超聲波探傷基礎(chǔ)產(chǎn)生類(lèi)型參數(shù)和超聲場(chǎng)特征值

1、無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)ABC第1頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)聲波是機(jī)械波一個(gè)。按頻率不一樣能夠分為： 1.可聞聲波 20Hzf0Hz(頻率、音量關(guān)系) 2.次聲波 f0Hz，工業(yè)探傷最慣用頻段為0.5MHz10MHz 從樂(lè)器到人與人說(shuō)話(huà)聲音講解頻率即音調(diào)概念A(yù)BC第2頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)頻率用字母“f”表示頻率單位為“赫茲”用字母“Hz”表示赫茲（Hz）換算關(guān)系為：1MHz=106Hz 或1Hz=10-6 MHzABC第3頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)一、超聲波探傷特點(diǎn)（一）超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)： 1.指向性好 超聲波波長(zhǎng)很短，像光波一樣，能夠定向發(fā)射，因而能方便、準(zhǔn)確地對(duì)缺點(diǎn)定位。 2.穿透力強(qiáng) 超聲波能量高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳輸時(shí)能

2、量損失小，在一些金屬材料中傳輸時(shí)，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。 ABC第4頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波探傷優(yōu)點(diǎn) 3.靈敏度高 一個(gè)存在于鋼中空氣分層厚度為106mm，反射率可超出21%，當(dāng)分層厚度在105mm以上時(shí)，反射率可超出94%。 4.適用面廣 可檢測(cè)金屬、非金屬、復(fù)合材料等各種材料制件檢測(cè)；采取各種波型以及各種探頭作不一樣方向探測(cè)，能探出工件內(nèi)部和表面各種取向缺點(diǎn)。ABC第5頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波探傷優(yōu)點(diǎn) 5.高效低價(jià) 檢測(cè)速度快，在較短時(shí)間內(nèi)就可完成對(duì)工件檢測(cè)，僅耗損少許電能和耦合劑。 ABC第6頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波探傷缺點(diǎn)： 1.檢測(cè)結(jié)果受人為影響 對(duì)試件中缺點(diǎn)發(fā)覺(jué)與評(píng)價(jià)，主

3、要取決于探傷人員對(duì)儀器調(diào)整和判斷。 2.探測(cè)面狀態(tài)影響檢測(cè) 探測(cè)表面要求制備，不良探測(cè)面影響傷損檢測(cè)靈敏度。ABC第7頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波探傷缺點(diǎn) 3.工件狀態(tài)影響檢測(cè)結(jié)果 工件形狀過(guò)于復(fù)雜，材料晶粒和組織不均勻?qū)μ絺Y(jié)果都有一定影響。 4.定量精度差 探測(cè)出缺點(diǎn)當(dāng)量或延伸度與實(shí)際缺點(diǎn)大小都有一定誤差。ABC第8頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)二、超聲波產(chǎn)生 人們把聲源振動(dòng)在介質(zhì)（如空氣等）中傳輸過(guò)程，稱(chēng)為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)波 。 波是物質(zhì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)形式，可分為電磁波和機(jī)械波兩類(lèi)。 產(chǎn)生機(jī)械波需要兩個(gè)必要條件：一是要有作機(jī)械振動(dòng)振源；二是要有能傳遞機(jī)械振動(dòng)彈性介質(zhì)。 ABC第9頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)二、超聲波產(chǎn)生 在

4、超聲波探傷中應(yīng)用最廣是利用一些壓電材料（石英、鋯鈦酸鉛等）壓電效應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)生和接收。 超聲波在傳輸過(guò)程中，實(shí)際上只是振動(dòng)能量傳輸，并沒(méi)有產(chǎn)生物質(zhì)遷移，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)本身僅限于平衡位置附近振動(dòng)。ABC第10頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見(jiàn)三種分類(lèi)方式: 1.按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向分類(lèi) 依據(jù)波動(dòng)傳輸時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳輸方向不一樣，可將超聲波分為縱波（壓縮波）、橫波（剪切波）、表面波（瑞利波）、蘭姆波等。ABC第11頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)縱波、橫波、表面波、蘭姆波定義ABC波類(lèi)型質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)特點(diǎn)（定義）傳輸介質(zhì)應(yīng)用縱波L介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向平行于波傳輸方向固體、液體和氣體鋼板、鍛件探傷等橫波S介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直

5、于波傳輸方向固體焊縫、鋼管探傷等表面波R在介質(zhì)表面?zhèn)鬏敃r(shí)介質(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)，橢圓長(zhǎng)軸垂直于波傳輸方向，短軸平行于波傳輸方向固體鋼板、鍛件、 鋼管探傷等蘭姆波對(duì)稱(chēng)型（S型）薄板中心質(zhì)點(diǎn)作縱向運(yùn)動(dòng)，上下表面質(zhì)點(diǎn)作相位相反并對(duì)稱(chēng)于中心橢圓運(yùn)動(dòng)固體（厚度與波長(zhǎng)相當(dāng)薄板）厚度6mm非對(duì)稱(chēng)型（A型）薄板中心質(zhì)點(diǎn)作橫向運(yùn)動(dòng)，上下表面作相位相同橢圓運(yùn)動(dòng)固體（厚度與波長(zhǎng)相當(dāng)薄板）厚度6mm第12頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)縱波傳輸圖譜ABC在鋼軌探傷中0探頭就是使用縱波。第13頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)橫波傳輸圖譜ABC問(wèn)題:橫波不能在液體中傳輸，橫波探傷時(shí)為何可使用耦合劑；使用不一樣耦合劑對(duì)最終折射角是否會(huì)產(chǎn)生影響？在鋼軌探傷

6、中70、37探頭就是使用橫波。第14頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見(jiàn)三種分類(lèi)方式: 2.按振動(dòng)連續(xù)時(shí)間分類(lèi) 依據(jù)波源振動(dòng)連續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，超聲波可分為連續(xù)波和脈沖波兩種。其中連續(xù)波是指波源連續(xù)不停地振動(dòng)所輻射波，慣用于穿透法探傷和共振法測(cè)厚。而脈沖波則指波源振動(dòng)連續(xù)時(shí)間很短（微秒級(jí)1106）、間歇輻射波，超聲波探傷中廣泛采取就是脈沖波。ABC第15頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)連續(xù)波與脈沖波圖譜 ABC第16頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見(jiàn)三種分類(lèi)方式： 3.按波形狀分類(lèi) 波形是依據(jù)波陣面形狀來(lái)區(qū)分，所謂波陣面，是指同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同全部質(zhì)點(diǎn)聯(lián)成面。依據(jù)波陣面形狀不一樣，波又能夠分為三種：平面波、柱面波

7、和球面波 ABC第17頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)平面波、柱面波和球面波圖譜 ABC第18頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)不一樣波形分類(lèi)及特征 ABC波 形特 性平面波1無(wú)限大平面（即波長(zhǎng)與聲源尺寸相比可忽略不計(jì)）作簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，在各向同性彈性介質(zhì)中傳輸波2如不考慮介質(zhì)吸收波能量，聲壓不隨聲源距離而改變球面波1聲源為點(diǎn)狀球體，波陣面是以聲源為中心球面2聲強(qiáng)與距聲源距離平方成反比柱面波1聲源為一無(wú)限長(zhǎng)線狀直柱，波陣面是同軸圓柱面2聲強(qiáng)與距聲源距離成反比第19頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波超聲波基本參數(shù) 1.振幅（A）從平衡位置到振動(dòng)最大位移之間距離。 2.周期（T）質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所需要時(shí)間。 3.頻率（f）質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)

8、完成全振動(dòng)次數(shù)。ABC第20頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波超聲波基本參數(shù) 按照以上定義，輕易看出：頻率與周期是互為倒數(shù)，即：從定義中能夠看出：周期是時(shí)間量，通常單位為秒(s)，在超聲波探傷中，則通常使用微秒為單位（s）。 周期單位換算關(guān)系： 1s=106s或1s=10-6sABC第21頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)超聲波超聲波基本參數(shù) 4.波長(zhǎng)（） 同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同質(zhì)點(diǎn)間距離稱(chēng)為波長(zhǎng)。 5.聲速（C） 聲波在彈性介質(zhì)中，單位時(shí)間內(nèi)所傳輸距離，也可稱(chēng)為波速。 單位為米/秒（m/s）或千米/秒（km/s）。波長(zhǎng)、聲速和頻率之間關(guān)系式： ABC第22頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場(chǎng)及其特征值 1.超聲場(chǎng)概述

9、 超聲場(chǎng) 充滿(mǎn)超聲波空間。 N表示直探頭近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度；D表示為圓形壓電晶片直徑；表示超聲波波長(zhǎng)；A表示方晶片（或矩形晶片）面積。 ABC第23頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場(chǎng)及其特征值 2.波束指向性與指向角（0） 超聲波能量集中在一定區(qū)域并向一個(gè)方向輻射現(xiàn)象稱(chēng)為波束指向性。 非擴(kuò)散區(qū)域?yàn)榻鼒?chǎng)長(zhǎng)度（N）1.67倍，大于1.67 N為擴(kuò)散區(qū)。 ABC第24頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場(chǎng)及其特征值 2.波束指向性與指向角（0） 對(duì)圓盤(pán)聲源輻射縱波聲場(chǎng)，其聲束聲束指向角（0）計(jì)算式以下： 式中：D-為晶片直徑；-為超聲波波長(zhǎng) ABC第25頁(yè)超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場(chǎng)及其特征值 3.超聲場(chǎng)特征值 描述超聲場(chǎng)特征值主要有聲壓、聲強(qiáng)和聲阻抗。 （1）聲壓 超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)某一瞬時(shí)所含有壓強(qiáng)（P1）與該點(diǎn)沒(méi)有超聲波存在時(shí)靜態(tài)壓強(qiáng)（P0）