第三講 超聲波探傷基本方法講解

超聲波基礎(chǔ)知識主講教師：馬記21目錄CONTENTS1超聲場及其特征值2超聲波的衰減3超聲波的反射、折射等傳播特性31超聲場及其特征值

超聲場及近場、擴散角示意圖（1）超聲場概述41超聲場及其特征值

超聲場聲壓分布圖（1）超聲場概述51超聲場及其特征值

N=(D2-λ2)/4λ=D2/4λ=A

/πλ當D?2λ，有式中D—圓形壓電晶片的直徑

λ—超聲波波長A—方晶片（或矩形晶片）面積

（1）超聲場概述61超聲場及其特征值

（2）聲束指向性與指向角（θ0）超聲場主聲束和副聲束表征聲源輻射場特征的另一個重要特性是聲束的指向性。71超聲場及其特征值

（2）聲束指向性與指向角（θ0）式中

D——為晶片的直徑；λ——為超聲波波長。對圓盤聲源輻射的縱波聲場，其聲束聲束指向角（θ0）計算式如下：81超聲場及其特征值

（2）聲束指向性與指向角（θ0）邊長為a的方晶片聲束指向角計算式：91超聲場及其特征值

（3）特征值聲壓是超聲場中某一點所具有的壓強P1與該點沒有超聲波存在時的靜態(tài)壓強P0之差稱為該點的聲壓。單位為帕斯卡（Ｐa，1Pa＝1N/m2）。通常把聲壓振幅簡稱為“聲壓”，A型脈沖反射式探傷儀示波屏上回波高度與其有一定的線性關(guān)系，通過比較不同反射體的回波高度比較其聲壓。101超聲場

單位時間內(nèi)，垂直通過單位面積的聲能量稱為聲強（Ｉ）。對于平面余弦波，其平均聲強（Ｉ）為：在實用上，貝爾這個單位太大，因而常取其1/10，單位為分貝（dB），即LI=10lg（I/I0

）。由于聲強與聲壓的平方成正比，所以有LI=10lg（I/I0）=20lg（P1/P2

）（dB）。（3）特征值111超聲場

（3）特征值介質(zhì)中某一點的聲壓與該點的振動速度之比稱為聲阻抗（Z）。數(shù)值上聲阻抗等于介質(zhì)密度（ρ）與聲速（C）的乘積，即：它表示超聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。由于固體、液體和氣體三者的聲速和密度相差很大，因此，它們的聲阻抗大不相同，即使在同一固體介質(zhì)中，由于縱波、橫波和表面波的聲速（C）不同，因此它們的聲阻抗也不一樣。122超聲波的衰減

在介質(zhì)傳播中，隨著傳播距離的增加，能量逐漸減弱的現(xiàn)象稱為超聲波的衰減。衰減原因：超聲波在均勻介質(zhì)中的衰減主要有以下三個原因：（1）聲束擴散；（2）介質(zhì)顆粒引起的散射；（3）介質(zhì)對波動能量的吸收。擴散衰減與傳播介質(zhì)無關(guān)，衰減程度由波形和傳播距離確定。132超聲波的衰減

衰減系數(shù)（在不同介質(zhì)中的衰減程度）（1）當工件厚度2N＜d≤200mm時，可用多次脈沖反射回波高度的比較來測定α，即：

（dB/mm）142超聲波的衰減

衰減系數(shù)（在不同介質(zhì)中的衰減程度）

（dB/mm）（2）工件厚度d＞200mm時，采用多次反射可能超出儀器的測定范圍，所以用底面的第一次和第二次回波的分貝差來計算衰減系數(shù)，即：153超聲波的反射、折射等傳播特性

在彈性介質(zhì)中傳播的超聲波遇到異質(zhì)界面時會發(fā)生反射與折射，并有波型轉(zhuǎn)換發(fā)生。利用超聲波在界面上的折射特性主要用于達到波型轉(zhuǎn)換的目的。菲涅爾折射定律：α為入射角，C1為