【正文】 橫波斜探頭； (c) 雙晶探頭 第 6章 常用無損檢測方法 3） 與一般的測量過程一樣 ， 為了保證檢測結果的準確性與重復性 、 可比性 ， 必須用一個具有已知固定特性的試樣 (試塊 )對檢測系統(tǒng)進行校準 。 它是利用壓電晶體的正 、 逆壓電效應進行換能的 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 619 C型顯示原理圖 第 6章 常用無損檢測方法 ③ 按超聲波的通道分類：可分為單通道和多通道檢測儀 。 圖 617為 A型顯示原理圖 。 由這些設備組成一個綜合的超聲檢測系統(tǒng) ， 系統(tǒng)的總體性能不僅受到各個分設備的影響 ， 還在很大程度上取決于它們之間的配合 。 當對實際缺陷大小進行計算時 ， 往往得到的是該缺陷相當于多大的規(guī)則反射體 ， 把這個大小稱為缺陷的當量尺寸 。 因此 ， 可以應用簡化推導得出的結果 ， 進行實際檢測中的近似計算 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 616 圓盤聲源非擴散區(qū)示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 當 λ D時，式 (626)可簡化為 )ra d( D?? ?（ 627） 由于超聲能量主要集中于主聲束 ， 對于圓形晶片 ， 可以認為在距聲源一定距離內 ， 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 。 設 Rs為圓形聲源的半徑 ， r為空間任一點 M到聲源中心的距離 ， θ為 M點與聲源中心的連線與聲源軸線的夾角 。 第 6章 常用無損檢測方法 當 4λ x/D23，也就是 x3N時，式（ 621）可簡化為 xSPxDPP?? 020 4π ?? （ 624） 式中： S=πD2/4為圓盤聲源的面積 。 另一方面 ， 聲源上各點發(fā)出的聲波相互干涉又使得聲壓的空間分布不是隨距離單調變化的 。 平面波束與曲面上各入射點的法線成不同的夾角：入射角為 0176。 第 6章 常用無損檢測方法 (3) 第三臨界角 。 當入射波為縱波 ， 且 cL2cL1時 ， 使縱波折射角達到 90176。 折射角與入射角之間的關系符合斯奈爾定律 。 入射縱波與反射縱波之間的關系符合幾何光學的反射定律 ， 即 αL=αL′。 兩次穿透界面時透射率的大小 ， 決定著接收信號的強弱 。 第 6章 常用無損檢測方法 1. 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射 如圖 67所示 ， 當超聲波垂直入射到兩種介質的界面時 ， 一部分能量透過界面進入第二種介質 ， 成為透射波 (聲強為 It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來 ， 沿與入射波相反的方向傳播 ， 成為反射波 (聲強為 Ir)。 相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為頻散 。 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 縱波 、 橫波和表面波的聲速 。 第 6章 常用無損檢測方法 4） 實際探傷中 ， 將聲強 I1與 I2之比取對數的 10倍得到二者相差的數量級 ， 這時單位為 分貝 ， 用 dB表示 ， 即 )dB(lg1021IIΔ ? （ 67） 根據式（ 66），有 m2m121 lg20lg10PPIIΔ ??（ 68） 式中： Pm Pm2分別為聲強 I I2對應的聲壓幅值。 由上式可知：超聲場中某一點的聲壓幅值 Pm與角頻率成正比，也就與頻率成正比。 當聲源的尺寸遠小于測量點距聲源的距離時 ， 可以把超聲波看成是球面波 。 如圖 66所示 ， 在無限大且各向同性的介質中 ， 振動向各方向傳播 ， 用波線表示傳播的方向；將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點所連成的面稱為波陣面；某一時刻振動傳播到達的距聲源最遠的各點所連成的面稱為波前 。 當超聲波在固體介質中傳播時 ， 對于有限介質而言 ， 有一種沿介質表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?(見圖 64)。 介質中質點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波 ， 用 L表示 (見圖 62)。 4）遇有界面時，將產生反射、折射和波型的轉換。第 6章 常用無損檢測方法 超 聲 檢 測 1. 超聲波的產生依賴于做高頻機械振動的 “ 聲源 ” 和傳播機械振動的彈性介質 ， 所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎 。 3） 能量高 超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率 ， 超聲波的能量遠大于聲波的能量 。 （ 1） 縱波 。 （ 3） 表面波 （ 瑞利波 ） 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 65 (a) 對稱型； (b) 非對稱型 第 6章 常用無損檢測方法 2) 超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進行描述 。 可以證明 ， 球面波中質點的振動幅度與距聲源的距離成反比 。c為介質中的聲速； 為介質質點的振幅； V為介質質點振動的角頻率； 為質點振動速度的幅值； t為時間； x為質點距聲源的距離； 為聲壓幅值。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據。 群速度是波群的能量傳播速度 。 板波的聲速與其他波型不同 ， 其相速度隨頻率變化而變化 。 因此衰減系數可通過超聲波穿過一定厚度 （ Δ x） 材料后聲壓衰減的分貝 （ Δ dB） 數進行測量 ， 將衰減量 (Δ dB)除以厚度即為衰減系數 α 。 通常入射聲壓經過兩種介質的界面透射到試件中后 ， 均需經過相反的路徑 （ 假設在工件底面的反射為全反射 ） 再次穿過界面到第一介質中才被探頭所接收 。 反射波與入射點法線之間的夾角稱為反射角 。 這時 ， 介質 2中可能同時存在縱波與橫波 (見圖 610)。 (1) 第一臨界角 。 這種情況下 ， 可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍 ， 在固體中產生一定角度范圍內的純橫波 ， 對試件進行檢測 。 第 6章 常用無損檢測方法 3. 1） 平面波入射到曲界面上時的情況如圖 611所示 。 圓盤聲源發(fā)出的聲場 ， 由于聲源尺寸有限 ， 必然在其邊緣發(fā)生衍射效應使聲束向周圍空間擴散 ， 形成一個隨距離增大而波陣面面積不斷擴大的擴散聲束 。 這一結論也可通過式 (621)導出 。 主聲束所包含的角度范圍可由距聲源充分遠處的聲壓分布得到 。 由式 (626)可看出 ， 聲源的直徑越大 ， 波長越短 ， 則聲束指向角越小 ， 指向性越好 。 盡管實際聲場與簡化分析結果有所差異 ， 但在遠場區(qū)是基本符合的 。 具體的規(guī)則反射體回波聲壓公式可查閱有關資料 。 超聲檢測儀和探頭對超聲檢測系統(tǒng)的性能起著關鍵性的作用 ， 是產生超聲波并對經材料中傳播后的超聲波信號進行接收 、 處理 、 顯示的部分 。 可以認為該方式顯示的是沿探頭發(fā)射聲束方向上一條線上的不同點的回波信息 。 圖 619為 C型顯示原理圖 。 超聲波探頭用于實現(xiàn)聲能和電能的互相轉換 。 圖 621為一組探頭的圖片 。 除此之外 ， 耦合劑有潤滑作用 ， 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 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 623 (a) 無缺陷； (b) 有缺陷 第 6章 常用無損檢測方法 3） 液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體介質作耦合劑 ， 使聲波首先經過液體耦合劑 ， 而后再入射到試件中 ， 探頭與試件并不直接接觸 。 ② 檢測條件的確定 ， 包括超聲波檢測儀 、 探頭 、 試塊等的選擇 。 （ 3） 檢測大厚度試件或高衰減材料時 ， 選擇發(fā)射功率大 、 增益范圍大 、 電噪聲低的超聲波檢測儀 ， 有助于提高穿透能力和小缺陷顯示能力 。 針對具體對象 ， 適用的頻率需在上述考慮當中取得一個最佳的平衡 ， 既要保證所需尺寸缺陷的檢出 ， 并滿足分辨力的要求 ， 也要保證在整個檢測范圍內具有足夠的靈敏度與信噪比 。 （ 3） 對試件無腐蝕 ， 對人體無損害 ， 對環(huán)境無污染 。 鍛件可采用接觸法或液浸法進行檢測 。 超聲檢測是對焊接接頭質量進行評價的重要檢測手段之一 。 其粘合質量的檢測主要有接觸式脈沖反射法 、 脈沖穿透法和