超声探伤专题知识讲座.pptx

超声检测2.超声波特点超声波波长很短，这决定了超声波含有一些主要特征，使其能广泛应用于无损检测。1)方向性好超声波含有像光波一样定向束射特征。2）穿透能力强对于大多数介质而言，它含有较强穿透能力。比如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。3）能量高超声检测工作频率远高于声波频率，超声波能量远大于声波能量。4）遇有界面时，将产生反射、折射和波型转换。利用超声波在介质中传输时这些物理现象，经过巧妙设计，使超声检测工作灵活性、准确度得以大幅度提升。3.超声波分类超声波分类方法很多，如图1所表示。主要有：按介质质点振动方向与波传输方向之间关系分类，即按波型分类；按波振面形状分类，即按波形分；按振动连续时间分类等。其中，按波型是研究超声波在介质中传输规律主要理论依据，将着重讨论。图1超声波分类1）超声波波型超声波波型指是介质质点振动方向与波传输方向关系。按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等。（1）纵波。介质中质点振动方向与波传输方向相同波叫纵波，用L表示(见图2)。介质质点在交变拉压应力作用下，质点之间产生对应伸缩变形，从而形成了纵波。纵波传输时，介质质点疏密相间，所以纵波有时又称为压缩波或疏密波。图2纵波（2）横波。介质中质点振动方向垂直于波传输方向波叫横波，用S或T表示(见图3)。横波形成是因为介质质点受到交变切应力作用时，产生了切变形变，所以横波又叫做切变波。液体和气体介质不能承受切应力，只有固体介质能够承受切应力，因而横波只能在固体介质中传输，不能在液体和气体介质中传输。（3）表面波（瑞利波）。当超声波在固体介质中传输时，对于有限介质而言，有一个沿介质表面传输波即表面波(见图4)。瑞利首先对这种波给予了理论上说明，所以表面波又称为瑞利波，惯用R表示。图3横波图4表面波（4）板波（兰姆波）。在板厚和波长相当弹性薄板中传输超声波叫板波(或兰姆波)。板波传输时声场遍布整个板厚度。薄板两表面质点振动为纵波和横波组合，质点振动轨迹为一椭圆，在薄板中间也有超声波传输(见图5)。板波按其传输方式又可分为对称型（S型）和非对称型（A型）两种，这是由质点相对于板中间层作对称型还是非对称型运动来决定。图5板波(a)对称型；(b)非对称型2)超声波波形超声波由声源向周围传输过程可用波阵面进行描述。如图6所表示，在无限大且各向同性介质中，振动向各方向传输，用波线表示传输方向；将同一时刻介质中振动相位相同全部质点所连成面称为波阵面；某一时刻振动传输抵达距声源最远各点所连成面称为波前。在各向同性介质中波线垂直于波阵面。在任何时刻，波前总是距声源最远一个波阵面。波前只有一个，而波阵面能够有任意多个。图6波线、波前与波阵面(a)平面波；(b)柱面波；(c)球面波依据波阵面形状(波形)，可将超声波分为平面波、柱面波和球面波等。平面波即波阵面为平面波，而柱面波波阵面为同轴圆柱面，球面波波阵面为同心球面，如图6所表示。当声源是一个点时，在各向同性介质中波阵面为以声源为中心球面。能够证实，球面波中质点振动幅度与距声源距离成反比。当声源尺寸远小于测量点距声源距离时，能够把超声波看成是球面波。球面波波动方程为3）连续波与脉冲波连续波是介质中各质点振动时间为无穷时波。脉冲波是质点振动时间很短波，超声检测中最惯用是脉冲波。对脉冲波进行频谱分析，可知它并非单一频率，而是包含各种频率成份。其中人们关心频谱特征量主要有峰值频率、频带宽度和中心频率。二超声场及介质声参量介绍1.超声场物理量1)声压当介质中有超声波传输时，因为介质质点振动，使介质中压强交替改变。超声场中某一点在某一瞬时所含有压强P1与没有超声波存在时同一点静态压强P0之差称为该点声压，用P表示,即对于平面余弦波，能够证实：2）声阻抗介质中某一点声压幅值Pm与该处质点振动速度幅值Vm之比，称为声阻抗，惯用Z表示。在同一声压下，声阻抗Z愈大，质点振动速度就愈小。声阻抗表示超声场中介质对质点振动妨碍作用。由式(6-4)得3）声强单位时间内垂直经过单位面积声能，称为声强，用I表示。对于平面纵波，其声强I为4）分贝概念实际探伤中，将声强I1与I2之比取对数10倍得到二者相差数量级，这时单位为分贝，用dB表示，即对于线性良好超声波探伤仪，示波屏上波高与声压成正比，即任意两波高H1、H2之比等于对应声压Pm1、Pm2之比，即2.介质声参量1）声速声速表示声波在介质中传输速度，它与超声波波型相关，但更依赖于传声介质本身特征。所以，声速又是一个表征介质声学特征参量。了解受检材料声速，对于缺点定位和定量分析都有主要意义。声速又可分为相速度和群速度。相速度是指声波传输到介质某一选定相位点时在传输方向上声速。群速度是指传输声波包络上含有某种特征（如幅值最大）点上沿传输方向上声速。群速度是波群能量传输速度。（1）纵波