超声波基础知识讲解

1、 /17电压常数表示单位压力产生的相对形变电压的大小，若施加应力为P，晶体产生的电压为up,则g33=up/p（伏米/牛顿）压电电压常数反映压电晶体的正压电特性，它关系着晶片的接受灵敏度，因此也称压电接受系数；g33大晶片接受性能好，接受到微弱的超声波信号就可以产生较高的电压,制作高接的超声波探头,应选用g33较大的压电晶片。A型脉冲反射式超声波探伤仪的工作过程：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板，使电子束发生水平偏转在荧光屏上产生一条水平扫描线。与此同时，发射电路受触发产生高频脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在

2、工件中产生超声波。超声波在工件中传播，遇到缺陷或底面发生发射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接受电路放大和检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，5在水平扫描线的相应位置上，产生缺陷或底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷的当量大小同步电路：又称触发电路，它每秒产生数十至千个脉冲，用来触发探伤仪其它电路（扫描电路、发射电路等），使之步调一致，有条不紊的工作。扫描电路：又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向作等速移动，产生一条水平扫描线（即时基线），（深度粗调、微调、扫描延迟，都是扫描电

3、路的控制旋钮）发射电路：利用闸流管或可控硅的开关，它产生几百伏至上千伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波。接受电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器组成，它将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波器的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示。C、机电耦合系数k从能量观点出发，压电效应是一种电能和机械能相互转化的效应，机械能和电能之间耦合强弱用机电耦合系数k表示，其定义为：k1=共总的电能电能转化成机械能（从逆压电效应考虑）k2=共总的电能机械能转化成电能（从正压电效应考虑）机电耦合系数关系着晶片的转化效率，k大转化效率高，晶片的发射灵敏度和接收灵敏度高，反之则低。

4、D、居里温度Tc所有压电材料当温度达到一定值后，压电效应会自行消失，物理学上称该温度为材料的居里温度或居里点；压电体有上居里温度和下居里温度。如锆钛铅Tc上约为300CTc下约为-80C。因此探测高温工件的探头，应采用上居里温度较高的压电晶片，而在寒冷地区应选用下居里温度低者。机械品质因素m压电晶片谐振时贮存的机械能E贮与在一个振动周期内损耗的能量E损之比称为机械品质因素：m二损贮EE1机械品质因素m反映了压电晶片谐振时由于内摩擦能消耗的机械能的大小，m大机械能损耗小，灵敏度高，但脉冲宽度大，分辨率低，盲区大；m小则反之。一般探头中压电晶片背面的吸收块的设置，就是为了降低探头的机械品质因素m，

5、从而提高探头的分辨率，减少盲区。探头的种类和结构a、种类：按波形分为：纵波探头、横波探头、板波探头和表面波探头。按晶片数目分为：单晶探头、双晶探头和多晶探头按入射束方向分为：直探头和斜探头按频谱分类：宽频带探头和窄频带探头b、探头的结构：常用的探头主要有：直探头、斜探头、表面波探头、双晶探头、水浸探头和聚焦探头直探头：压电晶片是探头的核心元件，它的作用是发射和接收超声波。晶片由压电学晶片体6按一定方式和一定方向切割而成或者由压电陶瓷经极化制成。晶片两面敷有作为电极的银层，目的是供给晶片的电压均匀，晶片上电极火线引至电路，底面则接地线与电路的公共点相接以便形成回路。保护膜：压电晶片（直探头）前面

6、一般都加保护膜，作用是保护压电晶片和电极，防止磨损和破坏。它还须耐磨性能好、强度高、材质声衰减小、透声性能好、厚度合适，一般分为软保护膜和硬保护膜，硬保护膜常用氧化铝（刚玉）、金属片等。软保护膜常用软性塑料制成。阻尼块：也称吸收快，粘附在压电晶片背面，其作用是阻止晶片的惯性振动和吸收晶片背面辐射的声能，从而减小脉冲宽度和杂波信号干扰，阻尼块常用钨粉和环氧树脂按一定比例配制而成。斜探头：表面波探头：是斜探头的一个特例，当斜探头入射角等于第二临界角时，由波形转换得到沿被探材料表面传播的表面波，这种探头成为表面波探头。双晶探头：又称联合双探头或分割式双探头，这种探头含两个压电晶片，装在同一个壳体内。

7、一个晶片发射，一个晶片接收，两个晶片之间用隔声层隔开。防止发射声波直接串入接收晶片。晶片前带有机玻璃延迟块使声波延迟一段时间进入工件。由于使用了延迟块，所以大大减小了盲区，利于近表面探测。多数双晶探头的两个晶片都倾斜一定角度（3-18）。若两个晶片同时发射超声波束，使其交叉覆盖区即为探伤区，声束中心线交点F处灵敏度最高。离开F点灵敏度降低很快。改变晶片倾角，可改变交点F处的位置和覆盖区的大小。倾角越大，交点F离探测面愈近，覆盖区越短粗，探测厚度越小；倾角愈小，交点F离探测面愈远，覆盖区越窄长，探测厚度越大。三、超声波探伤方法和通用探伤技术1、探伤方法概述按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法和共

8、振法脉冲反射法：超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，根据反射波的情况来检测试块缺陷的方法。按判断缺陷情况的回波性质，脉冲放射法还可分为：a、缺陷回波法，根据示波屏上显示的缺陷探伤图形进行判断的探伤b、底波回波高度法，依据底波回波高度变化判断试件缺陷情况的探伤方法。c、底面多次回波法穿透法：是依据脉冲波或连续波穿透试件的能量变化来判断缺陷情况的方法。共振发：若声波在被检工件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长或半波长的整数倍时，由于入射波和反射波的相位相同，则引起共振,因而仪器可显示出共振频率点，用相邻的两个共振频率之差，由公式=)1(2fnfnC算出试件厚度，当试件内存在缺陷时，将改变

9、试件的共振频率特性，来判断缺陷情况的方法称为共振法。常用于测厚。按波形分为：纵波法、横波法、表面波法、板波法表面波波长比横波还短,因此衰减也大于横波，同时它仅沿表面传播，对于表面上的复层、油污、不光洁等，声束反应敏感，并被大量衰减，利用此特点，可以通过手沾油在声束传播方向上进行触摸并观察缺陷回波高度的变化，对缺陷定位按探头数目分类：单探头法、双探法、多探头法按探头接触方式分类：直接接触法、液浸发2、仪器与探头的选择7探伤仪的选择a、对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器b、对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好衰减精度高的仪器c、对于大型零件的探伤，应选择灵敏度量高，信噪比高、功率大

10、的仪器d、为了有效的发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨率好的仪器e、对于室外现场探伤，应选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干扰能力强的携带式仪器探头的选择：钢板中，锻件中的夹层、折叠等缺陷，应选用直探头探伤。焊缝中的焊缝、夹渣、未熔金属缺陷，应选用斜探头探伤。表面波探头用于探测工件表面缺陷。双晶探头用于探测工件近表面缺陷聚焦探头用于水浸探测管材或板材频率选择：频率高，灵敏度和分辨率高，指向性好，对探伤有利，但频率高，近场区度大，衰减大，又对探伤不利。实际探伤中，一般在保证探伤灵敏度的情况下尽看可能选择较低的频率。对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件，一般选用较高的频率，常用2.5-5MH

11、z。对于晶粒粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用0.5-2.5MHz，如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现林状回波，信噪比严重下降，甚至无法判断。晶片直径的选择晶片直径大小对探伤也有一定探头。探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷，宜选用大晶片探头。探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。探伤表面不太平整，曲率较大的工件时，为了减少耦合损失，宜选用小晶片探头。耦合与补偿耦合剂应满足以下要求：a、能湿润工件和探头表面、流动性、粘度和附着力适当，不难清理b、声阻抗高、透声性能好。c、来源广、价格便宜。d、对工件无腐蚀、对人体无害、不污染环境e、性能稳定、不

12、易变质能长期保存常用耦合剂有：机油、水、水玻璃、甘油（Zkg/m影响耦合的主要因素a、耦合厚度的影响b、表面光洁度的影响c、耦合剂声阻抗影响d、工件表面状况影响2.s:1.28、1.5、2.17、2.43）83、双晶探头探伤：优点：据有盲区小、对近距离F探测灵敏度高、分辨率强、弥补了普通单直探头盲区大，分辨率低的缺点探测范围：离心辊外层、铸钢工作辊工作层、冷辊工作层。离心辊探测方法：水平校准，将50试块的侧面的B1调至水平50%位置，B2调至水平100%位置将带5平底孔一次回波调至80%，将它作为探伤灵敏度发现缺陷，应予以详细记录，包括非超探缺陷执行XT08标准铸钢辊、冷辊工作层探测方法：探头：选用角度适宜的双晶探头，如探测深度较大，应选晶片角度较小的探头，反之