【正文】 法；按耦合方式分類(lèi) ， 有接觸法和液浸法；按入射角度分類(lèi) ， 有直射聲束法和斜射聲束法 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 1） 脈沖反射法的工作原理 脈沖反射法是利用超聲波探頭脈沖試件內(nèi)傳播的過(guò)程中 ，遇有聲阻抗相差較大的兩種介質(zhì)的界面時(shí) ， 將發(fā)生反射的原理進(jìn)行檢測(cè)的方法 。 液浸法中 ， 探頭角度可任意調(diào)整 ， 聲波的發(fā)射 、 接收也比較穩(wěn)定 ， 便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化 ， 大大提高了檢測(cè)速度 。 ③ 檢測(cè)儀器的調(diào)整 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 4） 對(duì)衰減小或厚度大的試件 ， 選用重復(fù)頻率可調(diào)為較低數(shù)值的超聲波檢測(cè)儀 ， 可避免幻象波的干擾 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 2） 晶片尺寸 。 （ 4） 容易清除，不易變質(zhì)， 價(jià)格便宜，來(lái)源方便。 在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過(guò)程中，氫會(huì)和 CO、 N2等氣體一起析出，形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點(diǎn)和發(fā)紋。 對(duì)鍛件中 缺陷長(zhǎng)度的定量 常采用連續(xù)移動(dòng)探頭檢測(cè)法，移動(dòng)探頭，聲束軸線逐漸偏離缺陷，反射波幅逐漸降低，當(dāng)波幅下降為最高波幅的一半時(shí)，聲束軸線所指的位置即為缺陷的邊緣，兩個(gè)邊緣之間的距離即為被測(cè)缺陷的長(zhǎng)度。 缺陷類(lèi)型往往以體積型缺陷為主，常有多種形狀和性質(zhì)的缺陷混在一起，且以鑄件中心、冒口和澆口附近較多，常見(jiàn)的缺陷有：縮孔、疏松、夾渣、夾砂、氣孔和鑄造裂紋等。用縱波檢測(cè)時(shí)， 粘合質(zhì)量好的，產(chǎn)生的界面波會(huì)很低，而底波幅度會(huì)較高； 當(dāng)粘合不良時(shí)，則相反。 探頭頻率通常為 ～ MHz。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 六 ） 非金屬材料的檢測(cè) 超聲波在非金屬材料 （ 木材 、 混凝土 、 有機(jī)玻璃 、 陶瓷 、橡膠 、 塑料 、 砂輪 、 炸藥藥餅等 ） 中的衰減一般比在金屬中的大 ， 多采用低頻率檢測(cè) 。 使用超聲波測(cè)厚儀時(shí)： ? 要特別注。 焊接接頭的超聲檢測(cè)結(jié)果分為 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 四級(jí) ， 缺陷尺寸和危害程度越小 ， 缺陷等級(jí)越低 ， 焊接接頭質(zhì)量越高 。 焊縫超聲檢測(cè)的常見(jiàn)缺陷有氣孔 、 夾渣 、 未熔合 、 未焊透和焊接裂紋等 。其 粘合質(zhì)量的檢測(cè)主要有接觸式脈沖反射法、 脈沖穿透法和共振法。 鑄件的上述特點(diǎn)，形成了鑄件超聲檢測(cè)的特殊性和局限性。 以圓形平底孔試塊為基準(zhǔn)，先假設(shè)試塊和鍛件的測(cè)試條件基本相當(dāng)，將缺陷的回聲波壓和與之同聲程的某種標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波聲壓來(lái)進(jìn)行當(dāng)量對(duì)比，若二者的反射回聲波壓相等，則認(rèn)為該人工缺陷與實(shí)際缺陷是同當(dāng)量的。 軸類(lèi)件徑向和軸向檢測(cè)示意圖 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 鍛件中的常見(jiàn)缺陷 可由超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的鍛件中的缺陷主要來(lái)源于兩個(gè)方面：材料鍛造過(guò)程中形成的縮孔、疏松、夾雜及偏析等； 熱處理中產(chǎn)生的白點(diǎn)（內(nèi)缺陷的白點(diǎn)，即熱加工后鋼的縱斷面上有表面光滑的銀白色斑點(diǎn)，形狀是圓或橢圓。 （ 2） 有足夠的潤(rùn)濕性 、 適當(dāng)?shù)母街驼扯?。 在靈敏度滿足要求的情況下 ， 選擇寬帶探頭可提高分辨力和信噪比 。 （ 2） 對(duì)薄試件檢測(cè)和近表面缺陷檢測(cè)時(shí) ， 應(yīng)注意發(fā)射脈沖是否可調(diào)為窄脈沖 。 例如 ， 檢測(cè) ① 試件的準(zhǔn)備 。 （ 4）直接接觸式脈沖反射法 探頭與試件直接接觸，中間可涂少量的耦合劑。特別適用于單一產(chǎn)品大批量加工過(guò)程中的自動(dòng)化檢測(cè)； ③ 檢測(cè)時(shí)幾乎不存在盲區(qū)。 常用的耦合劑有水 、 甘油 、 變壓器油 、 化學(xué)漿糊等 。 參考試塊：針對(duì)特定條件（如特殊厚度與形狀）而設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)試塊，一般要求該試塊的材質(zhì)和熱處理工藝與被檢對(duì)象基本相同。 超聲檢測(cè)用試塊通常分為兩種類(lèi)型 ， 即 標(biāo)準(zhǔn)試塊 (校準(zhǔn)試塊 )和對(duì)比試塊 (參考試塊 )。 一般橫波斜探頭的晶片為方形 ， 縱波直探頭的晶片為圓形 ， 而聚焦聲源的圓形晶片為聲透鏡 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 (a)、 (b)、 (c) 數(shù)字式超聲檢測(cè)儀； (d) 探傷小車(chē) 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 1） 超聲波探頭的作用 。 B型顯示原理圖 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 C型顯示顯示的是試件 橫斷面 的一個(gè)平面投影圖 ， 探頭在試件表面做二維掃查 ， 屏幕的二維坐標(biāo)對(duì)應(yīng)探頭的掃查位置 。 它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器 ——探頭 ， 激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波 ， 同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后以一定方式顯示出來(lái) ， 從而得到被探測(cè)工件內(nèi)部有無(wú)缺陷及缺陷的位置和大小等信息 。 因此 ， 可以應(yīng)用簡(jiǎn)化推導(dǎo)得出的結(jié)果 ， 進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)中的近似計(jì)算 。 ) rc s i n( a?? ? 第一章 超聲波檢測(cè) 當(dāng) λ D時(shí)，可簡(jiǎn)化為 )ra d( D?? ?第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 由于超聲能量主要集中于主聲束 ， 對(duì)于圓形晶片 ， 可以認(rèn)為在距聲源一定距離內(nèi) ， 超聲能量未逸出以晶片直徑所約束的范圍 ， 聲束直徑小于晶片直徑 。 圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)指向性示意圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲場(chǎng)中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi) ， 這一范圍稱(chēng)為 主聲束 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 在聲場(chǎng)中，稱(chēng) xN的區(qū)域?yàn)槁曉吹?近場(chǎng)區(qū) ，最后一個(gè)聲壓最大值至聲源的距離 N稱(chēng)為 近場(chǎng)長(zhǎng)度 。 因此 ， 對(duì)圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)中聲壓分布的描述非常復(fù)雜 。 因此它相當(dāng)于一個(gè)活塞聲源 ， 通常將直探頭所產(chǎn)生的超聲場(chǎng)作為圓形活塞聲源來(lái)處理 。 聲束發(fā)散，將使按原擴(kuò)散角擴(kuò)散的聲束更加發(fā)散，指向性變差，聲能損失增加，中心軸線上聲壓降低。 反射面為圓柱面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一條焦線上，稱(chēng)為 焦軸 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 端角反射 當(dāng)工件的兩個(gè)相鄰表面構(gòu)成直角，超聲波束傾斜射向任一表面，且其反射波束指向另一表面時(shí)，即構(gòu)成端角反射的情況。 此時(shí) ， 介質(zhì)中只存在反射橫波 。 的縱波入射角為第二臨界角 ，用符號(hào) α Ⅱ 表示 。 第一章 超聲波檢測(cè) 斯涅耳定律 S2SL2LS1sL1LL1L s i ns i ns i ns i ns i nccccc????? ????折射角相對(duì)于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關(guān)。其中入射光和折射光位于同一個(gè)平面上，并且與界面法線的夾角滿足如下關(guān)系： n1sinθ1 = n2sinθ2 其中， n1和 n2分別是兩個(gè)介質(zhì)的折射率， θ1和 θ2分別是入射光（或折射光）與界面法線的夾角，叫做入射角和折射角。 入射聲波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱(chēng)為 入射角 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 薄層界面 在進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí) ， 經(jīng)常遇到很薄的耦合層和缺陷薄層 ，這些都可以歸納為超聲波在薄層界面的反射和透射問(wèn)題 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值稱(chēng)為 聲壓反射率 r， 透射波聲壓 Pt和 P0的比值稱(chēng)為 聲壓透射率 t。 （ 3）吸收衰減：超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦、熱傳導(dǎo)、引起的聲波能量減弱的現(xiàn)象，叫做超聲波的吸收衰減。 幾種不同波形的聲速 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 1） 液體中的聲速： （ 2） 無(wú)限固體介質(zhì)中的縱波聲速： （ 3） 無(wú) 限 固體介質(zhì)中的橫波聲速： 幾種不同介質(zhì)中的聲速 第一章 超聲波檢測(cè) ?KcL ?)21)(1()1(???????? EcL)1(2 ??? ???EGcSK ——液 體的體積彈性模量， MPa； E—— 固 體的楊氏彈性模量， MPa ； G—— 固 體的剪切彈性模量， MPa 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 1） 縱波 、 橫波和表面波的聲速 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度 ， 它與超聲波的波型有關(guān) ， 但更依賴(lài)于傳聲介質(zhì)自身的特性 。 聲阻抗 Z 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，任一點(diǎn)的聲壓 p與該點(diǎn)速度振幅 V之比叫聲阻抗 Z，單位： g/()； kg/()。 第一章 超聲波檢測(cè) 由于科技的進(jìn)步 ,認(rèn) 識(shí)到人類(lèi)對(duì)聲音的響應(yīng)是按對(duì)數(shù)規(guī)律變化的 ,于是有了一個(gè)單位就是貝爾 (bel，美國(guó)發(fā)明家 ,電話發(fā)明人 ) 。 由上式可知：超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓幅值 P與速度振幅成正比，也就與頻率成正比。 平面波即波陣面為平面的波 ， 而柱面波的波陣面為同軸圓柱面 ， 球面波的波陣面為同心球面 。對(duì)脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。 如采用表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)工件的表面缺陷 。 介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波 ， 用 S或 T表示 。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。 對(duì)人體無(wú)害 。較高的頻率主要用于細(xì)晶材料和高靈敏度檢測(cè)，較低的頻率用于衰減較大和粗晶材料（ 1MHz以下）。 工業(yè)超聲檢測(cè)常用的工作頻率為 。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測(cè)工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 ???????????????????????????????????????脈沖波連續(xù)波按振動(dòng)持續(xù)的時(shí)間分類(lèi)球面波柱面波平面波按波的形狀分類(lèi)型型板波表面波橫波縱波系分類(lèi)波的傳播方向之間的關(guān)按質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與聲AS 第一章 超聲波檢測(cè) 超聲波的分類(lèi) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲波的波型 超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系 。 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 縱波（ Longitudinal wave） 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 橫波 。 瑞利首先對(duì)這種波給予了理論上的說(shuō)明 ， 因此表面波又稱(chēng)為瑞利波 （ Rayleigh wave） ， 常用 R表示 。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短的波， 超聲檢測(cè)中最常用的是脈沖波 。 第一章 超聲波檢測(cè) 平面波 柱面波 球面波 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 波線、 (a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 根據(jù)波陣面的形狀 (波形 )， 可將超聲波分為 平面波 、 柱面波和球面波 等 。 超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)p1與沒(méi)有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng) P0之差稱(chēng)為該點(diǎn)的聲壓 ，用 p表示 ,單位為帕， Pa，即 )Pa(01 ppp ?? 第一章 超聲波檢測(cè) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 對(duì)于平面余弦波， 可以證明： ??????ApxtApm c]2)2(c o s [c????式中： 為介質(zhì)的密度； c為介質(zhì)中的聲速； 為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅； 為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的圓頻率； 為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的幅值； t為時(shí)間； x為質(zhì)點(diǎn)距聲源的距離， 為聲壓的極大值。聲強(qiáng)級(jí)的單位為貝爾 BeL，即 IL=lg(I/ I0) 貝爾（ BeL） 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，貝爾這個(gè)單位太大，常用分貝（ dB）作為聲強(qiáng)級(jí)的單位。 第一章 超聲波檢測(cè) 1 15 N dB8 6d N P??第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 聲波在介質(zhì)中的傳播是由其聲學(xué)參量 （ 聲速 、 聲阻抗 、 聲衰減系數(shù)等 ） 決定的 ， 因此需要研究介質(zhì)的聲參量 。脈沖反射式超聲診斷儀顯示的人體組織斷面聲像，實(shí)質(zhì)上是人體組織中聲阻抗差別的空間分布圖。 第一章 超聲波檢測(cè) 相速