无损检测超声波课件-讲义.ppt

1、无损检测超声波课件优选无损检测超声波课件 按声耦和方式不同分为：按声耦和方式不同分为：直接接触法、液浸法超声检测；直接接触法、液浸法超声检测；本章将重点介绍本章将重点介绍：脉冲反射法原理、脉冲反射法原理、直接接触法、直接接触法、A型显示方式、型显示方式、纵波法、横波法纵波法、横波法 超声检测技术。超声检测技术。2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础超声波的物理本质超声波的物理本质 它是频率大于它是频率大于2万赫兹的机械振动在弹性万赫兹的机械振动在弹性介质中的转播行为。介质中的转播行为。即超声频率的机械波。即超声频率的机械波。一般地说，超声波频率越高，其能量越一般地说，超声波频率越高，其能

2、量越大，探伤灵敏度也越高。大，探伤灵敏度也越高。超声检测常用频率在超声检测常用频率在 0.510 MHZ。超声波的产生（发射）与接收超声波的产生（发射）与接收 (1)超声波的产生机理超声波的产生机理利用了压电材利用了压电材 料的压电效应。料的压电效应。试验发现，某些晶体材料（如石英晶体）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，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表面就会产生电荷；此现象称为正压电效应；应；反之，当对此晶片施加交变电场时，晶反之，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，此现象体内部的质点就会

3、产生机械振动，此现象称为逆压电效应。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。具有压电效应的晶体材料就称为压电材料。压电效应 压电效应图解压电效应图解/b.施加交流电场时内部质点产生振动施加交流电场时内部质点产生振动拉伸或压缩时表面产生电荷拉伸或压缩时表面产生电荷正压电效应/逆压电效应 (2)超声波的发射与接收超声波的发射与接收 发射在压电晶片制成的探头中，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，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由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的机械振动频率的机械振动产生超声波；产生超声波；若此机械振动与被

4、检测的工件较好地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耦合，超声波就会传入工件这就是这就是超声波的发射。超声波的发射。接收接收若发射出去的超声波遇到界面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。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。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，是一可见，探头是一种声电换能元件，

5、是一种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要的作用。的作用。2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础超声波波型的分类超声波波型的分类 按质点的振动方向与声波的传播方向之间按质点的振动方向与声波的传播方向之间的关系分为：的关系分为：（1）纵波）纵波 L 介质质点的振动方向与波的介质质点的振动方向与波的传播方向一致；传播方向一致；（2）横波）横波 S 介质质点的振动方向与波介质质点的振动方向与波的传播方向垂直；的传播方向垂直；2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础（3）表面波）表面波 R介质质点沿介质表面做椭介质质点沿介质表面做椭圆运动；又称瑞利波；圆运动

6、；又称瑞利波；2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础.劳动后要收好劳动工具，注意休息。做好来店/电及意向客户的管理2注意与客户交流的技巧申请表有助于对应聘者的评估，因为它将所有的人都放在同一起跑线上。每个应聘者都要回答同样的问题。将应聘者提供的信息与你设定的标准进行比较，即可找出面试人选。把申请表上的信息建成信息库，并将应聘者申请的工作和掌握的技七分门别类储存，以备将来之需。这样为某些空缺岗位寻找具备某些特定技能的人选就容易多了。尽管客户付了定金，但是如果客户明天说不买了，要求退定金，这个要求也是合理的，是受到保护的。我们的4S店要求在提升客户满意度、提升销售技能、提高管理能力的同时，不

7、会去做与客户为敌的事情。退订只能证明你的工作没做好，所以在客户没有交完全款，没有把车提走之前，你都把他定为第一级别的意向客户，这个意向客户的级别是非常高的，这样的客户95以上是可以得到保证的，而不排除有5的客户会出现退订的可能。1、通过对乘车知识的了解，提高学生的陆地交通安全意识。第三个等级忌“走”食，忌“玩”食，走出去按照规定回答一年冬天，某汽车销售公司的一位保有客户的车在郊区抛锚了，他打电话过来求救，公司的值班人员接到这个电话后，把电话号码记成了十位。当后勤把所有的抢修车辆工作都准备好了，想与客户联络时，才发现电话号码记错了。尽管大家都很着急，但没有办法，只好在那里干等。而这个客户等得不耐

8、烦了，天又冷，客户打电话过来说：你们怎么还没到这边？当然工作人员不能说你的电话号码我们记错了。结果使客户对这个专营店、对这个公司产生了一肚子的意见。所以大家要特别注意，电话号码一定要确认。（4）板波）板波 板厚与波长相当的薄板中传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。表面做椭圆运动，板中间也有超声波传播。又称兰姆波；又称兰姆波；a)对称型对称型 b)非对称型非对称型 2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础 注意！注意！液体和气体介质（不能传递切向力）液体和气体介质（不能传递切向力）中，所以只能

9、传播纵波！中，所以只能传播纵波！同一介质中，声速的关系有：同一介质中，声速的关系有：CL CS CR 同一介质中，声速、波长、频率之间同一介质中，声速、波长、频率之间 的关系为：的关系为：C=f=常数。常数。按超声波振动持续时间分为：按超声波振动持续时间分为：(1)连续波连续波在有效作用时间内声波不间在有效作用时间内声波不间 断地发射；断地发射；(2)脉冲波脉冲波在有效作用时间内声波以脉在有效作用时间内声波以脉 冲方式间歇地发射。冲方式间歇地发射。注意注意:超声波检测过程常采用超声波检测过程常采用脉冲波脉冲波。2.1.4 超声波的基本性质超声波的基本性质 (1)具有良好的指向性：具有良好的指向

10、性：直线传播，符合几何光学定律；象光波直线传播，符合几何光学定律；象光波一样，方向性好；一样，方向性好；束射性，象手电筒的光束一样，能集中束射性，象手电筒的光束一样，能集中在超声场内定向辐射。在超声场内定向辐射。声束的扩散角满足如下关系：声束的扩散角满足如下关系：=arcsin 1.22(/D)(2-1)可见：可见：波长越短，扩散角波长越短，扩散角越小，越小，声能越集中。声能越集中。2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础 (2)具有较强的穿透性，但有衰减具有较强的穿透性，但有衰减；穿透性穿透性来自于它的高能量，因来自于它的高能量，因为声强正比于频率的平方；为声强正比于频率的平方；所以，超

11、声波的能量比普通声波大所以，超声波的能量比普通声波大100万倍！可穿透金属达数米！万倍！可穿透金属达数米！衰减性衰减性源于三个方面：源于三个方面：扩散、散射、吸收；扩散、散射、吸收；(1)扩散衰减扩散衰减 声波在介质中传播时，因其波前在逐渐扩声波在介质中传播时，因其波前在逐渐扩展，展，从而导致声波能量逐渐减弱的现象叫做超从而导致声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波的声波的 扩散衰减扩散衰减。它主要取决于波阵面的几何形状，它主要取决于波阵面的几何形状，而与传播介质无关而与传播介质无关。2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础(2)散射衰减散射衰减 散射是物质不均匀性产生的。散射是物质不均匀性产生

12、的。不均匀材料含有声阻抗急剧变化的界面，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，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。必然导致声能的降低。2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础(3)吸收衰减：吸收衰减：超声波在介质中传播时，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，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，引起的声波能量减弱的现象，叫做超声波的吸收衰减。叫做超声波的吸收衰减。2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础（3 3）只能在弹性介质中传播，不能在真只能在弹

13、性介质中传播，不能在真空（空空（空 气近似看成真空）中传播；气近似看成真空）中传播；强调：横波不能在气体、液体中传强调：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，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！所以，也不能在气体、液体中传播！2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础（4）遇到界面将产生：）遇到界面将产生：反射、折射和波型转换现象；反射、折射和波型转换现象；（5）对人体无害）对人体无害优于射线的性质。优于射线的性质。主声轴主声轴 N近场区长度N=D2/4超声场及 近场区 压电晶片2.1 超声波检测技术基础超声波检测技术基础 3.24?小提示6

14、6：训练自己不自觉观察他人形体语言的能力。教学目标：.擦璃时,如果高处够不着,登桌子或椅子,一定要先看看桌子或椅子是否结实,或旁边有人扶着 有人说，在销售过程中最大的难题就是不容易获得客户。在客户接待环节，我们怎样有效地接待客户，怎样获得客户的资料，怎样把客户引导到下一环节中去。定期跟踪保有客户的推荐。记录下与应聘者通过电话交谈时的直觉反应。仅有执行要点还不够，还要制定一些执行的标准。我们就以视线以内作为标准，即以眼睛所能看到的地方进行评价。核实应聘者简历中的细节可以通过几种方式来做。可以与他们的母校联系核实他们所受教育情况，此事一定要让应聘者知道。另外你可以打应聘者的办公室电话，要确保他们讲

15、话方便，没有老板或同事能够听到谈话内容。2.2 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 超声波在金属中的衰减定律超声波在金属中的衰减定律 超声波在金属中主要的衰减原因是散射超声波在金属中主要的衰减原因是散射和扩散；在液体中主要是吸收。和扩散；在液体中主要是吸收。研究表明，超声波在金属中的衰减规律研究表明，超声波在金属中的衰减规律可用下面的关系式表达：可用下面的关系式表达：PX=P0 e-x (2-2)衰减系数；衰减系数；dB/m x 声束传播的距离，即声程声束传播的距离，即声程 m。(2-2)式表明，超声波的声压在其传播的路式表明，超声波的声压在其传播的路径上，呈负指数规律衰减。径上，呈负指

16、数规律衰减。这里强调指出：衰减系数这里强调指出：衰减系数为频率为频率f4和晶粒和晶粒尺寸尺寸d3的函数。的函数。所以，对粗晶检测时，应适当降低超声波所以，对粗晶检测时，应适当降低超声波频率，弥补能量的不足。频率，弥补能量的不足。研究表明，声压研究表明，声压p与超声波探伤仪示波屏上与超声波探伤仪示波屏上的波高的波高h成正比关系：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实际探测时，超声波探伤仪示波屏上的波高高h能够反映声波的衰减状况。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 这里，这里，B1 B6代表超声波在工件底面的代表超声波在工件底

17、面的 6次反射波。波高次反射波。波高h依次递减。依次递减。T TB1B2B6 描述：描述：超声场的物理量超声场的物理量 充满超声波的空间，或在介质中超声振动波所及充满超声波的空间，或在介质中超声振动波所及的的“质点占据的范围质点占据的范围”叫超声场。叫超声场。对超声场我们常用：对超声场我们常用：1.声压、声压、2.声强、声强、3.声阻抗、声阻抗、4.质点振动位移和质点振动速度质点振动位移和质点振动速度 等物理量等物理量,来描述超声波声场。来描述超声波声场。2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 (一一)声压声压 超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强

18、 ,与没与没有超声场存在时，同一点的静态压强之差为该点有超声场存在时，同一点的静态压强之差为该点的声压的声压，用用 表示。表示。单位为单位为 帕帕,记作记作1Pa=1N/m2。若用若用 平面余弦波表达式平面余弦波表达式：(2-1)2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 ip0p2)2(cosxtcAp2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 式中：式中：-介质的密度，介质的密度，C-介质中的波速，介质中的波速，A-介质质点的振幅，介质质点的振幅，-介质中质点振动的圆频率介质中质点振动的圆频率()，A -质点振动的速度振幅质点振动的速度振幅()，T-时间，时间，x-至波源的距离

19、。至波源的距离。且有关系式：且有关系式：式中：式中：-声压的极大值。声压的极大值。cApmmp 可见：可见：声压的绝对值，与波速、质点振动的速度声压的绝对值，与波速、质点振动的速度振幅振幅(或角频率或角频率)成正比成正比。因为超声波的频率高，所以超声波比声波因为超声波的频率高，所以超声波比声波的声压大。的声压大。2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 声强声强 在超声波在超声波传播的方向上传播的方向上，单位时间内单位时间内 介质介质中单位截面上中单位截面上 的声能叫声强。用的声能叫声强。用I表示；单表示；单位是位是 对纵波在均匀的各向同性的固体介质中的对纵波在均匀的各向同性的固体介质

20、中的传播为例传播为例，可以证明平面波传播的声强计证明平面波传播的声强计算式；算式；(1-2)注意：上式中有三个部分的概念。注意：上式中有三个部分的概念。2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 2/cmw22222112121mmcVcpcAI 超声波的声强：超声波的声强：、正比于质点振动位移振幅的平方；、正比于质点振动位移振幅的平方；、正比于质点振动角频率的平方；、正比于质点振动角频率的平方；、正比于质点振动速度振幅的平方。、正比于质点振动速度振幅的平方。注意：注意：由于超声波的频率高，其强度由于超声波的频率高，其强度(能量能量)是远远大于是远远大于 可闻声波可闻声波 的强度。的强度

21、。例如：例如：1MHz声波的能量等于声波的能量等于100kHz声波能量的声波能量的100倍，等于倍，等于lkHz声波能量的声波能量的100万倍。万倍。2.3 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 2.2 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播2.2.2 超声波在异质界面处产生的各种现象超声波在异质界面处产生的各种现象(1)垂直入射异质界面时的透射、反射及绕射垂直入射异质界面时的透射、反射及绕射 透射与反射透射与反射 反射系数反射系数 K=W反反/W入入100%W透透W反反w入入 常见材料之间的界面反射系数常见材料之间的界面反射系数 界面材料界面材料 反射系数反射系数K%钢钢钢钢 0 钢钢

22、变压器油变压器油 81 钢钢有机玻璃有机玻璃 77 钢钢水水 88有机玻璃有机玻璃变压器油变压器油 17 钢钢空气空气 100 有机玻璃有机玻璃空气空气 100 反射现象的辩证分析反射现象的辩证分析 反射现象：对发射超声波不利对发射超声波不利；对脉冲反射法接收有利。对脉冲反射法接收有利。影响反射系数影响反射系数K的因素的因素 反射系数反射系数K值的大小，决定于相邻介质的值的大小，决定于相邻介质的声阻抗之差：声阻抗之差：Z =|Z 2Z 1|Z 越大，越大，K 值越大。值越大。而与何者为第一介质无关。而与何者为第一介质无关。(一一)、在单一界面上、在单一界面上 当超声波垂直入射到足够大的光滑平界

23、面时：当超声波垂直入射到足够大的光滑平界面时：.在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波。射波。.在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。射波。.反射波与透射波的声压反射波与透射波的声压(声强声强)是按一定比例分是按一定比例分配配。.分比例由声压反射率分比例由声压反射率(或声强反射率或声强反射率)，和声压透射率和声压透射率(或声强透射率或声强透射率)来表示。来表示。把药材看成是同样大的团球状物质，自上而下地层叠为很多层，把浸出溶剂也看成无限多份，连续地加入浸渍过程，当溶剂通过每一层药材颗粒就发生一次溶剂浸

24、入药材、溶解溶质和溶质向外扩散的扩散平衡过程，然后溶剂再进入下一层药材，再扩散至平衡，这样反复进行扩散平衡的渗漉浸出过程。6.施工车辆进入校区不准鸣号，应减速慢行，注意行人，沙、石、土不得散落校园，影响校园环境卫生。二、迅速采取补救措施。密切注意患者生命体征和病情变化，千方百计采取有效补救措施，降低技术损害后果，保护患者生命健康。控制感染源：必要时临床科室对病人和疑似病人进行隔离治疗。三、检查中发现火灾隐患，检查人员应填写防火检查记录，并按照规定，要求有关人员在记录上签名。11、全校教职工要以主人翁精神，及时制止学生不安全文明行为。发现安全隐患，应及时报告有关部门，当发现学生突发疾病和伤害事故

25、时都有责任采取措施及救护伤害学生。（8）未按照谈判文件确定的事项签订政府采购合同。6.若照明灯和电风扇等电器发生故障，不得私自动手排除，应报告教师或总务处，由学校电工进行故障排除，不得打开配电箱，触摸电器开关。消防器材未经许可，不得随意搬动。二、消防工作归口管理职能科室每日对单位进行防火巡查。每月对单位进行一次防火检查并复查追踪改善。1.2响应文件的书面内容不得涂抹或改写；将药材粉碎后装入特制的渗漉筒或渗漉罐中，从渗漉罐上方连续通入溶媒，使其渗过罐内药材积层，发生固液传质作用，从而浸出有效成分，自罐体下部出口排出浸出液，这种浸出方法称为“渗漉法”，所得的浸出液称为“渗漉液”。由于浸出液浓度在渗

26、漉过程中不断提高而密度增大，逐渐向下移动，由上层溶剂或更稀浸出液置换其位置，连续造成较大浓度差，使扩散能较好地进行。渗漉操作方法主要有单渗漉法、重渗漉法、逆流渗漉法、加压渗漉法等。、生产前准备及检查：安全疏散设施管理制度 1、在单一界面上反射波声压与入射波声压、在单一界面上反射波声压与入射波声压之比，称为界面的之比，称为界面的 声压反射率：声压反射率：用表示用表示。式中式中：Z1-介质介质1的声阻抗，的声阻抗，Z2-介质介质2的声阻抗的声阻抗。12120ZZZZpprr 2、在单一界面上透射波声压与入射波声压之比、在单一界面上透射波声压与入射波声压之比，称为界面的，称为界面的 声压透射率声压透

27、射率：用用t表示：表示：3、在界面上反射波声强与入射波声强之比，称、在界面上反射波声强与入射波声强之比，称为为 声强反射率声强反射率：用用R表示：表示：12202ZZZpptt212120)(ZZZZIIRr 4、在界面上透射声强与入射声强之比，称、在界面上透射声强与入射声强之比，称为为 声强透射率：声强透射率：用用T表示：表示：说明：说明：在声波垂直入射到平界面上时，声压和声在声波垂直入射到平界面上时，声压和声强的分配比例，仅与界面两侧介质的声阻强的分配比例，仅与界面两侧介质的声阻抗有关抗有关.212210)(4ZZZZIITt 注意：注意：在垂直入射时，在垂直入射时，介质两侧的声波必须满足

28、两个边界条件介质两侧的声波必须满足两个边界条件：(1)、一侧总声压等于另一侧总声压。、一侧总声压等于另一侧总声压。否则界面两侧受力不等，将会发生界面运动否则界面两侧受力不等，将会发生界面运动。(2)、两侧质点速度振幅相等，以保持波的连、两侧质点速度振幅相等，以保持波的连续性。续性。上述的是超声波纵波：上述的是超声波纵波：垂直入射到单一平界面上的，声压、声强垂直入射到单一平界面上的，声压、声强与其反射率、透射率的计算公式，同样适与其反射率、透射率的计算公式，同样适用于横波入射的情况。用于横波入射的情况。(二二)、薄层界面、薄层界面 在进行超声检测时，经常遇到很薄的耦合层和缺在进行超声检测时，经常

29、遇到很薄的耦合层和缺陷薄层，可以归纳为超声波在薄层界面的反射和陷薄层，可以归纳为超声波在薄层界面的反射和透射问题。透射问题。超声波是由声阻抗为超声波是由声阻抗为Z1的第一介质，入射到的第一介质，入射到Z1和和Z2的交界面。的交界面。然后通过声阻抗为然后通过声阻抗为Z2的第二介质薄层射到的第二介质薄层射到Z2和和Z3界面，最后进入声阻抗为界面，最后进入声阻抗为Z3的第三介质等。的第三介质等。在有三层介质时在有三层介质时，很多情况是：很多情况是：第一介质和第三介质为同一种介质第一介质和第三介质为同一种介质。a)钢钢-水入射水入射 b)水水-钢入射钢入射 注意：注意：1、超声波通过一定厚度的异质薄层

30、时，反射和、超声波通过一定厚度的异质薄层时，反射和透射情况与单一的平界面不同，透射情况与单一的平界面不同，2、当异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在、当异质薄层很薄，进入薄层内的超声波会在薄层两侧界面，引起多次反射和透射，形成一系薄层两侧界面，引起多次反射和透射，形成一系列的反射和透射波。列的反射和透射波。3、当超声波脉冲宽度相对于薄层较窄时，薄层、当超声波脉冲宽度相对于薄层较窄时，薄层两侧的各次反射波、透射波就会互相干涉。两侧的各次反射波、透射波就会互相干涉。4、由于上述原因，声压反射率和透射率的计算比由于上述原因，声压反射率和透射率的计算比较复杂。较复杂。一般说来一般说来：超声波通过异质薄

31、层时：超声波通过异质薄层时：声压反射率和透射率，不仅与介质声阻抗声压反射率和透射率，不仅与介质声阻抗和薄层声阻抗有关，而且与薄层厚度同其和薄层声阻抗有关，而且与薄层厚度同其波长之比波长之比()有关。有关。22/d(1)、当一、三介质为同一介质时，对均匀、当一、三介质为同一介质时，对均匀介质中的异质薄层有如下规律性介质中的异质薄层有如下规律性：（反射）（反射）2-21 （透射）（透射）2-22222222222sin)1(4112sin)1(41dmmdmmr22222sin)1(4111dmmt 式中式中：d2-异质薄层的厚度，-异质薄层的波长，-两种介质的声阻抗之比，由公式由公式(2-21)

32、(2-22)可知：可知：当当 时时(n为正整数为正整数)，。当当 时时(n为正整数为正整数)，r最高，最高，。当当 时，即时，即 时，则薄层厚度愈小时，则薄层厚度愈小，透射率愈大，反射率愈小。，透射率愈大，反射率愈小。2m222 nd1,0tr4)12(2nd0t02d42d(2)、，即非均匀介质中的薄层有如，即非均匀介质中的薄层有如下规律性下规律性：例如：晶片例如：晶片保护薄膜保护薄膜工件，或晶片工件，或晶片耦合剂耦合剂工件等情况。工件等情况。此时此时 声压往复透射率声压往复透射率 为：为：（2-23）321ZZZ2222231222231312sin)(2cos)(4dZZZZdZZZZT

33、 由上式可知由上式可知：当当 时(n为正整数)，则有：则有：即：即：超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的薄层，超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的薄层，若薄层厚度等于半波长的整数倍时，通过薄层的若薄层厚度等于半波长的整数倍时，通过薄层的声压往复透射率与薄层的性质无关。声压往复透射率与薄层的性质无关。222 nd23131)(4ZZZZT 当 (n为正整数)，且 时时，则有则有：上式表明：上式表明：超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的薄层：薄层：1、当、当 的奇数倍，的奇数倍，Z2为为 时，或时，或 时，时，4)12(2nd312ZZZ 1)(42231231

34、ZZZZZZT422d231ZZ 312ZZZ 其声压往复透射率等于其声压往复透射率等于1，此即为全透射的，此即为全透射的情况。情况。2、当、当 时，薄层愈薄，声压往复透射时，薄层愈薄，声压往复透射率愈大。率愈大。422d关于声阻抗 声阻抗声阻抗Z表示声场中介质对质点振动的表示声场中介质对质点振动的阻碍作用。阻碍作用。指超声波在介质中传播时，任一点的声压指超声波在介质中传播时，任一点的声压p与该点速度振幅与该点速度振幅V之比。之比。定义式定义式:声阻抗声阻抗 Z=p/V (2-4)数值表征数值表征:Z=CL (2-5)气体、液体、金属之间声阻抗之比约为：气体、液体、金属之间声阻抗之比约为：1：

35、3000：8000。绕射现象绕射现象 当界面尺寸当界面尺寸df/2 时，声波能绕过缺陷界时，声波能绕过缺陷界面而继续向前传播的现象，叫作绕射。面而继续向前传播的现象，叫作绕射。因此，要想提高探伤灵敏度，必须提高频因此，要想提高探伤灵敏度，必须提高频率率f,以便发现更小的缺陷。以便发现更小的缺陷。超声波的超声波的绕射现象绕射现象(2)倾斜入射异质界面的反射、折射和波型转换倾斜入射异质界面的反射、折射和波型转换 参考图参考图 S1 L1S2 L2 L LLoL L入射纵波；入射纵波；纵波入射角；纵波入射角；L1L1反射纵波；反射纵波；L纵波纵波L1L1反射角；反射角；S1反射横波；反射横波；横波横

36、波S1反射角；反射角；L2 折射折射纵波；纵波；L纵波纵波L2折射角；折射角；S2 折射折射横波；横波；横波横波S2折射角。折射角。1超声波在无限大介质中传播时，将一直向超声波在无限大介质中传播时，将一直向前传播，不改变方向。前传播，不改变方向。2遇到异质界面遇到异质界面(声阻抗差异较大的异质界声阻抗差异较大的异质界面面)时，会产生反射和透射现象。时，会产生反射和透射现象。3一部分超声波在界面上被反射回第一介质一部分超声波在界面上被反射回第一介质，另一部分透过介质交界面进入第二介质，另一部分透过介质交界面进入第二介质。2.2 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播 (一一)、在单一界面上、在

37、单一界面上 当超声波垂直入射到足够大的光滑平界面时：当超声波垂直入射到足够大的光滑平界面时：在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波。射波。在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。射波。反射波与透射波的声压反射波与透射波的声压(声强声强)是按一定比例分是按一定比例分配配。分比例由声压反射率分比例由声压反射率(或声强反射率或声强反射率)，和声压透射率和声压透射率(或声强透射率或声强透射率)来表示。来表示。2.2 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播(二二)薄层界面薄层界面 在进行超声检测时，经常遇到很薄

38、的耦合在进行超声检测时，经常遇到很薄的耦合层和缺陷薄层，可以归纳为超声波在薄层层和缺陷薄层，可以归纳为超声波在薄层界面的反射和透射问题。界面的反射和透射问题。2.2 超声波在介质中的传播超声波在介质中的传播斯涅耳定律：斯涅耳定律：2211LLSSSSLLLCSINCSINCSINCSINCSIN（26)S1 L1S2 L2 L LL(2)临界角的讨论及其应用意义临界角的讨论及其应用意义 因因 CL=CL1;=L;由（由（2-6）式可推知）式可推知:（2-7）（2-8）临界角的讨论临界角的讨论：当取有机玻璃为第一介质，：当取有机玻璃为第一介质，钢为第二介质时，即有：钢为第二介质时，即有：CL1C

39、L2,CL1 CS2 CL2,必有必有 SL；且；且，S ，L ；)sinarcsin(21lCCLL)sinarcsin(21sCCsL 故当故当L=90时，第二介质中只有横波。时，第二介质中只有横波。此时对应的纵波入射角此时对应的纵波入射角；叫作第一临界角，记为叫作第一临界角，记为1m。这时，这时，1m=27.6。当当，使，使s=90时，第二介质中只有表时，第二介质中只有表面波。此时对应的纵波入射角面波。此时对应的纵波入射角；叫作第二临界角，记为叫作第二临界角，记为2m=57.6。临界角的应用：临界角的应用：斜探头设计时，应保证声波的入射角介于斜探头设计时，应保证声波的入射角介于第一临界角

40、、第二临界角之间。第一临界角、第二临界角之间。第三临界角第三临界角：（入射角，折射角）（入射角，折射角）当超声波横波倾斜入射到界面时，在第一介质中当超声波横波倾斜入射到界面时，在第一介质中产生反射纵波和反射横波。产生反射纵波和反射横波。由于在同一介质中，由于在同一介质中，恒大于恒大于 ，所以，所以 恒大恒大于于 。随着随着 增加，当增加，当 时，介质中只存在反射时，介质中只存在反射横波。横波。当当 ，则有；，则有；注意：只有第一介质为固体时，才会有第三临界注意：只有第一介质为固体时，才会有第三临界角。角。1Lc1ScLSS090L090L11arcsinLSIIIScc 倾斜入射到平界面上时声

41、压反射率与透射率倾斜入射到平界面上时声压反射率与透射率 注意：斯涅尔反射、折射定律只讨论了：注意：斯涅尔反射、折射定律只讨论了：超声波倾斜入射到界面上时，各种类型反射波和超声波倾斜入射到界面上时，各种类型反射波和折射波的传播方向，没有涉及它们的声压反射率折射波的传播方向，没有涉及它们的声压反射率和透射率。和透射率。实际上：在斜入射情况下，各种类型的反射波和实际上：在斜入射情况下，各种类型的反射波和折射波的声压反射率和透射率，是与：折射波的声压反射率和透射率，是与：与界面两侧介质的声阻抗有关，与界面两侧介质的声阻抗有关，与入射波的类型以及入射角的大小有关。与入射波的类型以及入射角的大小有关。其理

42、论计算公式复杂，借助于由公式或实其理论计算公式复杂，借助于由公式或实验：验：得到的几种，常见界面的声压反射率和透得到的几种，常见界面的声压反射率和透射率图来确定检测方案射率图来确定检测方案。声压往复透射率声压往复透射率 超声波倾斜入射时，声压往复透射率等于超声波倾斜入射时，声压往复透射率等于两次相反方向，通过同一界面的声压透射两次相反方向，通过同一界面的声压透射率的乘积率的乘积。表达式：表达式：2-25 -入射波声压，入射波声压，-透射波声压，透射波声压，-回波声压回波声压tatpppp00appt0ptpap2.3 超声波检测原理超声波检测原理 本节重点讲解本节重点讲解:A型脉冲反射法超声波

43、检测原理。型脉冲反射法超声波检测原理。在实际应用中以该法为主。在实际应用中以该法为主。型脉冲反射法超声波检测原理型脉冲反射法超声波检测原理 (1)原理：原理：A型脉冲反射法超声波检测就是利用超声型脉冲反射法超声波检测就是利用超声波在传播过程中，遇到声阻抗较大的异质波在传播过程中，遇到声阻抗较大的异质界面时，将产生反射的原理来实现对内部界面时，将产生反射的原理来实现对内部缺陷检测的。缺陷检测的。(2)实现方法：实现方法：该法采用单一探头该法采用单一探头既作发射器件，又既作发射器件，又作接收元件，以脉冲方式间歇地向工件发作接收元件，以脉冲方式间歇地向工件发射超声波；接受到的回波信号经功能电路射超声

44、波；接受到的回波信号经功能电路放大、检波后，在探伤仪的示波屏上，以放大、检波后，在探伤仪的示波屏上，以脉冲信号显示出来。脉冲信号显示出来。(3)信号的解读：信号的解读：根据探伤仪示波屏上，始波根据探伤仪示波屏上，始波T、伤波、伤波F、底波底波B的有无、大小及其在时基轴上的位的有无、大小及其在时基轴上的位置可判断工件内部缺陷的有无、大小和位置可判断工件内部缺陷的有无、大小和位置。见下图：置。见下图：示例直探头缺陷显示直探头缺陷显示 a.无缺陷无缺陷 b.小缺陷小缺陷 c.大缺陷大缺陷TBTTBFF示波屏特征小结示波屏特征小结（a a）无缺陷）无缺陷 示波屏上只有始波示波屏上只有始波T和底波和底波

45、B，而且底波较高；而且底波较高；（b b）有小缺陷）有小缺陷示波屏上不仅有始波示波屏上不仅有始波T 和底波和底波B；而其间还有伤波；而其间还有伤波F;相对（相对（a）无缺陷的情况，）无缺陷的情况，底波变矮；底波变矮；（c）有大缺陷）有大缺陷示波屏上只有始波示波屏上只有始波T和伤波和伤波F,没有底波没有底波B。相对（相对（b）而言，伤波变高。）而言，伤波变高。2.4 脉冲反射法超声波检测技术要点脉冲反射法超声波检测技术要点 内容提要：内容提要：从根本上说，超声波检测技术的基本任务就是：从根本上说，超声波检测技术的基本任务就是：通过调节探伤系统的灵敏度和调整操作手法，通过调节探伤系统的灵敏度和调整

46、操作手法，有效的发现缺陷；有效的发现缺陷；发现缺陷后，能够准确的给缺陷定性、定量、发现缺陷后，能够准确的给缺陷定性、定量、定位；定位；根据工艺要求根据工艺要求,提出返修建议及相关的探伤工艺；提出返修建议及相关的探伤工艺；按规定格式，出据检测报告。按规定格式，出据检测报告。重点介绍两种探伤方法。重点介绍两种探伤方法。垂直入射法（直探头，纵波法探伤技术）垂直入射法（直探头，纵波法探伤技术）定义：采用直探头将定义：采用直探头将声束垂直入射工件声束垂直入射工件的的探伤方法；探伤方法；该法利用的声波类型为纵波，故有该法利用的声波类型为纵波，故有纵波法纵波法之之称。称。简记：垂直入射法简记：垂直入射法=直

47、探头法直探头法=纵波法纵波法 缺陷显示方式：以回波在时基线上的位缺陷显示方式：以回波在时基线上的位 置、脉冲大小反映缺陷的情况。置、脉冲大小反映缺陷的情况。应用特点：能够发现与探测面平行或接近应用特点：能够发现与探测面平行或接近平行的面积型缺陷和体积型缺陷。平行的面积型缺陷和体积型缺陷。对体积型缺陷的检出率较高。对体积型缺陷的检出率较高。缺陷的定位：缺陷的定位：缺陷就在探头的正下方！从三维定位的角缺陷就在探头的正下方！从三维定位的角度，需给出三个坐标：度，需给出三个坐标：x,y,z；其中，在探测面上的水平坐标其中，在探测面上的水平坐标x,y可直接用可直接用钢板尺量取；钢板尺量取；而缺陷的埋藏深

48、度坐标而缺陷的埋藏深度坐标z（习惯上用（习惯上用h表示）表示）可根据伤波可根据伤波可根据伤波可根据伤波F在时基线上的位置，在时基线上的位置，按比例关系确定按比例关系确定:h=(tf/tb)=n tf 式中式中:tf 伤波脉冲前沿在示波屏时基线上的伤波脉冲前沿在示波屏时基线上的刻度值；刻度值；tb底波在示波屏时基线上的刻度值；底波在示波屏时基线上的刻度值；被检测试件的厚度值；被检测试件的厚度值；n 比例系数比例系数;n=/tb。缺陷的定量缺陷的定量 a.当缺陷尺寸大于声束直径时，采用移动测长法；当缺陷尺寸大于声束直径时，采用移动测长法；即半波高法即半波高法。图示如下：。图示如下：缺陷长度缺陷长度

49、探头移动距离探头移动距离6db波高波高波高包络线波高包络线 探头探头b.缺陷尺寸小于声束直径时，采用缺陷尺寸小于声束直径时，采用当量法当量法；当量法的基本思想：当量法的基本思想：在一定的探伤灵敏度条件下，将已知形状、尺寸在一定的探伤灵敏度条件下，将已知形状、尺寸的人工反射体的回波与实际检测到的缺陷回波相的人工反射体的回波与实际检测到的缺陷回波相对比，若二者的声程、回波高度相等，则这个已对比，若二者的声程、回波高度相等，则这个已知人工反射体的相关尺寸可视为该实际缺陷的知人工反射体的相关尺寸可视为该实际缺陷的“缺陷当量缺陷当量”。可见当量法应该选择恰当的对比试块。可见当量法应该选择恰当的对比试块。

50、设计适当的距离尺寸和人工反射体的尺寸；设计适当的距离尺寸和人工反射体的尺寸；得到得到“探测距离与波幅曲线探测距离与波幅曲线”；当量法的距离波幅曲线示意图 对比试块25050孔径可改变为：孔径可改变为：2，3，4，6；探头探头平底孔距探测面的距离为：平底孔距探测面的距离为：5，10，15，20，25，30，35，40，45当量法的距离波幅曲线示意图图例图例波波幅幅距离距离mm评定线评定线 定量线定量线报废线报废线dB缺陷的定性缺陷的定性 对于对于A型显示的超声波检测来说，给缺陷型显示的超声波检测来说，给缺陷定性是较复杂和困难的。定性是较复杂和困难的。需要了解检测对象的材质、工艺、缺陷需要了解检测