無損檢測人員培訓資料

無損檢測人員培訓資料第1頁/共372頁第1章緒論1.1無損檢測的意義1.1.1無損檢測的概念無損檢測，即指不損傷產(chǎn)品又能發(fā)現(xiàn)缺陷的檢測方法或技術，亦稱為無損探傷，屬于非破壞性檢測方法的范疇。它與某些破壞性檢測方法，如力學性能檢驗、化學分析試驗、金相檢驗等具有很強的互補性。尤其適合成品檢驗和在役運行產(chǎn)品的檢驗。無損檢測的英文縮寫為：

NDT（non－destructivetesting）。第2頁/共372頁1.1.2對實際工程材料的辨證認識

材料力學對于材料的認識是基于“均勻性、連續(xù)性和小變形假設”來討論問題的。而實際工程材料及產(chǎn)品在制造過程中，往往因冶金、結構、工藝因素的復雜性及操作人員技術水平的差異，即使按照同一工藝規(guī)程操作，也往往會產(chǎn)生各種各樣的工藝缺陷?？傊瑢嶋H工程材料和構件并不那麼理想，有缺陷是絕對的，沒有缺陷則是相對的。第3頁/共372頁工藝缺陷舉例鑄件：可能有縮孔、疏松、冷隔、裂紋等；焊件：可能有氣孔、夾雜、未熔合、未焊透以及焊接裂紋等；鍛件：往往有裂紋、褶皺、夾層等；熱處理件：也可能出現(xiàn)裂紋、偏析、組織粗大等等。第4頁/共372頁1.1.3無損檢測的意義

(1)

質量、安全保證——即控制產(chǎn)品質量，保證設備安全運行。

①生產(chǎn)高質量產(chǎn)品的需要

生產(chǎn)高質量的產(chǎn)品，往往需要從原材料、試板，到零件、部件乃至最終產(chǎn)品，都進行較嚴格的質量把關，即實行全面質量管理。而無損探傷技術恰好是必不可少的技術手段。②設備在役安全運行期間跟蹤監(jiān)測的需要設備運行期間也可能產(chǎn)生新的缺陷。如：應力腐蝕裂紋、延遲裂紋、疲勞裂紋等等。需要定期或不定期地進行質量跟蹤，以保證其運行的安全性。如核反應堆中的壓力容器。第5頁/共372頁

（2）工藝、技術保證——即改進制造技術，優(yōu)化制造工藝；在新產(chǎn)品研制、新工藝制定過程中，對于某些工藝參數(shù)、工藝措施的確定，有時需要進行嚴格的工藝評定，借助先進的無損檢測技術可篩選出最佳規(guī)范，進而制定出新產(chǎn)品的工藝規(guī)程，最終制造出合格的產(chǎn)品或優(yōu)質產(chǎn)品。第6頁/共372頁

（3）效率、效益保證——及時發(fā)現(xiàn)缺陷，降低生產(chǎn)成本；在復雜產(chǎn)品的加工過程中往往經(jīng)歷：“零件制備——部件組成——結構總成”等較長生產(chǎn)周期。在重點工序適時進行合理、適度的檢驗，可及時消除該工序產(chǎn)生的缺陷、防止同類缺陷的重復出現(xiàn)。這樣做比在產(chǎn)品加工完成后再來消除缺陷更節(jié)省時間、材料和工時。從而降低了生產(chǎn)成本。而且，及時返修在操作上也較為容易。第7頁/共372頁特別值得注意的是：在商品經(jīng)濟時代，時間就是效益，時間就是生命！若由于產(chǎn)品質量問題成堆，工藝難度增大，因而拖延工期，最終造成合同違約，還會引起進一步的經(jīng)濟糾紛，甚至因產(chǎn)品報廢，還會帶來更大的經(jīng)濟損失。所以，嚴密的組織管理，高效的檢測手段，精干的檢驗隊伍，是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品質量控制的法寶。第8頁/共372頁

（4）信譽、實力的見證——積累技術資料，促進技術進步成功的檢測數(shù)據(jù)、配套的原始底片、合格的檢驗報告、標準的檢測試板等等，都是寶貴的技術資料。既可用于技術交流，又可長期存檔。依托精干的檢測隊伍、先進的檢測設備以及嚴密的管理措施所建立起來的質量保證體系，不但能夠提高材料的潛能、促進企業(yè)的技術進步，還能提高企業(yè)的信譽和產(chǎn)品的國際競爭力。特別是在出現(xiàn)產(chǎn)品質量糾紛時，上述檢驗資料的法律價值就會凸現(xiàn)出來！第9頁/共372頁1.1.4區(qū)別適度檢驗和過度檢驗

——無損檢測技術的兩面性事物總是一分為二的，都具有二重性。在產(chǎn)品制造和在役運行過程中，及時、適度地采用無損檢測技術，是優(yōu)質高產(chǎn)的重要保證。但是，過分地采用該項技術，也會延誤工期，同時無端提高生產(chǎn)成本。因此，應參考有關標準，合理選擇檢測工藝。這就是強調經(jīng)濟性原則，正確處理好質量檢測與降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期的關系！第10頁/共372頁1.2無損檢測的特點及檢測依據(jù)1.2.1無損檢測的特點無損檢測技術主要用于未知工藝缺陷的檢驗。它是對破壞性檢驗的補充和完善。其特點是：①非破壞性——是指在獲得檢測結果的同時，除了剔除不合格品外，不損失零件。因此，檢測規(guī)模不受零件多少的限制，既可抽樣檢驗，又可在必要時采用普檢。因而，更具有靈活性（普檢、抽檢均可）和可靠性。第11頁/共372頁②互容性——即指檢驗方法的互容性，即：同一零件可同時或依次采用不同的檢驗方法；而且又可重復地進行同一檢驗。這也是非破壞性帶來的好處。③動態(tài)性——這是說，無損探傷方法可對使用中的零件進行檢驗，而且能夠適時考察產(chǎn)品運行期的累計影響。因而，可查明結構的失效機理。④嚴格性——是指無損檢測技術的嚴格性。首先無損檢測需要專用儀器、設備；同時也需要專門訓練的檢驗人員，按照嚴格的規(guī)程和標準進行操作。第12頁/共372頁⑤檢驗結果的分歧性——不同的檢測人員對同一試件的檢測結果可能有分歧。特別是在超聲波檢驗時，同一檢驗項目要由兩個檢驗人員來完成。需要“會診”！概括起來,無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態(tài)性、嚴格性以及檢測結果的分歧性等。應注意揚長避短，科學利用！第13頁/共372頁1.2.2實施無損檢驗的依據(jù)①產(chǎn)品圖樣圖樣是生產(chǎn)中使用的最基本的技術資料，也是加工、檢驗的依據(jù)。尤其在圖樣的技術要求中，往往規(guī)定了原材料、零件、產(chǎn)品的質量等級、具體要求以及是否需要作無損檢驗等等。②相關標準生產(chǎn)企業(yè)往往要貫徹相關標準，如：企業(yè)標準、行業(yè)標準、國家標準、國際標準等等。這些都是產(chǎn)品加工的指導性文件，自然也是實施無損檢測的指導性文件。在具體標準中，往往詳細規(guī)定了檢驗對象、檢驗方法、檢驗規(guī)模等等。第14頁/共372頁③技術文件產(chǎn)品生產(chǎn)工藝部門下達的各種技術文件，如工藝規(guī)程、檢驗卡片、產(chǎn)品檢驗報告、返修單等等。有時還要追加或改變檢驗要求等等。④訂貨合同某些產(chǎn)品的特殊檢驗要求、質量控制的條款，有時可能較詳細的強調在訂貨合同中，應引起特別注意。第15頁/共372頁本章小結無損檢測的作用：在不損傷材料或產(chǎn)品的條件下，發(fā)現(xiàn)缺陷、改進工藝、控制質量、降低成本、維持和保證設備的安全運行，為企業(yè)和產(chǎn)品創(chuàng)建較為完備而可靠的技術檔案并提供法律依據(jù)。2.無損檢測技術的采用：應貫徹適時、適度的原則，應用時，要參考相關標準！3.無損檢測的特點是：非破壞性、互容性、動態(tài)性、嚴格性以及檢測結果的分歧性等。應注意揚長避短，科學利用！第16頁/共372頁本章思考題：

1.無損檢測有哪些實際意義？

2.如何處理好適度檢驗問題？

3.無損檢測的基本特點有哪些?

4.哪些檢驗屬于破壞性檢驗?

第17頁/共372頁第2章缺陷分析本章提要：缺陷分析是無損檢測的技術基礎。主要解決兩方面的問題：一是弄清缺陷的分類、性質、危害性；二是分析缺陷的產(chǎn)生原因，以便有效地識別缺陷、消除缺陷，提高工藝質量。本章重點講授缺陷分類、危害性。缺陷的產(chǎn)生原因應結合《材料成型原理》課程內(nèi)容深入理解與總結。最后，對常用檢測方法作簡要介紹。第18頁/共372頁2.1工藝缺陷的概念及分類2.1.1工藝缺陷的概念（1）什么是工藝缺陷？在材料加工成型過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)某種或某些不合乎質量要求的外觀缺陷、性能缺陷、組織缺陷和更為嚴重的內(nèi)部幾何不連續(xù)型缺陷（如裂紋、孔洞、夾雜等）。我們把這些“冶金因素、結構因素、工藝因素”導致的產(chǎn)品質量不符合相關標準要求的各類缺陷統(tǒng)稱為工藝缺陷。第19頁/共372頁

（2）工藝缺陷的辨證分析①缺陷產(chǎn)生的絕對性——就是說，在實際生產(chǎn)中，要獲得沒有任何缺陷的產(chǎn)品，在技術上是相當困難的；要使成批生產(chǎn)的產(chǎn)品都沒有任何缺陷，是不經(jīng)濟的，甚至是不可能的。②缺陷評定標準的相對性——即“判廢標準”的相對性。就是說，不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品，往往因使用條件工況不同，對其質量要求也不同，因而，對工藝缺陷的容限，即“判廢標準”也不盡相同。第20頁/共372頁③判廢標準的制定原則：一般地說，產(chǎn)品質量等級越高、失效后危害性越大，對缺陷控制也越嚴格。因此，必須注意貫徹和參照有關標準，不能隨意判廢。即合于使用的原則。④工藝缺陷的修復：輕微的缺陷，不影響使用，是可以容忍的；嚴重的缺陷，不符合使用要求，則必須給予處理：有些缺陷能夠及時修復；而有些缺陷則可能無法修復，產(chǎn)品就得判廢！第21頁/共372頁舉例說明比如：焊縫余高過大，屬于焊縫形狀不良，嚴重時可以修磨；必要時甚至可以磨平。再如：鑄件的表面砂眼，可以通過焊補來修復。特別指出，考慮到焊接接頭組織和性能的惡化，某些產(chǎn)品的焊接修復不允許超過2次！所以，應該注意制定嚴格的修復工藝，否則就會造成經(jīng)濟損失！第22頁/共372頁2.1.2工藝缺陷的分類工藝缺陷種類繁多，產(chǎn)生原因也相當復雜。為了便于分析和處理工藝缺陷、制定檢驗工藝、方便技術交流，有必要對其進行分類。

(1)按技術內(nèi)涵大體分為：①加工、裝配缺陷——如焊件坡口角度、裝配間隙不均勻，錯邊量過大等；②形狀、尺寸缺陷——如工件變形、焊縫寬窄不一致、焊縫余高過大、表面塌陷、滿溢、焊瘤等等；第23頁/共372頁③幾何不連續(xù)型缺陷——如焊件中的裂紋、孔洞、夾雜、未熔合、未焊透，鑄件中的縮孔、疏松、裂紋等等；④組織、性能缺陷

——如機械性能不良、耐腐蝕性下降、過熱組織、脆性組織、偏析等等；⑤其它工藝缺陷——如飛濺、表面劃傷、電弧擦傷、鑿痕、磨痕等等。第24頁/共372頁

（2）按工藝方法（工藝責任）分為：①焊接缺陷——因實施焊接工藝而引起的缺陷；②鑄造缺陷——因實施鑄造工藝而引起的缺陷；③鍛壓缺陷——因實施鍛造、沖壓工藝而引起的缺陷；④熱處理缺陷——

（略）

第25頁/共372頁

（3）按缺陷性質不同分為：①裂紋——如冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂、火口裂紋等；②孔穴——如縮孔、氣孔等；③固體夾雜——如夾渣、夾鎢等；④未熔合——如坡口未熔合、層間未熔合；⑤未焊透——如根部未焊透、中部未焊透；⑥其它缺陷——未包含在以上5種缺陷中的缺陷，如咬邊、燒穿、焊瘤、電弧劃傷等。第26頁/共372頁

（4）按缺陷的埋藏深度分為：①表面缺陷——如表面氣孔、表面裂紋、砂眼、咬邊等；②近表面缺陷——如皮下氣孔、夾雜等；③內(nèi)部缺陷——如內(nèi)部夾雜、氣孔、縮孔、裂紋、未熔合、未焊透等；

(5)按缺陷的幾何特征不同分為：①體積型——

如孔洞、夾雜等；②面積型——如裂紋、未熔合、夾層等；第27頁/共372頁

（6）按具體缺陷的位置特征又有不同的稱謂：例如：裂紋可分為：HAZ裂紋、焊縫裂紋、火口裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋等；未熔合可分為：坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合。（7）其它分類：①按裂紋走向不同有：橫向裂紋、縱向裂紋、人字形裂紋、輻射形裂紋等稱謂；②按裂紋尺寸不同又有：宏觀裂紋、微裂紋等稱謂。第28頁/共372頁③按具體缺陷產(chǎn)生機理又有不同的分類，例如：焊接接頭中的裂紋因其產(chǎn)生機理不同有：

熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂等；焊件中的氣孔又分為：氫氣孔、氮氣孔、CO氣孔等等。第29頁/共372頁2．2工藝缺陷的危害及其

對產(chǎn)品質量的影響2.2.1工藝缺陷的危害性（定性分析）應該指出，處在同一位置上的不同性質的缺陷、或處在不同位置的同一性質的缺陷，其危害性是不盡相同的：

(1)對于同一性質的缺陷（即使數(shù)量、大小相同）有：

第30頁/共372頁

①表面缺陷比內(nèi)部缺陷危害性大;位置特征②高應力區(qū)的缺陷比低應力區(qū)的缺陷危害性大；應力特征③與主應力垂直的片狀缺陷比平行主應力時危害性大；走向特征④應力集中區(qū)的缺陷比非應力集中區(qū)的缺陷危害性大；缺口效應⑤對疲勞強度的影響比靜載強度的影響大；

載荷特征⑥未發(fā)現(xiàn)的缺陷比已發(fā)現(xiàn)的缺陷危害性大；

掌控狀態(tài)第31頁/共372頁(2)不同性質的缺陷危害性排序（從大到?。?/p>

裂紋

未熔合，未焊透

咬邊

夾雜（條狀）夾雜(圓形)氣孔。

應該強調，任何一種缺陷達到相當嚴重的程度都會造成危害，不僅會造成結構的破壞，甚至會釀成災難性事故！尤其對于裂紋類缺陷工藝上是不能容忍的！

必須徹底鏟除!第32頁/共372頁2.2.2工藝缺陷產(chǎn)生危害的本質

(1)使工件的有效承載截面F受到削弱，因而使實際平均應力增大。

(2)缺陷造成的幾何不連續(xù)，導致局部應力集中！①引起缺口尖端的局部三向拉應力，使材料性能變脆，即產(chǎn)生缺口效應；②可能引起裂紋失穩(wěn)擴展，造成低應力破壞（脆斷）；③結構的應力集中點又容易引發(fā)疲勞裂紋；成為疲勞裂紋源!

④應力集中區(qū)也容易加劇引起應力腐蝕開裂。第33頁/共372頁總之，材料強度越高、加工精度越高、對應力集中越敏感，工藝缺陷造成的危害越大。2.2.3工藝缺陷的產(chǎn)生原因

這個問題十分復雜，需要具體問題具體分析。從總體上說，主要來自：

①冶金因素——如化學成分、碳當量、雜質含量、冷卻速度等等；

②結構（力學）因素——如壁厚、應力集中、截面突變、拘束應力等等；

③工藝因素——預熱條件、烘干溫度、清理、環(huán)境濕度、規(guī)范參數(shù)等等；第34頁/共372頁

對于每種具體缺陷的產(chǎn)生原因，還要結《材料成型原理》課程的學習來深入理解。譬如:焊接冷裂紋的產(chǎn)生原因

(三要素):①接頭中的淬硬組織M;②接頭中的較高拘束應力σR;③擴散氫含量的影響。三因素相互促進，加劇焊縫在焊根或熔合線處的開裂傾向。第35頁/共372頁2.3無損檢測方法

的種類及其適用性2.3.1常用的無損探傷方法及探傷原理材料或工件未知工藝缺陷的檢測中常用的無損探傷方法有：

(1)射線探傷（RT）——是利用射線的穿透性和衰減性來發(fā)現(xiàn)缺陷，即射線能夠穿透物質并且在物質中有衰減的物理特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的。該法是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的NDT方法!第36頁/共372頁2.3.1常用的無損探傷方法及探傷原理(2)超聲波探傷（UT）——是利用超聲波在物質中傳播、反射和衰減等物理性質來發(fā)現(xiàn)缺陷的。該法與射線探傷法形成優(yōu)勢互補.

(3)磁力探傷（MT）——是通過對鐵磁材料進行磁化所產(chǎn)生的漏磁場來發(fā)現(xiàn)其表面及近表面缺陷的。在黑色金屬的表面檢測中應用廣泛.第37頁/共372頁2.3.1常用的無損探傷方法及探傷原理(4)滲透探傷（PT）——是利用熒光染料或紅色染料滲透劑的滲透作用顯現(xiàn)工件表面開口型缺陷痕跡的。注意:不能用于多孔型材料!(5)渦流探傷(ET)——是利用渦流的集膚效應及其在缺陷處的畸變行為來發(fā)現(xiàn)和檢測缺陷的。此外，還有液晶探傷、中子探傷、全息探傷、聲發(fā)射探傷等等。第38頁/共372頁檢測方法簡介的說明有關各種檢測方法的技術內(nèi)涵和要點將在今后各章的講授中，深入理解?？傊?，每種方法既有它的優(yōu)勢，也有它的局限性。這一點就像沒有包治百病的良藥一樣！應用是應根據(jù)檢測工藝需要,認真進行選擇!第39頁/共372頁2.3.2五種常用無損探傷法的適用性⑴射線探傷：適用于材料內(nèi)部體積型缺陷：孔洞、夾雜、未焊透等；對于面積缺陷（如裂紋等）有選擇性：即缺陷平面與射線透照方向平行或接近平行時非常適用；而當缺陷平面與射線透照方向垂直時極不敏感！易出現(xiàn)漏檢!⑵

超聲波探傷：適用于大多數(shù)缺陷的檢測，但檢出容易，定量難。不易發(fā)現(xiàn)細小裂紋。另外，由于檢測系統(tǒng)存在盲區(qū)，故不適合薄板的檢測。第40頁/共372頁2.3.2五種常用無損探傷法的適用性

⑶

磁力探傷：適合鐵磁性材料的表面缺陷及近表面缺陷的探傷；不適用于非鐵磁性材料，如銅、鋁、奧氏體鋼等等；

(4)

滲透探傷：適用于各種材料表面的開口型缺陷的檢測（如裂紋、針孔等）；但不適用多孔型材料；

(5)

渦流探傷：適用于各種導電材料的表面及近表面缺陷的探測。不適于非導電材料的缺陷檢測。第41頁/共372頁本章小結本章從不同角度對缺陷分類，以便加強理解和記憶。對于缺陷的認識還沒有完結，仍須通過其它課程的學習加以深化。在具體檢測方法中，如何顯現(xiàn)缺陷的形態(tài)，更要結合試驗深入掌握。最后，對常用的無損檢測方法的適用性作出簡要的總結。后續(xù)課程將會深入理解這一點。第42頁/共372頁本章思考題1.工藝缺陷是如何分類的？2.工藝缺陷產(chǎn)生危害的本質是什麼？3.不同性質的工藝缺陷的危害性是否相同？試說明之。4.同一種缺陷在不同條件下,危害性是否相同？試說明之。5.常用的無損檢測方法的適用性如何?6.什么是咬邊、未熔合、未焊透、夾雜？第43頁/共372頁第2章射線檢測

本章重點內(nèi)容：（1）射線的產(chǎn)生及性質

——更好地利用它；（2）射線檢測的基本原理

——更好地理解各種缺陷的顯像狀況；（3）重點掌握射線照相法檢測技術

——學以致用；（4）了解射線的防護知識

——保護環(huán)境和注意人身安全。第44頁/共372頁本章概要射線檢測的英文縮寫—RT(raytesting)基本原理——利用射線能穿透物質且在不同物質中的衰減情況有差異的特性來發(fā)現(xiàn)構件中的缺陷；依據(jù)顯示缺陷的方法不同，分為以下幾種具體的方法：①電離法②熒光屏觀察法——工業(yè)電視法③照相法④計算機斷層掃描法CT第45頁/共372頁本章概要根據(jù)射線源不同，又分為：

X射線檢測；

γ射線檢測；高能射線檢測。本章將以X射線照相法檢測技術為核心，講授射線檢測技術。射線檢測又稱射線探傷。這部分內(nèi)容也是課程的重點。

第46頁/共372頁2.1射線檢測的物理基礎

2.1.1射線的本質射線本身就是一種波長很短的電磁波。

X,γ射線統(tǒng)稱為光子。根據(jù)波譜圖可查得:

X射線的波長為:0.001~0.1nm;γ射線的波長為:0.0003~0.1nm.γ射線比X射線的波長還短，因此，其穿透能力更強!第47頁/共372頁電磁波普圖第48頁/共372頁2.1.2射線的性質

(1)不可見，直線傳播—具有隱蔽性和指向性；

(2)不帶電，因而不受電磁場影響—電中性；

(3)能穿透物質,但有衰減—具有穿透性和衰減性；

(4)能與某些物質產(chǎn)生光化作用，使熒光物質發(fā)光；可使膠片感光—可成像；

(5)能使某些氣體電離—即產(chǎn)生電離輻射；

(6)與光波一樣，有反射、折射、干涉現(xiàn)象；

(7)能產(chǎn)生生物效應，傷害和殺死生物細胞

—對人體有害。第49頁/共372頁2.1.3射線的產(chǎn)生射線的性質，有利、有弊，應該科學地加以利用和防范！射線學就是研究如何利用與防范射線的科學。下面介紹產(chǎn)生x射線的主要設備:

(1）x光管基本組成：

陰極部件：燈絲（鎢絲）——發(fā)射電子；陰極罩——聚焦電子。

陽極部件：陽極靶——接收電子；冷卻介質——散熱作用。

真空管——玻璃或金屬陶瓷制作的真空外罩。第50頁/共372頁(2)X射線管及其工作原理～u15～500kv高壓電源－＋高壓電纜陽極靶電子流玻殼管陰極罩燈絲X射線第51頁/共372頁

(3)X射線的產(chǎn)生過程表述首先，對燈絲通電預熱,產(chǎn)生電子熱發(fā)射,形成電子云；（大約20分鐘左右）然后，對陰極和陽極施加高壓電（幾百kv），形成高壓電場，加速電子，并使其定向運動；被加速的電子最終撞擊到陽極靶上，將其高速運動的動能轉化為熱能和X射線。第52頁/共372頁(4)幾點說明

①高速運動電子的能量，絕大多數(shù)轉換為熱能，轉化為X射線的能量比率僅占1％左右；因此陽極靶必須散熱和冷卻；這個問題應該由X射線管的設計人員解決。②產(chǎn)生X射線的強度與管電流成正比，與管電壓的平方成正比，與陽極靶材料的原子序數(shù)成正比。因此，恰當選擇管電流、管電壓和陽極靶材料至關重要。換言之，X射線的強度可由管電流和管電壓靈活調節(jié)！第53頁/共372頁

③常用的陽極靶材料為鎢。它具有高原子序數(shù)和高熔點。

④X射線的強度的分布規(guī)律：在垂直電子束的方向上最強；在平行電子束的方向上最弱。這就是說，X射線的強度在空間的分布是不均勻的，而且具有一定的擴散角，并不是平行光！了解這一點，對應用也很重要（后面在象質計的布置時將提到）。第54頁/共372頁2.1.4γ射線的產(chǎn)生

γ射線是由放射性同位素的原子核衰變過程伴隨產(chǎn)生的。常用于射線探傷的放射性同位素主要有：

鈷60、銥192、銫137/134等。γ射線的特點：①強度高于X射線，穿透力強，適合厚板透視；②強度無法直接調節(jié)，射線長期存在，防護更要注意！③可實現(xiàn)周向輻射，透視效率高。第55頁/共372頁2.1.5γ射線的半衰期

同位素

半衰期射線能量

應用條件鈷60

5.3年

高300mm

以下鋼制件銥192

75±3天

較弱60mm

以下鋼制件銫137

33±2年

較弱60mm

以下鋼制件第56頁/共372頁2.2射線檢測的基本原理2.2.1射線與物質的相互作用

第57頁/共372頁光電效應

射線與物質的相互作用

–光電效應第58頁/共372頁

光電效應

在普朗克概念中每束射線都具有能量為E=hv的光子。光子運動時保持著它的全部動能。光子能夠撞擊物質中原子軌道上的電子，若撞擊時光子釋放出全部能量，并將原子電離，則稱為光電效應。光子的一部分能量把電子從原子中逐出去，剩余的能量則作為電子的動能被帶走，于是該電子可能又在物質中引起新的電離。當光子的能量低于1MeV時，光電效應是極為重要的過程。另外，光電效應更容易在原子序數(shù)高的物質中產(chǎn)生，如在鉛(Z＝82)中產(chǎn)生光電效應的程度比在銅(Z=29)中大得多。

射線與物質的相互作用

–光電效應第59頁/共372頁康普頓效應

射線與物質的相互作用

–康普頓效應第60頁/共372頁

康普頓效應：在康普頓效應中，一個光子撞擊一個電子時只釋放出它的一部分能量，結果光子的能量減弱并在和射線初始方向成θ角的方向上散射，而電子則在和初始方向成φ角的方向上散射。這一過程同樣服從能量守恒定律，即電子所具有的動能為入射光子和散射光子的能量之差，最后電子在物質中因電離原子而損失其能量。在絕大多數(shù)的輕金屬中，射線的能量大約在0.2～3MeV范圍時，康普頓效應是極為重要的效應。康普頓效應隨著射線能量的增加而減小，其大小也取決于物質中原子的電子數(shù)。在中等原子序數(shù)的物質中，射線的衰減主要是由康普頓效應引起，在射線防護時主要側重于康普頓效應。

射線與物質的相互作用

–康普頓效應第61頁/共372頁電子對效應X射線與物質的相互作用

–電子對效應第62頁/共372頁

電子對效應

一個具有足夠能量的光子釋放出它的全部動能而形成具有同樣能量的一個電子和一個正電子，這樣的過程稱為電子對的產(chǎn)生。產(chǎn)生電子對所需的最小能量為0.51MeV，所以光子能量hv必須大于等于1.02MeV。

X射線與物質的相互作用

–電子對效應第63頁/共372頁

光子的能量一部分用于產(chǎn)生電子對，一部分傳遞給電子和正電子作為動能，另一部分能量傳給原子核。在物質中電子和正電子都是通過原子的電離而損失動能，在消失過程中正電子和物質中的電子相作用成為能量各為0.51MeV的兩個光子，它們在物質中又可以通過光電效應和康普頓效應進一步相互作用。

由于產(chǎn)生電子對的能量條件要求不小于1.02MeV，所以電子對的產(chǎn)生只有在高能射線中才是重要的過程。該過程正比于吸收體的原子序數(shù)的平方，所以高原子序數(shù)的物質電子對的產(chǎn)生也是重要的過程。

第64頁/共372頁湯姆遜效應

X射線與物質的相互作用

–湯姆遜效應第65頁/共372頁（4）湯姆遜效應。射線與物質中帶電粒子相互作用，產(chǎn)生與入射波長相同的散射線的現(xiàn)象叫做湯姆遜效應。這種散射線可以產(chǎn)生干涉，

能量衰減十分微小。

射線與物質的相互作用

–湯姆遜效應第66頁/共372頁

2.2.2射線在物質中的衰減定律和衰減曲線射線的衰減是由于射線光子與物體相互作用產(chǎn)生光電效應、康普頓效應、湯姆遜效應或電子對的產(chǎn)生，使射線被吸收和散射而引起的。由此可知，物質愈厚，則射線穿透時的衰減程度也愈大。射線衰減的程度不僅與透過物質的厚度有關，而且還與射線的性質(波長)、物體的性質(密度和原子序數(shù))有關。一般來講，射線的波長愈小，衰減愈??；物質的密度及原子序數(shù)愈大，衰減也愈大。但它們之間的關系并不是簡單的直線關系，而是成指數(shù)關系的衰減。

2.2射線檢測的基本原理第67頁/共372頁射線的衰減曲線射線在物質中的衰減曲線第68頁/共372頁2.2射線檢測的基本原理2.2.2射線在物質中的衰減定律射線在穿透物質的同時也會發(fā)生衰減現(xiàn)象。其發(fā)生衰減的根本原因有兩點：

散射和吸收。其衰減規(guī)律成負指數(shù)規(guī)律：

Iδ=I0·e－μδ

（2-1）式中，I0—射線的初始強度；

Iδ—射線的透射強度；

δ—工件的厚度；

μ—線衰減系數(shù)。第69頁/共372頁線衰減系數(shù)μ線衰減系數(shù)μ——入射光子在物質中穿行單位距離時，與物質發(fā)生相互作用的幾率。不同材料具有不同的衰減系數(shù)。一般規(guī)律是：

μ＝f(λ,ρ,z)，且與三者成正比。其中:λ—射線的波長；

ρ—材料密度；

z—原子序數(shù)；第70頁/共372頁2.2.2射線檢測的基本原理

射線檢測主要是利用它的指向性、穿透性、衰減性等幾個基本性質。具體分析（參考下圖）：

（1）無缺陷區(qū)的射線透射強度：

Iδ=I0·e－μδ衰減定律ABXI0Iδδμμxδ=A+X+BX—

缺陷厚度；A—

缺陷上部厚度；B—缺陷下部厚度；Ix第71頁/共372頁（2）有缺陷區(qū)的射線透射強度：

Ix=I0·e－μA·

e－μˊX·

e－μB

=I0·e－μA·e－μB

·e－μX·eμX

·e－μˊX

=I0·e－μδ

·e－（μˊ－μ)X

=Iδ·

e－（μˊ－μ)X(2-2)

顯然有：

Ix/Iδ=e－（μˊ－μ)X(2-3)

第72頁/共372頁討論與結論①當μ’<μ時，Ix>Iδ；比如，鋼中的氣孔、夾渣就屬于這種；②當μ’>μ時，Ix<Iδ；比如，鋼中的夾鎢、夾銅就屬于這種；③當μ’＝μ或x很小時，Ix≈Iδ；幾乎差異，缺陷則得不到顯示！

這就是射線檢測的基本應用原理!第73頁/共372頁2.3

X射線照相法檢測技術

2.3.1

x射線照相法檢測原理依據(jù)射線檢測的基本原理，將射線透射工件后的潛影以膠片形式接收，再經(jīng)顯影、定影后，就可從射線底片上得到了工件內(nèi)在的質量信息。這就是x射線照相法檢測原理。

膠片第74頁/共372頁X射線照相原理示意圖

第75頁/共372頁射線照相法是以膠片作為記錄X射線透過被檢工件后射線強度變化信息的器材的一種檢測方法。同樣的強度的射線穿過不同厚度材料，因衰減程度不同，到達膠片的射線強度也不同。經(jīng)暗室處理的底片有不同的黑度差顯示，根據(jù)底片上不同的黑度差顯示情況判斷缺的存在否

1234射線膠片照相法第76頁/共372頁2.3.2

X射線照相法檢測技術

(1)合格底片的評價指標（參考GB3323-87）①象質等級的規(guī)定：

A

級，AB級，B級。B級為最高級。

適用結構：A級，適用一般結構；

AB級，適用壓力容器；

B級，適用極重要的結構，如核設施。第77頁/共372頁②與象質等級相關的兩個重要技術指標：黑度——射線底片的黑化程度。定義式：D=lg(I0/I)

式中：I0——

原始入射光強；

I——

透射光強；

D——底片黑度;最佳值D=2.0

合格底片黑度范圍（參考GB3323-87）:

A級：1.2～3.5

AB級：1.2～3.5

B級：1.5～3.5第78頁/共372頁

靈敏度

絕對靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。相對靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸與工件的透照厚度之比(%).

相對靈敏度表達式：

K=(X/δ)×100%

強調:K值越小,靈敏度越高!第79頁/共372頁相對靈敏度的具體運用：象質計/透度計——金屬絲型象質計

（GB5618-85）.

作用：人工缺陷，理解為“臥底”。使用說明：將16根線徑不同的金屬絲(線徑0.1-3.2)

編成序號：1～16；分成三組：1～7;6～12;10～16

象質指數(shù)Z＝線號1～16

象質指數(shù)Z值越高,靈敏度越高!第80頁/共372頁金屬絲型象質計

第一組象質計示例:7~1GB5618-85一定厚度范圍工件的底片，達到相應象質等級要求的最低的象質指數(shù)Z，即等于達到了相對靈敏度的要求。應用方法第81頁/共372頁象質計在焊接接頭的擺放要求①射線源一側的工件上表面；②跨越焊縫，靠近邊緣

（膠片長度1/4處）；③選對組別，細絲在外?；舅枷耄?/p>

就是使象質計處于較惡劣條件下透照，從而使獲得的底片質量更有說服力。第82頁/共372頁象質計的擺放圖示圖例L/2L/41—7焊接試板象質計第83頁/共372頁（2）透照參數(shù)選擇①膠片選擇：國產(chǎn)天津Ⅲ型膠片。②增感屏選擇：

增感屏種類：

金屬增感屏、熒光增感屏、金屬熒光增感屏；鋼制件——選擇鉛箔增感屏。

增感屏的作用：

濾波作用；增感作用。第84頁/共372頁③曝光條件的選擇

四個主要參數(shù)：

管電壓U、管電流I、曝光時間t、焦距f。它們均從不同角度影響x射線作用于膠片上的感光強度，進而得到不同的底片黑度。一個合成參數(shù)：曝光量—管電流I與曝光時間t的乘積。曝光曲線——選擇曝光參數(shù)的工具！第85頁/共372頁曝光曲線的使用示意圖X射線機控制箱面板上的曝光曲線使用：δδ0U/kv150

注意：不同材料的曝光曲線是不同的！

制作依據(jù)：黑度達到相同標準。第86頁/共372頁④透照距離的選擇最小透照距離Fmin的確定：首先分析——平面幾何相似三角形原理：板厚δ、焦點直徑d、幾何不清晰度ug與最小透照距離Fmin的關系。

綜合考慮：

F一般取400～700mm?；疽?guī)律：F，ug；

射線強度！

下面分析幾何關系。第87頁/共372頁F與ug的關系分析根據(jù)幾何相似原理，有

ug/d=h/(F－h(huán))

所以，ug＝d·h/(F－h(huán))

ugmax=d·δ/(F－δ)

顯然，F(xiàn)↗,ug

max↘.

故有，

Fmin=d·δ/ug

max

＋δ

dFhug第88頁/共372頁

⑤透照方式選擇選擇射線與工件的相對位置關系。因工件情況不同、發(fā)現(xiàn)缺陷種類不同而采用不同的透照方式。

平板對接焊縫：

垂直透照、傾斜透照；大直徑筒節(jié)環(huán)縫、縱縫：

內(nèi)透法、外透法；

管子對接環(huán)縫：

雙壁雙影法、雙壁單影法。第89頁/共372頁⑥散射線的屏蔽采用濾板、遮板、底部鉛板等。目的是降低底片的

灰霧度！射線源濾光板遮光板工件第90頁/共372頁⑦補償塊的選擇對于不規(guī)則的接頭，如角接頭、T形接頭，可采用特殊形狀的補償塊來調節(jié)射線的

透射強度，從而調節(jié)底片黑度。

補償塊T形接頭射線源暗盒第91頁/共372頁3.4X射線探傷機及探傷程序

3.4.1x射線探傷機

(1)基本組成x射線管——核心，射線源高壓發(fā)生器——提供50～500kv直流電源冷卻裝置——循環(huán)噴油冷卻支撐機構——便于對位、調焦高壓電纜——連接電源控制箱——設定參數(shù)、監(jiān)控操作

第92頁/共372頁（2）主要性能參數(shù)（以X2005型射線機為例）管壓峰值kv——200kv管電流平均值mA——5mA焦點尺寸mm——2.5×2.5射線機重量kg——60kg最大透射厚度mm——鋼件29mm便攜式x射線機簡化為三大部件：①控制箱

②

x射線管③高壓電纜第93頁/共372頁2.4.2X射線照相法探傷系統(tǒng)①射線源②鉛光闌③濾板④鉛罩⑤鉛遮板⑥象質計⑦標記帶⑧工件⑨暗盒⑩鉛底板第94頁/共372頁關于標記帶標記帶內(nèi)容：①定位標記——中心標記，搭接標記；②識別標記——產(chǎn)品代號、批號、焊縫代號、透照日期、操作者代碼等；③B標記——評價背部散射線強度；0072006，3，15GL141

AB第95頁/共372頁標記帶內(nèi)容的處理為使用方便，可將長期不變的標記鉛字或符號固定在暗袋的外表面，放在工件下面。但應注意貼在工件的下表面！而且不能與工件上表面的標記重影！2006，3，12－007GL100-2暗袋標記帶第96頁/共372頁2.4.3射線探傷的基本操作程序總體上分為三個階段，具體操作內(nèi)容根據(jù)具體情況有所刪減。

(1)技術準備階段：①了解被檢對象——包括材質、壁厚、加工工藝、工件表面狀態(tài)等；②設備選擇——射線源類型、能量水平、

可否移動等；③選擇曝光條件——包括膠片、增感方式、焦距、曝光量、管電壓等；

④選擇透照方式

——定向、周向輻射、布片策略等；⑤其它準備——如標記帶布置、象質計布置、

屏蔽散射線的方法等。

第97頁/共372頁（2）實際透照①核對實物，布片貼標；②屏蔽散射，對位調焦；③設定參數(shù)，設備預熱；④檢查現(xiàn)場，開機透照。（3）技術處理①暗室處理——沖洗、干燥；②底片評定——黑度、象質指數(shù)、偽缺陷等；確認合格底片。③質量等級評定——根據(jù)缺陷類別、嚴重性，確定產(chǎn)品質量級別。④簽發(fā)檢驗報告——資料歸檔，保存5～8年。檢驗報告有統(tǒng)一格式、規(guī)定的內(nèi)容、

質檢人員要簽字、提出返修建議等。第98頁/共372頁2.5

射線的防護

3.5.1相關標準

GB4792-84《放射衛(wèi)生防護基本標準》

要點：

職業(yè)探傷人員：

每天實際接受劑量不大于17.4mrem;

每年最高允許劑量當量5rem(雷姆)

；

終生累計照射劑量，不得超過250rem。第99頁/共372頁2.5.2防護措施屏蔽防護——如機體襯鉛、射線發(fā)生器用遮光器、使用鉛房等；

探傷人員帶鉛圍裙、鉛眼鏡等。⑵距離防護——射線劑量率與距離的平方

成反比。⑶時間防護——探傷人員工作時間:

t≤17.4/p,p為射線劑量率.

實際工作中往往采用聯(lián)合防護策略！第100頁/共372頁本章思考題：1.射線的性質

2.射線檢測的基本原理

3.射線底片的評定指標

4.象質等級、黑度、相對靈敏度及其表征方法

5.象質計的使用方法

6.射線照相法檢測的主要技術參數(shù)

7.各種缺陷在射線底片中的基本特征

8.射線防護的具體措施第101頁/共372頁第3章超聲波檢測

本章提要：超聲檢測（UT）是利用其在物質中傳播、界面反射、折射(產(chǎn)生波型轉換)和衰減等物理性質來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種無損檢測方法，應用較為廣泛。按其工作原理不同分為：共振法、穿透法、脈沖反射法超聲檢測；按顯示缺陷方式不同分為：A型、B型、C型、3D型超聲檢測；按選用超聲波波型不同分為：縱波法、橫波法、表面波法超聲檢測；第102頁/共372頁按聲耦和方式不同分為：直接接觸法、液浸法超聲檢測；由于學時有限，本章將重點介紹：脈沖反射法原理、直接接觸法、

A型顯示方式、縱波法、橫波法

超聲檢測技術。第103頁/共372頁3.1超聲波檢測技術基礎3.1.1超聲波的物理本質它是頻率大于2萬赫茲的機械振動在彈性介質中的轉播行為。即超聲頻率的機械波。一般地說，超聲波頻率越高，其能量越大，探傷靈敏度也越高。超聲檢測常用頻率在0.5～10MHZ。第104頁/共372頁3.1.2超聲波的產(chǎn)生（發(fā)射）與接收

(1)超聲波的產(chǎn)生機理——利用了壓電材料的壓電效應。試驗發(fā)現(xiàn)，某些晶體材料（如石英晶體）做成的晶體薄片，當其受到拉伸或壓縮時，表面就會產(chǎn)生電荷；此現(xiàn)象稱為正壓電效應；反之，當對此晶片施加交變電場時，晶體內(nèi)部的質點就會產(chǎn)生機械振動，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應。具有壓電效應的晶體材料就稱為壓電材料。

第105頁/共372頁壓電效應圖解

＋/－b.施加交流電場時內(nèi)部質點產(chǎn)生振動拉伸或壓縮時表面產(chǎn)生電荷－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋正壓電效應～－/＋逆壓電效應

第106頁/共372頁超聲波探頭

①直探頭

外殼壓電晶片引線阻尼塊

第107頁/共372頁

②斜探頭o有機玻璃楔塊阻尼材料壓電晶片引線握柄外殼入射點第108頁/共372頁(2)超聲波的發(fā)射與接收

①發(fā)射——在壓電晶片制成的探頭中，對壓電晶片施以超聲頻率的交變電壓，由于逆壓電效應，晶片中就會產(chǎn)生超聲頻率的機械振動——產(chǎn)生超聲波；若此機械振動與被檢測的工件較好地耦合，超聲波就會傳入工件——這就是超聲波的發(fā)射。②接收——若發(fā)射出去的超聲波遇到界面被反射回來，又會對探頭的壓電晶片產(chǎn)生機械振動，由于正壓電效應，在晶片的上下電極之間就會產(chǎn)生交變的電信號。將此電信號采集、檢波、放大并顯示出來，就完成了對超聲波信號的接收?？梢姡筋^是一種聲電換能元件，是一種特殊的傳感器，在探傷過程中發(fā)揮重要的作用。

第109頁/共372頁超聲波分類第110頁/共372頁3.1.3超聲波波型的分類按質點的振動方向與聲波的傳播方向之間的關系分為：（1）縱波L——介質質點的振動方向與波的傳播方向一致；（2）橫波S——介質質點的振動方向與波的傳播方向垂直；（3）表面波R——介質質點沿介質表面做橢圓運動；又稱瑞利波；（4）板波——板厚與波長相當?shù)谋“逯袀鞑サ某暡?，板的兩表面介質質點沿介質表面做橢圓運動，板中間也有超聲波傳播。又稱蘭姆波；第111頁/共372頁

（1）縱波介質中質點的振動方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見圖3-4)。介質質點在交變拉壓應力的作用下，質點之間產(chǎn)生相應的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時，介質的質點疏密相間，所以縱波有時又稱為壓縮波或疏密波。

第112頁/共372頁圖3-4縱波

第113頁/共372頁

（2）橫波介質中質點的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波，用S或T表示(見圖3-5)。橫波的形成是由于介質質點受到交變切應力作用時，產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質不能承受切應力，只有固體介質能夠承受切應力，因而橫波只能在固體介質中傳播，不能在液體和氣體介質中傳播。第114頁/共372頁圖3-5橫波

第115頁/共372頁圖3-6表面波

（3）表面波（瑞利波）當超聲波在固體介質中傳播時，對于有限介質而言，有一種沿介質表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?見圖3-6)。瑞利首先對這種波給予了理論上的說明，因此表面波又稱為瑞利波，常用R表示。第116頁/共372頁

（4）板波（蘭姆波）在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時聲場遍及整個板的厚度。薄板兩表面質點的振動為縱波和橫波的組合，質點振動的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見圖3-7)。板波按其傳播方式又可分為對稱型（S型）和非對稱型（A型）兩種，這是由質點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。

第117頁/共372頁圖3-7板波(a)對稱型；

(b)非對稱型

第118頁/共372頁注意！

①液體和氣體介質（不能傳遞切向力）中，只能傳播縱波?、谕唤橘|中，聲速的關系有：

CL>CS>CR

③同一介質中，聲速、波長、頻率之間的關系為：

C=λ·f=常數(shù)。第119頁/共372頁按超聲波振動持續(xù)時間分為：

(1)連續(xù)波——在有效作用時間內(nèi)聲波不間斷地發(fā)射；

(2)脈沖波——在有效作用時間內(nèi)聲波以脈沖方式間歇地發(fā)射。

注意:超聲波檢測過程常采用脈沖波。第120頁/共372頁超聲波的波形-波陣面的形狀：超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進行描述。如圖3-6所示，在無限大且各向同性的介質中，振動向各方向傳播，用波線表示傳播的方向；將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點所連成的面稱為波陣面；某一時刻振動傳播到達距聲源最遠的各點所連成的面稱為波前。在各向同性介質中波線垂直于波陣面。在任何時刻，波前總是距聲源最遠的一個波陣面。波前只有一個，而波陣面可以有任意多個。第121頁/共372頁圖3-6波線、波前與波陣面(a)平面波；

(b)柱面波；

(c)球面波

第122頁/共372頁3.1.4超聲波的基本性質

(1)具有良好的指向性：

直線傳播，符合幾何光學定律；象光波一樣，方向性好；

束射性，象手電筒的光束一樣，能集中在超聲場內(nèi)定向輻射。聲束的擴散角滿足如下關系：

θ=arcsin1.22(λ/D)(3-1)

可見，波長越短，擴散角θ越小，

聲能越集中。第123頁/共372頁圓盤聲源非擴散區(qū)示意圖

第124頁/共372頁圓盤聲源軸線上的聲壓分布

波源附近由于波的干涉而出現(xiàn)一系列聲壓極大極小的區(qū)域，稱為超聲場的近場區(qū)，由于波源各點至軸線上某點的距離不同，存在波程差，互相疊加時存在相位差而互相干涉，出現(xiàn)聲壓極大極小值的點。波源軸線上最后一個聲壓極大值至波源的距離稱為近場區(qū)長度。第125頁/共372頁

(2)具有較強的穿透性，但有衰減；

穿透性——來自于它的高能量，因為聲強正比于頻率的平方；所以，超聲波的能量比普通聲波大100萬倍！可穿透金屬達數(shù)米！衰減性——源于三個方面：擴散、散射和吸收；

（3）只能在彈性介質中傳播，不能在真空（空氣近似看成真空）中傳播；

強調：橫波不能在氣體、液體中傳播！

表面波看作是縱波與橫波的合成，所以，也不能在氣體、液體中傳播！第126頁/共372頁

（4）遇到界面將產(chǎn)生反射、折射

和波型轉換現(xiàn)象；（5）對人體無害——優(yōu)于射線的性質。

第127頁/共372頁3.2超聲場的聲參量簡介超聲場：充滿超聲波的空間或超聲振動所波及的部分介質。

3.2.1超聲場的主要物理量：聲壓和聲強聲阻抗

1)聲壓當介質中有超聲波傳播時，由于介質質點振動，使介質中壓強交替變化。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強P1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強P0之差稱為該點的聲壓，用P表示,即(3-5)第128頁/共372頁對于平面余弦波，

其聲壓如下所示：（3-6）

式中：為介質的密度；c為介質中的聲速；為介質質點的振幅；ω為介質質點振動的角頻率；為質點振動速度的幅值；t為時間；x為質點距聲源的距離；為聲壓極大值。由上式可知：超聲場中某一點的聲壓極大值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，遠大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠大于聲波的聲壓。第129頁/共372頁

2)聲強單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能，稱為聲強，用I表示。對于平面縱波，其聲強I為

（3-7）

由式(3-7)可知，超聲場中，聲強與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。第130頁/共372頁

3）分貝（聲強級的單位）的概念實際探傷中，將聲強I1與I2之比取對數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級，這時單位為分貝，用dB表示，即（3-8）

根據(jù)式（3-7），有（3-9）

式中：

Pm1、

Pm2分別為聲強I1、

I2對應的聲壓幅值。

第131頁/共372頁

3.2.2介質的聲參量

1）聲速聲速表示聲波在介質中傳播的速度，它與超聲波的波型有關，但更依賴于傳聲介質自身的特性，與介質的彈性模量和密度有關。因此，聲速又是一個表征介質聲學特性的參量。了解受檢材料的聲速，對于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。聲速的一般表達式為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的某一選定相位點時在傳播方向上的聲速。群速度是指傳播聲波的包絡上具有某種特征（如幅值最大）的點上沿傳播方向上的聲速。

群速度是波群的能量傳播速度。

第132頁/共372頁（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的彈性性質、密度和泊松比決定的，而與頻率無關，即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說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，頻率越高，波長越短。同一固體介質中，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。對于鋼材，c1≈1.8cs，cs≈1.1cr。（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)象被稱為頻散。

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2）聲阻抗

介質中某一點的聲壓P與該處質點振動速度V之比，稱為聲阻抗，常用Z表示，它表示超聲場中介質對質點振動的阻礙作用。由式(3-10)得

（3-10）

在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質點的振動速度就愈小。第134頁/共372頁3.3超聲波在介質中的傳播

3.3.1超聲波在金屬中的衰減定律超聲波在金屬中主要的衰減原因是散射和擴散；在液體中主要是吸收。研究表明，超聲波在金屬中的衰減規(guī)律可用下面的關系式表達：

PX=P0·e-α·x(3-2)α——衰減系數(shù)；dB/m

x——聲束傳播的距離，即聲程m。第135頁/共372頁(3-2)式表明，超聲波的聲壓在其傳播的路徑上，呈負指數(shù)規(guī)律衰減。這里強調指出：衰減系數(shù)α為頻率f4和晶粒尺寸d3的函數(shù)。所以，粗晶檢測時，應適當降低超聲波頻率，彌補能量的不足。研究表明，聲壓p與超聲波探傷儀示波屏上的波高h成正比關系：

p1/p2=h1/h2(3-3)實際探測時，超聲波探傷儀示波屏上的波高h能夠反映聲波的衰減狀況。第136頁/共372頁

超聲波探傷儀示波屏上

波高h的衰減狀況這里，B1～B6代表超聲波在工件底面的

6次反射波。波高h依次遞減。TB1B2B6第137頁/共372頁3.3超聲波在介質中的傳播超聲波在異質界面處產(chǎn)生的各種現(xiàn)象(1)垂直入射異質界面時的透射、反射及繞射①透射與反射

②

反射系數(shù)

K=W反/W入×100%

W透W反w入第138頁/共372頁③常見材料之間的界面反射系數(shù)

界面材料

反射系數(shù)K%