《无损检测》超声波.ppt

第2章超声波检测按声耦和方式不同分为：
直接接触法、液浸法超声检测；
本章将重点介绍：
脉冲反射法原理、
直接接触法、
A型显示方式、
纵波法、横波法
超声检测技术。2.1超声波检测技术基础2.1.2超声波的产生（发射）与接收
(1)超声波的产生机理——利用了压电材
料的压电效应。
试验发现，某些晶体材料（如石英晶体）做成的晶体薄片，当其受到拉伸或压缩时，表面就会产生电荷；此现象称为正压电效应；
反之，当对此晶片施加交变电场时，晶体内部的质点就会产生机械振动，此现象称为逆压电效应。
具有压电效应的晶体材料就称为压电材料。压电效应
(2)超声波的发射与接收
①发射——在压电晶片制成的探头中，对压电晶片施以超声频率的交变电压，由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的机械振动——产生超声波；
若此机械振动与被检测的工件较好地耦合，超声波就会传入工件——这就是超声波的发射。
②接收——若发射出去的超声波遇到界面被反射回来，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正压电效应，在晶片的上下电极之间就会产生交变的电信号。
将此电信号采集、检波、放大并显示出来，就完成了对超声波信号的接收。
可见，探头是一种声电换能元件，是一种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要的作用。
2.1.3超声波波型的分类
按质点的振动方向与声波的传播方向之间的关系分为：
（1）纵波L——介质质点的振动方向与波的传播方向一致；
（2）横波S——介质质点的振动方向与波的传播方向垂直；

（3）表面波R——介质质点沿介质表面做椭圆运动；又称瑞利波；

（4）板波——板厚与波长相当的薄板中传播的超声波，板的两表面介质质点沿介质表面做椭圆运动，板中间也有超声波传播。又称兰姆波；a)对称型b)非对称型

注意！
①液体和气体介质（不能传递切向力）
中，所以只能传播纵波！
②同一介质中，声速的关系有：
CL>CS>CR
③同一介质中，声速、波长、频率之间
的关系为：
C=λ·f=常数。按超声波振动持续时间分为：
(1)连续波——在有效作用时间内声波不间
断地发射；

(2)脉冲波——在有效作用时间内声波以脉
冲方式间歇地发射。

注意:超声波检测过程常采用脉冲波。2.1.4超声波的基本性质
(1)具有良好的指向性：
直线传播，符合几何光学定律；象光波一样，方向性好；
束射性，象手电筒的光束一样，能集中在超声场内定向辐射。
声束的扩散角满足如下关系：
θ=arcsin1.22(λ/D)(2-1)
可见：波长越短，扩散角θ越小，
声能越集中。2.1超声波检测技术基础(2)具有较强的穿透性，但有衰减；
穿透性——来自于它的高能量，因为声强正比于频率的平方；
所以，超声波的能量比普通声波大100万倍！可穿透金属达数米！
衰减性——源于三个方面：
扩散、散射、吸收；
(1)扩散衰减
声波在介质中传播时，因其波前在逐渐扩展，
从而导致声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波的扩散衰减。
它主要取决于波阵面的几何形状，
而与传播介质无关。(2)散射衰减
散射是物质不均匀性产生的。
不均匀材料含有声阻抗急剧变化的界面，
在这两种物质的界面上，
会产生声波的反射、折射和波型转换现象，
必然导致声能的降低。(3)吸收衰减：
超声波在介质中传播时，
由于介质质点间的内摩擦和热传导，
引起的声波能量减弱的现象，
叫做超声波的吸收衰减。（3）只能在弹性介质中传播，不能在真空（空气近似看成真空）中传播；
强调：横波不能在气体、液体中传播！表面波看作是纵波与横波的合成，所以，也不能在气体、液体中传播！（4）遇到界面将产生：
反射、折射和波型转换现象；
（5）对人体无害——优于射线的性质。2.1超声波检测技术基础2.2超声波在介质中的传播(2-2)式表明，超声波的声压在其传播的路径上，呈负指数规律衰减。
这里强调指出：衰减系数α为频率f4和晶粒尺寸d3的函数。
所以，对粗晶检测时，应适当降低超声波频率，弥补能量的不足。
研究表明，声压p与超声波探伤仪示波屏上的波高h成正比关系：
p1/p2=h1/h2(2-3)
实际探测时，超声波探伤仪示波屏上的波高h能够反映声波的衰减状况。超声波探伤仪示波屏上波高h的衰减状况描述：超声场的物理量
充满超声波的空间，或在介质中超声振动波所及的“质点占据的范围”叫超声场。
对超声场我们常用：
1.声压、
2.声强、
3.声阻抗、
4.质点振动位移和质点振动速度
等物理量,来描述超声波声场。(一)声压
超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强,与没有超声场存在时，同一点的静态压强之差为该点的声压，用表示。
单位为帕,记作1Pa=1N/m2。
若用平面余弦波表达式：
(2-1)
2.3超声波在介质中的传播可见：
声压的绝对值，与波速、质点振动的速度振幅(或角频率)成正比。
因为超声波的频率高，所