【正文】 波檢測 S2SL1L s i ns i ncc?? ?S2L1a rc s i nccII ??第 6章 常用無損檢測方法 (3) 第三臨界角 αⅢ 。 SL ?? ?S? 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 當兩種介質聲速不同時 ， 透射部分的聲波會發(fā)生傳播方向的改變 ， 稱為折射 。愈小，時，即當最大，時，）（當，時，當trtrntrn4d0d0412d102d2222????????????? 第一章 超聲波檢測 12ZZm ?第 6章 常用無損檢測方法 由上式可知：往復透射率為工件等情況，此時聲壓耦合劑或晶片工件，保護薄膜層，如晶片，即非均勻介質中的薄）當（)2(s i n)()2(c o s)(4ZZZ22222231222223131321???? dZZZZdZZZZt??????????2313122 )(42d ZZZZtn???? 時，當? 即超聲波垂直入射到兩側介質聲阻抗不同的薄層，如薄層厚度等于半波長的整數(shù)倍時，通過薄層的聲壓往復透射率與薄層的性質無關。 但遇到異介質界面 （ 即聲阻抗差異較大的異質界面 ） 時 ，會產生反射和透射現(xiàn)象 。 同一固體介質中 ， 縱波聲速 cL大于橫波聲速 cs， 橫波聲速 cs又大于表面波聲速 cr。 二、 介質的聲參量 VpZ ? 第一章 超聲波檢測 效聲壓與通過該點的有效質點速度的比值。 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(jù)。 在各向同性介質中波線垂直于波陣面 。 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?。 頻率 f：單位時間內，超聲波在介質中任一給定點所通過完整波的個數(shù)； 波長 λ：聲波在傳播時，同一波線上相鄰兩個相位相同的質點之間的距離； 第一章 超聲波檢測 二、超聲波的分類 第 6章 常用無損檢測方法 周期 T：聲波向前傳播一個波長距離時所需的時間； 角頻率 ω： 其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質的特性和波型有關。第 6章 常用無損檢測方法 第一章 超聲波檢測 第一節(jié) 超聲檢測的基礎知識 第二節(jié) 超聲場及介質的聲參量簡介 第三節(jié) 超聲場在介質中的傳播特性 第四節(jié) 由圓形壓電晶片產生的聲場簡介 第五節(jié) 超聲波檢測方法 第六節(jié) 超聲檢測技術的應用 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 超聲波是超聲振動在彈性介質中傳播的機械波。在鋁中的傳播速度為 5100米 /秒。 如抖動繩子時 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 橫波（ Transverse wave） 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 表面波 （ 瑞利波 ） 。 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 。以平面縱波在均勻的各向同性固體介質中傳播時 ,有 2m2222112121 cVcpcAI m ???? ???由上式可知，超聲場中，聲強與角頻率平方成正比。實驗證明，氣體、液體與金屬之間的特性聲阻抗之比大約為 1:3000:8000。 在給定的材料中 ， 頻率越高 ， 波長越短 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 一 、 超聲波在無限大介質中傳播時 ， 將一直向前傳播 ， 不改變方向 。 在兩個界面上的反射和透射 d2 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 當?shù)谝?、 三介質為同一介質時 )2(s)m1(m4111t)2(s)m1(m411)2(s)m1(m41r222222222222??????dindindin????透射率反射率由上兩式可知： 愈大。 當介質 1為液體或氣體時，則入射波和反射波只能為縱波 。 或：第二介質中既無折射縱波 ， 又無折射橫波 ， 介質的表面將產生表面波 。的聲線沿原方向返回 ， 稱為 聲軸 ；其余聲線的反射角則隨著距聲軸距離的增大而增大 。 3 水浸聚焦探頭是根據(jù)平面波入射到 c1c2的凸曲面上時透射波將產生聚焦的原理設計制作的。 圓盤聲源遠場中任一點的聲壓推導 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 根據(jù)疊加原理 ， 圓盤聲源軸線上任何一點處的聲壓等于聲源上各點輻射的聲壓在該點的疊加 。 第一章 超聲波檢測 圓盤聲源聲場指向性示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 設 a為圓形聲源的半徑 ， x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 。 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 。 C型顯示原理圖 第一章 超聲波檢測 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 。 而當探頭直徑小于 5mm時 ， 檢測靈敏度顯著下降 ， 不宜采用 。 耦合劑就是為了改善探頭和試件間聲能的傳遞而加在探頭和檢測面之間的液體薄層 。 采用一個探頭兼做發(fā)射和接收器件 ， 接收信號在探傷儀的熒光屏上顯示 ， 并根據(jù)缺陷及底面反射波的有無 、大小及其在時基軸上的位置來判斷缺陷的有無 、 大小及方位 。 ④ 掃查 。 探頭晶片尺寸對檢測的影響主要是通過其對聲場特性的影響體現(xiàn)出來的 。鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會沿加工方向被拉長形成微裂紋，進而引起鋼材的強度、塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象。 鑄件檢測常采用的超聲檢測方法有直接接觸法、 液浸法、 反射法和底波衰減法。 發(fā)現(xiàn)缺陷后 ， 即可采用三角法對其進行定位計算 。 超聲波測厚儀從工作原理上可分為 脈沖反射式 和共振式，前者應用較多。 焊縫形式有對接 、 搭接 、 T型接 、 角接等 。與鍛件相比，對超聲波的衰減大，穿透性較差。軸類鍛件以圓周檢測為主 ， 必要時輔以兩端面的檢測；方形鍛件 ， 應在相互垂直的兩個端面上檢測 。 頻率的選擇可以這樣考慮：對于小缺陷 、 近表面缺陷或薄件的檢測 ， 可以選擇較高頻率；對于大厚度試件 、 高衰減材料 ， 應選擇較低頻率 。 但各種超聲檢測技術又都存在著通用的技術問題 。 直射聲束穿透法 (a) 無缺陷； (b) 有缺陷 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 透射法檢測的優(yōu)點： ① 在試件中聲波單向傳播，適合檢測高衰減的材料； ② 對發(fā)射和接收探頭的相對位置要求嚴格，須專門的探頭支架。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 第一章 超聲波檢測 標準試塊 (校準試塊 ): 用以測試探傷儀的性能 、調整檢測靈敏度和聲速的測定范圍 。 其中最常用的是接觸式縱波直探頭 、 接觸式橫波斜探頭 、 雙晶探頭 、 水浸探頭與聚焦探頭等 。 該方式可以 直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息 。 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 。時的聲壓振幅 pmax(0)之比，它表達了聲場中聲壓 p的振幅與方向角 θ之間的變化關系，以 Dc表示： 第一章 超聲波檢測 J1—— 第一類一階貝塞爾函數(shù)： 第一類貝塞爾函數(shù)，記作 Jn（ x），用 x的偶次冪的無窮和來定義，數(shù) n稱為貝塞爾函數(shù)的階，它依賴于函數(shù)所要解決的問題。 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 。如曲面為球面，則透射波陣面為球面，透射波好像是從焦點出發(fā)的球面波；曲面為柱面時，則透射波好像是從焦軸出發(fā)的柱面波。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 聲壓往復透射率 超聲波傾斜入射時，聲壓往復透射率等于兩次相反方向通過同一界面的聲壓透射率的乘積，即 toatoappppppT ?? 第一章 超聲波檢測 見圖 110。 當入射波為縱波 ， 第二介質為固體 ， 且 cS2cL1時 ， 使橫波折射角達到 90176。s Law(光的折射定律）：光入射到不同介質的界面上會發(fā)生反射和折射。但在固液 、 固氣界面上 ， 橫波將發(fā)生全反射 ， 這是因為橫波不能在液體和氣體中傳播 。 （ 2）散射衰減：散射是由于物質的不均勻產生的，不均勻材料含有聲阻抗急劇變化的界面，在這兩種物質的界面上，將產生聲波的反射、折射和波形轉換現(xiàn)象，必然導致聲能的降低。 第一章 超聲波檢測 相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為 頻散 。 第一章 超聲波檢測 1 15 N dB8 6d N P??第 6章 常用無損檢測方法 聲波在介質中的傳播是由其聲學參量 （ 聲速 、 聲阻抗 、 聲衰減系數(shù)等 ） 決定的 ， 因此需要研究介質的聲參量 。 超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強p1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強 P0之差稱為該點的聲壓 ，用 p表示 ,單位為帕， Pa，即 )Pa(01 ppp ?? 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 對于平面余弦波， 可以證明： ??????ApxtApm c]2)2(c o s [c????式中： 為介質的密度； c為介質中的聲速； 為介質質點的振幅； 為介質質點振動的圓頻率； 為質點振動速度的幅值； t為時間； x為質點距聲源的距離， 為聲壓的極大值。脈沖波是質點振動時間很短的波， 超聲檢測中最常用的是脈沖波 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 縱波（ Longitudinal wave） 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 橫波 。利用超聲波在介質中傳播時這些物理現(xiàn)象，經過巧妙的設計，使超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。較高的頻率主要用于細晶材料和高靈敏度檢測，較低的頻率用于衰減較大和粗晶材料（ 1MHz以下）。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。 如采用表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)工件的表面缺陷 。 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 。 第一章 超聲波檢測 由于科技的進步 ,認 識到人類對聲音的響應是按對數(shù)規(guī)律變化的 ,于是有了一個單位就是貝爾 (bel，美國發(fā)明家 ,電話發(fā)明人 ) 。 第 6章 常用無損檢測方法 聲速表示聲波在介質中傳播的速度 ， 它與超聲波的波型有關 ， 但更依賴于傳聲介質自身的特性 。 幾種不同波形的聲速 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 （ 1） 液體中的聲速： （ 2） 無限固體介質中的縱波聲速： （ 3） 無 限 固體介質中的橫波聲速： 幾種不同介質中的聲速 第一章 超聲波檢測 ?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 。 第一章 超聲波檢測 第 6章 常用無損檢測方法 反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值稱為 聲壓反射率 r， 透射波聲壓 Pt和 P0的比值稱為 聲壓透射率 t。 入射聲波與入射點法線之間的夾角稱為 入射角 。 第一章 超聲波檢測 斯涅耳定律 S2SL2LS1