【正文】 度 。 第 6章 常用無損檢測方法 對于線性良好的超聲波探傷儀 ， 示波屏上波高與聲壓成正比 ， 即任意兩波高 H H2之比等于相應(yīng)的聲壓 Pm Pm2之比 ， 即 ? ?dBlg20lg20212mm1HHPPΔ ??（ 69） 第 6章 常用無損檢測方法 2. 介質(zhì)的聲參量 1） 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) ， 但更依賴于傳聲介質(zhì)自身的特性 。由于超聲波的頻率很高，遠(yuǎn)大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠(yuǎn)大于聲波的聲壓。 球面波的波動方程為 )(c os cxtxAy ?? ?（ 62） 第 6章 常用無損檢測方法 3） 連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點振動時間為無窮時的波。 在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面 。 瑞利首先對這種波給予了理論上的說明 ， 因此表面波又稱為瑞利波 ， 常用 R表示 。 介質(zhì)質(zhì)點在交變拉壓應(yīng)力的作用下 ， 質(zhì)點之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形 ， 從而形成了縱波 。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 描述超聲波波動特性的基本物理量有： 聲速 c、 頻率 f、 波長 λ、 周期 T 、 角頻率 ω。 例如在一些金屬材料中 ， 其穿透能力可達(dá)數(shù)米 。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。 液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力 ， 只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力 ， 因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播 ， 不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播 。 板波按其傳播方式又可分為對稱型 （ S型 ） 和非對稱型 （ A型 ） 兩種 ， 這是由質(zhì)點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的 。 當(dāng)聲源是一個點時 ， 在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面 。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強(qiáng) P0之差稱為該點的聲壓，用 P表示 ,即 )Pa(01 PPP ??(63) 第 6章 常用無損檢測方法 對于平面余弦波， 可以證明： cVcxtAcxtVcxtPP ??????? ??????? )(s i nc)(s i nc)(s i n mm（ 64） 式中： 為介質(zhì)的密度 。 對于平面縱波 ， 其聲強(qiáng) I為 ZPZVcAI 2m2m22212121 ??? ?? （ 66） 由式 (66)可知，超聲場中，聲強(qiáng)與角頻率平方成正比。 群速度是指傳播聲波的包絡(luò)上具有某種特征 （ 如幅值最大 ） 的點上沿傳播方向上的聲速 。 （ 2） 板波的聲速 。 在超聲檢測中 ， 直接可測量的量是兩個聲壓比值的分貝數(shù) 。 2121220r?????????????ZZZZrIIR? ? 21221202210t 4ZZZZPZPZIIT t????（ 614） （ 615） 第 6章 常用無損檢測方法 對于脈沖反射技術(shù)來說 ， 還有一個有意義的量是聲壓往返透過率 ， 如圖 68所示 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 610 (a) 縱波入射； (b) 橫波入射 第 6章 常用無損檢測方法 1) 反射 如圖 610（ a） 所示 ， 當(dāng)縱波以入射角 αL傾斜入射到異質(zhì)界面上時 ， 將會在介質(zhì) 1中于入射點法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角 αL′的反射縱波 。 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 。 大于這一角度時 ， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波 。 通常在超聲檢測中 ， 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 。 對脈沖反射法 ， 更關(guān)心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化 。 折射后的焦距 F為 121ccrF??（ 620） 第 6章 常用無損檢測方法 圖 612 平面波在曲面上的折射 第 6章 常用無損檢測方法 1. 理想的圓盤聲源是指圓形平面的聲振動源 ， 當(dāng)它沿平面法線方向振動時 ， 其面上各點的振動速度幅值和相位都相同 ， 發(fā)射的波稱為活塞波 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 613 圓盤聲源軸線上的聲壓分布 第 6章 常用無損檢測方法 由式 (621)，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到最后一個聲壓極大值點距聲源距離的表達(dá)式： 442 ?? ??DN （ 622） 當(dāng) Dλ 時 ， λ /4可以忽略 ， 從而得到近場長度的簡化計算公式如下 ， 可用于實際工作中近場長度的估算： ?42DN ?（ 623） 再看圖 613中遠(yuǎn)場區(qū)部分的特點 ， 圖中標(biāo)有 “ P球 ” 的虛線為球面波聲壓隨距離的變化曲線 ， 可以看出 ， 距離大于 3N 以后 ， 圓盤聲源聲軸上的聲壓幅值變化與球面波的曲線非常接近 。 在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低的 、 只分布于聲源附近的副瓣聲束 。 指向角越大 ， 則聲束指向性越差 ， 聲束擴(kuò)散越快 。 而實際聲場近場區(qū)聲壓分布比較均勻 ， 幅度變化小 ， 極值點的數(shù)量也明顯減少 。 規(guī)則形狀反射體主要包括大平面 、 圓形或方形平面 、 球形反射體和圓柱形反射體 。 第 6章 常用無損檢測方法 1. 超聲檢測設(shè)備和器材包括超聲波檢測儀 、 探頭 、 試塊 、 耦合劑和機(jī)械掃查裝置等 。 A型顯示是一種波形顯示 ， 屏幕的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時間 （ 或距離 ） ， 縱坐標(biāo)代表反射波的聲壓幅度 。 該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺陷的平面投影圖像 ， 但不能顯示缺陷的深度 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 620 (a)、 (b)、 (c) 數(shù)字式超聲檢測儀； (d) 探傷小車 第 6章 常用無損檢測方法 2) （ 1） 超聲波探頭的作用 。 所以聲場就有圓盤源聲場 、 聚焦聲源聲場和斜探頭發(fā)射的橫波聲場 。 耦合劑可以填充探頭與試件間的空氣間隙 ， 使超聲波能夠傳入試件 ， 這是使用耦合劑的主要目的 。 圖 623 顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理 。 例如 ， 檢測 ① 試件的準(zhǔn)備 。 （ 2） 對薄試件檢測和近表面缺陷檢測時 ， 應(yīng)注意發(fā)射脈沖是否可調(diào)為窄脈沖 。 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） 有足夠的潤濕性 、 適當(dāng)?shù)母街驼扯?。 （ 2） 鍛件超聲檢測的特點 。 第 6章 常用無損檢測方法 3) 許多金屬結(jié)構(gòu)件都采用焊接的方法制造 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 625 (a) 對接接頭； (b) 搭接接頭； (c) T型接頭； (d) 角接接頭 第 6章 常用無損檢測方法 4） 復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料軋制或粘合在一起制成的 。 。 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 。 焊縫形式有對接 、 搭接 、 T型接 、 角接等 ， 如圖 625所示 。 鍛件的組織很細(xì) ， 由此引起的聲波衰減和散射影響相對較小 。 （ 4） 容易清除，不易變質(zhì)， 價格便宜，來源方便。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 2） 晶片尺寸 。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 4） 對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)值的超聲波檢測儀 ， 可避免幻象波的干擾 。 ③ 檢測儀器的調(diào)整 。 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 ， 便于實現(xiàn)檢測自動化 ， 大大提高了檢測速度 。 在液浸法檢測中 ， 通過液體實現(xiàn)耦合 ， 此時液體也是耦合劑 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 621 各種探頭 (a) 縱波直探頭； (b)