超聲波探傷基礎(chǔ)產(chǎn)生類型參數(shù)和超聲場特征值課件

無損檢測基礎(chǔ)知識ABC無損檢測基礎(chǔ)知識ABC超聲波探傷基礎(chǔ)聲波是機械波的一種。按頻率的不同可以分為：1.可聞聲波20Hz≤f≤20000Hz(頻率、音量關(guān)系)2.次聲波f<20Hz3.超聲波f>20000Hz，工業(yè)探傷最常用的頻段為0.5MHz~10MHz從樂器到人與人說話的聲音講解頻率即音調(diào)的概念A(yù)BC超聲波探傷基礎(chǔ)聲波是機械波的一種。按頻率的不同可以分為：AB超聲波探傷基礎(chǔ)頻率用字母“f”表示頻率的單位為“赫茲”用字母“Hz”表示赫茲（Hz）換算關(guān)系為：1MHz=106Hz或1Hz=10-6MHzABC超聲波探傷基礎(chǔ)頻率用字母“f”表示ABC超聲波探傷基礎(chǔ)一、超聲波探傷的特點（一）超聲波探傷優(yōu)點：1.指向性好超聲波波長很短，像光波一樣，可以定向發(fā)射，因而能方便、準確地對缺陷定位。

2.穿透力強超聲波能量高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時能量損失小，在一些金屬材料中傳播時，其穿透能力可達數(shù)米。

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)一、超聲波探傷的特點ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波探傷優(yōu)點3.靈敏度高一個存在于鋼中的空氣分層厚度為10－6mm，反射率可超過21%，當分層厚度在10－5mm以上時，反射率可超過94%。4.適用面廣可檢測金屬、非金屬、復(fù)合材料等多種材料制件的檢測；采用多種波型以及各種探頭作不同方向的探測，能探出工件內(nèi)部和表面各種取向的缺陷。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波探傷優(yōu)點ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波探傷的優(yōu)點5.高效低價檢測速度快，在較短的時間內(nèi)就可完成對工件的檢測，僅耗損少量電能和耦合劑。

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波探傷的優(yōu)點ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波探傷缺點：1.檢測結(jié)果受人為影響對試件中缺陷的發(fā)現(xiàn)與評價，主要取決于探傷人員對儀器的調(diào)節(jié)和判斷。2.探測面狀態(tài)影響檢測探測表面要求制備，不良的探測面影響傷損檢測靈敏度。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波探傷缺點：ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波探傷缺點3.工件狀態(tài)影響檢測結(jié)果工件形狀過于復(fù)雜，材料晶粒和組織不均勻?qū)μ絺Y(jié)果均有一定的影響。

4.定量精度差探測出缺陷的當量或延伸度與實際缺陷大小均有一定的誤差。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波探傷缺點ABC超聲波探傷基礎(chǔ)二、超聲波的產(chǎn)生人們把聲源振動在介質(zhì)（如空氣等）中的傳播過程，稱為波動，簡稱波

。

波是物質(zhì)的一種運動形式，可分為電磁波和機械波兩類。產(chǎn)生機械波需要兩個必要條件：一是要有作機械振動的振源；二是要有能傳遞機械振動的彈性介質(zhì)。

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)二、超聲波的產(chǎn)生ABC超聲波探傷基礎(chǔ)二、超聲波的產(chǎn)生在超聲波探傷中應(yīng)用最廣的是利用某些壓電材料（石英、鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)，來實現(xiàn)超聲波的發(fā)生和接收。超聲波在傳播過程中，實際上只是振動能量的傳播，并沒有產(chǎn)生物質(zhì)的遷移，介質(zhì)質(zhì)點本身僅限于平衡位置附近振動。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)二、超聲波的產(chǎn)生ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見的三種分類方式:

1.按質(zhì)點的振動方向分類根據(jù)波動傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向不同，可將超聲波分為縱波（壓縮波）、橫波（剪切波）、表面波（瑞利波）、蘭姆波等。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見的三種分類方式:ABC超聲波探傷基礎(chǔ)縱波、橫波、表面波、蘭姆波定義ABC波的類型質(zhì)點振動特點（定義）傳播介質(zhì)應(yīng)用縱波L介質(zhì)質(zhì)點振動方向平行于波的傳播方向固體、液體和氣體鋼板、鍛件探傷等橫波S介質(zhì)質(zhì)點振動方向垂直于波的傳播方向固體焊縫、鋼管探傷等表面波R在介質(zhì)表面?zhèn)鞑r介質(zhì)表面質(zhì)點作橢圓運動，橢圓長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向固體鋼板、鍛件、鋼管探傷等蘭姆波對稱型（S型）薄板中心質(zhì)點作縱向運動，上下表面質(zhì)點作相位相反并對稱于中心的橢圓運動固體（厚度與波長相當?shù)谋“澹┖穸龋?mm非對稱型（A型）薄板中心質(zhì)點作橫向運動，上下表面作相位相同的橢圓運動固體（厚度與波長相當?shù)谋“澹┖穸龋?mm超聲波探傷基礎(chǔ)縱波、橫波、表面波、蘭姆波定義ABC波的類型質(zhì)超聲波探傷基礎(chǔ)縱波的傳播圖譜ABC在鋼軌探傷中0°探頭就是使用的縱波。超聲波探傷基礎(chǔ)縱波的傳播圖譜ABC在鋼軌探傷中0°探頭就是使超聲波探傷基礎(chǔ)橫波的傳播圖譜ABC問題:橫波不能在液體中傳播，橫波探傷時為什么可使用耦合劑；使用不同的耦合劑對最后的折射角是否會產(chǎn)生影響？在鋼軌探傷中70°、37探頭就是使用的橫波。超聲波探傷基礎(chǔ)橫波的傳播圖譜ABC問題:橫波不能在液體中傳播超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見的三種分類方式:

2.按振動持續(xù)時間分類

根據(jù)波源振動持續(xù)時間的長短，超聲波可分為連續(xù)波和脈沖波兩種。其中連續(xù)波是指波源持續(xù)不斷地振動所輻射的波，常用于穿透法探傷和共振法測厚。而脈沖波則指波源振動持續(xù)時間很短（微秒級1μｓ＝10－6ｓ）、間歇輻射的波，超聲波探傷中廣泛采用的就是脈沖波。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見的三種分類方式:ABC超聲波探傷基礎(chǔ)連續(xù)波與脈沖波圖譜

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)連續(xù)波與脈沖波圖譜ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見的三種分類方式：3.按波的形狀分類波形是根據(jù)波陣面的形狀來區(qū)分的，所謂波陣面，是指同一時刻介質(zhì)中振動相位相同的所有質(zhì)點聯(lián)成的面。根據(jù)波陣面形狀的不同，波又可以分為三種：平面波、柱面波和球面波ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（一）超聲波常見的三種分類方式：ABC超聲波探傷基礎(chǔ)平面波、柱面波和球面波圖譜

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)平面波、柱面波和球面波圖譜ABC超聲波探傷基礎(chǔ)不同波形分類及特性

ABC波形特性平面波1．無限大平面（即波長與聲源尺寸相比可忽略不計）作簡諧振動時，在各向同性的彈性介質(zhì)中傳播的波2．如不考慮介質(zhì)吸收波的能量，聲壓不隨聲源的距離而變化球面波1．聲源為點狀球體，波陣面是以聲源為中心的球面2．聲強與距聲源距離的平方成反比柱面波1．聲源為一無限長的線狀直柱，波陣面是同軸圓柱面2．聲強與距聲源的距離成反比超聲波探傷基礎(chǔ)不同波形分類及特性ABC波形特超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波超聲波的基本參數(shù)

1.振幅（A）從平衡位置到振動最大位移之間的距離。2.周期（T）質(zhì)點完成一次全振動所需要的時間。3.頻率（f）質(zhì)點在單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波超聲波的基本參數(shù)ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波超聲波的基本參數(shù)

按照以上的定義，容易看出：頻率與周期是互為倒數(shù)的，即：從定義中可以看出：周期是時間量，通常單位為秒(s)，在超聲波探傷中，則通常使用微秒為單位（μs）。周期單位換算關(guān)系：1s=106μs或1μs=10-6sABC超聲波探傷基礎(chǔ)（二）超聲波超聲波的基本參數(shù)ABC超聲波探傷基礎(chǔ)超聲波超聲波的基本參數(shù)

4.波長（λ）同一波線上相鄰兩振動相位相同的質(zhì)點間的距離稱為波長。5.聲速（C）聲波在彈性介質(zhì)中，單位時間內(nèi)所傳播的距離，也可稱為波速。

單位為米/秒（m/s）或千米/秒（km/s）。波長、聲速和頻率之間的關(guān)系式：ABC超聲波探傷基礎(chǔ)超聲波超聲波的基本參數(shù)ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值

1.超聲場概述超聲場充滿超聲波的空間。

N表示直探頭的近場區(qū)長度；D表示為圓形壓電晶片的直徑；λ表示超聲波波長；A表示方晶片（或矩形晶片）面積。

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值A(chǔ)BC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值

2.波束指向性與指向角（θ0）

超聲波能量集中在一定區(qū)域并向一個方向輻射的現(xiàn)象稱為波束指向性。非擴散的區(qū)域為近場長度（N）的1.67倍，大于1.67N為擴散區(qū)。ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值A(chǔ)BC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值

2.波束指向性與指向角（θ0）

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：式中：D-為晶片的直徑；λ-為超聲波波長

ABC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值A(chǔ)BC超聲波探傷基礎(chǔ)（三）超聲場及其特征值

3.超聲場的特征值描述超聲場的特征值主要有聲壓、聲強和聲阻抗。（1）聲壓超聲場中某一點某一瞬時所具有的壓強（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（P）。

ABC超聲