【正文】 39。 ，有機(jī)玻璃表面波探頭 αL≥176。則第一、二臨界角分別為： 由此可見(jiàn)有機(jī)玻璃橫波探頭 αL=176。 （ 3）當(dāng)縱波入射角大于等于第二臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中即沒(méi)有縱波也沒(méi)有橫波，這是其介質(zhì)的表面存在表面波，這就是常用表面波探頭的制作原理。S L? S? 第一臨界角： 當(dāng) CL2 CL1 時(shí)， βL α L ,隨著 α L 增大 ,βL 也增大，當(dāng) βL ＝ 90176。L?39。139。L?39。S39。L39。L39。 8－ 1 波型轉(zhuǎn)換與反射、折射定律 波型轉(zhuǎn)換： 當(dāng)超聲波斜入射的界面時(shí)，除產(chǎn)生同種類(lèi)型的反射和折射外，還會(huì)產(chǎn)生不同類(lèi)型的反射和折射。 2122100 )(4TZZZZPPPPPPtata?????往167。 聲壓往復(fù)透射率與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，與從何種介質(zhì)入射到界面無(wú)關(guān)。探頭發(fā)出的超聲波透過(guò)界面進(jìn)入工件，在固 /氣界面產(chǎn)生全反射后再次通過(guò)同一界面被探頭接收。 222 ?nd ? 23131)(4ZZZZT??4)12( 22 ??? nd 312 ZZZ ??1)(42231231 ???ZZZZZZT167。 （ 2） 當(dāng) 時(shí)，且 當(dāng)薄層厚度等于四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí) ,聲強(qiáng)透射率等于 1，超聲波全透射。 例：對(duì)鋼中氣隙 d= mm時(shí)， f=1MHz,r=20%； f=5MHz,r=60% 提高超聲波探傷頻率對(duì)于提供探傷靈敏度是有利的 ?？梢?jiàn)超聲波對(duì)檢測(cè)含有氣體介質(zhì)的裂紋等面積型缺陷的靈敏度是很高的。 （ 1）當(dāng) r≈0,t ≈1 即薄層厚度為其半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí) ,超聲波全透射 ,幾乎無(wú)反射 ,好象不存在異質(zhì)薄層一樣 . （ 2）當(dāng) r≈1,t ≈0 即當(dāng)異質(zhì)薄層厚度等于其四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí) ,聲壓透射率最低 ,聲壓反射率最高 . 22?d222??? nd4)12( 22???? nd鋼和鋁中氣隙、水隙聲壓透射率 dfcfcdd ??? ???? 2/22鋼和鋁中氣隙、水隙聲壓反射率 （ 1）當(dāng) f＝ 1MHZ時(shí)，鋼中厚度為 d= mm的氣隙幾乎 100％反射。 例：超聲波垂直入射至水 /鋼界面，已知水的聲速 CL1=1500m/s,密度為1000kg/m3，鋼中聲速CL2=5900m/s, Cs2=3230m/s,密度為 7800kg/m3，試計(jì)算界面聲壓反射率 r、聲壓投射率 t、聲強(qiáng)反射率 R和聲強(qiáng)透射率 T？ ? 解： 根據(jù)聲阻抗定義： Z=ρc 水的聲阻抗： Z1= ρ1cL1 = 1000kg/m3 1500m/s ＝ 鋼的聲阻抗： Z2= ρ2cL2 = 7800kg/m3 5900m/s ＝ 2112ZZZZr???smkg ?? 26 /smkg ?? 27 /2122ZZZt??22112 )(ZZZZR???22121)(4ZZZZT??? 167。 ? 以上討論的超聲波縱波垂直入射到第一平界面上的聲壓、聲強(qiáng)反射率和透射率公式同樣適用于橫波入射的情況，但必須注意的是在橫波入射到固體 /液體或固體 /氣體界面上，橫波全反射。 ? （ 4）當(dāng) Z1≈ Z2 如鋼和焊縫 r ≈0 t ≈ 1 R ≈ 0 T ≈ 1 超聲波垂直入射的聲阻抗相差很近的界面時(shí)，幾乎全透射，無(wú)反射。 平面波垂直到鋼 /水界面 (Z1＞ Z2) ? （ 3）當(dāng) Z1Z2 如鋼 /空氣 鋼 /空氣界面： r ≈ 1 t ≈ 0 t –r =1 R ≈ 1 T ≈ 0 R+T=1 表明：當(dāng)入射波聲阻抗遠(yuǎn)大于透射波介質(zhì)聲阻抗時(shí)，聲壓反射率趨于－ 1，透射率趨于 0，聲壓幾乎全反射，無(wú)透射。 7 超聲波垂直入射到界面時(shí)的 反射與透射 ? 167。因此，分貝概念的引用對(duì)超聲檢測(cè)有很重要的實(shí)用價(jià)值。C=B/=50/=% 答： A、 C分別為 %和 %。 例 1：示波屏上一波高為 80%，另一波高為 20%，問(wèn)前者比后者高多少 dB？ 解：△＝ 20lgH2/H1＝ 20lg80/20＝ 12（ dB） 答：前者比后者高 12dB。 分貝用于表示兩個(gè)相差很大的量之比顯得很方便，特別是在超聲波檢測(cè)中應(yīng)用更廣泛。 當(dāng) H2/H1＝ 2時(shí)，△＝ 6 dB，說(shuō)明 H2為 H1的兩倍時(shí)，H2比 H1高 6 dB。這時(shí)有 △ =20lgP2/P1＝ 20lgH2/H1 （ dB） 這里聲壓基準(zhǔn) P1或波高基準(zhǔn) H1可以任意選取。分貝就是兩個(gè)同量綱的量之比取對(duì)數(shù)后的結(jié)果。 6 分貝 在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所遇到的聲強(qiáng)數(shù)量級(jí)往往相差懸殊，如引起聽(tīng)覺(jué)的聲強(qiáng)范圍 ，最大值和最小值相差 12個(gè)數(shù)量級(jí)。 2）在同一介質(zhì)中，聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比，與聲阻抗成反比。 由以上公式可知： 1） 聲強(qiáng)與頻率 f的平方成正比，超聲波的頻率遠(yuǎn)大于聲波，因此，超聲波的聲強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲波的聲強(qiáng)。 0020 2 cpcSWI a?? ???? 167。 – 聲阻抗的大小等于介質(zhì)的密度與波速的乘積。 52 聲阻抗 超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比稱(chēng)為 聲阻抗。 ? 超聲波探傷儀示波屏上的波高與聲壓成正比。 ? 167。 超聲場(chǎng)具有一定的形狀和大小，只有當(dāng)缺陷位于超聲場(chǎng)內(nèi)時(shí)，才有可能被發(fā)現(xiàn)。 衍射對(duì)探傷不利的方面 : 由于波的衍射 ,使一些小的缺陷回波顯著下降 ,以致造成漏檢 . 167。 ? 波的衍射 波的衍射和障礙物的尺寸 Df及波長(zhǎng) λ的相對(duì)大小有關(guān) .當(dāng) Df λ時(shí) ,反射強(qiáng) ,繞射弱 ,幾乎全反射 。 44 波的衍射 –波在傳播過(guò)程中遇到與波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)恼系K物時(shí)，能繞過(guò)障礙物邊緣改變方向繼續(xù)前進(jìn)的現(xiàn)象，稱(chēng)為波的衍射或波的繞射。 ? 利用惠更斯原理可以確定波前的幾何形狀和波的傳播方向。 43惠更斯原理 ? 波動(dòng)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，如果介質(zhì)是連續(xù)的，那么介質(zhì)，中任何質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都將引起鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)又會(huì)引起較遠(yuǎn)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，因此波動(dòng)中任何質(zhì)點(diǎn)都可以看作是新的波源。 42 波的干涉 –兩列頻率相同，振動(dòng)方向相同，位相相同或位相差恒一的波相遇時(shí)，介質(zhì)中某些地方的振動(dòng)互相加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)互相減弱或完全抵消的現(xiàn)象叫做波的干涉現(xiàn)象。 –波的迭加現(xiàn)象可以從許多事實(shí)觀察到，如兩石子落水，可以看到兩個(gè)以石子入水處為中心的圓形水波的迭加情況和相遇后兩波仍按原來(lái)的方向進(jìn)行傳播的情況。 41 波的疊加原理 –幾列波相遇后仍保持自已原有的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等特性并按原來(lái)的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，好象在各自的途中沒(méi)有遇到其他波一樣，這就是波的疊加原理。 34 聲速測(cè)量 ? 探傷儀測(cè)量法 ? 測(cè)厚儀測(cè)量法 ? 示波器測(cè)量法 167。 ? 水是溫度在 74攝氏度左右時(shí)聲速達(dá)最大值。 32 細(xì)長(zhǎng)棒中的縱波聲速 CLb 細(xì)長(zhǎng)棒中 (棒徑 d≤λ)縱波的聲速與無(wú)限大介質(zhì)中的縱波聲速不同 . ?ECL ?167。 31 無(wú)限大固體介質(zhì)中的聲速 縱波聲速： 橫波聲速： 表面波聲速： E：介質(zhì)的楊氏彈性模量； μ：介質(zhì)的伯松比； ρ ：介質(zhì)密度 G：介質(zhì)的切變彈性模量 )1)(21()1(???????? ECL)1(2 ?? ??ECS??? GCR ????1由以上三式可知： 1）固體介質(zhì)中的聲速與介質(zhì)的密度和彈性模量等有關(guān)，不同的介質(zhì)聲速不同； 介質(zhì)的彈性模量愈大，密度愈小，