【正文】 引起人耳聽(tīng)覺(jué)的聲強(qiáng)最小值 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 第一章 超聲波檢測(cè) 1分貝 人類耳朵剛剛能聽(tīng)到的聲音 20分貝以下 認(rèn)為是安靜的， 15分貝以下 ,認(rèn)為是“死寂”的 2040分貝 大約是情侶耳邊的喃喃細(xì)語(yǔ) 4060分貝 正常的交談聲音 60分貝以上 屬于吵鬧范圍 70分貝 很吵的，而且開(kāi)始損害聽(tīng)力神經(jīng) 汽車噪音介乎 80100分貝 90分貝以上 會(huì)使聽(tīng)力受損 100120分貝 如無(wú)意外，一分鐘人類就得暫時(shí)性失聰（致聾） 聲音與噪音對(duì)人的影響 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1分貝是人類耳朵剛剛能聽(tīng)到的聲音 ， 20分貝以下的聲音 ， 一般來(lái)說(shuō) ， 我們認(rèn)為它是安靜的 ， 當(dāng)然 ， 一般來(lái)說(shuō) 15分貝以下的我們就可以認(rèn)為它屬于 死寂 的了 。 其中汽車噪音介乎 80100分貝 ， 以一輛汽車發(fā)出 90分貝的噪音為例 ， 在一百米處 ， 仍然可以聽(tīng)到 81分貝的噪音 （ 以上標(biāo)準(zhǔn)會(huì)因環(huán)境的差異有所不同 ， 并非絕對(duì)值 ） 。 聲阻抗表示聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。又可用介質(zhì)的密度與聲速的乘積來(lái)表示。 因此 ， 聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量 。 群速度是波群的能量傳播速度。 縱波 、 橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì) 、 密度和泊松比決定的 ， 而與頻率無(wú)關(guān) ，即它們各自的相速度和群速度相同 ， 因此一般說(shuō)到它們的聲速都是指相速度 。 對(duì)于鋼材 ， cL ≈， cs≈。 聲速的一般表達(dá)式 密度彈性率聲速 ?第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 聲衰減系數(shù) a 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí) ， 隨著傳播距離的增加能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做 超聲波的衰減 。它主要取決于波陣面的幾何形狀，與傳播介質(zhì)無(wú)關(guān)。 固體介質(zhì)中，吸收衰減相對(duì)于散射衰減幾乎可忽略不計(jì)，但對(duì)液體介質(zhì)，吸收衰減是主要的衰減方式。 第三節(jié) 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)， 一部分能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波 (聲強(qiáng)為 It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來(lái)，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波 (聲強(qiáng)為 Ir)。 r和 t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 12120rZZZZppr????1220t 2ZZZppt???式中： Z Z2分別為兩種介質(zhì)的聲阻抗。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 在垂直入射時(shí) ， 界面兩側(cè)的聲波必須滿足兩個(gè)邊界條件： （ 1） 一側(cè)總聲壓等于另一側(cè)總聲壓 ， 否則界面會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)； （ 2） 兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)速度振幅相等 ， 以保持波的連續(xù)性 。 第一章 超聲波檢測(cè) 超聲波由聲阻抗為 Z1的第一介質(zhì)入射到 Z1和 Z2的交界面 ，然后通過(guò)聲阻抗為 Z2的第二介質(zhì)薄層射到 Z2和 Z3的交界面 ，最后進(jìn)入聲阻抗為 Z3的第三介質(zhì) 。 第一章 超聲波檢測(cè) 超聲波測(cè)厚 1412d 31222?????tZZZn 時(shí)，有時(shí)，且）（當(dāng) ?此時(shí)為全透射的情況。 光的折射是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同而引起的 。 與光的反射不同的是 ， 當(dāng)介質(zhì) 1為固體時(shí) ， 界面上既產(chǎn)生反射縱波 ， 同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波 ， 即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，這時(shí)橫波入射角 α S與橫波反射角 相等。 不論是縱波入射還是橫波入射 ， 只要介質(zhì) 2為固體 ， 則介質(zhì) 2中除有與入射波相同波型的折射波外 ， 均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波 。同時(shí)， 由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角βL要大于橫波折射角 βS。 當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí) ，第二介質(zhì)中不再有折射縱波 ， 只有折射橫波 。 通常在超聲檢測(cè)中 ， 臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體 ， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況 。 第三臨界角是在 固體介質(zhì) 與另一種介質(zhì)的界面上 ， 用橫波作為入射波時(shí)產(chǎn)生的 。 第一章 超聲波檢測(cè) L1LS1S s ins incc?? ?L1S1a r c s inccIII ??第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 4 斜入射時(shí)的聲壓反射率和透射率 斯 涅耳反射、折射定律只討論了超聲波傾斜入射到界面上時(shí)，各種類型反射波和折射波的傳播方向，沒(méi)有涉及它們的聲壓反射率和透射率。 在斜入射情況下，各種類型反射波和折射波的聲壓反射率和透射率不僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，還與入射波的類型及入射角的大小有關(guān)。在這種情況下， 同類型的反射波和入射波總是相互平行，方向相反 ；不同類型的反射波和入射波互不平行，且難以被發(fā)射探頭接收。 此時(shí) ， 焦距 f 與曲面曲率半徑 r的關(guān)系為 2rf ? 第一章 超聲波檢測(cè) 平面波入射至曲面時(shí)的反射 （ a）凹面鏡（ b）凸面鏡 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲波入射時(shí)，凹曲面的反射波聚焦，凸曲面的反射波發(fā)散。反射波波陣面為柱面，凹柱面的反射波好像從實(shí)焦點(diǎn)出發(fā)的柱面波，凸柱面的反射波好像從虛焦點(diǎn)出發(fā)的柱面波。 折射后的焦距 f為 121ccrf?? 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 第一章 超聲波檢測(cè) 由斯涅耳定律 ， 對(duì)于凹面 ， c1c2時(shí)聚焦 ， c1c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面 ， c1c2時(shí)聚焦 ， c1c2時(shí)發(fā)散 。 聲束聚焦，使得聲能更為集中，中心軸線上聲壓增強(qiáng)，聲束指向性更加改善，對(duì)提高檢測(cè)靈敏度和分辨率均有利。目前在實(shí)際檢測(cè)中，線聚焦多用于機(jī)械化自動(dòng)檢測(cè)，點(diǎn)聚焦多用于人工檢測(cè)。 理想的圓盤聲源是指圓形平面的聲振動(dòng)源 ， 當(dāng)它沿平面法線方向振動(dòng)時(shí) ， 其面上各點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值和相位都相同 ， 發(fā)射的波稱為 活塞波 。也就是說(shuō)，壓電陶瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能 。 從圓盤聲源的對(duì)稱性來(lái)分析 ， 通過(guò)圓盤中心且垂直于盤面的直線應(yīng)是聲場(chǎng)的 對(duì)稱軸 ， 稱為 圓盤聲源軸線 。 這是描述直探頭中心軸線上聲壓分布的公式。在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)，由于聲源表面上各點(diǎn)輻射至被考察點(diǎn)的波程差大，所引起的聲源振幅差和相位差也大，且它們彼此相互干涉，結(jié)果是近場(chǎng)區(qū)的聲源分布十分復(fù)雜，出現(xiàn)很多極大值與極小值。 根據(jù)疊加原理 ， 可將在空間中距聲源有一定距離的任一點(diǎn)的聲壓 ，看做是聲源上各點(diǎn)的輻射聲壓的疊加 ， 從而得到聲場(chǎng)內(nèi)聲壓幅值的分布情況 。 這種聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)叫做聲場(chǎng)的 指向性 。當(dāng)聲源為圓形活塞聲源且直徑為 D、 半徑為 a時(shí)，用指向角 θ來(lái)描述主聲束寬度（又稱 半擴(kuò)散角 ） aD???? i i n ?? 或 指向角是代表主聲束范圍的角度 ， 反映了聲束的定向集中程度 ， 也反映了聲束隨距離擴(kuò)散的快慢 。 這一距離之內(nèi)就稱為 非擴(kuò)散區(qū) 。 簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果中近場(chǎng)區(qū)聲壓變化劇烈 ， 可有多處極大值和極小值 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 一 、 超聲檢測(cè)通用技術(shù) 1. 超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包括超聲波檢測(cè)儀 、 探頭 、 試塊 、 耦合劑和機(jī)械掃查裝置等 。 第五節(jié) 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲波檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備 ， 是專門用于超聲檢測(cè)的一種電子儀器 。 （ 2） 按缺陷顯示方式分類：脈沖式檢測(cè)儀按回波信號(hào)的顯示方式又可分為 A型顯示 、 B型顯示和 C型顯示三種類型 。 A型顯示 的缺點(diǎn)：難以判斷缺陷的幾何形狀 ， 缺乏直觀性 。 探頭在每一位置接收的信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示 。 數(shù)字式超聲檢測(cè)儀是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。 超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換 。 超聲波檢測(cè)中由于被探測(cè)工件的形狀和材質(zhì) 、 探測(cè)的目的 、 探測(cè)的條件不同 ， 因而要使用各種不同形式的探頭 。 所以聲場(chǎng)就有圓盤源聲場(chǎng) 、 聚焦聲源聲場(chǎng)和斜探頭發(fā)射的橫波聲場(chǎng) 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 各種探頭 (a) 縱波直探頭； (b) 橫波斜探頭； (c) 雙晶探頭 選擇探頭時(shí)，應(yīng)綜合考慮性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)可靠、使用方便， 并能滿足靜壓力、溫度等條件的要求。標(biāo)準(zhǔn)試塊用于測(cè)試探傷儀的性能 、 調(diào)整檢測(cè)靈敏度和聲時(shí)的測(cè)定范圍 。具體的規(guī)則反射體回波聲壓公式可查閱有關(guān)資料。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 聲波的耦合 當(dāng)探頭和試件之間有一層空氣時(shí) ， 超聲波的反射率幾乎為 100％ ， 即使很薄的一層空氣也可以阻止超聲波傳入試件 。 除此之外 ， 耦合劑有潤(rùn)滑作用 ， 可以減少探頭和試件之間的摩擦 ， 防止試件表面磨損探頭 ， 并使探頭便于移動(dòng) 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 二 、 超聲檢測(cè)方法 超聲檢測(cè)的方法很多 ， 可按原理 、 波型和使用探頭的數(shù)目及探頭接觸方式來(lái)分類 。在測(cè)得超聲波的頻率和共振次數(shù)后，可計(jì)算試件的厚度： 當(dāng)試件中有較大的缺陷或厚度改變時(shí)，共振點(diǎn)偏移甚至共振現(xiàn)象消失，因此共振法常用于壁厚的測(cè)量，不用來(lái)檢測(cè)缺陷。 透射法檢測(cè)的缺點(diǎn)： ① 一對(duì)探頭單發(fā)單收，只能判斷缺陷的大小和有無(wú)，不能確定缺陷的方位； ② 當(dāng)缺陷尺寸小于探頭波束寬度時(shí)，該方法的探測(cè)靈敏度低。 下圖顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 5） 液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體介質(zhì)作耦合劑 ， 使聲波首先經(jīng)過(guò)液體耦合劑 ， 而后再入射到試件中 ， 探頭與試件并不直接接觸 。 總之 ， 液浸法與直接接觸法各有利弊 ， 應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的具體情況 (幾何形狀的復(fù)雜程度和產(chǎn)品的產(chǎn)量等 )， 選用不同的方法 。 ② 檢測(cè)條件的確定 ， 包括超聲波檢測(cè)儀 、 探頭 、 試塊等的選擇 。 ⑥ 結(jié)果記錄與報(bào)告的編寫。 （ 3） 檢測(cè)大厚度試件或高衰減材料時(shí) ， 選擇發(fā)射功率大 、 增益范圍大 、 電噪聲低的超聲波檢測(cè)儀 ， 有助于提高穿透能力和小缺陷顯示能力 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 2） 探頭的選擇 （ 1） 頻率 。 針對(duì)具體對(duì)象 ， 適用的頻率需在上述考慮當(dāng)中取得一個(gè)最佳的平衡 ， 既要保證所需尺寸缺陷的檢出 ， 并滿足分辨力的要求 ， 也要保證在整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)具有足夠的靈敏度與信噪比 。 應(yīng)根據(jù)具體情況 ， 選擇滿足檢測(cè)要求的探頭 。 （ 3） 對(duì)試件無(wú)腐蝕 ， 對(duì)人體無(wú)損害 ， 對(duì)環(huán)境無(wú)污染 。 由于超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)面積型缺陷檢測(cè)最為有利 ，因此鍛件是超聲檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用的主要對(duì)象 。嚴(yán)重影響工件的延伸率、斷面收縮率與沖擊韌性）、裂紋和晶粒粗大等。主要原因是鋼中的氫在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度，產(chǎn)生了“白點(diǎn)”。因?yàn)檫@樣確定下來(lái)的缺陷大小，并不是鍛件中實(shí)際缺陷的大小，而只是一種相對(duì)比較（或稱當(dāng)量），把這種方法稱為“ 當(dāng)量法 ”。 因此 ， 鍛件上有時(shí)可以應(yīng)用較高的檢測(cè)頻率 (如 10 MHz以上 )， 以滿足高分辨率檢測(cè)的要求 ， 以及實(shí)現(xiàn)較小尺寸缺陷檢測(cè)的目的 。檢測(cè)時(shí)一般選用 較低的超聲頻率 ，如 ～ 2 MHz，因此檢測(cè)靈敏度也低，雜波干擾嚴(yán)重，缺陷檢測(cè)要求較低， 只能檢測(cè)出面積較大的缺陷 。對(duì)此類鍛件的超聲檢測(cè)，通常以斜探頭橫波檢測(cè)為主，輔以表面波探頭檢測(cè)表面缺陷。 脈沖反射法適用于復(fù)合材料是由兩層材料復(fù)合而成，粘合層中的分層多數(shù)與板材表面平行的情況。 共振法適用于檢測(cè)聲阻抗相近的復(fù)合材料，粘合良好時(shí)，測(cè)得的厚度為兩層之和；粘合不好時(shí)，只能測(cè)得第一層的厚度。 焊縫探傷一般采用斜射橫波接觸法 ， 在焊縫兩側(cè)進(jìn)行掃查 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 (a) 對(duì)接接頭； (b) 搭接接頭； (c) T型接頭； (d) 角接接頭 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲 焊接接頭的超聲檢測(cè)分為 A、 B、 C三個(gè)等級(jí) （ GB1134589） 。即 Ⅰ 級(jí)焊縫質(zhì)量最高 ， 依次下降 。 塑料零件的探測(cè)一般采用縱波脈沖反射法；陶瓷材料可用縱波和橫波探測(cè)； 橡膠檢測(cè)頻率較低 ， 可用穿透法