【正文】 球面波 球面波的波振面為同心球面，超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓與該點(diǎn)至波源的距離成反比。 P0：初始聲壓 X：某點(diǎn)至波源的距離 XPP 0?? 柱面波 柱面波的波振面為同軸柱面，聲壓與距離的平方根成反比。 XPP 0?167。 9－ 2 球面波在平界面上的反射與折射 ? 球面波在單一平界面上的反射 球面波入射到平界面上 ,其反射波仍為球面波 ,且波源與入射波源對(duì)稱 ,反射波聲壓為 : 式中 : r 為聲壓反射率 。 x為從虛擬波源 O’算起的距離 xPrp 1?球面波在雙界面的反射 球面波在互相平行的雙界間的多次反射仍符合球面波變化規(guī)律 . 實(shí)際探傷中，當(dāng)平行界面的間距 d較大時(shí)，超聲波探頭發(fā)出的超聲波可視為球面波，示波屏上各次底波反射波的高度近似符合 1： ： …… 的規(guī)律。 2131 球面波在單一平面上的折射 由于聲速的不同 ,球面波入射到平界面上時(shí) ,其折射波不再是嚴(yán)格的球面波 .只有當(dāng)張角較小時(shí)，可視為近似的球面波，且有： 對(duì)水 /鋼界面 : 這說(shuō)明：球面波入射的水 /鋼界面時(shí)，其折射角更加發(fā)散。 折射聲壓： t ： 聲壓透射率 。 x ：從折射波源算起的距離 212121s ins inCC??????4159 0014 502121 ???CC??xPtP 1?167。 9－ 3平面波在曲界面上的反射與折射 平面波在曲界面上的反射 當(dāng)平面波入射到曲界面上時(shí)，其反射波將發(fā)生聚焦或發(fā)散。平面波束與曲界面上各入射的法線成不同的夾角：入射角為 0186。C的聲束沿原方向返回，稱為聲軸，其余聲線的反射則隨著距聲軸距離的增大，反射角逐漸增大。 當(dāng)曲界面為凹球面時(shí)，反射線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上； 當(dāng)曲界面為凹圓柱面時(shí)，反射線匯聚于一條焦線上。此時(shí)，焦距為： 式中： r—曲界面的曲率半徑 mm。 2rf ?? 平面波入射到球面時(shí) ,其反射波發(fā)生聚焦或發(fā)散，與球面的凹凸有關(guān)。反射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，其反射聲壓為： 式中： f － 焦距 x － 軸線上某點(diǎn)至頂點(diǎn)的距離 。 P0 － 頂點(diǎn)處入射波聲壓 。 ： +用于發(fā)散， 用于聚焦。 fxfx PP ?? 0177。 平面波入射到柱面時(shí) ,其反射波可視為從焦軸發(fā)出的柱面波 . 實(shí)際探傷中，球形、柱形氣孔的反射就屬于以上兩種情況。 fxfx PP ?? 0? 平面波在曲界面上的折射 平面波入射到曲面上時(shí)，其折射波也將聚焦和發(fā)散，這時(shí)聚焦和發(fā)散不僅僅與曲面的凹凸有關(guān)，而且，與界面兩側(cè)介質(zhì)的波速有關(guān)。 對(duì)于凹面，當(dāng) C1＜ C2時(shí)聚焦，當(dāng) C1＞ C2時(shí)發(fā)散； ? 對(duì)于凸面，當(dāng) C1＞ C2時(shí)聚焦，當(dāng) C1＜ C2時(shí)發(fā)散。 平面波入射至球面透鏡時(shí) ,其折射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，聲壓公式： 式中 : t 為聲壓透射率 。 f 為焦距 , P0 為 頂點(diǎn)處入射波聲壓 。 + 用于發(fā)散 , 用于聚焦 fxfx tPP ?0?? 平面波入射到柱面透鏡 ,其折射波可視為從焦軸發(fā)出的柱面波 .其聲壓公式： 實(shí)際檢測(cè)用的水浸聚焦探頭就是根據(jù)平面波入射到 C1C2的凸透鏡上，折射波發(fā)生聚焦的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)的，這樣可以提高檢測(cè)靈敏度。 fxftpP x?? 0167。 9－ 4 球面波在曲界面上的反射和折射 ? 球面波在曲界上的反射 – 球面波在球面上的反射波 ,可視為從像點(diǎn)發(fā)出的球面波 . 式中 : P1 為球面頂點(diǎn)處入射波聲壓 。 a 為球面頂點(diǎn)至波源的距離 。 ―177。 ‖－“＋”發(fā)散，“－” 聚焦 實(shí)際探傷中，距波源較遠(yuǎn)的球形氣孔缺陷就屬于球面波在凸球面上的反射。由于反射波進(jìn)一步發(fā)散，回波較低，這就是超聲波探傷對(duì)氣孔缺陷靈敏度的的原因所在。 )/1(1axfxfaPxP ???? 球面波在柱面上的反射 球面波在柱面上的反射波不是單純的球面波 ,也不是單純的柱面波 ,而是近似為兩個(gè)不同的柱面波疊加 . 超聲波徑向探傷大型圓柱形鍛件屬于這種情況 )]/1()[/1(1axfxaxfaPxP ????167。 10 超聲波的衰減 ? 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著距離的增加，超聲能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫做超聲波衰減。 ? 167。 10－ 1衰減的原因 擴(kuò)散衰減、散射衰減、吸收衰減 擴(kuò)散衰減 －聲束的擴(kuò)散，使超聲波的能量隨距離增加而減弱的現(xiàn)象。 超聲波的擴(kuò)散衰減僅取決與波振面的形狀，與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 平面波： 不存在衰減； 球面波： 球面波的波振面為同心球面，聲束向四面八方擴(kuò)散，存在擴(kuò)散衰減，聲壓與距離成反比。 柱面波： 波振面為同軸圓柱面，聲束向四周擴(kuò)散，存在擴(kuò)散衰減，聲壓與距離的平方根成反比。 散射衰減 ： 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射而引起的衰減現(xiàn)象。散射衰減與介質(zhì)的晶粒密切相關(guān)－晶粒散射。當(dāng)材質(zhì)晶粒度大時(shí)，散射衰減嚴(yán)重，被散射的超聲波沿復(fù)雜的路徑傳到探頭，在示波屏上引起林狀回波（又稱 草波）使信噪比下降，嚴(yán)重時(shí)噪聲湮沒(méi)缺陷波。 吸收衰減 ：超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)摩擦和熱傳導(dǎo)引起超聲波的衰減。 介質(zhì)衰減通常是指吸收衰減和散射衰減，而不包括擴(kuò)散衰減。 167。 10－ 2衰減方程和衰減系數(shù) 衰減方程 平面波： P0 波源的起始聲壓 PX 至波源距離為 x處的聲壓 X 至波源的距離 α 介質(zhì)衰減系數(shù) xx epp???0球面波： 柱面波： xx exPP ??? 1xX exPP ??? 1? 衰減系數(shù) 衰減吸收只考慮介質(zhì)的散射和衰減，未涉及擴(kuò)散，對(duì)固體介質(zhì)而言： α ＝ α s＋ α a 吸收衰減系數(shù)： α a=c1f dλ 散射衰減系數(shù)： α s＝ d≈ λ dλ d：介質(zhì)的晶粒直徑 F：各項(xiàng)異性系數(shù) c c c c4 常數(shù) 432 fFdC23FdfCdFC /4? 由以上公式可知： （ 1）介質(zhì)的吸收系數(shù)與頻率成正比； （ 2）介質(zhì)的散射系數(shù)與 f、 d、 F有關(guān)。 在實(shí)際探傷中，當(dāng)介質(zhì)的晶粒較粗大時(shí)，若采用較高的頻率，將會(huì)引起嚴(yán)重衰減，示波屏出現(xiàn)大量草波，使信噪比明顯下降，超聲波的穿透能力也顯著下降。這就是晶粒粗大的奧氏體鋼和一些鑄件探傷的困難所在。 167。 10－ 3 衰減系數(shù)的測(cè)定 ? 薄板工件衰減系數(shù)的測(cè)定 對(duì)于厚度較小，上下底面平行，表面光潔的薄板工件或試塊，可用直探頭放在薄板表面，使聲波在上下表面往復(fù)反射，在示波屏上出現(xiàn)多次底波，由于介質(zhì)的衰減和反射損失，使底波高度依次減小，如圖所示，介質(zhì)的衰減系數(shù)按下面公式計(jì)算： xmnBB nm)(2/lg20??? ??–式中 :m、 n 為底波的反射次數(shù) 。 – Bm 、 Bn 第 m、 n次底波高度； –δ為反射損失，每次反射損失約為（ ~1)dB； – X 為薄板的厚度。 x Bm Bn T ? 厚板或粗圓柱體的衰減系數(shù)的測(cè)定 對(duì)于厚度大于 200mm的厚板或粗圓柱體類工件，可根據(jù)第一、二次底波 B B2的高度，按照下面公式計(jì)算： 式中： B B2第一、二次底波的高度； δ：反射損失； 6：擴(kuò)散衰減引起的分貝差； x：工件厚度 xBB26/lg20 21 ?? ???x B1 B2 T 黃新超 13903853020 Email: 網(wǎng)站：