超声波探伤的管理原理.ppt

目录第一章超声波探伤的物理基础第一节振动与波动2、谐振动1）定义：最简单最基本的直线振动称为谐振动。2）特点：（1）回复力大小与位移成正比，方向总指向平衡位置。（2）振幅不变，为自由振动，其频率为固有频率。（3）物体做谐振动时，只有弹性力或重力做功，其它力不做功，符合机械能守恒的条件，因此谐振物体的能量遵守机械能守恒。在平衡位置时动能最大势能为零，在位移最大位置时势能最大动能为零，其总能量保持不变。3、阻尼振动1）定义：振幅或能量随时间不断减少的振动。2）特点：振幅不断减少，而周期却不变。阻尼振动受到阻力作用，不符合机械能守恒。4、受迫振动1）定义：物体受周期性变化的外力作用时产生的振动。2）特点：受迫振动刚开始时情况很复杂，经过一段时间后达到稳定状态，变为周期性的谐振动。其振动频率与策动力频率相同，振幅保持不变。受迫振动物体受到策动力作用，不符合机械能守恒。3）共振：受迫振动的振幅与策动力的频率有关，当策动力频率P与受迫振动物体固有频率w。相同时，受迫振动的振幅达最大值。这种现象称为共振。4）共振在超声的应用：设计探头中的压电晶片时，应使高频电脉冲的频率等于压电晶片的固有频率；从而产生共振，这时压电晶片的电声能量转换效率最高。二、波动1、机械波的产生与传播1）定义：振动的传播过程。波动分为机械波和电磁波。（1）机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如水波、声波、超声波等。（2）电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线电波、红外线、可见光、紫外线、又射线、y射线等。2）产生机械波的条件：（1）要有作机械振动的波源（2）有能传播机械振动的弹性介质。3）特点：（1）振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进，只是以交交的振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。（2）波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播过程。但这种能量的传播，不是靠物质的迁移来实现的，也不是靠相邻质点的弹性碰撞来完成的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传递出去的，犹如人们传递砖块一样。2、波长、频率和波速1）波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，用λ表示。常用单位为毫米(mm)或米(m)。2）频率f：波动中，任一点在1秒内所通过的完整波个数。波动频率在数值上同振动频率，单位为赫兹(HZ)。3）波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离，用C表示。常用单位为米/秒(m/s)或千米/秒(km/s)。4）三者关系：C=λf或λ=C/f由上式可知，波长与波速成正比，与频率成反比。当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。三、次声波、声波和超声波1、次声、声波和超声波的划分相同点：次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。不同点：频率1）能引起听觉的机械波称为声波，频率在20-20000Hz之间。2）频率低于20Hz的机械波称为次声波。3）频率高于20000Hz的机械波称为超声波。2、超声波的应用超声探伤所用的频率一般在0.5-10MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为1-5MHz。(1)超声波方向性好：超声波是频率很高、波长很短的机械波，在无损探伤中使用的波长为毫米数量级。超声波像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射。(2)越声波能量高：超声波探伤频率远高于声波，而能量(声强)与频率平方成正比。(3)能在界面上产生反射、折射和波型转换；在超声波探伤中。(4)超声波穿透能力强：超声波传播能量损失小，传播距离大，穿透能力强。3、次声波的应用次声波的频率很低，波长很长，绕射能力强，传播衰减小、距离远。在大自然的许多活动中伴随着次声波的发生，例如地震、火箭起飞等。次声波近似平面波，沿着与地球表面平行的方向传播。第二节波的类型2、横波S(T)（切变波）1）介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波。2）特点：当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生切变形变，从而形成横波。3）传播介质：固体介质3、表面波R（瑞利）1）定义：当介质表面受到交变应力作用对，产生沿介质表面传播的波。2）特点：表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆运动可视为纵向振动与横向振动的合成，即纵波与横波的合成。表面波的能量随传播深度增加而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，质点的振幅就已经很小了。因此，一般认为，表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。3）传播介质：固体表面传播。4、板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。根据质点的振动方向不同可将板波分为SH波和兰姆波。1)SH波：水平偏振的横波在薄板中传播的波。薄板中各质点的振动方向平行于板面而垂直于波的传