探頭上接收到返回聲壓相當(dāng)于傳輸了2XB聲程超聲波聲壓： PB=P0 D/4(2XB)第98頁(二)平底孔對超聲波反射假設(shè)在均勻介質(zhì)中，在遠(yuǎn)場區(qū)有一個(gè)距探頭晶片X圓形

45、平底孔反射體，其直徑為 (D) ，從聲源出發(fā)傳輸?shù)狡降卓椎酌嫔先肷渎晧簽椋?P =P0 D/4X 第99頁(三)球形孔對超聲波反射球形孔洞表面入射聲壓為 Pd =P0 Dd/4Xd (4Xd ) 從外表面檢測底面反射回波聲壓為 PR =P0 D/8XR(d/D)從內(nèi)表面檢測底面反射回波聲壓為 Pr =P0 D/8Xr(D/d)第100頁規(guī)則反射體回波聲壓公式不一樣距離大平底回波分貝差=20lg(X2/X1)同距不一樣平底孔回波分貝差=40lg(1/2) 同徑異距平底孔回波分貝差=40lg(X2/X1)同距異徑長橫孔回波分貝差=10lg(1/2) 同徑異距長橫孔回波分貝差=30lg(X2/X1)

46、 同距同長度異徑短橫孔貝差=10lg(1/2) 同徑異距短橫孔回波分貝差=30lg(X2/X1)同距異徑球孔回波分貝差=20lg(d1/d2)同徑異距球孔回波分貝差=40lg(X2/X1) 第101頁一、概述1、儀器作用2、儀器分類第二章 儀器、探頭和試塊第一節(jié) 超聲波探傷儀 第102頁脈沖波連續(xù)波調(diào)頻波A型顯示B型顯示C型顯示單通道多通道按超聲波連續(xù)性分類按顯示方式分類按通道分類第103頁第104頁二、超聲波探傷儀工作原理 A型顯示探傷儀 同時(shí)電路發(fā)射電路掃描電路接收放大電路電 源TBF第105頁主要組成部分及作用 同時(shí)電路：掃描電路：發(fā)射電路：接收電路：顯示電路：電源：第106頁同時(shí)電路產(chǎn)

47、生數(shù)十至數(shù)千個(gè)脈沖，觸發(fā)探傷儀掃描電路和發(fā)射電路第107頁掃描電路產(chǎn)生鋸齒波電壓，加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上第108頁發(fā)射電路 產(chǎn)生幾百至上千伏電脈沖，加于發(fā)射探頭，激勵壓電晶片振動，發(fā)射超聲波第109頁接收電路 由衰減器、射頻放大器、檢波器和視頻放大器等組成第110頁主要控制旋鈕及功效 工作方式選擇發(fā)射強(qiáng)度衰減器增益深度范圍脈沖位移(延遲)抑制第111頁數(shù)字探傷儀特征與應(yīng)用 慣用A掃描數(shù)字超聲儀，穩(wěn)定性好，使用方便第112頁第二節(jié) 測厚儀 測厚儀工作原理、種類和應(yīng)用 共振式可測厚度下限小，精度較高脈沖反射式是當(dāng)前慣用測厚儀蘭姆波式應(yīng)用較少第113頁超聲儀器使用關(guān)鍵點(diǎn)(1) 開啟電源 (2) 工件

48、測厚(3) 測入射點(diǎn) (4) 測折射角(5) 掃描百分比 (6) DAC曲線(7) 粗探在先 (8) 細(xì)探在后(9) 指示長度 (10) 平行檢驗(yàn)(11)校準(zhǔn)兩點(diǎn) (12) 關(guān)機(jī)清場第114頁第三節(jié) 探頭 探頭作用、原理 一、壓電效應(yīng)一些晶體材料在交變拉壓應(yīng)力作用下，產(chǎn)生交變電場效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。正、逆壓電效應(yīng)通稱為壓電效應(yīng)。第115頁二、壓電材料主要性能壓電應(yīng)變常數(shù)d33壓電電壓常數(shù)g33介電常數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)K機(jī)械品質(zhì)因子m 頻率常數(shù)N居里溫度Tc d33= (m/V) t U g33= (Vm/N) Up p =C t A

49、 K = 轉(zhuǎn)換能量輸入能量 m = E貯E損N=tfo=CL/2第116頁超聲波探頭對晶片要求機(jī)電耦合系數(shù)K較大，方便取得較高轉(zhuǎn)換效率；機(jī)械品質(zhì)因子m較小，方便取得較高分辨率和較小盲區(qū)；壓電應(yīng)變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33較大，方便取得較高發(fā)射、接收靈敏度；頻率常數(shù)N較大，介電常數(shù)較小，方便取得較高頻率；居里溫度Tc較高，聲阻抗Z適當(dāng)?shù)?17頁三、探頭種類 和結(jié)構(gòu)直探頭斜探頭 表面波探頭 雙晶探頭聚焦探頭高溫探頭 、電磁探頭第118頁探頭種類 和結(jié)構(gòu)第119頁探頭種類 和結(jié)構(gòu)第120頁探頭種類 和結(jié)構(gòu)第121頁探頭種類 和結(jié)構(gòu)聚焦探頭焦距F F = c1r/(c1-c2)=nr/(n-1)

50、n=c1/c2 對于有機(jī)玻璃聲透鏡和水 F=2.2r 實(shí)際焦距 F=F L(c3/c2-1)第122頁基本頻率探頭型號組成晶片尺寸探頭種類特征晶片材料2.5P20Z5P66K2.5第123頁第四節(jié) 試塊 試塊用途 確定探傷靈敏度測試儀器和探頭性能調(diào)整掃描速度評判缺點(diǎn)大小第124頁試塊 分類1. 按試塊來歷分標(biāo)準(zhǔn)試塊參考試塊2. 按試塊上人工反射體分平底孔試塊橫孔試塊槽形試塊第125頁IIW（荷蘭試塊）國內(nèi)外慣用試塊第126頁國內(nèi)外慣用試塊IIW2（牛角試塊）第127頁GB/T11345-89標(biāo)準(zhǔn)采取試塊有：CSK-A CSK-A CSK-A RB-1 、2 、3 JG/T203-標(biāo)準(zhǔn)采取試塊有

51、：CSK-B CSK-A RB-1 CSK-ICi CSK-ICj JB/T4730.3-標(biāo)準(zhǔn)采取標(biāo)準(zhǔn)試塊有：（1）鋼板用標(biāo)準(zhǔn)試塊：CB、CB（2）鍛件用標(biāo)準(zhǔn)試塊：CS、CS、CS（3）焊接接頭用標(biāo)準(zhǔn)試塊：CSK-A 、 CSK-A、 CSK-A、CSK-A第128頁第129頁第130頁第131頁第132頁對比試塊對比試塊是用于檢測校準(zhǔn)試塊；對比試塊外形尺寸應(yīng)能代表被檢工件特征，試塊厚度應(yīng)與被檢工件厚度相對應(yīng)。假如包括到兩種或兩種以上不一樣厚度部件焊接接頭進(jìn)行檢測時(shí)，試塊厚度由其最大厚度來確定。第133頁第五節(jié) 儀器和探頭性能及其測試 儀器性能及其測試 水準(zhǔn)線性垂直線性動態(tài)范圍衰減器精度 第1

52、34頁水準(zhǔn)線性 = 100%amax0.8b第135頁垂直線性 D=（ d1 + d2 ）第136頁 動態(tài)范圍 將滿幅度100%某波高用衰減器衰減到剛能識別最小值時(shí)所需衰減dB值 *這時(shí)抑制為0衰減器精度 任意相鄰12dB誤差1dB 能夠用直探頭探測試塊內(nèi)同聲程2和 4平底孔，用衰減器將回波其調(diào)至同一高度，此時(shí)衰減器調(diào)整量與12dB查值即為衰減器誤差第137頁JG/T203-對儀器要求JB/T4730.3-對儀器要求第138頁探頭性能及其測試入射點(diǎn)K值聲束軸線偏離與雙峰聲束特征第139頁入射點(diǎn)與K值測定第140頁聲束軸線偏離與雙峰測定第141頁第142頁儀器和探頭綜合性能及其測試靈敏度余量 指

53、儀器最大輸出時(shí)，使要求發(fā)射體達(dá)基準(zhǔn)波高所需衰減衰減總量第143頁儀器和探頭綜合性能及其測試盲區(qū)與始脈沖寬度始脈沖寬度與靈敏度相關(guān)第144頁儀器和探頭綜合性能及其測試分辨力A、B、C不能分開時(shí) F=(91-85)a/(a-b)=6a/(a-b)A、B、C能分開時(shí) F=(91-85)c/a=6c/a第145頁儀器和探頭綜合性能及其測試分辨力 X=20lgh1h2第146頁儀器和探頭綜合性能及其測試信噪比 顯示器上有用最小缺點(diǎn)信號幅度與無用噪聲雜波幅度之比第147頁JG/T203-對探傷儀、探頭和系統(tǒng)性能要求（1）探傷儀性能 a）工作頻率：0.5MHz10MHz b）垂直線性：在熒光屏滿刻度80%范

54、圍內(nèi)呈線性，誤差小于5% c）水平線性：誤差小于1% d）衰減器：80dB以上連續(xù)可調(diào)，步進(jìn)級每檔小于2dB，精度為任意相鄰12dB誤差在1dB以內(nèi)，最大累計(jì)誤差小于1dB第148頁JG/T203-對探傷儀、探頭和系統(tǒng)性能要求（2）探頭 a）晶片面積普通不應(yīng)大于500mm2，且任一邊長標(biāo)準(zhǔn)上小于25mm b）單斜探頭聲束軸線水平偏離角不應(yīng)大于2，主聲束垂直方向不應(yīng)有顯著雙峰第149頁JG/T203-對探傷儀、探頭和系統(tǒng)性能要求（3）超聲探傷儀和探頭系統(tǒng)性能 a）在到達(dá)所探工件最大檢測聲稱時(shí)，其有效靈敏度余量應(yīng)大于10dB b）儀器和探頭組合頻率與公稱頻率誤差不得大于10% c）儀器和直探頭組合

55、始脈沖寬度（在基準(zhǔn)靈敏度下） 對于頻率為5MHz探頭，寬度小于10mm 對于頻率為2.5MHz探頭，寬度小于15mm d）直探頭遠(yuǎn)場分辨力應(yīng)大于30dB 斜探頭遠(yuǎn)場分辨力應(yīng)大于6dB第150頁探傷技術(shù)分類：原理分脈沖反射法、穿透法、共振法顯式分A、B、C型顯示波型分縱波法、橫波法、表面波法探頭分單斜法、雙探頭法、多探頭法耦合分接觸法、液浸法射角分直射聲束法、斜射聲束法第三章 超聲波探傷通用技術(shù)第151頁第一節(jié) 超聲波探傷方法 按原理分類脈沖反射法穿透法共振法第152頁缺點(diǎn)回波法第153頁底波高度法第154頁屢次底波法第155頁穿透法第156頁縱波法 橫波法第157頁探頭并列法第158頁按波形分

56、類縱波法橫波法表面波法板波法爬波法第159頁按探頭數(shù)目分類單探頭雙探頭多探頭第160頁按探頭接觸方式分類直接接觸法液浸法第161頁第二節(jié) 儀器與探頭選擇 儀器選擇 探測要求 現(xiàn)場條件第162頁探頭選擇 依據(jù)工件結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝和技術(shù)要求進(jìn)行選擇 探頭型式頻率晶片尺寸K值第163頁第三節(jié) 耦合與賠償 耦合劑流動性、粘度、附著力適當(dāng)，易清洗；聲阻抗高，透聲性好；價(jià)格廉價(jià);對工件無腐蝕，對人無害，不污染環(huán)境；性能穩(wěn)定，不易變質(zhì)，能長久保留。第164頁慣用耦合劑有 機(jī)油、水、水玻璃、甘油、漿糊等第165頁影響耦合劑主要原因耦合層厚度影響 /4奇數(shù)倍時(shí)，透聲效果差 /2整數(shù)倍或很薄時(shí)，透聲效果好第16

57、6頁影響耦合劑主要原因表面粗糙度影響 普通R0不高于6.3m耦合劑聲阻抗、工件表面形狀影響第167頁表面耦合損耗測定和賠償?shù)?68頁表面耦合損耗測定和賠償?shù)?69頁第四節(jié) 探傷儀調(diào)整 掃描速度調(diào)整第170頁掃描速度調(diào)整聲程調(diào)整法水平調(diào)整法深度調(diào)整法第171頁探傷靈敏度調(diào)整試塊調(diào)整法工件底波調(diào)整法（x3N時(shí)） =20lg =20lg PB 2xPF Df2第172頁第五節(jié) 缺點(diǎn)位置測定 縱波直探頭探傷 xf=ntf表面波探傷 xf=ntf第173頁橫波探傷平面時(shí)按聲程調(diào)整 lf=xfsin df=xfcos 二次波時(shí) df=2T-xfcos按水平調(diào)整 lf=xf df=lf/K 二次波時(shí) df=2T-lf/K按深度調(diào)整 lf=Kxf df=xf 二次波時(shí) df=2T-xf 第174頁橫波探傷周向圓柱曲面時(shí)外圓周向探測 H=R- (Kd)2+(R-d)2 L= = tg-1R R Kd180 180 R-d第175頁內(nèi)圓周向探測 h= (Kd)2+(r-d)2- r l=tg-1r r Kd 180 180 r-d第176頁最大探測厚度 Tm/D (1- )1 K2 1+K2第177頁第六節(jié) 缺點(diǎn)大小測定 慣用定量方法： 當(dāng)量法、測長法、底波高度法第178頁當(dāng)量法當(dāng)量比較法 將工件中自然缺點(diǎn)回波與試塊上人工 缺點(diǎn)回波進(jìn)行比較來對缺點(diǎn)定量 x40mm）慣用垂直板面入射縱波探傷法薄板