【正文】 小值，說明近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓不穩(wěn)，在實(shí)際檢測(cè)對(duì)缺陷定量不利。 處于聲壓極小值處的較大缺陷回波聲壓可能很低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷可能回波聲壓較高，這樣容易引起誤判或漏檢。 在實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)盡可能避免在近場(chǎng)區(qū)定量檢測(cè)。 ? 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)： xN的區(qū)域，聲壓隨距離增加而單調(diào)減少，稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū) 。當(dāng) 時(shí)，聲壓近似球面波的規(guī)律。這是因?yàn)榫嚯x足夠大時(shí)，波源各點(diǎn)至軸線上某點(diǎn)的聲程差很小，引起的相位差也很小，這時(shí)干涉現(xiàn)象可以忽略不計(jì)。 Nx 3?? 超聲場(chǎng)截面的聲壓分布 ? 橫截面的聲壓分布：在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的中心軸線上存在聲壓為零的截面，如圖所示 ，但偏離中心較高。在x≥N的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，中心最高，兩邊漸漸低，規(guī)定 2N以外測(cè)定聲束偏離和探頭 K值才準(zhǔn)確。 圖 12 聲束橫截面聲壓分布 ? 波束的指向性和半擴(kuò)散角 ? 波源在充分遠(yuǎn)處任意一點(diǎn)的聲壓 P(r， θ)與波源軸線上同距離處聲壓 P（ r, 0）之比，稱為指向性系數(shù)，如下圖所示，用 DC表示： 圖 13 遠(yuǎn)場(chǎng)中任意一點(diǎn)聲壓推導(dǎo)圖 ? 點(diǎn)波源 ds在至波源距離遠(yuǎn)處任意點(diǎn) M（ r, θ)處引起的聲壓為： ? 整個(gè)圓盤波在點(diǎn) M（ r, θ)處引起的總聲壓幅值為： ? 式中： J1為一階 Bessel函數(shù) dSkrtjjerkPdP )(39。2 0 ??? ??]s i n )s i n(2[]s i n )s i n(2[39。2 1010 ? ??? ??ssSsSm kRkRJrFPk R skRJrkFPP ??)!1(!2)1()( 121201 ??? ????? kkyyJ k kkk? 指向性系數(shù)： ? 令 ，則 ???s i n)s i n(2)0,(),( 1ssC kRkRJrPrPD ???s inskRy ?....!32!121)(2 54321 ????? yyyyJDC? DC與 y的關(guān)系曲線如下圖所示： 圖 14 圓盤波束指向性示意圖 ? 由圖可知以下結(jié)論： ? （ 1）這說明超聲場(chǎng)中至波源充分遠(yuǎn)處同一橫截面上各點(diǎn)的聲壓是不同的，以軸線上的聲壓為最高。實(shí)際探傷中，只有當(dāng)波束軸線垂直于缺陷時(shí)，缺陷回波最高就是這個(gè)原因。 ? （ 2）當(dāng) y=kRssinθ=,… 時(shí)， Dc=P(r，θ)/P(r， 0)=0，即 P(r， θ)=0。這說明圓盤源輻射的縱波聲場(chǎng)中存在一些聲壓為零的圓錐面。 ? 由 y=kRssinθ=： θ0＝ ? θ0圓盤波輻射縱波聲場(chǎng)的第一零值發(fā)散角，即半擴(kuò)散角。 （ 3）當(dāng) y，即 θθ0時(shí)， |Ds|。這說明半擴(kuò)散角以外的聲場(chǎng)聲壓很低，超聲波的能量主要集中在半擴(kuò)散角以內(nèi)。因此可以認(rèn)為半擴(kuò)散角限制了波束的范圍。 （ 4） 2θ0以內(nèi)的波束稱為主波束，只有當(dāng)缺陷位于主波束范圍時(shí)，才容易被發(fā)現(xiàn)。以確定的擴(kuò)散角向固定的方向輻射超聲波的特性稱為波束指向性。 （ 5）由于超聲波主波束以外的能量很低和介質(zhì)對(duì)超聲波的衰減作用，使第一零值發(fā)射角以外的波束只能在波原附近傳播，因此在波源附近形成一些副瓣。 （ 6）增加探頭的直徑、提高探頭的頻率，半擴(kuò)散角將減小，可以改善聲束指向性，能量集中，有利于提高探傷靈敏度。但增大了近場(chǎng)長(zhǎng)度，對(duì)探傷反而不利。實(shí)際是合理選擇直徑和頻率，保證探傷靈敏度下，盡量減少近場(chǎng)長(zhǎng)度。 ? 與聲壓幅值有關(guān)的半擴(kuò)散角 γ ? 在某些時(shí)候，例如在 TOFD超聲檢測(cè)中，往往更關(guān)心聲束截面上的聲壓變化。比如聲壓幅值從聲壓軸線上下降一定 dB時(shí)，聲束的半擴(kuò)散角是多大，如教材 3－ 8所示。為此引入與聲壓幅值有關(guān)的半擴(kuò)散角 γ的概念，它與半擴(kuò)散角不同。其理論推導(dǎo)復(fù)雜，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定。 ? 式中 λ－介質(zhì)中波長(zhǎng)， Ds －聲源直徑， F －常數(shù)因子 sDF ?? ?s in? 4 、波束未擴(kuò)散區(qū)與擴(kuò)散區(qū) ? 1）超聲波波源輻射的超聲波是以特定的角度向外擴(kuò)散出去的，但并不是從波源開始擴(kuò)散的。而是在波源附近存在一個(gè)未擴(kuò)散區(qū) b，其理想化的形狀如下圖。 圖 15 圓盤源理想化聲場(chǎng)中的未擴(kuò)散區(qū)和擴(kuò)散區(qū) 由圖中的幾何關(guān)系可得： 2）在波束未擴(kuò)散區(qū) b內(nèi)，波束不擴(kuò)散，不存在擴(kuò)散衰減，各截面平均聲壓基本相同。因此薄板試塊前幾次底波相差無幾。到波源的距離 xb的區(qū)域稱為擴(kuò)散區(qū)，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)波束擴(kuò)散衰減。 20200)2( i nDbDD s ?????NDb s 2?? ?規(guī)則反射體回波聲壓 ? 實(shí)際超聲檢測(cè)中常用反射法 ,反射法是根據(jù)缺陷反射回波聲壓的高低來評(píng)價(jià)缺陷的大小。由于工件中缺陷的形狀性質(zhì)各不相同 ,目前的檢測(cè)技術(shù)還難以確定缺陷的真實(shí)大小和形狀?；夭晧合嗤毕?,其實(shí)際大小可能相差很大 ,為此引入當(dāng)量法。 ? 當(dāng)量法的定義：在同樣的探測(cè)條件下 ,當(dāng)自然缺陷回波與某人工反射體回波等高時(shí) ,就認(rèn)定該人工反射體尺寸就是此自然缺陷的當(dāng)量尺寸。 (自然缺陷的實(shí)際尺寸往往大于當(dāng)量尺寸 ) ? 超聲波檢測(cè)中常用的規(guī)則反射體種類主要有：平底孔、長(zhǎng)橫孔、短橫孔、球孔、大平底、圓柱曲底面等。 ? 考慮到介質(zhì)衰減的各幾何體返回聲壓公式： ? 平底孔回波聲壓： ? 長(zhǎng)橫孔回波聲壓： ? 短橫孔回波聲壓： ? 球孔回波聲壓： ? 大平底與實(shí)心圓柱體回波聲壓： 2220 xfSf exFFPP ????2022xfSf exDxFPP ????202xffSf eDxlxFPP ?????204xfSf exDxFPP ????202xSB exFPP ????? 空心圓柱體外圓檢測(cè)回波聲壓： ? 空心圓柱體外圓檢測(cè)回波聲壓： ? 式中： x— 探測(cè)距離（ x3N） 。 ? Ff — 平底孔面積 =πDf2/4。 d— 空心圓柱體內(nèi)徑； ? lf — 短橫孔長(zhǎng)度； D— 空心圓柱體外徑； ? Df— 平底孔、長(zhǎng)橫孔、短橫孔、球孔直徑； ? α— 介質(zhì)單程衰減系數(shù) =dB/mm 202xSB eDdxFPP ????202xSB edDxFPP ????3 試塊 一、試塊的作用 確定探傷靈敏度 測(cè)試儀器和探頭的性能 評(píng)判缺陷的大小 調(diào)整掃描速度 二、試塊的分類 按試塊來歷： 1）標(biāo)準(zhǔn)試塊：如 IIW試塊和 IIW2試塊 2）參考試塊：如 CS1試塊、 CSKIA試塊等 按試塊上人工反射體： 1）平底孔試塊：如 CSI、 CS2試塊 2）橫孔試塊：如 CSKⅡA 和 CSKⅢA 3）槽形試塊：如無縫鋼管探傷中所用的試塊，內(nèi)、外圓表面就加工有三角尖槽。 三、國(guó)內(nèi)外常用試塊簡(jiǎn)介 IIW試塊 1）尺寸：如圖所示 2）材質(zhì)： 20號(hào)鋼，正火處理，晶粒度 78級(jí) IIW2試塊 1）尺寸：如圖所示 2）主要用途： （ 1）測(cè)定斜探頭的入射點(diǎn)和折射角 （ 2）測(cè)儀器的水平線性、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍 （ 3）測(cè)儀器和探頭的組合靈敏度 CSKIA試塊 在 IIW試塊基礎(chǔ)上改進(jìn)得到， CSKIA試塊有三點(diǎn)改進(jìn)； 1）將直孔 φ 5O改為 φ 50、 φ 4 φ 4O臺(tái)階孔，以便于測(cè)定橫波斜探頭的分辨力。 2）將 R100改為 R100、 R50階梯圓弧，以便于調(diào)整橫波掃描速度和探測(cè)范圍。 3）將試塊上標(biāo)定的折射角改為 K值，從而可直接測(cè)出橫波斜探頭的 K值。 半圓試塊 結(jié)構(gòu)： CSK— ⅡA 、 CSK— ⅢA 試塊和 CSK— ⅣA 試塊 JB4370— 2022標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的焊縫超聲波探傷用的橫孔標(biāo)準(zhǔn)試塊。 ? CSⅠ 和 CSⅡ 試塊 ? CSⅠ 和 CSⅠ 試塊是鍛件檢測(cè)用平底孔標(biāo)準(zhǔn)試塊。 ? RB試塊 ? RB試塊是鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) GB11345— 89規(guī)定的試塊。 ? 該試塊上加工有 φ 3mm橫通孔，試塊的材質(zhì)與被檢工件相同或相近。 ? 鋼板探傷試塊 ? CBⅠ 、 CBⅡ 試塊，分別用于薄板和中厚板檢測(cè)時(shí)的靈敏度調(diào)整及缺陷評(píng)定。 ? 小徑管專用試塊 ? GS系列試塊， JB4730中規(guī)定的用于檢測(cè)承壓設(shè)備管子及壓力管道對(duì)接焊縫的試塊。