超声波探伤基础产生类型参数和超声场特征值

1、无损检测基础知识ABC第1页超声波探伤基础声波是机械波一个。按频率不一样能够分为： 1.可闻声波 20Hzf0Hz(频率、音量关系) 2.次声波 f0Hz，工业探伤最惯用频段为0.5MHz10MHz 从乐器到人与人说话声音讲解频率即音调概念ABC第2页超声波探伤基础频率用字母“f”表示频率单位为“赫兹”用字母“Hz”表示赫兹（Hz）换算关系为：1MHz=106Hz 或1Hz=10-6 MHzABC第3页超声波探伤基础一、超声波探伤特点（一）超声波探伤优点： 1.指向性好 超声波波长很短，像光波一样，能够定向发射，因而能方便、准确地对缺点定位。 2.穿透力强 超声波能量高，在大多数介质中传输时能

2、量损失小，在一些金属材料中传输时，其穿透能力可达数米。 ABC第4页超声波探伤基础（一）超声波探伤优点 3.灵敏度高 一个存在于钢中空气分层厚度为106mm，反射率可超出21%，当分层厚度在105mm以上时，反射率可超出94%。 4.适用面广 可检测金属、非金属、复合材料等各种材料制件检测；采取各种波型以及各种探头作不一样方向探测，能探出工件内部和表面各种取向缺点。ABC第5页超声波探伤基础（一）超声波探伤优点 5.高效低价 检测速度快，在较短时间内就可完成对工件检测，仅耗损少许电能和耦合剂。 ABC第6页超声波探伤基础（二）超声波探伤缺点： 1.检测结果受人为影响 对试件中缺点发觉与评价，主

3、要取决于探伤人员对仪器调整和判断。 2.探测面状态影响检测 探测表面要求制备，不良探测面影响伤损检测灵敏度。ABC第7页超声波探伤基础（二）超声波探伤缺点 3.工件状态影响检测结果 工件形状过于复杂，材料晶粒和组织不均匀对探伤结果都有一定影响。 4.定量精度差 探测出缺点当量或延伸度与实际缺点大小都有一定误差。ABC第8页超声波探伤基础二、超声波产生 人们把声源振动在介质（如空气等）中传输过程，称为波动，简称波 。 波是物质一个运动形式，可分为电磁波和机械波两类。 产生机械波需要两个必要条件：一是要有作机械振动振源；二是要有能传递机械振动弹性介质。 ABC第9页超声波探伤基础二、超声波产生 在

4、超声波探伤中应用最广是利用一些压电材料（石英、锆钛酸铅等）压电效应，来实现超声波发生和接收。 超声波在传输过程中，实际上只是振动能量传输，并没有产生物质迁移，介质质点本身仅限于平衡位置附近振动。ABC第10页超声波探伤基础（一）超声波常见三种分类方式: 1.按质点振动方向分类 依据波动传输时介质质点振动方向与波传输方向不一样，可将超声波分为纵波（压缩波）、横波（剪切波）、表面波（瑞利波）、兰姆波等。ABC第11页超声波探伤基础纵波、横波、表面波、兰姆波定义ABC波类型质点振动特点（定义）传输介质应用纵波L介质质点振动方向平行于波传输方向固体、液体和气体钢板、锻件探伤等横波S介质质点振动方向垂直

5、于波传输方向固体焊缝、钢管探伤等表面波R在介质表面传输时介质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波传输方向，短轴平行于波传输方向固体钢板、锻件、 钢管探伤等兰姆波对称型（S型）薄板中心质点作纵向运动，上下表面质点作相位相反并对称于中心椭圆运动固体（厚度与波长相当薄板）厚度6mm非对称型（A型）薄板中心质点作横向运动，上下表面作相位相同椭圆运动固体（厚度与波长相当薄板）厚度6mm第12页超声波探伤基础纵波传输图谱ABC在钢轨探伤中0探头就是使用纵波。第13页超声波探伤基础横波传输图谱ABC问题:横波不能在液体中传输，横波探伤时为何可使用耦合剂；使用不一样耦合剂对最终折射角是否会产生影响？在钢轨探伤

6、中70、37探头就是使用横波。第14页超声波探伤基础（一）超声波常见三种分类方式: 2.按振动连续时间分类 依据波源振动连续时间长短，超声波可分为连续波和脉冲波两种。其中连续波是指波源连续不停地振动所辐射波，惯用于穿透法探伤和共振法测厚。而脉冲波则指波源振动连续时间很短（微秒级1106）、间歇辐射波，超声波探伤中广泛采取就是脉冲波。ABC第15页超声波探伤基础连续波与脉冲波图谱 ABC第16页超声波探伤基础（一）超声波常见三种分类方式： 3.按波形状分类 波形是依据波阵面形状来区分，所谓波阵面，是指同一时刻介质中振动相位相同全部质点联成面。依据波阵面形状不一样，波又能够分为三种：平面波、柱面波

7、和球面波 ABC第17页超声波探伤基础平面波、柱面波和球面波图谱 ABC第18页超声波探伤基础不一样波形分类及特征 ABC波 形特 性平面波1无限大平面（即波长与声源尺寸相比可忽略不计）作简谐振动时，在各向同性弹性介质中传输波2如不考虑介质吸收波能量，声压不随声源距离而改变球面波1声源为点状球体，波阵面是以声源为中心球面2声强与距声源距离平方成反比柱面波1声源为一无限长线状直柱，波阵面是同轴圆柱面2声强与距声源距离成反比第19页超声波探伤基础（二）超声波超声波基本参数 1.振幅（A）从平衡位置到振动最大位移之间距离。 2.周期（T）质点完成一次全振动所需要时间。 3.频率（f）质点在单位时间内

8、完成全振动次数。ABC第20页超声波探伤基础（二）超声波超声波基本参数 按照以上定义，轻易看出：频率与周期是互为倒数，即：从定义中能够看出：周期是时间量，通常单位为秒(s)，在超声波探伤中，则通常使用微秒为单位（s）。 周期单位换算关系： 1s=106s或1s=10-6sABC第21页超声波探伤基础超声波超声波基本参数 4.波长（） 同一波线上相邻两振动相位相同质点间距离称为波长。 5.声速（C） 声波在弹性介质中，单位时间内所传输距离，也可称为波速。 单位为米/秒（m/s）或千米/秒（km/s）。波长、声速和频率之间关系式： ABC第22页超声波探伤基础（三）超声场及其特征值 1.超声场概述

9、 超声场 充满超声波空间。 N表示直探头近场区长度；D表示为圆形压电晶片直径；表示超声波波长；A表示方晶片（或矩形晶片）面积。 ABC第23页超声波探伤基础（三）超声场及其特征值 2.波束指向性与指向角（0） 超声波能量集中在一定区域并向一个方向辐射现象称为波束指向性。 非扩散区域为近场长度（N）1.67倍，大于1.67 N为扩散区。 ABC第24页超声波探伤基础（三）超声场及其特征值 2.波束指向性与指向角（0） 对圆盘声源辐射纵波声场，其声束声束指向角（0）计算式以下： 式中：D-为晶片直径；-为超声波波长 ABC第25页超声波探伤基础（三）超声场及其特征值 3.超声场特征值 描述超声场特征值主要有声压、声强和声阻抗。 （1）声压 超声场中某一点某一瞬时所含有压强（P1）与该点没有超声波存在时静态压强（P0）