超聲波檢測(cè)概述-課件

緒論超聲波檢測(cè)概述

第一章緒論

1PPT課件超聲波檢測(cè)概述超聲波檢測(cè)是應(yīng)用最廣泛的無損檢測(cè)方法之一。超聲波檢測(cè)是利用進(jìn)入被檢材料的超聲波對(duì)材料表面或內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。利用超聲波進(jìn)行材料厚度的測(cè)量也是常規(guī)超聲波檢測(cè)的一個(gè)重要方面。此外，作為超聲波檢測(cè)技術(shù)的特殊應(yīng)用，超聲波還可用于材料內(nèi)部組織和特性的表征以及應(yīng)力的測(cè)量；超聲波還可以用來測(cè)量介質(zhì)流量，流速等。2PPT課件1、超聲波檢測(cè)定義和作用一般指超聲波與工件作用，就反射、透射和衍射的波進(jìn)行研究，對(duì)工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。工業(yè)檢測(cè)中，超聲檢測(cè)通常指宏觀缺陷檢測(cè)和材料厚度測(cè)量。3PPT課件作用：

通過超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)工件或設(shè)備中存在的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改進(jìn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、消除安全隱患。

四大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)新興無損檢測(cè)技術(shù)

RT射線檢測(cè)ET渦流檢測(cè)

UT超聲波檢測(cè)AE聲發(fā)射檢測(cè)

MT磁粉檢測(cè)TOFD衍射超聲檢測(cè)

PT滲透檢測(cè)超聲波相控陣檢測(cè)

UGW超聲導(dǎo)波檢測(cè)

EMAT電磁超聲檢測(cè)紅外熱像4PPT課件2、超聲波檢測(cè)發(fā)展簡(jiǎn)史利用超聲波來進(jìn)行無損檢測(cè)始于20世紀(jì)30年代。1929年，前蘇聯(lián)人首先提出了用超聲波檢測(cè)金屬物體內(nèi)部缺陷的建議。并于第二次世界大戰(zhàn)后研制成第一種穿透式檢測(cè)儀器對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)。這種方法檢測(cè)靈敏度低，應(yīng)用范圍小，所以，不久這種儀器就被淘汰了。5PPT課件20世紀(jì)40年代，美國(guó)的Firestone首次介紹了脈沖回波式超聲檢測(cè)儀，利用該技術(shù)，超聲波可從物體的一面發(fā)射并接收，且能夠檢測(cè)小缺陷，較準(zhǔn)確的確定其位置及深度，評(píng)定其尺寸。隨后，由美國(guó)和英國(guó)開發(fā)出了A型脈沖回波式超聲檢測(cè)儀，并逐步用于鍛鋼和厚鋼板的檢測(cè)。

20世紀(jì)60年代，超聲檢測(cè)儀在靈敏度、分辨率和放大器線性等主要性能上取得了突破性進(jìn)展，焊縫檢測(cè)問題得到了很好的解決。脈沖回波技術(shù)至今仍是通用性最好、使用最廣泛的一種超聲檢測(cè)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，超聲檢測(cè)發(fā)展為一個(gè)有效而可靠的無損檢測(cè)手段，并得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。6PPT課件

隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)檢測(cè)效率和檢測(cè)可靠性要求的不斷提高，人們要求超聲檢測(cè)更加快速，缺陷的顯示更加直觀，對(duì)缺陷的描述更加準(zhǔn)確。因此，原有的以A型顯示手工操作為主的檢測(cè)方式不再能夠滿足要求。7PPT課件20世紀(jì)70年代，英國(guó)人M.G.Silk提出衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）。TOFD是一種利用超聲波衍射現(xiàn)象、利用缺陷端點(diǎn)的衍射波信號(hào)檢測(cè)或測(cè)定缺陷尺寸的超聲檢測(cè)技術(shù)，近幾年來在歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家開始廣泛應(yīng)用。8PPT課件20世紀(jì)80年代以來，超聲波檢測(cè)設(shè)備得到快速發(fā)展，對(duì)于規(guī)則的板、棒類等大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展了自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，配備了自動(dòng)報(bào)警、記錄等裝置，發(fā)展了B型顯示和C型顯示。與此同時(shí)，對(duì)缺陷的定性定量評(píng)價(jià)的研究得到了較大的進(jìn)展，利用超聲波技術(shù)進(jìn)行材料特性評(píng)價(jià)也成為了重要的研究方向。9PPT課件

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，超聲檢測(cè)設(shè)備不斷向小型化、智能化方向改進(jìn)，并于20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了數(shù)字式超聲儀器。目前，數(shù)字式儀器已日益成熟，正逐漸取代模擬式儀器成為主流產(chǎn)品。檢測(cè)技術(shù)也得到飛速發(fā)展，如超生三維成像，導(dǎo)波技術(shù)，電磁超生技術(shù)等。10PPT課件我國(guó)超聲檢測(cè)的發(fā)展歷史

1950~1982年起步儀器：汕頭生產(chǎn)8A、8B、8C1982年1990發(fā)展儀器：汕頭生產(chǎn)CTS-22、CTS-23、CTS-26、CTS-33、CTS-361990~至今數(shù)字超聲時(shí)代代表：武漢中科（1988）HS-系列南通友聯(lián)PXUT-系列汕頭超聲CTS-系列北京七星11PPT課件2、超聲波檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1次聲波、聲波、超聲波

次聲波、聲波、超聲波都是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，同一波型在同一介質(zhì)中傳播的速度相同，它們的區(qū)別在于頻率不同。次聲波：f<20Hz

聲波：能引起人們聽覺的機(jī)械波

20Hz<f<20kHz

超聲波：f>20kHz

超聲波和次聲波，人是聽不到的。超聲檢測(cè)所用的頻率一般在0.5~10MHz之間，對(duì)鋼等金屬材料的檢驗(yàn)，常用的頻率為1~5MHz。如2.5M、5M12PPT課件2.2工業(yè)用超聲波的特點(diǎn)

1）方向性好超聲波是頻率很高、波長(zhǎng)很短的機(jī)械波，在超聲波檢測(cè)中使用的波長(zhǎng)為毫米數(shù)量級(jí)。像光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，從而在被檢工件中發(fā)現(xiàn)缺陷。

2）能量高超聲波的能力（聲強(qiáng)）與頻率的平方成正比。

3）能在界面上產(chǎn)生反射、折射、衍射和波形轉(zhuǎn)換超聲波具有幾何聲學(xué)的特點(diǎn)，在介質(zhì)中直線傳播，遇到界面產(chǎn)生反射、折射、衍射和波形轉(zhuǎn)換。

4）穿透能力強(qiáng)超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時(shí)，能量損失小，傳播距離大，穿透能力強(qiáng)，在一些金屬材料中穿透能力可達(dá)數(shù)米，這是其它檢測(cè)方法無法比擬的。13PPT課件2.3、超聲波檢測(cè)原理超聲波檢測(cè)主要是基于超聲波在工件中的傳播特性，如在遇到聲阻抗不同的兩種介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射，聲波通過材料時(shí)能量會(huì)損失等，以脈沖反射法為例，其原理如下：

1）超聲波探傷儀（聲源）產(chǎn)生高頻電磁振蕩信號(hào)（脈沖波）；

2）高頻電磁振蕩信號(hào)加到超聲波探頭上，產(chǎn)生超聲波；

3）采用一定的方式，如耦合，使超聲波進(jìn)入工件；

4）超聲波在工件中傳播，遇到聲阻抗有差異的界面或缺陷時(shí)部分聲波被反射，反射回來的超聲波被超聲波探頭接收；

14PPT課件5）超聲波探頭把接收到的聲波信號(hào)再轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)傳給超聲波探傷儀；

6）超聲波探傷儀把接收到的脈沖電信號(hào)，進(jìn)行檢波、放大、衰減等一系列的信號(hào)處理，以一定的方式顯示出來；

7）通過分析回波信號(hào)的幅度和位置等信息，從而得到被檢工件中有無缺陷、缺陷的位置、大小等信息。所以，超聲波檢測(cè)既可以定性，又可以定量。15PPT課件TFB被檢工件超聲波探傷儀探頭16PPT課件17PPT課件18PPT課件19PPT課件20PPT課件21PPT課件22PPT課件23PPT課件通常用來發(fā)現(xiàn)缺陷和分析的基本信息：

1）是否存在缺陷的回波信號(hào)及其幅度；

2）缺陷回波信號(hào)的位置或傳播時(shí)間；

3）超聲波通過材料以后能量的衰減。24PPT課件2.4超聲波檢測(cè)方法分類（按原理分類）

1）脈沖反射法根據(jù)反射波的情況來檢測(cè)工件缺陷的方法。波形顯示，不直觀。

2）衍射時(shí)差法（TOFD）利用缺陷部位衍射信號(hào)來檢測(cè)和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲波檢測(cè)方法。圖象顯示。

3）穿透法采用一收一發(fā)雙探頭分別放置在工件相對(duì)的兩端面，依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來檢測(cè)缺陷的方法。

4）共振法利用共振特性檢測(cè)工件厚度變化情況，常用于工件測(cè)厚。（按波形分類）縱波、橫波、表面波、板波、爬波等（按檢測(cè)接觸方式分類）1.直接法、2.液浸法、3.電磁耦合法25PPT課件2.5超聲波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和局限性與其它無損檢測(cè)方法相比的優(yōu)點(diǎn)：

1）適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無損檢測(cè)；

2）穿透能力強(qiáng)，可對(duì)較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)；

3）缺陷定位較準(zhǔn)確；

4）對(duì)面積型缺陷的檢出率較高；

5）靈敏度高，可檢測(cè)工件內(nèi)部很小的缺陷；

6）檢測(cè)成本低、速度快，設(shè)備輕便，對(duì)人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場(chǎng)使用方便等26PPT課件缺點(diǎn)：1）對(duì)缺陷的定性、定量仍需要作進(jìn)一步研究，定性及定量仍然存在困難；2）對(duì)具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外型的工件進(jìn)行超聲波檢測(cè)有困難；3）缺陷的取向、位置和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響；4）工件材質(zhì)、晶粒度對(duì)檢測(cè)有較大影響，影響超聲波的衰減；5）A型脈沖反射法檢測(cè)結(jié)果是波形顯示，不直觀，模擬超聲波探傷儀對(duì)檢測(cè)結(jié)果無直接見證記錄。27PPT課件2.6超聲波檢測(cè)的應(yīng)用范圍超聲波檢測(cè)的應(yīng)用范圍非常廣，從以下幾個(gè)方面講，就可以說明:工件材料：金屬、非金屬和復(fù)合材料等制造工藝：鍛件、鑄件、焊接件、膠結(jié)件等工件形狀：板材、棒材、管材等工件尺寸：厚度小至1mm，大至幾米；缺陷部位：既可以是表面缺陷，又可以是內(nèi)部缺陷。28PPT課件第二章

超聲波檢測(cè)的物理基礎(chǔ)29PPT課件

超聲波是一種機(jī)械波，是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播。該章主要涉及幾何聲學(xué)和物理聲學(xué)的基本定律和概念。幾何聲學(xué)：反射定律、折射定律、波形轉(zhuǎn)換。物理聲學(xué)：波的疊加、干涉、衍射等30PPT課件§1振動(dòng)與波動(dòng)§1－1振動(dòng)物體沿著直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng),稱為機(jī)械振動(dòng).周期T

振動(dòng)物體完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間,稱為振動(dòng)周期.單位：秒（S）頻率f

振動(dòng)特物體在單位時(shí)間內(nèi)完成全振動(dòng)的次數(shù),稱為振動(dòng)頻率.單位：赫茲（Hz）周期和頻率互為倒數(shù)關(guān)系，即T＝1/f諧振（簡(jiǎn)諧振動(dòng)）最簡(jiǎn)單最基本的直線振動(dòng)稱為諧振.其特點(diǎn)是物體受到的回復(fù)力大小與位移成正比,其方向總是指向平衡位置.31PPT課件圖1.1質(zhì)點(diǎn)諧振動(dòng)參考圖

質(zhì)點(diǎn)諧振動(dòng)等效圖32PPT課件簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)的水平位移和時(shí)間t的關(guān)系式：y=Acos(ωt+φ)其中：A：振幅，最大水平位移

ω：圓頻率，ω=2πf=2π/T

φ：初相位，即t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)的相位

ωt+φ：質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)刻的相位簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程描述了諧振動(dòng)物體在任意時(shí)刻的位移情況。33PPT課件阻尼振動(dòng)在機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，由于受到摩擦力或其他阻力的作用，系統(tǒng)的能量會(huì)不斷損耗，質(zhì)量振動(dòng)的振幅逐漸減小，以至于振動(dòng)停止。所以，阻尼振動(dòng)是一個(gè)比較普遍情況，也稱為衰減振動(dòng)。(不符合機(jī)械能守恒)34PPT課件受迫振動(dòng)由于振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的阻尼作用，能量逐漸消耗，因初始激發(fā)引起的自由振動(dòng)，將因?yàn)槟芰恐饾u損耗，振動(dòng)逐漸減弱，以至運(yùn)動(dòng)停止。要維持振動(dòng)必須由另一系統(tǒng)不斷給以激發(fā)，即不斷地補(bǔ)充能量，這種由外加作用維持的振動(dòng)，稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。(不符合機(jī)械能守恒)y=Acos(Pt+φ)其中：A：振幅，最大水平位移

P：策動(dòng)力的圓頻率T

φ：初相位35PPT課件§1－2波動(dòng)振動(dòng)的傳播過程，成為波動(dòng)。波動(dòng)分為機(jī)械波和電磁波兩大類。

機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過程。如水波、聲波、超聲波等。

電磁波是交變電磁場(chǎng)在空間的傳播過程。如無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。超聲波是機(jī)械波，因此下面只討論機(jī)械波。36PPT課件物質(zhì)的彈性模型37PPT課件

彈性介質(zhì)：這種質(zhì)點(diǎn)間以彈性力聯(lián)系在一起的介質(zhì)稱為彈性介質(zhì)。一般固體、液體、氣體都可視為彈性介質(zhì)。

機(jī)械波的產(chǎn)生：彈性介質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)就會(huì)引起鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)又會(huì)引起較遠(yuǎn)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，于是振動(dòng)就以一定的速度由近及遠(yuǎn)地向各個(gè)方向傳播開來，從而就形成了機(jī)械波。38PPT課件

機(jī)械波：是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過程.

機(jī)械波必須具備以下兩個(gè)條件:1）要有作機(jī)械振動(dòng)的波源；2）能傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)。振動(dòng)與波動(dòng)是互相關(guān)聯(lián)的，振動(dòng)是產(chǎn)生波動(dòng)的根源，波動(dòng)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播。波動(dòng)中介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)并不隨波前進(jìn)，只是以交變的振動(dòng)速度在各自的平衡位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)。波動(dòng)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播過程，也是振動(dòng)能量的傳播過程。這種能量的傳播，不是靠質(zhì)點(diǎn)的遷移來實(shí)現(xiàn)的，而是由各質(zhì)點(diǎn)的位移連續(xù)變化來逐漸傳播出去的。39PPT課件機(jī)械波的主要物理量

波長(zhǎng)：λ

單位：mm、m

同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離.或者說：沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的同相位質(zhì)點(diǎn)間的距離。頻率：f單位：赫茲（Hz）波動(dòng)過程中,任一給定點(diǎn)在1秒鐘內(nèi)所通過的完整波的個(gè)數(shù).波速：C單位：m/skm/s

波動(dòng)中,波在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離稱為波速.

40PPT課件C=λf或λ=C/f波長(zhǎng)與波速成正比，與頻率成反比。當(dāng)頻率一定時(shí)，波速愈大，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)；當(dāng)波速一定時(shí)，頻率愈低，波長(zhǎng)就愈長(zhǎng)。41PPT課件§2波的類型1、根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向分類根據(jù)波動(dòng)傳播時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相對(duì)于波的傳播方向的不同,可將波動(dòng)分為縱波、橫波、表面波和板波等.

縱波：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向平行。用L表示，又稱壓縮波或疏密波。當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變正應(yīng)力作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮形變，從而形成縱波。這時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)疏密相間，故縱波又稱為壓縮波或疏密波。

42PPT課件

凡能承受拉伸或壓縮應(yīng)力的介質(zhì)都能傳播縱波。所以，縱波可以在固體、液體和氣體中傳播。43PPT課件橫波：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直。用S表示

當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變的剪切應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生切變變形，從而形成橫波。只有固體能夠承受剪切應(yīng)力，液體和氣體不能承受剪切應(yīng)力，因此，橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體中傳播。44PPT課件

表面波：當(dāng)介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?。用R表示，表面波是瑞利在1887年首次提出的，因此，表面波又稱瑞利波。

45PPT課件

表面波在介質(zhì)表面?zhèn)鞑r(shí)，質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)，橢圓長(zhǎng)軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向。橢圓運(yùn)動(dòng)可以視為縱向振動(dòng)與橫向振動(dòng)的合成，即縱波和橫波的合成。所以，表面波和橫波一樣，只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體中傳播。表面波只能在固體表面?zhèn)鞑?。表面波的能量隨傳播深度的增加而迅速減弱。一般認(rèn)為，表面波檢測(cè)只能發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)的缺陷。46PPT課件各種類型波的比較波的類型質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)特點(diǎn)傳播介質(zhì)應(yīng)用縱波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向平行于波傳播方向固、液、氣體介質(zhì)鋼板、鍛件檢測(cè)等橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳播方向固體介質(zhì)焊縫、鋼管檢測(cè)等表面波質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)，橢圓長(zhǎng)軸垂直波傳播方向，短軸平行于波傳播方向固體介質(zhì)鋼管檢測(cè)等47PPT課件2、按波的形狀分類波的形狀（波形）是指波陣面的形狀。

波陣面：同一時(shí)刻，介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所聯(lián)成的面稱為波陣面。

波前：某一時(shí)刻，波動(dòng)所到達(dá)的空間各點(diǎn)聯(lián)成的面積稱為波前。

波線：波的傳播方向稱為為波線。由以上定義可知，波前是最前面的波陣面。任意時(shí)刻，波前只有一個(gè)，而波陣面卻有很多。在各向同性的介質(zhì)中，波線恒垂直于波陣面或波前。據(jù)波陣面形狀不同，可以把不同波源發(fā)出的波分為平面波、柱面波和球面波。48PPT課件（1）平面波波陣面為互相平行的平面的波稱為平面波。平面波的波源為一個(gè)平面。尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的剛性平面波源在各向同性的均勻介質(zhì)中輻射的波可視為平面波。平面波波束不擴(kuò)散，平面波各質(zhì)點(diǎn)振幅是一個(gè)常數(shù)，不隨距離而變化。49PPT課件50PPT課件（2）柱面波波陣面為同軸圓柱面的波稱為柱面波。柱面波的波源為一條線。長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的線狀波源在各向同性的介質(zhì)中輻射的波可視為柱面波。柱面波波束向四周擴(kuò)散，柱面波各質(zhì)點(diǎn)的振幅與距離平方根成反比。51PPT課件52PPT課件（3）球面波波陣面為同心圓的波稱為球面波。球面波的波源為一點(diǎn)。尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的點(diǎn)波源在各向同性的介質(zhì)中輻射的波可視為球面波。球面波波束向四面八方擴(kuò)散，球面波各質(zhì)點(diǎn)的振幅與距離成反比。實(shí)際應(yīng)用的超聲波探頭中的波源近似活塞振動(dòng)，在各向同性的介質(zhì)中輻射的波稱為活塞波。當(dāng)距離源的距離足夠大時(shí)，活塞波類似于球面波。53PPT課件54PPT課件3、按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類根據(jù)波源振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，將波動(dòng)分為連續(xù)波和脈沖波。（1）連續(xù)波波源持續(xù)不斷地振動(dòng)所輻射的波稱為連續(xù)波。超聲波穿透法檢測(cè)常采用連續(xù)波。55PPT課件（2）脈沖波波源振動(dòng)持續(xù)時(shí)間很短（通常是微秒數(shù)量級(jí)），間歇輻射的波稱為脈沖波。目前超聲波檢測(cè)中廣泛采用的就是脈沖波。56PPT課件§3超聲波的傳播速度

超聲波在介質(zhì)中的傳播速度是表征介質(zhì)聲學(xué)特性的重要參數(shù)。超聲波、次聲波和聲波都是機(jī)械波，在同一介質(zhì)中的傳播速度是相同的。超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的彈性模量和密度有關(guān)。

超聲波的傳播速度與下列因素有關(guān)：

1）介質(zhì)：彈性模量、密度、彈性變形形式、尺寸大小、均勻性等

2）超聲波的波型：如縱波、橫波與表面波等

3）超聲波本身的性質(zhì)：C=λf4）溫度:一般固體中的聲速隨介質(zhì)溫度升高而降低。57PPT課件§3-1無限大固體介質(zhì)中的聲速縱波聲速：橫波聲速：表面波聲速：E：介質(zhì)的楊氏彈性模量；μ：介質(zhì)的泊松比；ρ：介質(zhì)密度G：介質(zhì)的切變彈性模量58PPT課件由以上三式可知：1）固體介質(zhì)中的聲速與介質(zhì)的密度和彈性模量等有關(guān)，不同的介質(zhì)聲速不同；介質(zhì)的彈性模量愈大，密度愈小，則聲速愈大。2）聲速與波的類型有關(guān)，在同一種固體介質(zhì)中，縱波、橫波和表面波的聲速各不相同，并存在如下關(guān)系：CL>CS>CR

對(duì)于鋼材:CL:CS:CR=1.8:1:0.959PPT課件§3-2細(xì)長(zhǎng)棒中的縱波聲速CLb

細(xì)長(zhǎng)棒中(棒徑d≤λ)縱波的聲速與無限大介質(zhì)中的縱波聲速不同.固體介質(zhì)中的聲速與介質(zhì)溫度、應(yīng)力、均勻性有關(guān)。一般固體中的聲速隨介質(zhì)溫度升高而降低。一般應(yīng)力增加，聲速增加。60PPT課件§3-3液體、氣體介質(zhì)中縱波聲速B:液體、氣體介質(zhì)的容變彈性模量，表示產(chǎn)生單位容積相對(duì)變化量所需的壓強(qiáng)；ρ：液體、氣體介質(zhì)的密度幾乎除水以外的所有液體當(dāng)溫度升高時(shí)，容變彈性模量減小，聲速降低。水是溫度在74攝氏度左右時(shí)聲速達(dá)最大值。61PPT課件§3-4聲速測(cè)量探傷儀測(cè)量法測(cè)厚儀測(cè)量法示波器測(cè)量法62PPT課件§4波的疊加、干涉、衍射和惠更斯原理§4-1波的疊加原理幾列波相遇后仍保持自已原有的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等特性并按原來的傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，好象在各自的途中沒有遇到其他波一樣，這就是波的疊加原理。又稱波的獨(dú)立性原理。波的迭加現(xiàn)象可以從許多事實(shí)觀察到，如兩石子落水，可以看到兩個(gè)以石子入水處為中心的圓形水波的迭加情況和相遇后兩波仍按原來的方向進(jìn)行傳播的情況。63PPT課件§4-2波的干涉兩列頻率相同，振動(dòng)方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇時(shí)，介質(zhì)中某些地方的振動(dòng)互相加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)互相減弱或完全抵消的現(xiàn)象叫做波的干涉現(xiàn)象。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的波較相干波。波的干涉是一種特殊狀態(tài)下的波的疊加。駐波兩列振幅相同的相干波在同一直線上沿相反方向傳播時(shí)互相疊加而成的波，稱為駐波駐波是波的干涉的特例。64PPT課件§4-3惠更斯原理波動(dòng)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，如果介質(zhì)是連續(xù)的，那么介質(zhì)中任何質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)都將引起鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)又會(huì)引起較遠(yuǎn)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，因此波動(dòng)中任何質(zhì)點(diǎn)都可以看作是新的波源。據(jù)此惠更斯于1690年提出了著名的惠更斯原理：介質(zhì)中波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可以看作是發(fā)射子波的波源，在其后任意時(shí)刻這些子波的包跡就決定新的波陣面。利用惠更斯原理可以確定波前的幾何形狀和波的傳播方向?？梢越忉尣ǖ姆瓷洹⒄凵浼把苌涞痊F(xiàn)象。65PPT課件惠更斯原理圖66PPT課件§4-4波的衍射波在傳播過程中遇到與波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)恼系K物時(shí)，能繞過障礙物邊緣改變方向繼續(xù)前進(jìn)的現(xiàn)象，稱為波的衍射或波的繞射。波的衍射現(xiàn)象是衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）的物理基礎(chǔ)。67PPT課件波的衍射68PPT課件

波的衍射和障礙物的尺寸Df及波長(zhǎng)λ的相對(duì)大小有關(guān).當(dāng)Df

>>λ時(shí),反射強(qiáng),繞射弱,幾乎全反射;當(dāng)Df

<<λ時(shí),反射弱,繞射強(qiáng),缺陷回波很低,容易出現(xiàn)漏檢.

超聲波探傷的靈敏度約為λ/2例:對(duì)鋼,頻率f=2.5MHz,根據(jù)C=λf

縱波聲速CL=5900m/sλL=2.36mm

橫波聲速CS=3230m/sλS=1.29mm

在頻率相同的條件下,橫波的檢測(cè)靈敏度高于縱波的檢測(cè)靈敏度.

相同介質(zhì)中,提高工作頻率可以檢出較小的缺陷.69PPT課件

衍射對(duì)探傷有利的方面:

由于波的衍射,使超聲波產(chǎn)生晶粒繞射順利地在介質(zhì)中傳播.

衍射對(duì)探傷不利的方面:

由于波的衍射,使一些小的缺陷回波顯著下降,以致造成漏檢.70PPT課件§5超聲場(chǎng)的特征值

超聲場(chǎng)：充滿超聲波的空間或超聲振動(dòng)所波及的部分介質(zhì)。超聲場(chǎng)具有一定的形狀和大小，只有當(dāng)缺陷位于超聲場(chǎng)內(nèi)時(shí)，才有可能被發(fā)現(xiàn)。超聲場(chǎng)的特征值主要有：聲壓、聲強(qiáng)和聲阻抗。71PPT課件§5-1聲壓定義:超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一時(shí)刻所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差,稱為該點(diǎn)的聲壓.P=P1-P0

聲壓的單位:帕斯卡Pa,微帕斯卡μPa72PPT課件聲壓公式超聲場(chǎng)中t時(shí)刻,離振源距離x點(diǎn)的聲壓:

P=-ρcAωsinω(t-x/c)=-Pmsinω(t-x/c)聲壓的幅值:Pm=ρcAω=ρcμμ:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度,μ=ωA=2πfA

質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度μ和波速c不同！聲壓的幅值與介質(zhì)的密度、聲速和頻率成正比。超聲波探傷儀示波屏上的波高與聲壓成正比。聲壓是一個(gè)矢量，有方向，表示力的概念。73PPT課件§5-2聲阻抗

超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比稱為聲阻抗。Z=P/μ=ρc

由μ

=P/Z不難看出，在相同聲壓下，Z增加，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度μ下降，因此，聲阻抗Z可以理解為介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。聲阻抗的大小等于介質(zhì)的密度與波速的乘積。一般材料的聲阻抗隨溫度升高而降低。因?yàn)槎鄶?shù)材料密度和聲速隨溫度增加而減小74PPT課件§5-3聲強(qiáng)

I單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強(qiáng)。由以上公式可知：1）聲強(qiáng)與頻率f的平方成正比，超聲波的頻率遠(yuǎn)大于聲波，因此，超聲波的聲強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲波的聲強(qiáng)。這是超聲波用于檢測(cè)的重要原因。2）在同一介質(zhì)中，聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比，與聲阻抗成反比。

大炮的聲強(qiáng)，已經(jīng)震耳欲聾，超聲波的聲強(qiáng)可達(dá)，比大炮的聲強(qiáng)高出，9個(gè)數(shù)量級(jí)！75PPT課件§6分貝

在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所遇到的聲強(qiáng)數(shù)量級(jí)往往相差懸殊，如引起聽覺的聲強(qiáng)范圍，最大值和最小值相差12個(gè)數(shù)量級(jí)。顯然采用絕對(duì)量來度量是不方便的，但如果對(duì)其比值（相對(duì)量）取對(duì)數(shù)來比較計(jì)算則可大大簡(jiǎn)化運(yùn)算。分貝就是兩個(gè)同量綱的量之比取常用對(duì)數(shù)后的結(jié)果。76PPT課件

在超聲波檢測(cè)中，當(dāng)超聲波探傷儀的垂直線性較好時(shí)，儀器示波屏上的波高與回波聲壓成正比。這時(shí)有△=20lgP2/P1＝20lgH2/H1

（dB）這里聲壓基準(zhǔn)P1或波高基準(zhǔn)H1可以任意選取。當(dāng)H2/H1＝1時(shí)，△＝0dB，說明兩波高相等時(shí)，二者的分貝差為零。當(dāng)H2/H1＝2時(shí)，△＝6dB，說明H2為H1的兩倍時(shí)，H2比H1高6dB。當(dāng)H2/H1＝1/2時(shí)，△＝－6dB，說明H2為H1的1/2時(shí)，H2比H1低6dB。77PPT課件

分貝用于表示兩個(gè)相差很大的量之比顯得很方便，特別是在超聲波檢測(cè)中應(yīng)用更廣泛。例如示波屏上兩波高的比較就常常用dB表示。例1：示波屏上一波高為80%，另一波高為20%，問前者比后者高多少dB？解：△＝20lgH2/H1＝20lg80/20＝12（dB）答：前者比后者高12dB。78PPT課件例2：示波屏上有A、B、C三個(gè)波，其中A波比B波高3dB，C波比B波低3dB，已知B波高為50%，求A、C各為多少？解：由已知得△＝20lgA/B＝3；

lgA/B=0.15；A/B=1.41；

A=1.41B＝1.41×50＝70.6%

又△＝20lgC/B＝－3；

lgC/B=－0.15；

C/B=１／1.41;C=B/1.41=50/1.41=35.4%答：A、C分別為70.6%和35.4%。79PPT課件用分貝值表示反射波幅度的相互關(guān)系，不僅可以簡(jiǎn)化運(yùn)算，而且在確定基準(zhǔn)波高以后，可直接用儀器衰減器的讀數(shù)表示缺陷波相對(duì)波高。因此，分貝概念的引用對(duì)超聲檢測(cè)有很重要的實(shí)用價(jià)值。如果對(duì)聲壓取自然對(duì)數(shù)，則單位就是奈培所以1NP=8.68dB80PPT課件§7超聲波垂直入射到界面時(shí)的反射與透射§7－1單一平界面的反射與透射P0(I0)Z1Z2Pr(Ir)Pt(It)第一介質(zhì)第二介質(zhì)81PPT課件聲壓反射率：r=Pr/P0聲壓透射率：t=Pt/P0界面兩側(cè)的聲波必須滿足以下兩個(gè)條件：1）界面兩側(cè)的總聲壓相等Pr＋P0＝

Pt

2）界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值相等μ0–μr=μt由μ＝P/Z

(P0-Pr)/Z1=

Pt/Z2

由以上兩個(gè)條件可得：

1＋r=t(1-r)/Z1=t/Z2

82PPT課件聲強(qiáng)反射率：

R==r=()聲強(qiáng)透射率：

T==t–r=1T+R=1

下面討論幾種常見界面上聲壓和聲強(qiáng)的反射和透射情況IrI022Z2-Z1Z1+Z2ItI04Z1Z2(Z1+Z2)283PPT課件（1）當(dāng)Z2>Z1如水/鋼

r=(Z2-Z1)/

(Z1+Z2)>0,反射聲壓Pr

和入射聲壓

P0同相位，界面上入射波和反射波疊加形成駐波，合成聲壓最大Pr＋P0

水/鋼界面：r=0.935R=0.875t=1.935T=0.125

84PPT課件平面波垂直到水/鋼界面(Z2＞Z1)

85PPT課件（2）當(dāng)Z1>Z2如鋼/水

r=(Z2-Z1)/

(Z1+Z2)<0,反射聲壓Pr

和入射聲壓

P0相位相反，入射波和反射波合成聲壓振幅減小鋼/水界面：r=－0.935R=0.875t=0.065T=0.125

超聲波垂直入射到某一界面時(shí)的聲強(qiáng)反射率與透射率與從何種介質(zhì)入射無關(guān)。86PPT課件平面波垂直到鋼/水界面(Z1＞Z2)

87PPT課件（3）當(dāng)Z1>>Z2如鋼/空氣鋼/空氣界面：r≈-1t≈0t–r=1R≈1T≈0R+T=1

表明：當(dāng)入射波聲阻抗遠(yuǎn)大于透射波介質(zhì)聲阻抗時(shí)，聲壓反射率趨于－1，透射率趨于0，聲壓幾乎全反射，無透射。

探傷中，探頭與工件間如不施加耦合劑，則形成固/氣界面，超聲波無法進(jìn)入工件。（4）當(dāng)Z1≈Z2如鋼板和焊縫

r≈0t≈1R≈0T≈1

超聲波垂直入射的聲阻抗相差很近的界面時(shí)，幾乎全透射，無反射。

在焊縫探傷中，母材和填充焊縫金屬，聲阻抗非常接近，若沒有任何缺陷，是不會(huì)產(chǎn)生界面回波的。88PPT課件以上討論的超聲波縱波垂直入射到第一平界面上的聲壓、聲強(qiáng)反射率和透射率公式同樣適用于橫波入射的情況，但必須注意的是在橫波入射到固體/液體或固體/氣體界面上，橫波全反射。因?yàn)闄M波不能在液體和氣體中傳播。89PPT課件例：超聲波垂直入射至水/鋼界面，已知水的聲速CL1=1500m/s,密度為1000kg/m3，鋼中聲速CL2=5900m/s,Cs2=3230m/s,密度為7800kg/m3，試計(jì)算界面聲壓反射率r、聲壓投射率t、聲強(qiáng)反射率R和聲強(qiáng)透射率T？90PPT課件解：根據(jù)聲阻抗定義：Z=ρc

水的聲阻抗：Z1=ρ1cL1

=1000kg/m3×1500m/s

＝鋼的聲阻抗：Z2=ρ2cL2

=7800kg/m3×5900m/s

＝91PPT課件§7－2薄層界面的反射率與透射率

薄層：耦合層、缺陷薄層Z3Z2Z1d2d2>>超聲波脈沖寬度d2

≈超聲波脈沖寬度92PPT課件1、均勻介質(zhì)中的異質(zhì)薄層(Z1=Z3≠Z2)93PPT課件聲壓反射率和聲壓透射率不僅與介質(zhì)聲阻抗和薄層聲阻抗有關(guān)，而且還與

有關(guān)。（1）當(dāng)

r≈0,t≈1

即薄層厚度為其半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),超聲波全透射,幾乎無反射,好象不存在異質(zhì)薄層一樣.這種透聲層叫半波透聲層。（2）當(dāng)

r≈1,t≈0

即當(dāng)異質(zhì)薄層厚度等于其四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),聲壓透射率最低,聲壓反射率最高.94PPT課件鋼和鋁中氣隙、水隙聲壓透射率95PPT課件鋼和鋁中氣隙、水隙聲壓反射率96PPT課件（1）當(dāng)f＝1MHZ時(shí)，鋼中厚度為d=mm的氣隙幾乎100％反射。兩塊緊貼在一起的十分精密的鋼塊之間的間隙也有mm?？梢姵暡▽?duì)檢測(cè)含有氣體介質(zhì)的裂紋等面積型缺陷的靈敏度是很高的。（2）當(dāng)材料中的氣隙或水隙厚度一定時(shí)，頻率增加，聲壓反射率隨著增加。例：對(duì)鋼中氣隙d=mm時(shí)，f=1MHz,r=20%；

f=5MHz,r=60%

提高超聲波探傷頻率對(duì)于提供探傷靈敏度是有利的。

97PPT課件2、薄層兩側(cè)介質(zhì)不同的雙界面(Z1≠Z3≠Z2)

例如：晶片－保護(hù)膜－工件；有機(jī)玻璃－耦合層－工件薄層的聲強(qiáng)透射率T為：98PPT課件（1）當(dāng)時(shí)，當(dāng)薄層厚度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),通過薄層的聲強(qiáng)透射率與薄層的性質(zhì)無關(guān);（2）當(dāng)時(shí)，且

當(dāng)薄層厚度等于四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),聲強(qiáng)透射率等于1，超聲波全透射。這對(duì)于直探頭保護(hù)膜設(shè)計(jì)具有重要的理論指導(dǎo)意義。99PPT課件§7－3聲壓往復(fù)透射率在超聲波單探頭檢測(cè)中，探頭兼作發(fā)射和接收超聲波。探頭發(fā)出的超聲波透過界面進(jìn)入工件，在固/氣界面產(chǎn)生全反射后再次通過同一界面被探頭接收。這時(shí)探頭接收到的回波聲壓Pa與入射波聲壓P0之比，稱為聲壓往復(fù)透射率T往

100PPT課件P0PtPtPaZ1Z2Z空氣=0101PPT課件

1、往復(fù)透射率高，探傷靈敏度高，反之，探傷靈敏度低。

2、聲壓往復(fù)透射率與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，與從何種介質(zhì)入射到界面無關(guān)。

3、界面兩側(cè)的介質(zhì)聲阻抗相差愈小，聲壓往復(fù)透射率就愈高，反之就愈低。102PPT課件§8超聲波斜入射到界面時(shí)的反射與折射§8－1波型轉(zhuǎn)換與反射、折射定律

波型轉(zhuǎn)換：當(dāng)超聲波斜入射的界面時(shí)，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射外，還會(huì)產(chǎn)生不同類型的反射和折射。幾何光學(xué)三定律：1、在均勻介質(zhì)中光線沿直線傳播；2、入射角＝反射角；入射線、反射線、折射線在同一平面內(nèi)；3、入射角α和折射角β滿足：

n:折射率103PPT課件縱波入射Z1Z2LαL104PPT課件

根據(jù)反射、折射定律：

同一介質(zhì)中縱波的聲速不變,因此=

同一介質(zhì)中縱波的聲速大于橫波的聲速，因此>,>

105PPT課件第一臨界角：

當(dāng)CL2>CL1

時(shí)，βL>αL,隨著αL

增大,βL

也增大，當(dāng)βL

＝90°時(shí)，所對(duì)應(yīng)的縱波入射角,α1第二臨界角：

106PPT課件（1）當(dāng)縱波入射角小于第一臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中既有縱波又有橫波；（2）當(dāng)縱波入射角介于第一臨界角和第二臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中只有橫波，沒有縱波，這就是常用橫波斜探頭的制作原理。（3）當(dāng)縱波入射角大于等于第二臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中即沒有縱波也沒有橫波，這是其介質(zhì)的表面存在表面波，這就是常用表面波探頭的制作原理。107PPT課件例如，縱波傾斜入射到有機(jī)玻璃/鋼界面時(shí)，有機(jī)玻璃中：CL1=2730m/s，鋼中CL2=5900m/s，CS2=3230m/s。則第一、二臨界角分別為：由此可見有機(jī)玻璃橫波探頭αL=27.6°～57.7°，有機(jī)玻璃表面波探頭αL≥57.7°108PPT課件橫波入射Z1Z2S109PPT課件橫波入射反射、折射定律第三臨界角：當(dāng)橫波入射角增大到一定程度，反射縱波沿著界面?zhèn)鞑?，這時(shí)所對(duì)應(yīng)當(dāng)橫波入射角為第三臨界角。當(dāng)橫波入射角大于等于第三臨界角時(shí)，第一介質(zhì)中只有反射橫波，沒有反射縱波，即橫波全反射。

110PPT課件例：對(duì)鋼/空氣界面＝5900m/s,=3230m/s,

=33.2當(dāng)時(shí)，鋼中橫波全反射。111PPT課件LαLS有機(jī)玻璃晶片鋼112PPT課件§8－2聲壓反射率

超聲波反射、折射定律只討論了各種反射波、折射波的方向問題，未涉及聲壓反射率和透射率問題。由于傾斜入射時(shí)，聲壓反射率、透射率不僅與介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，而且與入射角有關(guān)，其理論計(jì)算公式十分復(fù)雜，因此這里只介紹由理論計(jì)算結(jié)果繪制的曲線圖形。113PPT課件1、縱波斜入射到鋼/空氣界面的反射如圖所示，當(dāng)縱波傾斜入射到鋼/空氣界面時(shí)，縱波聲壓反射率rLL與橫波聲壓反率rLS

隨入射角αL而變化。當(dāng)αL=60°左右時(shí)，rLL很低，rLS很高。原因是縱波傾斜入射，當(dāng)αL=60°左右時(shí)產(chǎn)生一個(gè)較強(qiáng)的變型反射橫波。鋼空氣LL'S'αL114PPT課件rLSrLL20406080αLrLL0.21.00.40.80.6rLS115PPT課件2、橫波斜入射到鋼/空氣界面的反射如圖所示，橫波傾斜入射到鋼/空氣界面，橫波聲壓反射率rSS

與縱波聲壓反射率rSL

隨入射角而變化。當(dāng)=30°左右時(shí)，rSS很低，rSL較高。當(dāng)≥33.2°（αⅢ）時(shí)，rSS=100％，即鋼種橫波全反射。鋼空氣SL'S'αS116PPT課件20406080αsrSS0.21.00.40.80.6rSLrSSrSL33.2αⅢ117PPT課件§8－3斜入射時(shí)的聲壓往復(fù)透射率

βPtPtP0Paα118PPT課件

聲壓往復(fù)透射率：超聲波傾斜入射，折射波全反射，探頭接收到的回波聲壓Pa與入射波聲壓P0之比。超聲波探傷中，常用的是反射法，超聲波往復(fù)通過同一探測(cè)面，因此，聲壓往復(fù)透射率才具有實(shí)際意義。119PPT課件水/鋼界面聲壓往復(fù)透射率下圖為縱波傾斜入射至水/鋼界面時(shí)的聲壓往復(fù)透射率與入射角的關(guān)系曲線。當(dāng)縱波入射角αL＜14.5°（αⅠ）時(shí)，折射縱波的往復(fù)透射率TLL不超過13%，折射橫波的往復(fù)透射率TLS小于6％。當(dāng)αL=14.5～27.27°（αⅡ）時(shí)，鋼中沒有折射縱波，只有折射橫波，其折射橫波的往復(fù)透射率TLS最高不到20％。實(shí)際檢測(cè)中水浸檢測(cè)鋼材就屬于這種情況。120PPT課件121PPT課件有機(jī)玻璃/鋼界面上的聲壓往復(fù)透射率下圖為縱波傾斜入射至有機(jī)玻璃/鋼界面時(shí)往復(fù)透射率與入射角之間的關(guān)系曲線。當(dāng)αL＜27.6°（αⅠ）時(shí)，折射縱波的往復(fù)透射率TLL不超過小于25％，折射橫波的往復(fù)透射率TLS小于10％。當(dāng)αL=27.6°～57.7°（αⅡ）時(shí)，鋼中只有折射橫波，無折射縱波。折射橫波的往復(fù)透射率TLS最高不超過30％。這時(shí)所對(duì)應(yīng)的αL≈30，βS≈37°。實(shí)際檢測(cè)中有機(jī)玻璃橫波探頭檢測(cè)鋼材就屬于這種情況。122PPT課件有機(jī)玻璃/鋼界面上的聲壓往復(fù)透射率123PPT課件§8－4端角反射端角反射：超聲波在兩個(gè)平面構(gòu)成的直角內(nèi)的反射叫做端角反射。124PPT課件§8－4端角反射

P0Paαβ橫波斜探頭125PPT課件126PPT課件端角反射率：回波聲壓Pa與入射波聲壓P0之比.T端＝Pa/P0鋼/空氣界面上鋼中的端角反射率。下圖可知，縱波入射時(shí)，端角反射率都很低，這是因?yàn)榭v波在端角的兩次反射中分離出較強(qiáng)的橫波。127PPT課件鋼/空氣界面上鋼中的端角反射率－橫波入射時(shí)128PPT課件橫波入射時(shí)，入射角αS=30°或60°附近時(shí)，端角反射率最低。αS在35°～55°時(shí)端角反射率達(dá)100％，實(shí)際工作中，橫波檢測(cè)焊縫單面焊根部未焊透的情況就類似于這種情況，當(dāng)橫波入射角αS（等于橫波探頭的折射角βS）=35°～55°，即K=tgβS=0.7～1.43時(shí)，檢測(cè)靈敏度最高。當(dāng)βS=56°，即K=1.5時(shí)，檢測(cè)靈敏度較低，可能引起漏檢。129PPT課件130PPT課件

超聲波是一種頻率很高波長(zhǎng)很短的機(jī)械波，當(dāng)超聲波入射到曲界面上時(shí)，與可見光入射到曲界面上的情況相似，具有聚焦和發(fā)散的特性。而且，由于超聲波在界面上會(huì)產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換，因此超聲波的聚焦與發(fā)散更為復(fù)雜。為了便于討論，這里不考慮波型轉(zhuǎn)換存在。超聲波在遇到曲界面時(shí)的聚集與發(fā)散，與入射波的波形，曲界面兩側(cè)的聲速等因素有關(guān)，存在多種可能性。下面就超聲波檢測(cè)中經(jīng)常遇到的情況，作簡(jiǎn)單的介紹?！?超聲波聚焦與發(fā)散131PPT課件§9－1聲壓距離公式1、平面波平面波不擴(kuò)散，而是相互平行，因此，聲壓不隨距離而擴(kuò)散。2、球面波球面波的波振面為同心球面，超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓與該點(diǎn)至波源的距離成反比。P0：初始聲壓X：某點(diǎn)至波源的距離132PPT課件3、柱面波

柱面波的波振面為同軸柱面，聲壓與距離的平方根成反比。133PPT課件§9－2球面波在平界面上的反射與折射1、球面波在單一平界面上的反射球面波入射到平界面上,其反射波仍為球面波,且波源與入射波源對(duì)稱,反射波聲壓為:式中:r為聲壓反射率;x為從虛擬波源O’算起的距離134PPT課件135PPT課件2、球面波在雙界面的反射球面波在互相平行的雙界間的多次反射仍符合球面波變化規(guī)律.

實(shí)際探傷中，當(dāng)平行界面的間距d較大時(shí)，超聲波探頭發(fā)出的超聲波可視為球面波，示波屏上各次底波反射波的高度近似符合1：：……的規(guī)律。

136PPT課件137PPT課件3、球面波在單一平面上的折射由于聲速的不同,球面波入射到平界面上時(shí),其折射波不再是嚴(yán)格的球面波.只有當(dāng)張角較小時(shí)，可視為近似的球面波，且有：對(duì)水/鋼界面:

這說明：球面波入射的水/鋼界面時(shí)，其折射角更加發(fā)散。折射聲壓：t：聲壓透射率;x：從折射波源算起的距離138PPT課件§9－3平面波在曲界面上的反射與折射1、平面波在曲界面上的反射當(dāng)平面波入射到曲界面上時(shí)，其反射波將發(fā)生聚焦或發(fā)散。平面波束與曲界面上各入射的法線成不同的夾角：入射角為0oC的聲束沿原方向返回，稱為聲軸，其余聲線的反射則隨著距聲軸距離的增大，反射角逐漸增大。當(dāng)曲界面為凹球面時(shí)，反射線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；當(dāng)曲界面為凹圓柱面時(shí)，反射線匯聚于一條焦線上。此時(shí)，焦距為：式中：r—曲界面的曲率半徑mm。139PPT課件140PPT課件平面波入射到球面時(shí),其反射波發(fā)生聚焦或發(fā)散，與球面的凹凸有關(guān)。反射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，其反射聲壓為：式中：f－焦距

x－軸線上某點(diǎn)至頂點(diǎn)的距離;P0－頂點(diǎn)處入射波聲壓;

：+用于發(fā)散，-用于聚焦。±

141PPT課件

平面波入射到柱面時(shí),其反射波可視為從焦軸發(fā)出的柱面波.

實(shí)際探傷中，球形、柱形氣孔的反射就屬于以上兩種情況。142PPT課件2、平面波在曲界面上的折射平面波入射到曲面上時(shí)，其折射波也將聚焦和發(fā)散，這時(shí)聚焦和發(fā)散不僅僅與曲面的凹凸有關(guān)，而且，與界面兩側(cè)介質(zhì)的波速有關(guān)。對(duì)于凹面，當(dāng)C1＜C2時(shí)聚焦，當(dāng)C1＞C2時(shí)發(fā)散；

143PPT課件對(duì)于凸面，當(dāng)C1＞C2時(shí)聚焦，當(dāng)C1＜C2時(shí)發(fā)散。144PPT課件

平面波入射至球面透鏡時(shí),其折射波可視為從焦點(diǎn)發(fā)出的球面波，聲壓公式：式中:t為聲壓透射率;f為焦距