【正文】 p1/p2 = h1/h2 (43) ? 實際探測時，超聲波探傷儀示波屏上的波高 h能夠反映聲波的衰減狀況。 超聲波探傷儀示波屏上 波高 h的衰減狀況 ? 這里， B1～ B6代表超聲波在工件底面的 6次反射波。波高 h依次遞減。 T B1 B2 B6 超聲波在介質中的傳播 超聲波在異質界面處產生的各種現(xiàn)象 (1)垂直入射異質界面時的 透射 、 反射 及 繞射 ① 透射與反射 ② 反射系數(shù) K = W反 / W入 100% W透 W反 w入 ③ 常見材料之間的界面反射系數(shù) 界面材料 反射系數(shù) K % 鋼 — 鋼 0 鋼 — 變壓器油 81 鋼 — 有機玻璃 77 鋼 —— 水 88 有機玻璃 — 變壓器油 17 鋼 —— 空氣 100 有機玻璃 —— 空氣 100 ④ 反射現(xiàn)象的辯證分析 反射現(xiàn)象 ： 對發(fā)射超聲波不利 ； 對脈沖反射法接收有利。 ⑤影響反射系數(shù) K的因素 反射系數(shù) K值的大小，決定于相鄰介質的 聲阻抗之差 ： Δ Z =| Z 2－ Z 1| Δ Z 越大， K 值越大。 而與何者為 第一介質 無關。 關于 聲阻抗 聲阻抗 Z—— 表示聲場中介質對質點振動的阻礙作用。指超聲波在介質中傳播時，任一點的 聲壓 p與該 點速度振幅 V之比。 定義式 聲阻抗 Z = p/V (44) 數(shù)值表征 Z = ρCL (45) 氣體、液體、金屬之間聲阻抗之比約為： 1： 3000： 8000。 ⑥ 繞射現(xiàn)象 ? 當界面尺寸 dfλ/2 時，聲波能繞過缺陷界面而繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，叫作 繞射 。 ? 因此，要想 提高探傷靈敏度 ，必須 提高頻率 f,以便 發(fā)現(xiàn)更小的缺陷 。 超聲波的 繞射現(xiàn)象 (2)傾斜入射異質界面的 反射 、 折射 和 波型轉換 ①參考圖 S1 L1 S2 L2 α α ｓ α L βｓ βL L o L—— 入射縱波； α —— 縱波入射角； L1—— 反射縱波； αL—— 縱波 L1反射角； S1—— 反射橫波； αｓ —— 橫波 S1反射角； L2 —— 折射 縱波； βL—— 縱波 L2折射角； S2 —— 折射 橫波； βｓ —— 橫波 S2折射角。 Ⅰ Ⅱ ② 斯涅耳定律： 2211 LLSSSSLLL CS I NCS I NCS I NCS I NCS I N ????? ????（ 4－ 6) S1 L1 S2 L2 α α ｓ α L βｓ βL L (3)臨界角 的討論及其應用意義 因 CL = CL1 。α=αL 。由（ 46）式可推知 : （ 47） （ 48） 臨界角的討論 ：當取有機玻璃為第一介質，鋼為第二介質時，即有： CL1CL2 , CL1 CS2 CL2 , 必有 αβSβL ；且 α ， βS ， βL ； )s i na r c s i n ( 21 lCC LL ?? ??)s i na r c s i n ( 21 sCC sL ?? ??? 故當 βL = 90176。 時，第二介質中只有橫波。此時對應的縱波入射角 α；叫作 第一臨界角 ，記為 α1m。 這時， α1m = 176。 。 ? 當 α ，使 βs = 90176。 時，第二介質中只有表面波。此時對應的縱波入射角 α叫作 第二臨界角， 記為 α2m = 。 ? 臨界角的應用 ： 斜探頭設計 時，應保證 聲波的入射角介于 第一臨界角、第二臨界角 之間。 超聲波檢測原理 ? 本節(jié)重點講解 : A型脈沖反射法 超聲波檢測原理。 在 實際應用 中以 該法為主。 A型脈沖反射法超聲波檢測原理 (1)原理： A型 脈沖反射法 超聲波檢測就是利用超聲波在傳播過程中，遇到 聲阻抗差較大的 異質界面 時，將 產生反射 的原理來實現(xiàn)對內部缺陷檢測的。 (2)實現(xiàn)方法 ： 該法采用 單一探頭 —— 既作發(fā)射器件，又作接收元件，以脈沖方式間歇地向工件發(fā)射超聲波； 接受到的回波信號經功能電路放大、檢波后，在探傷儀的 示波屏 上，以 脈沖信號 顯示出來。 (3)信號的解讀 ： 根據探傷儀示波屏上 始波 T、 傷波 F、 底波 B的 有無 、 大小 及其在 時基軸 上的 位置可判斷工件 內部缺陷 的 有無、大小和位置 。見下圖： 示例 直探頭缺陷顯示 c. 大缺陷 T B T T B F F 示波屏特征小結 （ a） 無缺陷 —— 示波屏上 只有始波 T和底 波 B，而且底波較高； （ b）有小缺陷 —— 示波屏上不僅有始波 T 和底波 B；而其間 還有傷波 F。 相對（ a）無缺陷的情況， 底波變矮 ； （ c）有大缺陷 —— 示波屏上 只有始波 T和傷波 F, 沒有底波 B。 相對（ b）而言， 傷波變高 。 脈沖反射法超聲波檢測技術要點 ? 內容提要： ? 從根本上說，超聲波檢測技術的基本任務就是： ① 通過調節(jié)探傷系統(tǒng)的 靈敏度 和調整 操作手法 ，有效地 發(fā)現(xiàn)缺陷 ； ② 發(fā)現(xiàn)缺陷后，能夠 準確地給缺陷 定性 、 定量、 定位 ； ③ 根據工藝要求 , 提出返修建議 及相關的 探傷工藝； ④ 按規(guī)定格式，寫出 檢測報告 。 ? 本節(jié)將根據上述任務，重點介紹兩種探傷方法。 垂直入射法 （直探頭，縱波法探傷技術） ① 定義： 采用直探頭將 聲束垂直入射工件 的 探傷方法；該法利用的 聲波類型為 縱波 ，故有 縱波法 之稱。 簡記： 垂直入射法 = 直探頭法 = 縱波法 ② 缺陷顯示方式 ：以回波在 時基線 上的位 置、脈沖大小反映缺陷的情況。 ③ 應用特點： 能夠發(fā)現(xiàn)與 探測面 平行 或 接近平行 的面積型缺陷和體積型缺陷。對體積型缺陷的檢出率較高。 ④ 缺陷的定位： 缺陷就在探頭的 正下方 ！從三維定位的角度，需給出三個坐標： x,y,z；其中，在探測面上的水平坐標 x,y可直接用鋼板尺量??；而缺陷的埋藏深度坐標 z（習慣上用 深度 h表示）可根據傷波 F在時基線上的位置，按比例關系確定 : h = (tf / tb) δ= n tf 式中， tf — 傷波脈沖前沿在示波屏時基線上的刻度值； tb— 底波在示波屏時基線上的刻度值； δ— 被檢測試件的厚度值； n — 比例系數(shù) 。 n= δ/ tb 。 ⑤ 缺陷的定量 大于聲束直徑 時，采用 移動測長法 ； 即半波高法 。圖示如下： 缺陷長度 探頭移動距離 6db 波高 波高包絡線 探頭 時，采用 當量法 ； 當量法的基本思想 ： 在一定的探傷靈敏度條件下，將 已知形狀、尺寸的人工反射體的回波 與 實際檢測到的缺陷回波相對比，若 二者的聲程 、 回波高度 相等 ，則這個已知人工反射體的 相關尺寸 可視為該實際缺陷的“ 缺陷當量 ”。 可見當量法應該選擇恰當?shù)?對比試塊 。 設計適當?shù)木嚯x尺寸和人工反射體的尺寸； 得到“探測 距離與波幅曲線” ； 當量法的距離 —— 波幅曲線示意圖 ? 對比試塊 250 50 孔徑可改變?yōu)椋? Φ2， Φ3， Φ4， Φ6； 探頭 平底孔距探測面的距離為： 5， 10， 15， 20， 25， 30， 35， 40， 45 當量法的距離 —— 波幅曲線示意圖 圖例 波幅 距離 mm 評定線 定量線 報廢線 Ⅰ Ⅱ Ⅲ dB ⑥ 缺陷的定性 對于 A型顯示的超聲波檢測來說，給缺陷定性是 較復雜和困難的 。 需要了解檢測對象的 材質 、 工藝 、 缺陷位置 、 空間位向 、 信號大小 、 特征 等多方面的信息。 缺陷 性質不同 ，其 波形特征各異 ；在探頭移動 時，也會 表現(xiàn)出不同的特點 。 要做 動態(tài)分析 ！ 舉 例 ? 點狀缺陷 的 波幅較低 ，當探頭作 環(huán)繞掃查時， 信號反映遲鈍 ； ? 夾渣群 則呈 連串的波峰 ，而且波形 雜亂 ； ? 裂紋和未焊透等平面缺陷的回波高而陡峭，對探頭 轉角掃 查 反映敏感 ； ? 特別是回波信號往往隨探頭的掃查方式改變而發(fā)生不同的變化。其變化規(guī)律需操作者 積累豐富的經驗 。 ? 各種現(xiàn)代超聲檢測技術的出現(xiàn)，大大提高了缺陷定性的準確性。 基本掃查方式 ? 圖示 垂直 水平 環(huán)繞 轉角 斜角探傷法（斜探頭，橫波法） (1)定義 ：采用斜探頭將 聲束傾斜入射 工件 探傷面 進行檢測的方法，簡稱斜射法。 在具體檢測中，采用 橫波探傷 ，因此，又稱 橫波法 。 (2)斜探頭的主要參數(shù) : ① 橫波折射角 βｓ ；簡稱 折射角 β； ②探頭 K值 : K = tgβ. ③ 超聲波頻率 :f. (3)示波屏上的缺陷顯示情況： T T T F B’ a. 無缺陷 (4)幾何關系術語 ? 入射點 o ； ? 前沿長度 b— 聲波入射點至探頭前端距離； ? 折射角 β； ? 探頭 K值 ， K=tgβ。 ? 跨距 P1=2δtgβ =2Kδ。 ? 半跨距 = Kδ。 ? 直射法 — 聲波 未經反射 直接對準 缺陷； ? 一次反射法 — 聲波 只經過一次反射 就 對準 了缺陷 。 幾何關系術語的圖解 圖例 : 直射法 ＝一次波法； 一次反射法 ＝二次波法 o β B P1 δ b F 缺陷水平距離 L 聲程 S h 直射法圖解 ? K= tgβ=L / h ? 缺陷水平距離 L=Ssinβ。 ? 缺陷深度 h=Scosβ ； 工件 缺陷 L h β 一次反射法圖解 ? L=Ssinβ =SK/√1＋ K2 ? h=2δ－ Scosβ = 2δ－ L /K； 工件 缺陷 L h β h 思考題：