常用無(wú)損檢測(cè)方法PPT課件

1、2. 2. 超聲波的特點(diǎn)超聲波的特點(diǎn)超聲波波長(zhǎng)很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)。1) 方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。 2）穿透能力強(qiáng) 對(duì)于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。 3）能量高 超聲檢測(cè)的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。 4）遇有界面時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測(cè)工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。 第1頁(yè)/共381頁(yè)3. 3. 超聲波的分類(lèi)超聲波的分類(lèi)超聲波的分類(lèi)方法很多，如圖6.1所示。主要有：按介質(zhì)

2、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類(lèi)，即按波型分類(lèi)；按波振面的形狀分類(lèi)，即按波形分；按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類(lèi)等。其中，按波型是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重要理論依據(jù)，將著重討論。 第2頁(yè)/共381頁(yè)圖 6-1 超聲波的分類(lèi)第3頁(yè)/共381頁(yè)1） 超聲波的波型超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。 （1） 縱波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見(jiàn)圖6-2)。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時(shí)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)疏密相間，所以縱波有時(shí)又稱(chēng)為壓縮波或疏密波。 第4頁(yè)

3、/共381頁(yè)圖6-2 縱波 第5頁(yè)/共381頁(yè)（2） 橫波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示(見(jiàn)圖6-3)。橫波的形成是由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變切應(yīng)力作用時(shí)， 產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力，只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。 （3） 表面波（瑞利波）。當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)， 對(duì)于有限介質(zhì)而言，有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?見(jiàn)圖6-4)。瑞利首先對(duì)這種波給予了理論上的說(shuō)明，因此表面波又稱(chēng)為瑞利波， 常用R表示。 第6頁(yè)/共381頁(yè)圖6-3 橫波 第7頁(yè)/共381頁(yè)圖6-4

4、 表面波 第8頁(yè)/共381頁(yè)（4） 板波（蘭姆波）。在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時(shí)聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。 薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為縱波和橫波的組合， 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見(jiàn)圖6-5)。板波按其傳播方式又可分為對(duì)稱(chēng)型（S型）和非對(duì)稱(chēng)型（A型）兩種，這是由質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于板的中間層作對(duì)稱(chēng)型還是非對(duì)稱(chēng)型運(yùn)動(dòng)來(lái)決定的。 第9頁(yè)/共381頁(yè)圖6-5 板波(a) 對(duì)稱(chēng)型； (b) 非對(duì)稱(chēng)型 第10頁(yè)/共381頁(yè)2) 超聲波的波形超聲波由聲源向周?chē)鷤鞑サ倪^(guò)程可用波陣面進(jìn)行描述。 如圖6-6所示，在無(wú)限大且各向同性的介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳播， 用

5、波線(xiàn)表示傳播的方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱(chēng)為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱(chēng)為波前。在各向同性介質(zhì)中波線(xiàn)垂直于波陣面。在任何時(shí)刻，波前總是距聲源最遠(yuǎn)的一個(gè)波陣面。 波前只有一個(gè)，而波陣面可以有任意多個(gè)。 第11頁(yè)/共381頁(yè)圖6-6 波線(xiàn)、 波前與波陣面(a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 第12頁(yè)/共381頁(yè)根據(jù)波陣面的形狀(波形)，可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波等。 平面波即波陣面為平面的波，而柱面波的波陣面為同軸圓柱面，球面波的波陣面為同心球面，如圖6-6所示。當(dāng)聲源是一個(gè)點(diǎn)時(shí)，在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中

6、心的球面。 可以證明，球面波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度與距聲源的距離成反比。 當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測(cè)量點(diǎn)距聲源的距離時(shí)，可以把超聲波看成是球面波。 球面波的波動(dòng)方程為 )(coscxtxAy（6-2） 第13頁(yè)/共381頁(yè)3）連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間為無(wú)窮時(shí)的波。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短的波，超聲檢測(cè)中最常用的是脈沖波。對(duì)脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。 第14頁(yè)/共381頁(yè)6.1.2 6.1.2 超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介1.1.超聲場(chǎng)的物理量超聲場(chǎng)的物理量1) 聲壓當(dāng)介質(zhì)

7、中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替變化。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)P1與沒(méi)有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱(chēng)為該點(diǎn)的聲壓，用P表示,即 )Pa(01PPP(6-3) 第15頁(yè)/共381頁(yè)對(duì)于平面余弦波， 可以證明： cVcxtAcxtVcxtPP)(sinc)(sinc)(sinmm（6-4） 式中：為介質(zhì)的密度;c為介質(zhì)中的聲速；為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅；V為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的角頻率； 為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的幅值；t為時(shí)間；x為質(zhì)點(diǎn)距聲源的距離； 為聲壓幅值。由上式可知：超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與角頻率成正比，也就與頻率成正比。由于超聲波的頻率很高，遠(yuǎn)大于聲波的頻率，故超

8、聲波的聲壓一般也遠(yuǎn)大于聲波的聲壓。 AVmcAP m第16頁(yè)/共381頁(yè) 2） 聲阻抗 介質(zhì)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值Vm之比，稱(chēng)為聲阻抗，常用Z表示。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就愈小。聲阻抗表示超聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。 由式(6-4)得 cVPZmm（6-5） 第17頁(yè)/共381頁(yè)3） 聲強(qiáng)單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的聲能，稱(chēng)為聲強(qiáng)，用I表示。 對(duì)于平面縱波，其聲強(qiáng)I為 ZPZVcAI2m2m22212121（6-6） 由式(6-6)可知，超聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。

9、第18頁(yè)/共381頁(yè)4） 分貝的概念實(shí)際探傷中，將聲強(qiáng)I1與I2之比取對(duì)數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級(jí)，這時(shí)單位為分貝，用dB表示，即 )dB(lg1021II（6-7） 根據(jù)式（6-6），有 m2m121lg20lg10PPII（6-8） 式中： Pm1、 Pm2分別為聲強(qiáng)I1、 I2對(duì)應(yīng)的聲壓幅值。 第19頁(yè)/共381頁(yè)對(duì)于線(xiàn)性良好的超聲波探傷儀，示波屏上波高與聲壓成正比，即任意兩波高H1、H2之比等于相應(yīng)的聲壓Pm1、Pm2之比， 即 dBlg20lg20212mm1HHPP（6-9） 第20頁(yè)/共381頁(yè)2. 2. 介質(zhì)的聲參量介質(zhì)的聲參量1） 聲速聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與

10、超聲波的波型有關(guān)，但更依賴(lài)于傳聲介質(zhì)自身的特性。因此，聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量。了解受檢材料的聲速，對(duì)于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。 聲速又可分為相速度和群速度。相速度是指聲波傳播到介質(zhì)的某一選定相位點(diǎn)時(shí)在傳播方向上的聲速。群速度是指?jìng)鞑ヂ暡ǖ陌j(luò)上具有某種特征（如幅值最大）的點(diǎn)上沿傳播方向上的聲速。 群速度是波群的能量傳播速度。 第21頁(yè)/共381頁(yè)（1）縱波、橫波和表面波的聲速?？v波、橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定的，而與頻率無(wú)關(guān)，即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說(shuō)到它們的聲速都是指相速度。不同材料聲速值有較大的差異。 在給定的材料中，

11、頻率越高，波長(zhǎng)越短。 同一固體介質(zhì)中，縱波聲速c1大于橫波聲速cs，橫波聲速cs又大于瑞利波聲速cr。對(duì)于鋼材，c1 1.8cs，cs1.1cr。（2） 板波的聲速。板波的聲速與其他波型不同，其相速度隨頻率變化而變化。相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為頻散。 第22頁(yè)/共381頁(yè) 2） 聲衰減系數(shù)超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時(shí)，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象。引起衰減的原因主要有三個(gè)方面：一是聲束的擴(kuò)散；二是由于材料中的晶?；蚱渌⑿☆w粒引起聲波的散射；三是介質(zhì)的吸收。 在超聲檢測(cè)中，談到超聲波在材料中的衰減時(shí)，通常關(guān)心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴(kuò)散衰減。 對(duì)于平面波來(lái)說(shuō)，

12、 聲壓幅值衰減規(guī)律可用下式表示： xppe0（6-10） 第23頁(yè)/共381頁(yè)介質(zhì)中超聲波的衰減系數(shù)與超聲波的頻率關(guān)系密切， 通常情況下，衰減系數(shù)隨頻率的增高而增大。 將式(6-10)兩邊取對(duì)數(shù)可轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系式： )dB/mm(lg2010ppx（6-11） 此時(shí)，的單位為dBmm(分貝毫米)。在超聲檢測(cè)中，直接可測(cè)量的量是兩個(gè)聲壓比值的分貝數(shù)。 因此衰減系數(shù)可通過(guò)超聲波穿過(guò)一定厚度（x）材料后聲壓衰減的分貝（dB）數(shù)進(jìn)行測(cè)量，將衰減量(dB)除以厚度即為衰減系數(shù)。 第24頁(yè)/共381頁(yè)6.1.3 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性超聲波在介質(zhì)中的傳播特性1. 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射超聲

13、波垂直入射到平界面上的反射和透射如圖6-7所示，當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)， 一部分能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波(聲強(qiáng)為It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來(lái)，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強(qiáng)為Ir)。聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺陷的物理基礎(chǔ)。 第25頁(yè)/共381頁(yè)圖6-7 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 第26頁(yè)/共381頁(yè)通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱(chēng)為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱(chēng)為聲壓透射率t?？梢宰C明， r和t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 12120rZZZZppr（6-12） 1220t2ZZZppt（6-13） 式

14、中： Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗； Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗。 第27頁(yè)/共381頁(yè)為了研究反射波和透射波的能量關(guān)系，引入聲強(qiáng)反射率R和聲強(qiáng)透射率T兩個(gè)量。R為反射波聲強(qiáng)(Ir)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比；T為透射波聲強(qiáng)(It)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比。 2121220rZZZZrIIR21221202210t4ZZZZPZPZIITt（6-14） （6-15） 第28頁(yè)/共381頁(yè)對(duì)于脈沖反射技術(shù)來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)有意義的量是聲壓往返透過(guò)率，如圖6-8所示。通常入射聲壓經(jīng)過(guò)兩種介質(zhì)的界面透射到試件中后，均需經(jīng)過(guò)相反的路徑（假設(shè)在工件底面的反射為全反射）再次穿過(guò)界面到第一介質(zhì)中才被探頭所接收。 兩次穿

15、透界面時(shí)透射率的大小，決定著接收信號(hào)的強(qiáng)弱。因此， 將聲壓沿相反方向兩次穿過(guò)界面時(shí)總的透射率稱(chēng)為聲壓往返透過(guò)率(tp)，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積， 由式（6-13）可得 2212121p4ZZZZttt（6-16） 第29頁(yè)/共381頁(yè)圖6-8 聲壓往返透過(guò)率 第30頁(yè)/共381頁(yè)2. 2. 超聲波垂直入射到多層界面上時(shí)的反射和透射超聲波垂直入射到多層界面上時(shí)的反射和透射在超聲檢測(cè)中經(jīng)常遇到超聲波進(jìn)入第二種介質(zhì)后，穿過(guò)第二種介質(zhì)再進(jìn)入第三種介質(zhì)的情況。如圖6-9所示，當(dāng)超聲波從介質(zhì)1（聲阻抗為Z1）中垂直入射到介質(zhì)1和介質(zhì)2（聲阻抗為Z2）的界面上時(shí)， 一部分聲能被反射，另一部分透

16、射到介質(zhì)2中；當(dāng)透射的聲波到達(dá)介質(zhì)2和介質(zhì)3（聲阻抗為Z3）的界面時(shí)，再次發(fā)生反射與透射，其反射波部分在介質(zhì)2中傳播至介質(zhì)2與介質(zhì)1的界面，則又會(huì)發(fā)生同樣的過(guò)程。如此不斷地繼續(xù)下去，則在兩個(gè)界面的兩側(cè)，產(chǎn)生一系列的反射波與透射波。 第31頁(yè)/共381頁(yè)圖6-9 在兩個(gè)界面上的反射和透射第32頁(yè)/共381頁(yè)3. 3. 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、超聲波傾斜入射到平界面上的反射、 折射和波型變換折射和波型變換當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線(xiàn)以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，見(jiàn)圖6-10。入射聲波與入射點(diǎn)法線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為入射角。 第33頁(yè)/共38

17、1頁(yè)圖6-10 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換(a) 縱波入射； (b) 橫波入射 第34頁(yè)/共381頁(yè)1) 反射 如圖6-10（a）所示，當(dāng)縱波以入射角L傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí)，將會(huì)在介質(zhì)1中于入射點(diǎn)法線(xiàn)的另一側(cè)產(chǎn)生與法線(xiàn)成一定夾角L的反射縱波。 反射波與入射點(diǎn)法線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為反射角。入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律，即L=L。與光的反射不同的是，當(dāng)介質(zhì)1為固體時(shí)，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時(shí)，橫波反射角S與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同，為 S1sL1Lsinsincc（6

18、-17） 第35頁(yè)/共381頁(yè)若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，見(jiàn)圖6-10（b)， 這時(shí)橫波入射角S與橫波反射角S相等。介質(zhì)1為固體時(shí)縱波反射角與橫波入射角之間的關(guān)系為 L1LS1Ssinsincc（6-18） 由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無(wú)論是縱波入射還是橫波入射，均有。當(dāng)介質(zhì)1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。 SL第36頁(yè)/共381頁(yè)2） 折射當(dāng)兩種介質(zhì)聲速不同時(shí)，透射部分的聲波會(huì)發(fā)生傳播方向的改變，稱(chēng)為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質(zhì)2為固體， 則介質(zhì)2中除有與入射波相同波型的折射波外，均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。 這

19、時(shí)，介質(zhì)2中可能同時(shí)存在縱波與橫波(見(jiàn)圖6-10)。折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律。 折射角相對(duì)于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關(guān)。同時(shí)，由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角L要大于橫波折射角S。 第37頁(yè)/共381頁(yè)3） 臨界角當(dāng)?shù)诙N介質(zhì)中的折射波型的聲速比第一種介質(zhì)中入射波型的聲速大時(shí)，折射角大于入射角。此時(shí)，存在一個(gè)臨界入射角，在這個(gè)角度下，折射角等于90。大于這一角度時(shí)， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波。 (1) 第一臨界角。當(dāng)入射波為縱波，且cL2cL1時(shí)，使縱波折射角達(dá)到90的縱波入射角稱(chēng)為第一臨界角，用符號(hào)表示。當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí)，第

20、二介質(zhì)中不再有折射縱波。 第38頁(yè)/共381頁(yè)(2) 第二臨界角。當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體， 且cS2cL1時(shí)，使橫波折射角達(dá)到90的縱波入射角為第二臨界角，用符號(hào)表示。 通常在超聲檢測(cè)中，臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體， 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況。這種情況下，可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的純橫波， 對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)。 第39頁(yè)/共381頁(yè) (3) 第三臨界角。第三臨界角是在固體介質(zhì)與另一種介質(zhì)的界面上，用橫波作為入射波時(shí)產(chǎn)生的。使縱波反射角達(dá)到90時(shí)的橫波入射角稱(chēng)為第三臨界角，用表示。 4） 斜入射時(shí)的聲壓反射率和透射率斜入射時(shí)反射波和透

21、射波的聲壓關(guān)系較為復(fù)雜。但在超聲檢測(cè)中，關(guān)心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。 對(duì)脈沖反射法， 更關(guān)心的是聲壓往返透過(guò)率隨入射角度的變化。 第40頁(yè)/共381頁(yè)3. 超聲波入射到曲界面上的反射和透射超聲波入射到曲界面上的反射和透射1） 平面波入射到曲界面上的反射平面波入射到曲界面上時(shí)的情況如圖6-11所示。平面波束與曲面上各入射點(diǎn)的法線(xiàn)成不同的夾角：入射角為0的聲線(xiàn)沿原方向返回，稱(chēng)為聲軸；其余聲線(xiàn)的反射角則隨著距聲軸距離的增大而增大。當(dāng)曲面是球面時(shí)，反射線(xiàn)或其延長(zhǎng)線(xiàn)匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；反射面為圓柱面時(shí)，反射線(xiàn)或其延長(zhǎng)線(xiàn)匯聚于一條焦線(xiàn)上。此時(shí)，焦距F與曲面曲率半徑r的關(guān)系為 2rF （6

22、-19） 第41頁(yè)/共381頁(yè)圖6.11 平面波入射至曲面時(shí)的反射 第42頁(yè)/共381頁(yè)2） 平面波在曲面上的折射 平面波入射到曲面上時(shí)，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散， 如圖6-12所示。這時(shí)折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關(guān)，而且與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲速有關(guān)。對(duì)于凹面，c1c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面， c1c2時(shí)聚焦，c1時(shí)，/4可以忽略，從而得到近場(chǎng)長(zhǎng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下，可用于實(shí)際工作中近場(chǎng)長(zhǎng)度的估算： 42DN （6-23） 再看圖6-13中遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)部分的特點(diǎn)，圖中標(biāo)有“P球”的虛線(xiàn)為球面波聲壓隨距離的變化曲線(xiàn)，可以看出，距離大于3N 以后，圓盤(pán)聲源聲軸上的聲壓幅值變化與球面波的曲線(xiàn)非常接近。這

23、一結(jié)論也可通過(guò)式(6-21)導(dǎo)出。 第48頁(yè)/共381頁(yè)當(dāng)4x/D23，也就是x3N時(shí)，式（6-21）可簡(jiǎn)化為 xSPxDPP0204（6-24） 式中：S=D2/4為圓盤(pán)聲源的面積。聲壓幅值與距聲源的距離成反比，正是球面波的聲壓幅值的變化規(guī)律。 第49頁(yè)/共381頁(yè) 2） 指向性與擴(kuò)散角 指向性與擴(kuò)散角研究的是聲束在空間擴(kuò)散的規(guī)律。同樣根據(jù)疊加原理，可將在空間中距聲源有一定距離的任一點(diǎn)的聲壓，看做是聲源上各點(diǎn)的輻射聲壓的疊加(見(jiàn)圖6-14)，從而得到聲場(chǎng)內(nèi)聲壓幅值的分布情況， 如圖6-15所示。 第50頁(yè)/共381頁(yè)圖6-14 圓盤(pán)聲源遠(yuǎn)場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓推導(dǎo) 第51頁(yè)/共381頁(yè)圖6-15

24、圓盤(pán)聲源聲場(chǎng)指向性示意圖 第52頁(yè)/共381頁(yè)超聲場(chǎng)中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi)，這一范圍稱(chēng)為主聲束。這種聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)叫做聲場(chǎng)的指向性。在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低的、只分布于聲源附近的副瓣聲束。主聲束所包含的角度范圍可由距聲源充分遠(yuǎn)處的聲壓分布得到。設(shè)Rs為圓形聲源的半徑，r為空間任一點(diǎn)M到聲源中心的距離，為M點(diǎn)與聲源中心的連線(xiàn)與聲源軸線(xiàn)的夾角。當(dāng)滿(mǎn)足條件r3R2s/，也就是r3N時(shí)，聲壓幅值的表達(dá)式為 sin)sin(2),(ss10kRkRJrSPrP（6-25） 式中： J1為第一類(lèi)第一階貝塞爾函數(shù)； S為聲源面積。 第53頁(yè)/共381

25、頁(yè)根據(jù)上式可知，距聲源充分遠(yuǎn)處的任一橫截面上，以聲源軸線(xiàn)上的聲壓為最高。這是超聲檢測(cè)中對(duì)缺陷定位的依據(jù)。 同時(shí)，存在偏離軸線(xiàn)的若干個(gè)角度上的聲壓的幅值為零。 將遠(yuǎn)場(chǎng)中第一個(gè)聲壓為零的角度，稱(chēng)為指向角或半擴(kuò)散角， 以0表示為 D22. 1sin0（6-26） 指向角是代表主聲束范圍的角度，反映了聲束的定向集中程度，也反映了聲束隨距離擴(kuò)散的快慢。指向角越大，則聲束指向性越差，聲束擴(kuò)散越快。由式(6-26)可看出，聲源的直徑越大， 波長(zhǎng)越短，則聲束指向角越小， 指向性越好。 第54頁(yè)/共381頁(yè)圖6-16 圓盤(pán)聲源非擴(kuò)散區(qū)示意圖 第55頁(yè)/共381頁(yè)當(dāng)IdIh，于是，在被檢測(cè)試件的另一面就形成一幅射

26、線(xiàn)強(qiáng)度不均勻的分布圖。通過(guò)一定方式將這種不均勻的射線(xiàn)強(qiáng)度進(jìn)行照相或轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)指示、記錄或顯示，就可以評(píng)定被檢測(cè)試件的內(nèi)部質(zhì)量，達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的目的。 第122頁(yè)/共381頁(yè)圖6-35X射線(xiàn)檢測(cè)原理 第123頁(yè)/共381頁(yè)2. 2. 射線(xiàn)檢測(cè)方法射線(xiàn)檢測(cè)方法射線(xiàn)檢測(cè)常用的方法是照相法，即利用射線(xiàn)感光材料(通常用射線(xiàn)膠片)，放在被透照試件的背面接受透過(guò)試件后的射線(xiàn)， 如圖6-36所示。膠片曝光后經(jīng)暗室處理，就會(huì)顯示出物體的結(jié)構(gòu)圖像。根據(jù)膠片上影像的形狀及其黑度的不均勻程度，就可以評(píng)定被檢測(cè)試件中有無(wú)缺陷及缺陷的性質(zhì)、形狀、 大小和位置。此法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、直觀可靠、重復(fù)性好， 是射線(xiàn)檢測(cè)法中應(yīng)用

27、最廣泛的一種常規(guī)方法。由于生產(chǎn)和科研的需要，還可用放大照相法和閃光照相法以彌補(bǔ)其不足。 放大照相可以檢測(cè)出材料中的微小缺陷。 第124頁(yè)/共381頁(yè)圖6-36 X射線(xiàn)照相原理示意圖 第125頁(yè)/共381頁(yè)6.2.3 射線(xiàn)照相檢測(cè)技術(shù)射線(xiàn)照相檢測(cè)技術(shù)1. 照相法的靈敏度和透度計(jì)照相法的靈敏度和透度計(jì)1） 靈敏度 靈敏度是指發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，也是檢測(cè)質(zhì)量的標(biāo)志。通常用兩種方式表示：一是絕對(duì)靈敏度，是指在射線(xiàn)膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)試件中與射線(xiàn)平行方向的最小缺陷尺寸；二是相對(duì)靈敏度，是指在射線(xiàn)膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)試件中與射線(xiàn)平行方向的最小缺陷尺寸占試件厚度的百分?jǐn)?shù)。若以d表示為被檢測(cè)試件的材料厚度，x為缺陷尺

28、寸，則其相對(duì)靈敏度為 %100dxK（6-38） 第126頁(yè)/共381頁(yè)2） 透度計(jì) 透度計(jì)又稱(chēng)像質(zhì)指示器。在透視照相中，要評(píng)定缺陷的實(shí)際尺寸是困難的，因此， 要用透度計(jì)來(lái)做參考比較。同時(shí)，還可以用透度計(jì)來(lái)鑒定照片的質(zhì)量和作為改進(jìn)透照工藝的依據(jù)。透度計(jì)要用與被透照工件材質(zhì)吸收系數(shù)相同或相近的材料制成。常用的透度計(jì)主要有兩種。 （1） 槽式透度計(jì)。 槽式透度計(jì)的基本設(shè)計(jì)是在平板上加工出一系列的矩形槽， 其規(guī)格尺寸如圖6-37所示。對(duì)不同厚度的工件照相，可分別采用不同型號(hào)的透度計(jì)。 第127頁(yè)/共381頁(yè)圖6-37 槽式透度計(jì)示意圖 第128頁(yè)/共381頁(yè)(2) 金屬絲透度計(jì)。 金屬絲透度計(jì)是以一

29、套（711根）不同直徑（0.14.0 mm）的金屬絲均勻排列，粘合于兩層塑料或薄橡皮中間而構(gòu)成的。為區(qū)別透度計(jì)型號(hào)，在金屬絲兩端擺上與號(hào)數(shù)對(duì)應(yīng)的鉛字或鉛點(diǎn)。金屬絲一般分為兩類(lèi)，透照鋼材時(shí)用鋼絲透度計(jì)，透照鋁合金或鎂合金時(shí)用鋁絲透度計(jì)。 圖6-38為金屬絲透度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中JB表示“機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)”)。 第129頁(yè)/共381頁(yè)%100dK使用金屬絲透度計(jì)時(shí)，應(yīng)將其置于被透照工件的表面，并應(yīng)使金屬絲直徑小的一側(cè)遠(yuǎn)離射線(xiàn)束中心。這樣可保證整個(gè)被透照區(qū)的靈敏度達(dá)到如下計(jì)算數(shù)值： （6-39） 式中： 為觀察到的最小金屬絲直徑；d為被透照工件部位的總厚度。 第130頁(yè)/共381頁(yè)圖6-38 金屬絲

30、透度計(jì)示意圖 第131頁(yè)/共381頁(yè)2. 2. 增感屏及增感方式的選擇增感屏及增感方式的選擇由于X射線(xiàn)和射線(xiàn)波長(zhǎng)短、硬度（見(jiàn)下文）大，對(duì)膠片的感光效應(yīng)差，一般透過(guò)膠片的射線(xiàn)，大約1就能使膠片中的銀鹽微粒感光。為了增加膠片的感光速度，利用某些增感物質(zhì)在射線(xiàn)作用下能激發(fā)出熒光或產(chǎn)生次級(jí)射線(xiàn)，從而加強(qiáng)對(duì)膠片的感光作用。在射線(xiàn)透視照相中，所用的增感物質(zhì)稱(chēng)為增感屏， 其增感系數(shù)為 量時(shí)，用增感屏所需曝光產(chǎn)生相同的攝影密度時(shí)，無(wú)增感所需曝光量在攝影密度為DDK （6-40） 第132頁(yè)/共381頁(yè)1） 熒光增感屏熒光增感屏是利用熒光物質(zhì)被射線(xiàn)激發(fā)產(chǎn)生熒光實(shí)現(xiàn)增感作用的，其結(jié)構(gòu)如圖6-39所示。它是將熒光物

31、質(zhì)均勻地涂布在質(zhì)地均勻而光滑的支撐物(硬紙或塑料薄板等)上，再覆蓋一層薄薄的透明保護(hù)層組合而成的。 第133頁(yè)/共381頁(yè)圖6-39 熒光增感屏構(gòu)造示意圖 第134頁(yè)/共381頁(yè)2） 金屬增感屏金屬增感屏在受射線(xiàn)照射時(shí)產(chǎn)生射線(xiàn)和二次標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)對(duì)膠片起感光作用。其增感較小，一般只有27倍。金屬屏的增感特性通常是， 原子序數(shù)增加，增感系數(shù)上升，輻射波長(zhǎng)愈短，增感作用越顯著。但是原子序數(shù)越大，激發(fā)能量也要相應(yīng)提高，如果射線(xiàn)能量不能使金屬屏的原子電離或激發(fā)， 則不起增感作用，相反還會(huì)吸收一部分軟射線(xiàn)。如鉛增感屏， 當(dāng)管電壓低于80 kV時(shí)，則基本上無(wú)增感作用。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，多采用鉛、錫等原子序數(shù)較高

32、的材料作金屬增感屏，因?yàn)殂U的壓延性好，吸收散射線(xiàn)的能力強(qiáng)。 第135頁(yè)/共381頁(yè)3） 金屬熒光增感屏金屬熒光增感屏是在鉛箔上涂一層熒光物質(zhì)組合而成的， 其結(jié)構(gòu)如圖6-40所示。它具有熒光增感的高增感系數(shù)，又有吸收散射線(xiàn)的作用。 圖6-40 金屬熒光增感屏結(jié)構(gòu)示意圖 第136頁(yè)/共381頁(yè)4） 增感方式的選擇 增感方式的選擇通常考慮三方面的因素：產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)檢測(cè)的要求、射線(xiàn)能量和膠片類(lèi)型。 第137頁(yè)/共381頁(yè)3. 曝光參數(shù)的選擇曝光參數(shù)的選擇 1） 射線(xiàn)的硬度射線(xiàn)硬度是指射線(xiàn)的穿透力，由射線(xiàn)的波長(zhǎng)決定。波長(zhǎng)越短硬度越大，則穿透力就越強(qiáng)，對(duì)某一物質(zhì)即具有較小的吸收系數(shù)。X射線(xiàn)波長(zhǎng)的長(zhǎng)短由管電壓

33、所決定，管電壓愈高， 波長(zhǎng)愈短。射線(xiàn)硬度對(duì)透照膠片影像的質(zhì)量有很大關(guān)系。因此， 選擇射線(xiàn)的硬度尤為重要。例如：當(dāng)一束強(qiáng)度為I0的射線(xiàn)， 通過(guò)被透照厚度為d的物體后，其強(qiáng)度將衰減為Id(由公式（6-36）描述)；通過(guò)一厚度為x的缺陷后，其強(qiáng)度為Ix (由公式（6-37）描述)。IxId稱(chēng)為對(duì)比度或主因襯度， 即 xdxeII)(（6-41） 第138頁(yè)/共381頁(yè)假設(shè)缺陷內(nèi)為空氣，則可忽略不計(jì)。因而 xdxeII（6-42） 在工業(yè)射線(xiàn)透照中，總是希望膠片上的影像襯度盡可能高，以保證檢測(cè)質(zhì)量。因此，射線(xiàn)硬度盡可能選軟些。但是，如果希望在材料的厚薄相鄰部分一次曝光，則要選用較硬的射線(xiàn)。 為了提高某

34、些低原子序數(shù)、低密度和薄壁材料的檢測(cè)靈敏度，應(yīng)采用軟射線(xiàn)，即低能X射線(xiàn)照相法。 通常將60150 kV定為中等硬度X射線(xiàn)，60 kV以下定為軟X射線(xiàn)。 第139頁(yè)/共381頁(yè)2） 射線(xiàn)的曝光量 射線(xiàn)的曝光量通常以射線(xiàn)強(qiáng)度I和時(shí)間t的乘積表示，即 E=It，E的單位為mCih(毫居里小時(shí))。對(duì)X射線(xiàn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)管壓一定時(shí)，其強(qiáng)度與管電流成正比。因此X射線(xiàn)的曝光量通常用管電流i和時(shí)間t的乘積來(lái)表示，即 E =it (6-43) 其單位為mAmin(毫安分)或mAs(毫安秒)。 第140頁(yè)/共381頁(yè)在一定范圍內(nèi)，如果E為常數(shù)，則i與t存在反比關(guān)系： E =i1t1 = i2t2 (6-44) 一般在選

35、用管電流和曝光時(shí)間時(shí)，在射線(xiàn)設(shè)備允許范圍內(nèi)，管電流總是取得大些，以縮短曝光時(shí)間并減少散射線(xiàn)的影響。此外，X射線(xiàn)從窗口呈直線(xiàn)錐體輻射，在空間各點(diǎn)的分布強(qiáng)度與該點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離平方成反比(見(jiàn)圖6.41)。即 212221)()(LLII（6-45） 第141頁(yè)/共381頁(yè)圖6-41 曝光距離與射線(xiàn)強(qiáng)度的關(guān)系 第142頁(yè)/共381頁(yè)3）射線(xiàn)照相對(duì)比度射線(xiàn)照片上影像的質(zhì)量由對(duì)比度、不清晰度、顆粒度決定。影像的對(duì)比度是指射線(xiàn)照片上兩個(gè)相鄰區(qū)域的黑度差。如果兩個(gè)區(qū)域的黑度分別為D1、D2，則它們的對(duì)比度為： D=D1-D2 。影像的對(duì)比度決定了在射線(xiàn)透照方向上可識(shí)別的細(xì)節(jié)，影像的不清晰度決定了在垂直于射線(xiàn)透

36、照方向上可識(shí)別的細(xì)節(jié)尺寸，影像的顆粒度決定了影像可記錄的細(xì)節(jié)最小尺寸。 第143頁(yè)/共381頁(yè)圖6-42 透照影像幾何不清晰度 第144頁(yè)/共381頁(yè)4) 焦距的選擇焦距是指從放射源(焦點(diǎn))至膠片的距離。焦距選擇與射線(xiàn)源的幾何尺寸和試件厚度有關(guān)。由于射線(xiàn)源有一定的幾何尺寸， 從而產(chǎn)生幾何不清晰度Ug，如圖6-42所示。由相似三角形關(guān)系， 可以求出： bFaUg（6-46） 式中：為射線(xiàn)源的幾何尺寸；F為焦點(diǎn)至膠片的距離；a為焦點(diǎn)至缺陷的距離；b為缺陷至膠片的距離。 第145頁(yè)/共381頁(yè)5) 曝光曲線(xiàn) 不同管電壓下，材料厚度與曝光量的關(guān)系曲線(xiàn)，材料厚度d與曝光量x的關(guān)系為： Cdx （6-47

37、） 式中：為吸收系數(shù)；為常數(shù)。x與d呈線(xiàn)性關(guān)系。若以x為縱軸，d為橫軸，當(dāng)焦距一定時(shí)，則給定一個(gè)厚度d，對(duì)應(yīng)于某一管電壓可以求得一個(gè)x值。用各種不同的電壓試驗(yàn)時(shí)，就可以得出一組斜率逐漸變化的曲線(xiàn)，如圖6.43所示。 第146頁(yè)/共381頁(yè)圖6-43 材料厚度與曝光量的關(guān)系曲線(xiàn) 第147頁(yè)/共381頁(yè) 不同焦距下，材料厚度與管電壓的關(guān)系曲線(xiàn)。根據(jù)式(6-47)，由于底片黑度要求一定，所以x為一常數(shù)，如果被透照的材料固定，則d增大時(shí)必須減小。根據(jù)式（6-35）和式（6-29）知，所以管電壓要相應(yīng)增大。 U1（6-48） 若以材料厚度d為橫軸，管電壓U為縱軸，則在一定焦距下的厚度所對(duì)應(yīng)的管電壓可以連

38、成一條曲線(xiàn)。以不同的焦距試驗(yàn)時(shí)， 就可得到一組曲線(xiàn)， 如圖6-44所示。 第148頁(yè)/共381頁(yè)圖6-44 材料厚度與管電壓的關(guān)系曲線(xiàn) 第149頁(yè)/共381頁(yè)6) 等效系數(shù)兩塊不同厚度的不同材料在入射強(qiáng)度為I0的射線(xiàn)源照射下，若得到相同的出射強(qiáng)度Ix，則稱(chēng)二者為“等效”。它們的厚度之比稱(chēng)為材料的“等效系數(shù)”。根據(jù)等效系數(shù)的定義，可以從一條常用材料的曝光曲線(xiàn)上查出另一種材料的等效厚度所對(duì)應(yīng)的管電壓。 第150頁(yè)/共381頁(yè)6.2.4 常見(jiàn)缺陷及其影像特征常見(jiàn)缺陷及其影像特征 1. 1. 焊件中常見(jiàn)的缺陷焊件中常見(jiàn)的缺陷1 1） 裂紋裂紋 裂紋主要是在熔焊冷卻時(shí)因熱應(yīng)力和相變應(yīng)力而產(chǎn)生的， 也有在

39、校正和疲勞過(guò)程中產(chǎn)生的，是危險(xiǎn)性最大的一種缺陷。 裂紋影像較難辨認(rèn)。因?yàn)閿嗔褜挾?、裂紋取向、斷裂深度不同， 使其影像有的較清晰，有的模糊不清。常見(jiàn)的有縱向裂紋、橫向裂紋和弧坑裂紋， 分布在焊縫上或熱影響區(qū)。 第151頁(yè)/共381頁(yè)圖6-45 焊縫裂紋照片第152頁(yè)/共381頁(yè)2 2） 未焊透未焊透未焊透是熔焊金屬與基體材料沒(méi)有熔合為一體且有一定間隙的一種缺陷。在膠片上的影像特征是連續(xù)或斷續(xù)的黑線(xiàn)， 黑線(xiàn)的位置與兩基體材料相對(duì)接的位置間隙一致。圖6-46是對(duì)接焊縫的未焊透照片。 第153頁(yè)/共381頁(yè)圖6-46 對(duì)接焊縫未焊透照片 第154頁(yè)/共381頁(yè)3） 氣孔 氣孔是在熔焊時(shí)部分空氣停留在金

40、屬內(nèi)部而形成的缺陷。 氣孔在底片上的影像一般呈圓形或橢圓形，也有不規(guī)則形狀的，以單個(gè)、多個(gè)密集或鏈狀的形式分布在焊縫上。在底片上的影像輪廓清晰，邊緣圓滑，如氣孔較大，還可看到其黑度中心部分較邊緣要深一些(見(jiàn)圖6-47)。 第155頁(yè)/共381頁(yè)圖6-47 焊縫氣孔照片 第156頁(yè)/共381頁(yè)4） 夾渣 夾渣是在熔焊時(shí)所產(chǎn)生的金屬氧化物或非金屬夾雜物， 因來(lái)不及浮出表面，停留在焊縫內(nèi)部而形成的缺陷。在底片上其影像是不規(guī)則的，呈圓形、塊狀或鏈狀等，邊緣沒(méi)有氣孔圓滑清晰， 有時(shí)帶棱角， 如圖6-48所示。 第157頁(yè)/共381頁(yè)圖6-48 焊縫夾渣照片 第158頁(yè)/共381頁(yè)5） 燒穿 在焊縫的局部

41、，因熱量過(guò)大而被熔穿，形成流垂或凹坑。 在底片上的影像呈光亮的圓形(流垂)或呈邊緣較清晰的黑塊(凹坑)， 如圖6-49所示。 圖6-49 焊縫燒穿照片 第159頁(yè)/共381頁(yè)2. 2. 鑄件中常見(jiàn)的缺陷鑄件中常見(jiàn)的缺陷1） 夾雜 夾雜是金屬熔化過(guò)程中的熔渣或氧化物，因來(lái)不及浮出表面而停留在鑄件內(nèi)形成的。 在膠片上的影像有球狀、塊狀或其他不規(guī)則形狀。其黑度有均勻的和不均勻的，有時(shí)出現(xiàn)的可能不是黑塊而是亮塊，這是因?yàn)殍T件中夾有比鑄造金屬密度更大的夾雜物，如鑄鎂合金中的熔劑夾渣，如圖6-50所示。 第160頁(yè)/共381頁(yè)圖6-50 鑄鎂合金中的夾雜照片 第161頁(yè)/共381頁(yè)2） 氣孔 因鑄型通氣性

42、不良等原因，使鑄件內(nèi)部分氣體排不出來(lái)而形成氣孔。氣孔大部分接近表面，在底片上的影像呈圓形或橢圓形，也有不規(guī)則形狀的，一般中心部分較邊緣稍黑， 輪廓較清晰， 如圖6-51所示。 第162頁(yè)/共381頁(yè)圖6-51 鑄件中的氣孔照片 第163頁(yè)/共381頁(yè)3） 針孔 針孔是指直徑小于或等于1 mm的氣孔，是鑄鋁合金中常見(jiàn)的缺陷。在膠片上的影像有圓形、條形、蒼蠅腳形等。 當(dāng)透照較大厚度的工件時(shí)，由于針孔分布在整個(gè)橫斷面， 針孔投影在膠片上是重疊的， 此時(shí)就無(wú)法辨認(rèn)出它的單個(gè)形狀了。 第164頁(yè)/共381頁(yè)4） 疏松 澆鑄時(shí)局部溫差過(guò)大，在金屬收縮過(guò)程中，鄰近金屬補(bǔ)縮不良，產(chǎn)生疏松。疏松多產(chǎn)生在鑄件的冒

43、口根部、厚大部位、厚薄交界處和具有大面積的薄壁處。在底片上的影像呈輕微疏散的淺黑條狀或疏散的云霧狀，嚴(yán)重的呈密集云霧狀或樹(shù)枝狀，如圖6-52所示。 第165頁(yè)/共381頁(yè)圖6-52 鑄件內(nèi)部疏松照片 第166頁(yè)/共381頁(yè)5） 裂紋 裂紋一般是在收縮時(shí)產(chǎn)生，沿晶界發(fā)展。在底片上的影像是連續(xù)或斷續(xù)曲折狀黑線(xiàn)， 一般兩端較細(xì)，如圖6-53所示。 圖6-53 鑄件裂紋照片 第167頁(yè)/共381頁(yè)6） 冷隔 冷隔由澆鑄溫度偏低造成，一般分布在較大平面的薄壁上或厚壁過(guò)渡區(qū)，鑄件清理后有時(shí)肉眼可見(jiàn)。 在底片上的影像呈黑線(xiàn)， 與裂紋相似， 但有時(shí)可能中部細(xì)而兩端較粗。 第168頁(yè)/共381頁(yè)4. 4. 缺陷

44、埋藏深度的測(cè)定缺陷埋藏深度的測(cè)定根據(jù)缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工件中的平面位置，也就是說(shuō)，只能把缺陷位置以?xún)蓚€(gè)坐標(biāo)表示出來(lái)。為了確定第三個(gè)坐標(biāo)，即決定缺陷所在位置的深度，必須進(jìn)行兩次不同方向的照射。 5. 5. 缺陷在射線(xiàn)方向上的厚度測(cè)定缺陷在射線(xiàn)方向上的厚度測(cè)定缺陷在射線(xiàn)束方向的厚度(如氣孔直徑或未焊透深度等)測(cè)定方法，可用測(cè)量缺陷在底片上的影像黑度來(lái)估計(jì)。 第169頁(yè)/共381頁(yè)6. 6. 表面缺陷和偽缺陷表面缺陷和偽缺陷1） 表面缺陷 對(duì)于缺陷，主要應(yīng)檢查工件內(nèi)部缺陷，但是各種表面缺陷在膠片上的影像和內(nèi)部缺陷的影像并沒(méi)有什么區(qū)別，表面缺陷有些是允許的。因此，在膠片上發(fā)現(xiàn)有缺陷影像

45、后， 應(yīng)與工件表面仔細(xì)查對(duì)， 最后得出結(jié)論。 第170頁(yè)/共381頁(yè)2） 偽缺陷 偽缺陷產(chǎn)生的原因很多，形狀也多種多樣，檢測(cè)人員一般憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏R(shí)別大部分偽缺陷。也就是說(shuō)，對(duì)缺陷影像可根據(jù)缺陷影像的特征和產(chǎn)生的部位予以分析。此外，還可以從膠片兩側(cè)利用反光或放大鏡觀察表面是否劃傷來(lái)判斷。如仍懷疑有缺陷，則必須重照復(fù)驗(yàn)。 第171頁(yè)/共381頁(yè)6.2.5 6.2.5 射線(xiàn)檢測(cè)及中子射線(xiàn)檢測(cè)簡(jiǎn)介射線(xiàn)檢測(cè)及中子射線(xiàn)檢測(cè)簡(jiǎn)介1. 1. 射線(xiàn)檢測(cè)的特點(diǎn)射線(xiàn)檢測(cè)的特點(diǎn) 射線(xiàn)與X射線(xiàn)檢測(cè)的工藝方法基本上是一樣的， 但是射線(xiàn)檢測(cè)有其獨(dú)特的地方。 (1) 射線(xiàn)源不像X射線(xiàn)那樣，可以根據(jù)不同檢測(cè)厚度來(lái)調(diào)節(jié)能量(如管電壓

46、)，它有自己固定的能量，所以要根據(jù)材料厚度、精度要求合理選取射線(xiàn)源。 (2) 射線(xiàn)比X射線(xiàn)輻射劑量(輻射率)低，所以曝光時(shí)間比較長(zhǎng)，曝光條件同樣是根據(jù)曝光曲線(xiàn)選擇的，并且一般都要使用增感屏。 第172頁(yè)/共381頁(yè)(3) 射線(xiàn)源隨時(shí)都在放射，不像X射線(xiàn)機(jī)那樣不工作就沒(méi)有射線(xiàn)產(chǎn)生， 所以應(yīng)特別注意射線(xiàn)的防護(hù)工作。 (4) 射線(xiàn)比普通X射線(xiàn)穿透力強(qiáng)，但靈敏度較X射線(xiàn)低， 它可以用于高空、 水下及野外作業(yè)。 在那些無(wú)水無(wú)電及其他設(shè)備不能接近的部位(如狹小的孔洞或是高壓線(xiàn)的接頭等)，均可使用射線(xiàn)對(duì)其進(jìn)行有效的檢測(cè)。 第173頁(yè)/共381頁(yè)2. 2. 中子射線(xiàn)照相檢測(cè)的特點(diǎn)中子射線(xiàn)照相檢測(cè)的特點(diǎn)中子射線(xiàn)

47、照相檢測(cè)與X射線(xiàn)照相檢測(cè)、射線(xiàn)照相檢測(cè)相類(lèi)似，都是利用射線(xiàn)對(duì)物體有很強(qiáng)的穿透能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的無(wú)損檢測(cè)。對(duì)大多數(shù)金屬材料來(lái)說(shuō)，由于中子射線(xiàn)比X射線(xiàn)和射線(xiàn)具有更強(qiáng)的穿透力，對(duì)含氫材料表現(xiàn)為很強(qiáng)的散射性能等特點(diǎn)，從而成為射線(xiàn)照相檢測(cè)技術(shù)中又一個(gè)新的組成部分。 第174頁(yè)/共381頁(yè)6.2.6 6.2.6 射線(xiàn)的防護(hù)射線(xiàn)的防護(hù)1. 1. 屏蔽防護(hù)法屏蔽防護(hù)法 屏蔽防護(hù)法是利用各種屏蔽物體吸收射線(xiàn)，以減少射線(xiàn)對(duì)人體的傷害，這是射線(xiàn)防護(hù)的主要方法。一般根據(jù)X射線(xiàn)、射線(xiàn)與屏蔽物的相互作用來(lái)選擇防護(hù)材料，屏蔽X射線(xiàn)和射線(xiàn)以密度大的物質(zhì)為好，如貧化鈾、鉛、鐵、重混凝土、鉛玻璃等都可以用作防護(hù)材料。但從經(jīng)濟(jì)、

48、方便出發(fā)，也可采用普通材料，如混凝土、巖石、磚、土、水等。對(duì)于中子的屏蔽除能防護(hù)射線(xiàn)之外， 還以特別選取含氫元素多的物質(zhì)為宜。 第175頁(yè)/共381頁(yè)2. 距離防護(hù)法距離防護(hù)法距離防護(hù)在進(jìn)行野外或流動(dòng)性射線(xiàn)檢測(cè)時(shí)是非常經(jīng)濟(jì)有效的方法。這是因?yàn)樯渚€(xiàn)的劑量率與距離的平方成反比，增加距離可顯著地降低射線(xiàn)的劑量率。若離放射源的距離為R1處的劑量率為P1，在另一徑向距離為R2處的劑量率為P2，則它們的關(guān)系為： 222112RRPP （6-49） 顯然，增大R2可有效地降低劑量率P2，在無(wú)防護(hù)或護(hù)防層不夠時(shí)，這是一種特別有用的防護(hù)方法。 第176頁(yè)/共381頁(yè)3. 時(shí)間防護(hù)法時(shí)間防護(hù)法 時(shí)間防護(hù)是指讓工作

49、人員盡可能的減少接觸射線(xiàn)的時(shí)間，以保證檢測(cè)人員在任一天都不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的最大允許劑量當(dāng)量(17mrem)。 人體接受的總劑量：D = Pt，其中，P為在人體上接受到的射線(xiàn)劑量率，t為接觸射線(xiàn)的時(shí)間。 由此可見(jiàn)，縮短與射線(xiàn)接觸時(shí)間t亦可達(dá)到防護(hù)目的。如每周每人控制在最大容許劑量0.1rem以?xún)?nèi)時(shí)，則應(yīng)有D0.1rem；如果人體在每透照一次時(shí)所接受到的射線(xiàn)劑量為時(shí)，則控制每周內(nèi)的透照次數(shù)N0.1，亦可以達(dá)到防護(hù)的目的。 第177頁(yè)/共381頁(yè)4. 中子防護(hù)中子防護(hù)1）減速劑的選擇 快中子減速作用，主要依靠中子和原子核的彈性碰撞，因此較好的中子減速劑是原子序數(shù)低的元素如氫、水、石蠟等含氫多的物質(zhì)，它

50、們作為減速劑使用減速效果好，價(jià)格便宜，是比較理想的防護(hù)材料。 第178頁(yè)/共381頁(yè)2）吸收劑的選擇 對(duì)于吸收劑要求它在俘獲慢中子時(shí)放出來(lái)的射線(xiàn)能量要小，而且對(duì)中子是易吸收的。鋰和硼較為適合，因?yàn)樗鼈儗?duì)熱中子吸收截面大，分別為：71barn(靶)和759barn，鋰俘獲中子時(shí)放出射線(xiàn)很少，可以忽略，而硼俘獲的中子95放出0.7MeV的軟射線(xiàn)，比較易吸收，因此常選含硼物或硼砂、硼酸作吸收劑。在設(shè)置中子防護(hù)層時(shí)，總是把減速劑和吸收劑同時(shí)考慮；如含2的硼砂(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、石蠟、磚或裝有2硼酸水溶液的玻璃(或有機(jī)玻璃)水箱堆置即可，特別要注意防止中子產(chǎn)生泄漏。 第179頁(yè)/共381頁(yè)6.3渦流檢測(cè)

51、渦流檢測(cè)6.3.1 6.3.1 渦流檢測(cè)的基本原理渦流檢測(cè)的基本原理當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 由電磁感應(yīng)定律可知，其內(nèi)部會(huì)感應(yīng)出電流。這些電流的特點(diǎn)是： 在導(dǎo)體內(nèi)部自成閉合回路，呈漩渦狀流動(dòng)，因此稱(chēng)之為渦流。 例如， 在含有圓柱導(dǎo)體芯的螺管線(xiàn)圈中通有交變電流時(shí)， 圓柱導(dǎo)體芯中將出現(xiàn)渦流，如圖6-54所示。 第180頁(yè)/共381頁(yè)圖6-54 渦流 第181頁(yè)/共381頁(yè)1 1渦流檢測(cè)基本原理渦流檢測(cè)基本原理當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線(xiàn)圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)，由于激勵(lì)線(xiàn)圈磁場(chǎng)的作用，試件中會(huì)產(chǎn)生渦流。渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到試件導(dǎo)電性能的影響。渦流也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又會(huì)使

52、檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過(guò)測(cè)定檢測(cè)線(xiàn)圈阻抗的變化，就可以判斷出被測(cè)試件的性能及有無(wú)缺陷等。 第182頁(yè)/共381頁(yè)2 2 渦流的趨膚效應(yīng)和透入深度渦流的趨膚效應(yīng)和透入深度 當(dāng)直流電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，橫截面上的電流密度是均勻的。 但交變電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)周?chē)兓拇艌?chǎng)也會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而會(huì)使沿導(dǎo)線(xiàn)截面的電流分布不均勻，表面的電流密度較大，越往中心處越小，尤其是當(dāng)頻率較高時(shí)，電流幾乎是在導(dǎo)線(xiàn)表面附近的薄層中流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)的存在使感生渦流的密度從被檢材料或工件的表面到其內(nèi)部按指數(shù)分布規(guī)律遞減。 在渦流檢測(cè)中，定義渦流密度衰減到其表面密度值的1e（36.8%）時(shí)對(duì)

53、應(yīng)的深度為標(biāo)準(zhǔn)透入深度，也稱(chēng)趨膚深度，用符號(hào)表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 f 1（6-50） 第183頁(yè)/共381頁(yè)圖6-55 幾種不同材料的標(biāo)準(zhǔn)透入深度與頻率的關(guān)系 第184頁(yè)/共381頁(yè)圖6-56 透入半無(wú)限大導(dǎo)體的渦流密度與透入深度的關(guān)系 第185頁(yè)/共381頁(yè)6.3.2 渦流檢測(cè)的阻抗分析法渦流檢測(cè)的阻抗分析法 圖6-57 線(xiàn)圈耦合電路 第186頁(yè)/共381頁(yè)1 1 檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗和阻抗歸一化檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗和阻抗歸一化1） 檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗設(shè)通以交變電流的檢測(cè)線(xiàn)圈（初級(jí)線(xiàn)圈）的自身阻抗為Z0， 其中忽略了容抗，則 11110jjLRXRZ（6-51） 當(dāng)初級(jí)線(xiàn)圈與次級(jí)線(xiàn)圈（被檢對(duì)象）相互耦合時(shí)，

54、由于互感的作用，閉合的次級(jí)線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而這個(gè)電流反過(guò)來(lái)又會(huì)影響初級(jí)線(xiàn)圈中的電壓和電流。這種影響可以用次級(jí)線(xiàn)圈電路阻抗通過(guò)互感M反映到初級(jí)線(xiàn)圈電路的折合阻抗來(lái)體現(xiàn)，設(shè)折合阻抗為。 222222M222222MeeejjXXRXRXRXXRZ（6-52） 第187頁(yè)/共381頁(yè)將次級(jí)線(xiàn)圈的折合阻抗與初級(jí)線(xiàn)圈自身的阻抗的和稱(chēng)為初級(jí)線(xiàn)圈的視在阻抗Zs，即 )( jje1e1sssXXRRXRZ（6-53） 式中：為視在電阻；為視在電抗。 應(yīng)用視在阻抗的概念，就可認(rèn)為初級(jí)線(xiàn)圈電路中電流和電壓的變化是由于它的視在阻抗的變化引起的，而據(jù)此就可以得知次級(jí)線(xiàn)圈對(duì)初級(jí)線(xiàn)圈的效應(yīng)，從而可以推知次級(jí)線(xiàn)圈電路

55、中阻抗的變化。 第188頁(yè)/共381頁(yè)2） 阻抗歸一化圖6-58所示的阻抗平面圖雖然比較直觀，但半圓形曲線(xiàn)在阻抗平面圖上的位置與初級(jí)線(xiàn)圈自身的阻抗以及兩個(gè)線(xiàn)圈自身的電感和互感有關(guān)。另外，半圓的半徑不僅受到上述因素的影響，還隨頻率的不同而變化。這樣，如果要對(duì)每個(gè)阻抗值不同的初級(jí)線(xiàn)圈的視在阻抗，或?qū)︻l率不同的初級(jí)線(xiàn)圈的視在阻抗， 或?qū)删€(xiàn)圈間耦合系數(shù)不同的初級(jí)線(xiàn)圈的視在阻抗作出阻抗平面圖時(shí)，就會(huì)得到半徑不同、位置不一的許多半圓曲線(xiàn)， 這不僅給作圖帶來(lái)不便，而且也不便于對(duì)不同情況下的曲線(xiàn)進(jìn)行比較。為了消除初級(jí)線(xiàn)圈阻抗以及激勵(lì)頻率對(duì)曲線(xiàn)位置的影響， 便于對(duì)不同情況下的曲線(xiàn)進(jìn)行比較， 通常要對(duì)阻抗進(jìn)行歸

56、一化處理。 第189頁(yè)/共381頁(yè)圖6-58 初級(jí)線(xiàn)圈的阻抗平面圖 第190頁(yè)/共381頁(yè)圖6-59 歸一化后的阻抗平面圖 第191頁(yè)/共381頁(yè)2 有效磁導(dǎo)率和特征頻率有效磁導(dǎo)率和特征頻率1） 有效磁導(dǎo)率在半徑為r、磁導(dǎo)率為、電導(dǎo)率為的長(zhǎng)直圓柱導(dǎo)體上， 緊貼密繞一螺線(xiàn)管線(xiàn)圈。在螺線(xiàn)管中通以交變電流，則圓柱導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，由于趨膚效應(yīng)，磁場(chǎng)在圓柱導(dǎo)體的橫截面上的分布是不均勻的。于是人們提出了一個(gè)假想模型：圓柱導(dǎo)體的整個(gè)截面上有一個(gè)恒定不變的均勻磁場(chǎng)，而磁導(dǎo)率卻在截面上沿徑向變化，它所產(chǎn)生的磁通等于圓柱導(dǎo)體內(nèi)真實(shí)的物理場(chǎng)所產(chǎn)生的磁通。第192頁(yè)/共381頁(yè)這樣，就用一個(gè)恒定的磁場(chǎng)和變化著

57、的磁導(dǎo)率替代了實(shí)際上變化著的磁場(chǎng)和恒定的磁導(dǎo)率，這個(gè)變化著的磁導(dǎo)率便稱(chēng)為有效磁導(dǎo)率，用eff表示，同時(shí)推導(dǎo)出它的表達(dá)式為 )j(J)j(Jj201effkrkrkr（6-54） 其中， fk2。第193頁(yè)/共381頁(yè)2）特征頻率定義使（6-54）式中貝塞爾函數(shù)變量的模為1的頻率為渦流檢測(cè)的特征頻率。其表達(dá)式為 )j(kr2g21rf（6-55） 對(duì)于非鐵磁性材料，(H/cm)，可得特征頻率 ，d為圓柱導(dǎo)體的直徑 。 10490第194頁(yè)/共381頁(yè)圖6-60 eff與f/fg的關(guān)系曲線(xiàn) 第195頁(yè)/共381頁(yè)3） 渦流檢測(cè)相似律有效磁導(dǎo)率eff是一個(gè)完全取決于頻率比f(wàn)/fg大小的參數(shù)， 而ef

58、f的大小又決定了試件內(nèi)渦流和磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布。因此， 試件內(nèi)渦流和磁場(chǎng)的分布是隨f/fg的變化而變化的。 理論分析和推導(dǎo)可以證明，試件中渦流和磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布僅僅是f/fg的函數(shù)。由此，可得出渦流檢測(cè)的相似律：對(duì)于兩個(gè)不同的試件， 只要各對(duì)應(yīng)的頻率比f(wàn)/fg相同，則有效磁導(dǎo)率、 渦流密度及磁場(chǎng)強(qiáng)度的幾何分布均相同。 第196頁(yè)/共381頁(yè)3 影響線(xiàn)圈阻抗的因素影響線(xiàn)圈阻抗的因素1） 穿過(guò)式線(xiàn)圈的阻抗分析內(nèi)含導(dǎo)電圓柱體的長(zhǎng)直載流螺線(xiàn)管線(xiàn)圈為穿過(guò)式線(xiàn)圈。 有效磁導(dǎo)率的概念也是以這種線(xiàn)圈為基礎(chǔ)提出的，而且假定圓柱體的直徑d和線(xiàn)圈的直徑D相同。但事實(shí)上，檢測(cè)線(xiàn)圈和工件之間總要留有空隙以保證工件快速通過(guò)。因

59、此有線(xiàn)圈填充系數(shù)=(d/D)2，90; (b) 90 第352頁(yè)/共381頁(yè)3） 液體的毛細(xì)現(xiàn)象 把一根內(nèi)徑很細(xì)的玻璃管插入液體內(nèi)，根據(jù)液體對(duì)管子的潤(rùn)濕能力的不同，管內(nèi)的液面高度就會(huì)發(fā)生不同的變化。如果液體能夠潤(rùn)濕管子，則液面在管內(nèi)上升，且形成凹形，如圖6-99(a)所示；如果液體對(duì)管子沒(méi)有潤(rùn)濕能力，那么管內(nèi)的液面下降，且成為凸形彎曲，如圖6-99(b)所示。這種彎曲的液面， 稱(chēng)為彎月面。 液體的潤(rùn)濕能力越強(qiáng)，管內(nèi)液面上升越高。 以上這種細(xì)管內(nèi)液面高度的變化現(xiàn)象，稱(chēng)為液體的毛細(xì)現(xiàn)象。 毛細(xì)現(xiàn)象的動(dòng)力為：固體管壁分子吸引液體分子，引起液體密度增加，產(chǎn)生側(cè)向斥壓強(qiáng)推動(dòng)附面層上升，形成彎月面，由彎月

60、面表面張力收縮提拉液柱上升。平衡時(shí)，管壁側(cè)向斥壓力通過(guò)表面張力傳遞，與液柱重力平衡。 第353頁(yè)/共381頁(yè)圖6-99 毛細(xì)現(xiàn)象 第354頁(yè)/共381頁(yè)毛細(xì)現(xiàn)象使液體在管內(nèi)上升的高度h可用下式計(jì)算： gRhcos2（6-66） 式中：為液面與管壁接觸角；為液體的密度；為表面張力系數(shù)；R為細(xì)管半徑；g為重力加速度。 第355頁(yè)/共381頁(yè)4） 溶液的吸光性能 有色物質(zhì)溶解到溶液中時(shí)，溶液的顏色與濃度有關(guān)。 濃度越高，顏色越深，即溶液對(duì)光的吸收能力越強(qiáng)。表示這一能力大小的物理量是吸光度。溶液的吸光度與溶液中的有色物質(zhì)濃度及液層厚度的乘積成正比。 第356頁(yè)/共381頁(yè)5） 溶解作用 溶劑對(duì)溶質(zhì)的溶