【正文】 、 夾雜類以及成分類 （ 如偏析 ） 等 。 鍛件的組織很細(xì) ， 由此引起的聲波衰減和散射影響相對(duì)較小 。 （ 2） 鍛件超聲檢測(cè)的特點(diǎn) 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 1） 鍛件中的常見(jiàn)缺陷 。 鍛件中的缺陷多呈現(xiàn)面積形或長(zhǎng)條形的特征 。 （ 4） 容易清除，不易變質(zhì)， 價(jià)格便宜，來(lái)源方便。 （ 2） 有足夠的潤(rùn)濕性 、 適當(dāng)?shù)母街驼扯?。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 3） （ 1） 透聲性能好 。 多數(shù)情況下 ， 檢測(cè)大厚度的試件時(shí) ， 采用大直徑探頭較為有利；檢測(cè)厚度較小的試件時(shí) ， 則采用小直徑探頭較為合理 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 2） 晶片尺寸 。 在靈敏度滿足要求的情況下 ， 選擇寬帶探頭可提高分辨力和信噪比 。 超聲波的頻率在很大程度上決定了其對(duì)缺陷的探測(cè)能力 。 （ 6） 自動(dòng)快速掃查時(shí)應(yīng)選擇最高重復(fù)頻率高的超聲波檢測(cè)儀。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 （ 4） 對(duì)衰減小或厚度大的試件 ， 選用重復(fù)頻率可調(diào)為較低數(shù)值的超聲波檢測(cè)儀 ， 可避免幻象波的干擾 。 （ 2） 對(duì)薄試件檢測(cè)和近表面缺陷檢測(cè)時(shí) ， 應(yīng)注意發(fā)射脈沖是否可調(diào)為窄脈沖 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1） 一般市場(chǎng)上出售的 A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀已具備一些基本功能 ， 其基本性能參數(shù) (垂直線性 、 水平線性等 )也能滿足通常超聲檢測(cè)的要求 。 ⑤ 缺陷的評(píng)定 。 ③ 檢測(cè)儀器的調(diào)整 。 例如 ， 檢測(cè) ① 試件的準(zhǔn)備 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 3. 超聲檢測(cè)方法可采用多種檢測(cè)技術(shù) ， 每種檢測(cè)技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中 ， 都有其需要考慮的特殊問(wèn)題 ， 其檢測(cè)過(guò)程也各有特點(diǎn) 。 另外 ， 自動(dòng)化檢測(cè)還需要相應(yīng)的輔助設(shè)備 ， 有時(shí)是復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備 ， 它們對(duì)單一產(chǎn)品 (或幾種產(chǎn)品 )往往具有很高的檢測(cè)能力 ， 但缺乏靈活性 。 液浸法中 ， 探頭角度可任意調(diào)整 ， 聲波的發(fā)射 、 接收也比較穩(wěn)定 ， 便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化 ， 大大提高了檢測(cè)速度 。 圖 623 顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1） 穿透法通常采用兩個(gè)探頭 ， 分別放置在試件兩側(cè) ， 一個(gè)將脈沖波發(fā)射到試件中 ， 另一個(gè)接收穿透試件后的脈沖信號(hào) ， 依據(jù)脈沖波穿透試件后幅值的變化來(lái)判斷內(nèi)部缺陷的情況 (見(jiàn)圖 622)。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 2. 超聲檢測(cè)的方法很多 ， 可按原理 、 波型和使用探頭的數(shù)目及探頭接觸方式來(lái)分類 。 在液浸法檢測(cè)中 ， 通過(guò)液體實(shí)現(xiàn)耦合 ， 此時(shí)液體也是耦合劑 。 耦合劑可以填充探頭與試件間的空氣間隙 ， 使超聲波能夠傳入試件 ， 這是使用耦合劑的主要目的 。 因此 ， 排除探頭和試件之間的空氣非常重要 。 超聲檢測(cè)用試塊通常分為兩種類型 ， 即標(biāo)準(zhǔn)試塊 (校準(zhǔn)試塊 )和對(duì)比試塊 (參考試塊 )。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 621 各種探頭 (a) 縱波直探頭； (b) 橫波斜探頭； (c) 雙晶探頭 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 3） 與一般的測(cè)量過(guò)程一樣 ， 為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性 、 可比性 ， 必須用一個(gè)具有已知固定特性的試樣 (試塊 )對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn) 。 所以聲場(chǎng)就有圓盤(pán)源聲場(chǎng) 、 聚焦聲源聲場(chǎng)和斜探頭發(fā)射的橫波聲場(chǎng) 。 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 。 （ 2） 常用超聲波探頭的類型 。 它是利用壓電晶體的正 、 逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能的 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 620 (a)、 (b)、 (c) 數(shù)字式超聲檢測(cè)儀； (d) 探傷小車 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 2) （ 1） 超聲波探頭的作用 。 以上分類中 ， 模擬式和數(shù)字式 A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛 ， 其型號(hào)有 CTS2 CTS2 JTS CST3等 。 數(shù)字式超聲檢測(cè)儀是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 619 C型顯示原理圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 ③ 按超聲波的通道分類：可分為單通道和多通道檢測(cè)儀 。 該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺陷的平面投影圖像 ， 但不能顯示缺陷的深度 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 618 B型顯示原理圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 C型顯示顯示的是試件的一個(gè)平面投影圖 ， 探頭在試件表面做二維掃查 ， 屏幕的二維坐標(biāo)對(duì)應(yīng)探頭的掃查位置 。 B型顯示顯示的是試件的一個(gè)二維截面圖 ， 屏幕縱坐標(biāo)代表探頭在探測(cè)面上沿一直線移動(dòng)掃查的位置坐標(biāo) ， 橫坐標(biāo)是聲傳播的時(shí)間 （ 或距離 ） 。 圖 617為 A型顯示原理圖 。 A型顯示是一種波形顯示 ， 屏幕的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間 （ 或距離 ） ， 縱坐標(biāo)代表反射波的聲壓幅度 。 它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器 ——探頭 ， 激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波 ， 同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后以一定方式顯示出來(lái) ， 從而得到被探測(cè)工件內(nèi)部有無(wú)缺陷及缺陷的位置和大小等信息 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1) 超聲波檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備 ， 是專門用于超聲檢測(cè)的一種電子儀器 。 由這些設(shè)備組成一個(gè)綜合的超聲檢測(cè)系統(tǒng) ， 系統(tǒng)的總體性能不僅受到各個(gè)分設(shè)備的影響 ， 還在很大程度上取決于它們之間的配合 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1. 超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包括超聲波檢測(cè)儀 、 探頭 、 試塊 、 耦合劑和機(jī)械掃查裝置等 。 AVG曲線有多種類型 ， 有縱波 AVG曲線和橫波 AVG曲線 、 平底孔 AVG曲線和橫孔 AVG曲線 、 通用 AVG曲線和實(shí)用 AVG曲線等 。 A、 V、 G是德文距離 、 增益和大小三詞的字頭 。 當(dāng)對(duì)實(shí)際缺陷大小進(jìn)行計(jì)算時(shí) ， 往往得到的是該缺陷相當(dāng)于多大的規(guī)則反射體 ， 把這個(gè)大小稱為缺陷的當(dāng)量尺寸 。 規(guī)則形狀反射體主要包括大平面 、 圓形或方形平面 、 球形反射體和圓柱形反射體 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 由于實(shí)際缺陷形狀是各種各樣的 ， 甚至可能是不規(guī)則的 ， 在進(jìn)行理論分析時(shí) ， 采用幾種簡(jiǎn)化的規(guī)則形狀模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算 。 因此 ， 研究聲場(chǎng)中存在反射界面時(shí)反射波的聲壓對(duì)于缺陷的檢出和缺陷的評(píng)價(jià)是十分重要的 。 因此 ， 可以應(yīng)用簡(jiǎn)化推導(dǎo)得出的結(jié)果 ， 進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)中的近似計(jì)算 。 而實(shí)際聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)聲壓分布比較均勻 ， 幅度變化小 ， 極值點(diǎn)的數(shù)量也明顯減少 。 對(duì)實(shí)際聲場(chǎng)的研究結(jié)果表明 ， 實(shí)際聲場(chǎng)與簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果的差別主要在于近場(chǎng)區(qū)的聲壓分布 。 非擴(kuò)散區(qū)之外 ， 則稱為擴(kuò)散區(qū) 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 616 圓盤(pán)聲源非擴(kuò)散區(qū)示意圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 當(dāng) λ D時(shí)，式 (626)可簡(jiǎn)化為 )ra d( D?? ?（ 627） 由于超聲能量主要集中于主聲束 ， 對(duì)于圓形晶片 ， 可以認(rèn)為在距聲源一定距離內(nèi) ， 超聲能量未逸出以晶片直徑所約束的范圍 ， 聲束直徑小于晶片直徑 。 指向角越大 ， 則聲束指向性越差 ， 聲束擴(kuò)散越快 。 同時(shí) ， 存在偏離軸線的若干個(gè)角度 θ上的聲壓的幅值為零 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 根據(jù)上式可知 ， 距聲源充分遠(yuǎn)處的任一橫截面上 ， 以聲源軸線上的聲壓為最高 。 設(shè) Rs為圓形聲源的半徑 ， r為空間任一點(diǎn) M到聲源中心的距離 ， θ為 M點(diǎn)與聲源中心的連線與聲源軸線的夾角 。 在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低的 、 只分布于聲源附近的副瓣聲束 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 614 圓盤(pán)聲源遠(yuǎn)場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓推導(dǎo) 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 615 圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)指向性示意圖 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 超聲場(chǎng)中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi) ， 這一范圍稱為主聲束 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 2） 指向性與擴(kuò)散角研究的是聲束在空間擴(kuò)散的規(guī)律 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 當(dāng) 4λ x/D23，也就是 x3N時(shí)，式（ 621）可簡(jiǎn)化為 xSPxDPP?? 020 4π ?? （ 624） 式中： S=πD2/4為圓盤(pán)聲源的面積 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 613 圓盤(pán)聲源軸線上的聲壓分布 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 由式 (621)，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到最后一個(gè)聲壓極大值點(diǎn)距聲源距離的表達(dá)式： 442 ?? ??DN （ 622） 當(dāng) Dλ 時(shí) ， λ /4可以忽略 ， 從而得到近場(chǎng)長(zhǎng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下 ， 可用于實(shí)際工作中近場(chǎng)長(zhǎng)度的估算： ?42DN ?（ 623） 再看圖 613中遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)部分的特點(diǎn) ， 圖中標(biāo)有 “ P球 ” 的虛線為球面波聲壓隨距離的變化曲線 ， 可以看出 ， 距離大于 3N 以后 ， 圓盤(pán)聲源聲軸上的聲壓幅值變化與球面波的曲線非常接近 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1) 根據(jù)疊加原理 ， 圓盤(pán)聲源軸線上任何一點(diǎn)處的聲壓等于聲源上各點(diǎn)輻射的聲壓在該點(diǎn)的疊加 。 從圓盤(pán)聲源的對(duì)稱性來(lái)分析 ， 通過(guò)圓盤(pán)中心且垂直于盤(pán)面的直線應(yīng)是聲場(chǎng)的對(duì)稱軸 ， 稱為圓盤(pán)聲源軸線 。 另一方面 ， 聲源上各點(diǎn)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(diào)變化的 。 折射后的焦距 F為 121ccrF??（ 620） 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 612 平面波在曲面上的折射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1. 理想的圓盤(pán)聲源是指圓形平面的聲振動(dòng)源 ， 當(dāng)它沿平面法線方向振動(dòng)時(shí) ， 其面上各點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值和相位都相同 ， 發(fā)射的波稱為活塞波 。 這時(shí)折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關(guān) ， 而且與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲速有關(guān) 。 當(dāng)曲面是球面時(shí) ， 反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；反射面為圓柱面時(shí) ， 反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一條焦線上 。 平面波束與曲面上各入射點(diǎn)的法線成不同的夾角：入射角為 0176。 對(duì)脈沖反射法 ， 更關(guān)心的是聲壓往返透過(guò)率隨入射角度的變化 。 4） 斜入射時(shí)反射波和透射波的聲壓關(guān)系較為復(fù)雜 。 使縱波反射角達(dá)到90176。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 (3) 第三臨界角 。 通常在超聲檢測(cè)中 ， 臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體 ， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況 。 當(dāng)入射波為縱波 ， 第二介質(zhì)為固體 ， 且 cS2cL1時(shí) ， 使橫波折射角達(dá)到 90176。 當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí) ， 第二介質(zhì)中不再有折射縱波 。 當(dāng)入射波為縱波 ， 且 cL2cL1時(shí) ， 使縱波折射角達(dá)到 90176。 大于這一角度時(shí) ， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波 。 此時(shí) ， 存在一個(gè)臨界入射角 ， 在這個(gè)角度下 ， 折射角等于 90176。 同時(shí) ， 由于縱波聲速總是大于橫波聲速 ， 因此縱波折射角 β L要大于橫波折射角 β S。 折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律 。 不論是縱波入射還是橫波入射 ， 只要介質(zhì)2為固體 ， 則介質(zhì) 2中除有與入射波相同波型的折射波外 ， 均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波 。當(dāng)介質(zhì) 1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。 這時(shí) ， 橫波反射角 α S′ 與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同 ， 為 S1sL1L s i ns i ncc?? ??（ 617） 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 若入射聲波為橫波 ， 也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象 ， 見(jiàn)圖 610（ b)， 這時(shí)橫波入射角 α S與橫波反射角 α S′ 相等 。 入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律 ， 即 αL=αL′。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 610 (a) 縱波入射； (b) 橫波入射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 1) 反射 如圖 610（ a） 所示 ， 當(dāng)縱波以入射角 αL傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí) ， 將會(huì)在介質(zhì) 1中于入射點(diǎn)法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角 αL′的反射縱波 。 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 圖 69 在兩個(gè)界面上的反射和透射 第 6章 常用無(wú)損檢測(cè)方法 3. 超聲波傾斜入射到平界面上的反射 、 折射和波型變換 當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射