《超声波技术原理》PPT课件.ppt

质量方针：关注顾客需求，恪守服务承诺保证技术领先，力创企业品牌质量目标：合同履约率100%，顾客满意率100%，产品交付合格率97%以上超声波的基本物理量超声波的基本物理量振动物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近做往复周期性的运动称为机械振动振动是往复周期性的运动振动的快慢常用振动周期和振动频率两个物理量来描述周期T:振动物体完成一次全振动所需要的时间，常用单位为秒(s)频率f :振动物体在单位时间内完成全振动的次数，常用单位为赫兹(Hz)二者互为倒数，既：T=1/f如某人说话的频率f为1000Hz，表示其声带振动为1000次/秒，声带振动周期T=1/f=0.001秒谐振动最简单最基本的直线振动称为谐振动任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成谐振动是一种理想条件下的振动，也就是无阻尼振动阻尼振动由于克服阻力做功，振动物体的能量不断减少，同时，由于在振动传播过程中，伴随着能量的传播也使振动物体的能量不断减少，这种振动称为阻尼运动受迫振动物体受到周期性变化的外力作用时产生的振动超声波的基本物理量超声波的基本物理量振动的传播过程，称为波动波动分为机械波和电磁波两大类机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程，如水波，声波，超声波等。

电磁波是交变电磁场在空间的传播，如无线电波，红外线，可见光，紫外线以及射线等产生机械波必须具备两个条件产生机械波必须具备两个条件(1)要有做机械振动的波源要有做机械振动的波源(2)要有能传播机械振动的弹性介质要有能传播机械振动的弹性介质波动的三个参数波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离；常用单位为mm频率f：单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过完整波的个数，单位为赫兹(Hz)声速C：波在单位时间内所传播的距离 它们之间的关系用公式表示：C= λ f 或 λ=C/f声波、次声波、超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同，区别主要在于频率不同我们能够听到声音是因为声波传 到了我们的耳内，声波的频率在20Hz～10000Hz，频率低于或超过上述范围时人们无法听到声音，频率低于20Hz的声波称为次声波，频率超过20000Hz的声波称为超声波声波：20-20000Hz，人耳可听到的声波范围；次声波：低于20 Hz；超声波：高于20000Hz工业探伤上常用的超声波范围是：0.5～10MHz ;其中钢等金属探伤最常用的频率是：1～5MHz； 超声波的特点超声波的特点超声波的特点超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。

1、 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性 2、能量高 超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量3、遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高 4、穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米5、对人体无害超声波的分类超声波的波型指的是介质质点的振动方向与波的传播方向的关系按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等 　　1、纵波(L )：介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波叫纵波，用L表示介质质点在交变拉压应力的作用下，质点之间产生相应的伸缩变形，从而形成了纵波纵波传播时，介质的质点疏密相间，所以纵波有时又称为压缩波或疏密波声音在空气中的传播是纵波 固体介质可以承受拉压应力的作用，因此可以传播纵波，液体和气体虽不能承受拉应力，但在压应力作用下产生容积的变化，因此液体和气体介质也可以传播纵波液体和气体介质也可以传播纵波2、横波S(T )介质中质点的振动方向垂直于波的传播方向的波叫横波，用S或T表示。

横波的形成是由于介质质点受到交变切应力作用时， 产生了切变形变，所以横波又叫做切变波 液体和气体介质不能承受切应力，只有固体介质能够承受切应力，因而横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播不能在液体和气体介质中传播3、表面波R（瑞利波）当超声波在固体介质中传播时， 对于有限介质而言，有一种沿介质表面传播的波即表面波表面波传播时在介质表面的质点作椭圆运动椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向，介质质点的椭圆振动可视为纵波与横波的合成瑞利首先对这种波给予了理论上的说明，因此表面波又称为瑞利波（Rayleigh wave），常用R表示一般认为采用表面波探伤只能发现工件的表面缺陷 4、板波 在板厚与波长相当的薄板中传播的波称为板波 (1)SH波是水平偏振的横波在薄板中传播的波 (2)兰姆波： 对称型（S波）兰姆波的特点是薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相反并对称于中心 非对称型 （A型）兰姆波特点是薄板中心质点做横向振动上下表面质点作椭圆运动、振动相位相同，不对称按按波的形状分类波的形状分类波阵面：某一时刻介质中所有振动相位相同的质点所连成的面称波阵面。

波前：某一时刻，波动所到达的空间各点所连成的面称为波前 波线：波的传播方向称为波线 1、平面波：波阵面为平面的波 波源为一平面各质点振幅为常数，不随距离而变化2、柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波称为柱面波 柱面波的波源为一直线，其波束向四周扩散，各质点的振幅与离波源距离的平方根成反比3、球面波：波阵面为同心球面的波称为球面波 球面波的波源为一点，其波束向四面八方扩散各质点的振幅与离波源的距离成反比按按振动的持续时间分类振动的持续时间分类 1、连续波 波源持续不断振动所辐射的波 2、脉冲波 波源持续时间很短，间歇辐射的波超声波的传播速度超声波的传播速度无限大固体介质中的声速（1）固体介质的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同介质声速不同；介质的弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大2）声速还与波型有关，在同一介质中，纵波、横波、表面波的声速各不相同它们之间的关系是： CL＞CS＞CR 在钢中：CL：CS：CR ≈ 1.8：1：0.9声速与温度、应力和组织均匀性关系 （1）一般固体介质中的声速随温度升高而降低；（2）介质中应力增加，声速增加，但增加缓慢；（3）晶粒细，声速大，晶粒粗，声速小。

液体、气体介质中的声速 1、声速： 液体和气体中只能传播纵波，其波速与容变弹性模量和密度有关 2、声速与温度的关系 除水以外，液体中的声速随温度升高而降低；水中声速随温度升高而升高波波的迭加、干涉、的迭加、干涉、衍射和衍射和惠更斯原理惠更斯原理一、波的迭加与干涉一、波的迭加与干涉 1 1、波的迭加原理（独立性原理）、波的迭加原理（独立性原理） 当当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各是各列波引起列波引起的振动的合成，质点的位移是各列波引起的位移的矢量和几列波相遇后的振动的合成，质点的位移是各列波引起的位移的矢量和几列波相遇后仍仍保持各自保持各自原有的频率、波长、振动方向等特性继续前进原有的频率、波长、振动方向等特性继续前进 2 2、波的干涉、波的干涉 两两列频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇时，介质中列频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇时，介质中某些某些地方地方的振动互相加强。

而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象产生干涉的振动互相加强而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象产生干涉的的波波叫相干波，其波源叫相干源叫相干波，其波源叫相干源 当当两列波的波程差等于波长的整数倍时，二者互相加强，合成幅度达最大值两列波的波程差等于波长的整数倍时，二者互相加强，合成幅度达最大值 当当两列波的波程差等于半波长的奇数倍时，二者互相抵消，合成幅度达最小值两列波的波程差等于半波长的奇数倍时，二者互相抵消，合成幅度达最小值二二、驻波、驻波 两两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时互相迭加而形成的波列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时互相迭加而形成的波称为称为驻波驻波驻波是波动干涉的特例驻波是波动干涉的特例 驻波驻波波线上，有的点始终静止不动，振幅为零，称为波节；有的点始终振幅波线上，有的点始终静止不动，振幅为零，称为波节；有的点始终振幅最大最大称为称为波腹波节与波幅的位置是特定的，相邻波节或相邻波腹的距离均为波腹波节与波幅的位置是特定的，相邻波节或相邻波腹的距离均为λ/2 λ/2 三、惠更斯原理和波的衍射三、惠更斯原理和波的衍射 1 1、惠更斯原理、惠更斯原理 介质介质中波动传播到的各点都可看作中波动传播到的各点都可看作是是发射发射子波的波源，在其后子波的波源，在其后的任意时刻这些的任意时刻这些子波子波的的包迹包迹就决定新的波阵面。

就决定新的波阵面 利用惠更斯原理可以利用惠更斯原理可以确定波前的确定波前的几何几何形状形状和波的传播方向和波的传播方向 2 2、波的衍射、波的衍射 波波在传播过程中遇到与波长相当的在传播过程中遇到与波长相当的障碍障碍物物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进前进的的现象，称波的衍射或绕射现象，称波的衍射或绕射 波波的绕射和障碍物尺寸的绕射和障碍物尺寸D Df f及波长及波长λλ的的相相对对大小有关当大小有关当D Df f≤≤λλ时，波的绕射时，波的绕射强，强，当当D Df f≥≥ λλ时，反射强，绕射弱，声波时，反射强，绕射弱，声波几几乎乎全反射超声超声场的特征值场的特征值一、声压一、声压P P 超声超声场中某点在某一时刻所具有的压强场中某点在某一时刻所具有的压强P P1 1与没有超声波存在时的静压强与没有超声波存在时的静压强P P0 0之比称为之比称为该该点点的声压的声压 P=PP=P1 1-P-P0 0 声压声压的单位为帕斯卡（的单位为帕斯卡（PaPa）） 1Pa=1N/m1Pa=1N/m2 2 声压声压幅值与介质的密度、波速和频率成正比。

幅值与介质的密度、波速和频率成正比 超声波超声波探伤仪示波屏上，波高与声压成正比探伤仪示波屏上，波高与声压成正比二、声阻抗二、声阻抗Z Z 超声超声场中任意一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗场中任意一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗 声阻抗声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘积的大小等于介质密度和声速的乘积三三、声强、声强I I 单位单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强时间内垂直通过单位面积的声能称为声强 在在同一介质中，超声波的声强与声压的平方成正比同一介质中，超声波的声强与声压的平方成正比分贝分贝与奈培与奈培分贝分贝与奈培概念与奈培概念1 1、分贝：声强级单位、分贝：声强级单位 通常规定引起听觉的最弱声强通常规定引起听觉的最弱声强I I1 1=10=10-16-16 W/cm W/cm2 2 为标准声强以声为标准声强以声强强与标准声强之比的常用对数与标准声强之比的常用对数作为声强级作为声强级单位单位单位为贝尔单位为贝尔各种声音的分贝数大致如下：各种声音的分贝数大致如下： 引起听觉的声强引起听觉的声强 I I1 1=10=10-16-16 W/cm W/cm2 2 0dB0dB 树叶沙沙声树叶沙沙声 I I1 1=10=10-15-15 W/cmW/cm2 2 10dB10dB 耳语耳语 I I1 1=10=10-14-14 W/cmW/cm2 2 20dB20dB 谈话谈话 I I1 1=10=10-11-11 W/cmW/cm2 2 50dB50dB 大炮声大炮声 I I1 1=10=10-6-6 W/cmW/cm2 2 100dB100dB 超声波超声波 I I1 1=10=10+4+4 W/cmW/cm2 2 200dB200dB2 2、奈培（、奈培（NPNP）：声压）：声压比的比的自然对数的单位自然对数的单位 1NP=8.86 dB 1dB=0.115NP 声压基准声压基准P1或波高基准或波高基准H1可任取可任取分贝与分贝与奈培应用奈培应用 用于表示两个相差很大的量之比显得很方便，在声学和电学中都得到广泛应用，特别是在超用于表示两个相差很大的量之比显得很方便，在声学和电学中都得到广泛应用，特别是在超声波探伤中应用更为广泛。

声波探伤中应用更为广泛 例如示波屏上两波高的比较就常用例如示波屏上两波高的比较就常用dBdB表示 用用dBdB值表示回波幅度的相互关系，不仅可以简化运算，而且在确定基准波高以后可以直接用值表示回波幅度的相互关系，不仅可以简化运算，而且在确定基准波高以后可以直接用仪器衰减器的读数表示缺陷波相对波高仪器衰减器的读数表示缺陷波相对波高 分贝概念的引入对超声探伤有很重要的实用价值分贝概念的引入对超声探伤有很重要的实用价值超声波超声波垂直入射到界面时的反射和透射垂直入射到界面时的反射和透射单一单一平界面的反射和透射平界面的反射和透射 1 1、反射波和透射波、反射波和透射波 反射波反射波：在界面反射回原介质内的波在界面反射回原介质内的波 透射透射波：透过界面在另一介质中传播的波波：透过界面在另一介质中传播的波2 2、声压反射率和声压、声压反射率和声压透射率透射率界面两侧的声波必须符合下列两个条件：界面两侧的声波必须符合下列两个条件：(1)(1)界面两侧的总声压相等，即界面两侧的总声压相等，即P P0 0+P+Pr r=P=Pt t(2)(2)界面两侧质点振动速度幅值相等，即（界面两侧质点振动速度幅值相等，即（P P0 0-P-Pr r））/Z/Z1 1=P=Pt t/Z/Z2 2 Z Z1 1是第一种介质的声阻抗，是第一种介质的声阻抗， Z Z2 2是第二种是第二种介质的声阻抗介质的声阻抗 声压反射率声压反射率 r r：：反射波声压与入射波声压之比反射波声压与入射波声压之比；； 声压声压透射率透射率 t t：：透射波声压与入射波声压之比。

透射波声压与入射波声压之比 可以可以看出看出：： t-r=1t-r=1  3 3、声强、声强反射率反射率 R R 和和 声强透射率声强透射率 T T声强声强反射率：反射波声强与入射波声强之比反射率：反射波声强与入射波声强之比：： 声强声强透射率：透射波声强与入射波声强之比：透射率：透射波声强与入射波声强之比： 可以看出：可以看出：T+R=1T+R=1结论：结论：超声波超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例仅与界面垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例仅与界面两侧介质的两侧介质的声阻抗声阻抗有关有关声阻抗声阻抗相差越大，声压反射率越大，声压透射率越低相差越大，声压反射率越大，声压透射率越低；；声阻抗声阻抗越接近，声压反射率越低，声压越接近，声压反射率越低，声压透射率透射率越大声压声压往复透射率往复透射率 超声探头发射的声波透过工件界面，经底面反射后再透过界面被探头接收接超声探头发射的声波透过工件界面，经底面反射后再透过界面被探头接收接收的回波声压与入射波声压之比称往复透射率收的回波声压与入射波声压之比称往复透射率。

在底面全反射的情况下，声压往复透射率：在底面全反射的情况下，声压往复透射率：与与声强透射率数值相等声强透射率数值相等 若若底面反射率底面反射率为为 则声压往复透射率为：则声压往复透射率为： 例、例、已知钛和钢的声阻抗差约为已知钛和钢的声阻抗差约为40%40%若从钢一侧探测钛从钢一侧探测钛/ /钢复合板，求复合层回波与钢复合板，求复合层回波与底面回波的分贝差底面回波的分贝差 解：解：超声波超声波斜入射到界面斜入射到界面的反射的反射和折射和折射一、反射、折射和波型转换一、反射、折射和波型转换 1、反射和反射波： 超声波斜入射至界面时，一部分声波返回原介质中，改变方向传播，称为反射，该声波称反射波 2、折射和折射波： 超声波斜入射至界面时，一部分声波进入第二种介质，改变方向继续传播，称为折射，该声波称为折射波 3、波型转换： 超声波斜入射至界面时，除产生同种波型的反射和折射波外，不产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换  4 4、反射、折射定律（斯奈尔定律）、反射、折射定律（斯奈尔定律） 超声波斜入射到界面时，其产生的反射波、折射波和入射波的角度之间存在下超声波斜入射到界面时，其产生的反射波、折射波和入射波的角度之间存在下列关系列关系（反射折射定律）：（反射折射定律）： （（1 1）纵波斜）纵波斜入射入射 （（2 2）横波斜入射）横波斜入射 斯斯奈尔定律可简化为下式表示：奈尔定律可简化为下式表示： 由由公式得知：超声波斜入射至平界面时，其反射角、折射角的大小只与界面两侧公式得知：超声波斜入射至平界面时，其反射角、折射角的大小只与界面两侧介质介质的的声速有关。

声速大则角大，声速小则度小，声速相等则角度相等声速有关声速大则角大，声速小则度小，声速相等则角度相等5 5、、临界角临界角（（1 1）第一临界角）第一临界角ααⅠⅠ（纵波斜入射时，纵波折射角等于（纵波斜入射时，纵波折射角等于900900时的入射角）时的入射角）（（2 2）第二临界角）第二临界角ααⅡⅡ（纵波斜入射时，横波折射角等于（纵波斜入射时，横波折射角等于900900时的入射角）时的入射角）（（3 3）第三临界角）第三临界角ααⅢ Ⅲ （横波斜入射时，纵波反射角等于（横波斜入射时，纵波反射角等于900900时的入射角）时的入射角）二、斜入射的声压反射率二、斜入射的声压反射率 斜入射时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗有关，而且与入射角有关斜入射时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗有关，而且与入射角有关三、声压往复透射率三、声压往复透射率 纵波斜入射到水纵波斜入射到水/ /钢界面：钢界面：纵波斜入射到有机玻璃纵波斜入射到有机玻璃/ /钢钢界面的声压往复界面的声压往复透射率透射率四、端角反射四、端角反射 超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射。

超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射超声波在端角经历了两次反超声波在端角经历了两次反射，纵波入射时端角反射率射，纵波入射时端角反射率都很低，横波入射时，当入都很低，横波入射时，当入射角在射角在30300 0和和60600 0附近附近时端角时端角反射率很低反射率很低超声波超声波的聚焦与发散的聚焦与发散一、声压距离公式一、声压距离公式 1 1、平面波波束不扩散，声压不随距离变化平面波波束不扩散，声压不随距离变化 2 2、球面波：声压与距离成反比球面波：声压与距离成反比 3 3、柱面波：声压与距离的平方根成反比柱面波：声压与距离的平方根成反比二、球面波在平界面的反射与折射二、球面波在平界面的反射与折射 1 1、球面波在单一平界面上的反射：反射波仍为球面波且波源与入射源对称球面波在单一平界面上的反射：反射波仍为球面波且波源与入射源对称 反射波声压为：反射波声压为： 2 2、单一平界面上的折射、单一平界面上的折射 球面波入射到平界面时，其折射波不再是严格的球面波了。

例如球面波入射到球面波入射到平界面时，其折射波不再是严格的球面波了例如球面波入射到水钢界面时，其折射波更加发散水钢界面时，其折射波更加发散 三、平面波在曲界面上的反射三、平面波在曲界面上的反射 平面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散平面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散1 1）、平面波入射到球面时反射波可视为）、平面波入射到球面时反射波可视为从焦点发出的球面波，其轴线上的声压为：从焦点发出的球面波，其轴线上的声压为：（（2 2）平面波入射到柱面时，反射波可视为从焦轴发出的）平面波入射到柱面时，反射波可视为从焦轴发出的柱面波，在曲面轴线上距曲面顶点柱面波，在曲面轴线上距曲面顶点x x处的反射波声压为：处的反射波声压为： （2 2）、平面波在曲界面上的）、平面波在曲界面上的折射折射曲面为凹面，当曲面为凹面，当C1C1＜＜C2C2时，透射波聚焦；当时，透射波聚焦；当C1C1＞＞C2C2时，透射波发时，透射波发散散曲面为凸面，当为凸面，当C1C1＜＜C2C2时，透射波发散；当时，透射波发散；当C1C1＞＞C2C2时，透射时，透射波聚焦波聚焦。

平面波透过曲界面后也发生聚焦或平面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关，还与界面两侧介质的面凹凸有关，还与界面两侧介质的声速有关声速有关平面波入射至柱面时，平面波入射至柱面时，透射波可视为从焦轴发透射波可视为从焦轴发出的柱面波，轴线上出的柱面波，轴线上x x处的折射波声压公式为：处的折射波声压公式为：平面波入射至球面时，其折平面波入射至球面时，其折射波可视为从焦点发出的球射波可视为从焦点发出的球面波，曲面轴线上距顶点面波，曲面轴线上距顶点x x处处的折射波声压为：的折射波声压为：1 1、球面波在曲界面上的反射、球面波在曲界面上的反射 球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散入射到凸曲面时，其反射波发散四、球面波在曲界面上的反射和折射四、球面波在曲界面上的反射和折射（（1 1）球面波在球面上的反射波可视为）球面波在球面上的反射波可视为从像点发出的球面波，轴线上距顶点从像点发出的球面波，轴线上距顶点x x处的反射波声压为：处的反射波声压为： （（2 2）球面波在柱面上的反射波，既不是）球面波在柱面上的反射波，既不是单纯的球面波，也不是单纯的柱面波，而单纯的球面波，也不是单纯的柱面波，而是近似两个不同的柱面波的迭加。

轴线上是近似两个不同的柱面波的迭加轴线上x x处的反射波声压为：处的反射波声压为：2 2、球面波在曲界面上的折射、球面波在曲界面上的折射球面波球面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关有关，还与界面两侧介质的声速有关，还与界面两侧介质的声速有关曲面为凹面，当曲面为凹面，当C1C1＜＜C2C2时，透射波聚焦；当时，透射波聚焦；当C1C1＞＞C2C2时，透射波发散时，透射波发散曲面曲面为凸面，当为凸面，当C1C1＜＜C2C2时，透射波发散；当时，透射波发散；当C1C1＞＞C2C2时，透射波聚焦时，透射波聚焦球面波入射到球面和柱面时，轴线上距顶点球面波入射到球面和柱面时，轴线上距顶点x x处的折射波声压分别为：处的折射波声压分别为：超声波超声波的衰减的衰减一、衰减及产生原因一、衰减及产生原因 衰减：超声波在介质中传播时随距离增加能量逐渐减弱的现象衰减：超声波在介质中传播时随距离增加能量逐渐减弱的现象 产生原因：产生原因： 1 1、扩散衰减：超声波传播过程中，由于波束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱。

扩散衰减：超声波传播过程中，由于波束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐减弱 平面波不扩散平面波不扩散 柱面波声压与距离平方根成反比柱面波声压与距离平方根成反比；； 球面波声压与距离成反比球面波声压与距离成反比2 2、散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗、散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面时产生散乱反射引起超声波的衰减，同不同的界面时产生散乱反射引起超声波的衰减，同时在示波屏上形成草状回波时在示波屏上形成草状回波 3 3、吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引、吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起超声波的衰减起超声波的衰减 通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括扩散衰减通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括扩散衰减介质的衰减程度与介质的晶粒尺寸、各向异性系数和超声波的频率有关介质的衰减程度与介质的晶粒尺寸、各向异性系数和超声波的频率有关晶粒尺寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，衰减越大晶粒尺寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，衰减越大。

波源波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压极大和极小值的区域称为近场区附近由于波的干涉而出现的一系列声压极大和极小值的区域称为近场区近场区近场区近场区探伤定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能近场区探伤定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检，因此尽可能避免再近场区探伤定量引起误判，甚至漏检，因此尽可能避免再近场区探伤定量1 1）圆盘波源辐射的纵波声场的近场区有）圆盘波源辐射的纵波声场的近场区有n+1n+1个极大值和个极大值和n n个极小个极小值 最后一个极大值至波源的距离称近场长最后一个极大值至波源的距离称近场长 其近场区长度为：其近场区长度为：D Ds—s—点波源面积点波源面积 F Fs---s---波源面积波源面积=π=πD Ds s²（（2 2）矩形波源辐射的纵波声场的近场区）矩形波源辐射的纵波声场的近场区远场区远场区波源轴线上至波源距离大于波源轴线上至波源距离大于N N的区域称远场区的区域称远场区。

远场区远场区轴线上的声压随距离单调减小轴线上的声压随距离单调减小，，当当x x＞＞3N3N时，声压与距离成反比，声波可视为球面波时，声压与距离成反比，声波可视为球面波纵波发射声场纵波发射声场波束波束指向性与半扩散角指向性与半扩散角 （（1 1）半扩散角：）半扩散角： 在远场区，在声束横截面上各点的声压是不同的声束轴线上声压最高，偏离轴线声压逐渐降低在远场区，在声束横截面上各点的声压是不同的声束轴线上声压最高，偏离轴线声压逐渐降低 声束横截面上偏离轴线的第一个声压零值点与波源连线和中心轴线的夹角称半扩散角声束横截面上偏离轴线的第一个声压零值点与波源连线和中心轴线的夹角称半扩散角 对于对于圆形晶片发射的纵波声场圆形晶片发射的纵波声场，， 半半扩散角：扩散角： （（2 2）波束指向性：）波束指向性： 以以确定的扩散角确定的扩散角向固定向固定方向辐射超声波方向辐射超声波的特性的特性称为波束指向性。

称为波束指向性 半半扩散角越小扩散角越小，， 指向性就越好指向性就越好纵波发射声场纵波发射声场3 3、波束未扩散区与扩散、波束未扩散区与扩散区区 超声波源辐射的超声波是以特定角度向外扩散出去的但不是从声源开始扩散，而是存在超声波源辐射的超声波是以特定角度向外扩散出去的但不是从声源开始扩散，而是存在一个一个未扩散区未扩散区b b：： b≈1.64Nb≈1.64N 未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减 离声源距离大于离声源距离大于b b的区域称为扩散区，声束存在扩散衰减的区域称为扩散区，声束存在扩散衰减 探头探头晶片直径、声波波长（频率）与近场长晶片直径、声波波长（频率）与近场长度、波束指向性的关系：度、波束指向性的关系： 由：由： 1 1、晶片直径大、波长短（频率高），近场、晶片直径大、波长短（频率高），近场长度大，半扩散角小，指向性好；长度大，半扩散角小，指向性好； 2 2、晶片直径小、波长大（频率低），近场、晶片直径小、波长大（频率低），近场长度小，半扩散角大，指向性差。

长度小，半扩散角大，指向性差 所以近场长的探头指向性好，近场短的探头所以近场长的探头指向性好，近场短的探头指向性差指向性差实际实际声场与理想声场比较声场与理想声场比较纵波发射声场纵波发射声场远场区基本一致，近场区差别较大远场区基本一致，近场区差别较大实际实际声场在近场也存在极大极小值，声场在近场也存在极大极小值，但其极值点少且波动幅度小但其极值点少且波动幅度小其原因是其原因是：：1、理想声场是连续波，而实际声场是脉冲波脉冲波持续时间短波源各点辐、理想声场是连续波，而实际声场是脉冲波脉冲波持续时间短波源各点辐射的声波在声场中产生不完全干涉或不产生干涉射的声波在声场中产生不完全干涉或不产生干涉2、脉冲波可视为许多不同频率的正弦波、余弦波组成，每种频率决定一个声、脉冲波可视为许多不同频率的正弦波、余弦波组成，每种频率决定一个声场，每个声场的极值点不同，互相迭加后总的声压趋于均匀场，每个声场的极值点不同，互相迭加后总的声压趋于均匀3、实际声场的声源是非均匀激发，产生的干涉要小于均匀激发的理想声源实际声场的声源是非均匀激发，产生的干涉要小于均匀激发的理想声源4、理想声源是针对液体介质的，实际声源是固体介质。

液体中某点的压强在、理想声源是针对液体介质的，实际声源是固体介质液体中某点的压强在各个方向上是相同的而固体介质中各方向上的压强不同，因此迭加干涉要小各个方向上是相同的而固体介质中各方向上的压强不同，因此迭加干涉要小于液体介质于液体介质横波横波发射声场发射声场假想假想横波横波波源波源 目前常用的横波探头，是使纵波倾斜入目前常用的横波探头，是使纵波倾斜入射到界面上，通过波形转换来实现横波射到界面上，通过波形转换来实现横波探伤 横波探头发射的声场是由第一横波探头发射的声场是由第一介质中的纵波声场和第二介质中的横波介质中的纵波声场和第二介质中的横波声场两部分组成，两部分声场是折断的声场两部分组成，两部分声场是折断的 当实际波源为圆形时，其假想波源为椭圆形，其长轴等于实际波源直径当实际波源为圆形时，其假想波源为椭圆形，其长轴等于实际波源直径D DS S，短轴为：，短轴为：横波横波声场的结构声场的结构1 1、声束轴线上的声压（、声束轴线上的声压（ x≥3N)x≥3N)2 2、近场区长度、近场区长度第二介质中的近场长度第二介质中的近场长度 半扩散角半扩散角假想横波生源辐射的横波生束同纵波声场一样，假想横波生源辐射的横波生束同纵波声场一样，具有良好的指向性，可在被检材料中定向辐射，具有良好的指向性，可在被检材料中定向辐射，只是声束的对称性与纵波声场有所不同。

只是声束的对称性与纵波声场有所不同 横波横波发射声场发射声场我国横波探头常采用我国横波探头常采用K K值（值（K=tgβK=tgβ），来表示横波折射角的大小，常用），来表示横波折射角的大小，常用K K值为值为1.01.0，，1.51.5，，2.0,2.52.0,2.5等，为了便于计算近场区长度，特将等，为了便于计算近场区长度，特将K K与与cosβ/cosαcosβ/cosα、、tgα/tgβtgα/tgβ列于下表列于下表K值值1.01.52.02.5cosβ/cosαcosβ/cosα0.880.780.680.6tgα/tgβtgα/tgβ0.750.660.580.5规则反射规则反射体的回波声压体的回波声压实际探伤中常用反射法反射法是根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小目前的探伤技术还难以确定缺陷的真实大小和形状，因此特引用当量法当量法是指在同样的探测条件下，当自然缺陷回波与某人工规则反射体回波等高时，则该人工规则反射体的尺寸就是此自然缺陷的当量尺寸自然缺陷尺寸往往大于当量尺寸超声探伤中常用的规则反射体有平底孔，长横孔，短横孔，球孔和大平底面等。

这里只介绍下平底孔和大平底面平平底孔回波声压底孔回波声压 平平底孔回波声压底孔回波声压与面积与面积成正比，与距离成正比，与距离平平 方成反比方成反比任意任意二平底孔二平底孔的回波的回波分贝差为分贝差为：： 平底孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波降低平底孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波降低12dB12dB；；平平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高12dB.12dB.大平底面回波声压大平底面回波声压大平底面的回波大平底面的回波声压与声压与距离成反比距离成反比 两两个距离不同的大平底面的回波分贝差为：个距离不同的大平底面的回波分贝差为：大平底面距离增加一倍，回波降低大平底面距离增加一倍，回波降低6dB6dB 反射体反射体回波声压回波声压差差Δ12大平底面大平底面-6dB----平底孔平底孔-12dB+12dB--球孔球孔-12dB+6dB--长横孔长横孔-9dB+3dB--短横孔短横孔-12dB+3dB+6dBAVGAVG曲线曲线通用通用AVGAVG曲线曲线 AVG AVG曲线是曲线是描述规则反射体的距离、波幅和当量描述规则反射体的距离、波幅和当量大小之间关系的曲线大小之间关系的曲线。

A A、、V V、、G G是德文距离、增益是德文距离、增益和大小的字头缩写英文缩写为和大小的字头缩写英文缩写为DGSDGSAVGAVG曲线可曲线可用于对缺陷定量和灵敏度调整用于对缺陷定量和灵敏度调整 通用通用AVGAVG曲线由于采用了归一化距离和归一化缺曲线由于采用了归一化距离和归一化缺陷当量大小，因此通用性好，适用于不同规格陷当量大小，因此通用性好，适用于不同规格的探头通用通用AVGAVG曲线可以用来调整探伤灵敏度和对缺陷曲线可以用来调整探伤灵敏度和对缺陷进行定量进行定量实用实用AVGAVG曲线曲线横座标横座标表示实际声程，纵座标表示反射体相对波高的曲线表示实际声程，纵座标表示反射体相对波高的曲线实用实用AVGAVG曲线的绘制：曲线的绘制： x x＜＜3N,3N,试块上实测，试块上实测，x≥3Nx≥3N理论计算：理论计算：由于实用由于实用AVGAVG曲线是由特定探头实测和计算得到的，曲线是由特定探头实测和计算得到的，因此实用因此实用AVGAVG曲线也只适用于特定探头。

在使用曲线也只适用于特定探头在使用AVGAVG曲线中要注明探头的尺寸和频率曲线中要注明探头的尺寸和频率实用实用AVGAVG曲线同样可用于调整探伤灵敏度和对缺陷定曲线同样可用于调整探伤灵敏度和对缺陷定量，而且比通用量，而且比通用AVGAVG曲线方便曲线方便超声波超声波探伤仪探伤仪超声波超声波探伤仪概述探伤仪概述 1 1、仪器的作用、仪器的作用 ① ①、产生高频电脉冲加于探头，激励探头发、产生高频电脉冲加于探头，激励探头发射超声波；射超声波； ② ②、接收探头送回的电信号经处理以一定的、接收探头送回的电信号经处理以一定的方式显示出来方式显示出来 2 2、仪器的分类、仪器的分类 1 1）按超声波连续性分类：）按超声波连续性分类： ① ①、脉冲波探伤仪：周期性发射不连续且频、脉冲波探伤仪：周期性发射不连续且频率不变的超声波，根据声波传播时间的幅度判率不变的超声波，根据声波传播时间的幅度判断缺陷断缺陷 ②②、连续波探伤仪：发射连续且频率不变的超、连续波探伤仪：发射连续且频率不变的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断缺声波，根据透过工件的超声波强度变化判断缺陷。

陷 ③ ③、调频波探伤仪：发射连续且频率周期性、调频波探伤仪：发射连续且频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化判断缺陷化判断缺陷 2 2）按显示方式分类：）按显示方式分类： ① ①、、A A显示探伤仪：波形显示，横座标代表声显示探伤仪：波形显示，横座标代表声波传播时间或距离，纵座标代表声波幅度波传播时间或距离，纵座标代表声波幅度 ② ②、、B B显示探伤仪：横座标代表探头移动轨迹，显示探伤仪：横座标代表探头移动轨迹，纵座标代表声波传播时间显示工件纵截面图纵座标代表声波传播时间显示工件纵截面图形形 ③③、、C C显示探伤仪：横座标和纵座标代表探头显示探伤仪：横座标和纵座标代表探头在工件表面的位置显示工件内部缺陷的平面在工件表面的位置显示工件内部缺陷的平面图像3 3）、按通道数分类）、按通道数分类：①①、单通道探伤仪：用一个或一对探头单独工作单通道探伤仪：用一个或一对探头单独工作②②、由多个或多对探头交替工作，用于自动化探伤由多个或多对探头交替工作，用于自动化探伤。

二二、、A A型脉冲反射式超声波探伤仪一般工作原理型脉冲反射式超声波探伤仪一般工作原理1 1、仪器电路组成、仪器电路组成 由发射电路、接收电路、扫描电路、同步电路、显示由发射电路、接收电路、扫描电路、同步电路、显示电路、电源电路等组成电路、电源电路等组成 2 2、各部分电路的作用、各部分电路的作用 ①①、同部电路（触发电路）：是整个探伤仪的中心，、同部电路（触发电路）：是整个探伤仪的中心，每秒产生数十至数千个脉冲，触发探伤仪发射电路、扫每秒产生数十至数千个脉冲，触发探伤仪发射电路、扫描电路等步调一致地工作描电路等步调一致地工作 ② ②、扫描电路（时基电路）：产生锯齿波电压，加于、扫描电路（时基电路）：产生锯齿波电压，加于示波管水平偏转板上，产生水平扫描线示波管水平偏转板上，产生水平扫描线 ③③、发射电路：利用闸流管或可控硅的开关特性，产、发射电路：利用闸流管或可控硅的开关特性，产生几百伏至上千伏的电脉冲，加于探头，激励压电晶片生几百伏至上千伏的电脉冲，加于探头，激励压电晶片振动产生超声波振动产生超声波。

④ ④、接收电路：由衰减器、射频放大器、检波器、视、接收电路：由衰减器、射频放大器、检波器、视频放大器组成将来自探头的信号进行放大、检波、加频放大器组成将来自探头的信号进行放大、检波、加至示波管垂直偏转板，在示波屏上显示出来至示波管垂直偏转板，在示波屏上显示出来⑤⑤、显示电路：显示电路由示波管和外围电路组成显波管用来显示探伤波形由电子枪、偏转系统和荧光屏、显示电路：显示电路由示波管和外围电路组成显波管用来显示探伤波形由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成扫描电路的扫描电压和接收电路的信号电压分别加至水平偏转板的三部分组成扫描电路的扫描电压和接收电路的信号电压分别加至水平偏转板的垂直垂直 偏转板，使偏转板，使电子电子 束发生束发生偏转在荧光屏在荧光屏上描出上描出探探 伤图形 ⑥⑥、电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路供电，使整机电路工作、电源：电源的作用是给探伤仪各部分电路供电，使整机电路工作 3、仪器的工作过程：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯、仪器的工作过程：同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平扫描线，使电子束发生水平偏转，在示波屏上产生水平扫描线。

齿波扫描电压，加至示波管水平扫描线，使电子束发生水平偏转，在示波屏上产生水平扫描线 与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波，超声波在与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超声波，超声波在工件中传播，遇缺陷发生反射返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收放大电路放大检波，加至示波管垂工件中传播，遇缺陷发生反射返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收放大电路放大检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线相应位置产生缺陷波和底波直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线相应位置产生缺陷波和底波超声波超声波测厚仪测厚仪一、共振式测厚仪一、共振式测厚仪 1 1、原理：超声波在工件中传播，当工件厚度为、原理：超声波在工件中传播，当工件厚度为λ/2λ/2的整数倍时，产生共振此时工件厚度与波速、频率的的整数倍时，产生共振此时工件厚度与波速、频率的关系为关系为：： 测出两个相邻共振频率，便可计算出工件厚度测出两个相邻共振频率，便可计算出工件厚度。

调节谐调电容C，使通过电表A的电流达到最大值，此时发生共振；再次调节C，测出相邻的另一共振频率计算工件厚度 共振式测厚精度较高，但不能直接显示，需要计算，且要求工件上下表面平整光滑二、脉冲反射式测厚仪（目前使用广泛）二、脉冲反射式测厚仪（目前使用广泛） 1、原理：测量超声波在工件上下表面之间往返一次传播的时、原理：测量超声波在工件上下表面之间往返一次传播的时间计算工件厚度：间计算工件厚度： 2、仪器原理：、仪器原理： 超声波在工件上下表面之间往复反射探头接收后，经放大输入超声波在工件上下表面之间往复反射探头接收后，经放大输入计算电路测出超声测在工件上下表面之间往返一次所需时间，再计算电路测出超声测在工件上下表面之间往返一次所需时间，再换算成工件厚度换算成工件厚度测量测量往返往返时间时间有两种方法：有两种方法： a.始脉冲与一次始脉冲与一次底波底波之间的时间，由于之间的时间，由于盲区盲区大，测量厚度下限大，测量厚度下限受受限制（限制（1-1.5mm）线路）线路简单简单，成本低 b.一次底波与二一次底波与二次底波次底波之间的传播时间；之间的传播时间；盲区盲区小，下限小可达小，下限小可达0.25mm。

但但线路复杂，成本高线路复杂，成本高三、兰姆波三、兰姆波测厚仪测厚仪 当当超声波频率、入射角和工件厚度成一定关系时，在薄板中发生兰姆波改变入射角或频率，使超声波频率、入射角和工件厚度成一定关系时，在薄板中发生兰姆波改变入射角或频率，使工件中工件中产生产生兰姆波，根据入射角或频率计算工件厚度兰姆波，根据入射角或频率计算工件厚度 适用于适用于薄板测厚，特别是小口径薄壁管测厚但兰姆波测厚存在技术问题，很少使用薄板测厚，特别是小口径薄壁管测厚但兰姆波测厚存在技术问题，很少使用四、测厚仪的调整和使用四、测厚仪的调整和使用 1 1、调整、调整 校准下限和线性校准下限和线性 a a. .下限：用厚度等于仪器下限的试块校准，使仪器显示下限值下限：用厚度等于仪器下限的试块校准，使仪器显示下限值 b.b.线性：用不同厚度的试块分加紧校准，使仪器分别显示相应的试块厚度值线性：用不同厚度的试块分加紧校准，使仪器分别显示相应的试块厚度值 2 2、测厚方法：、测厚方法： 探头选择：薄工件探头选择：薄工件- -双晶探头；双晶探头； 厚工件厚工件- -单直探头。

单直探头 工件表面要求：光洁平整，必要时打磨工件表面要求：光洁平整，必要时打磨 耦合剂：机油、甘油、水玻璃等耦合剂：机油、甘油、水玻璃等 注意注意事项：探头放置平稳，压力适当在互相垂直方向测二次高温工件用高温探头和高温耦合剂事项：探头放置平稳，压力适当在互相垂直方向测二次高温工件用高温探头和高温耦合剂注意注意工件表面的沉积物工件表面的沉积物 超声波超声波探头探头一、压电效应一、压电效应 1 1、压电效应：、压电效应：某些某些晶体材料在交变应力作用晶体材料在交变应力作用下，下，产生产生交交变变电场的效应正压电效应；反之，当电场的效应正压电效应；反之，当晶体晶体材料材料在交变电场作用下产生伸缩变形的在交变电场作用下产生伸缩变形的效效应应称为逆压电效应称为逆压电效应压电效应压电效应机理：压电晶体在正常情况下机理：压电晶体在正常情况下，，各各原子的电荷平衡，不显电性受压缩原子的电荷平衡，不显电性受压缩或或拉伸拉伸时，原子位置变化，使正负电荷时，原子位置变化，使正负电荷中心中心不对称不对称，从而在晶体表面产生游离电荷，从而在晶体表面产生游离电荷，，形成形成电场。

反之，在晶体表在加正负电荷，电场反之，在晶体表在加正负电荷，晶体就会产生伸缩变形晶体就会产生伸缩变形 2、压电晶体：、压电晶体： 具有压电效应的材料称为压电晶体分为：具有压电效应的材料称为压电晶体分为： 单晶材料：单晶材料：SiO2 、、LiSO4、、LiNbO3 多晶材料（压电陶瓷）：多晶材料（压电陶瓷）：BaTiO3、、PbZrTiO3、、PbTiO3单晶材料：接收灵敏度高；单晶材料：接收灵敏度高；多晶多晶材料：发射灵敏度高材料：发射灵敏度高 超声探头对晶片性能的要求超声探头对晶片性能的要求：： 机电耦合系数较大机电耦合系数较大；； 机械机械品质因子较小品质因子较小；； 压电应变压电应变常数较大常数较大；； 压电电压压电电压常数较大常数较大；； 频率频率常数较大常数较大，，介电常数较小介电常数较小；； 居里温度较高居里温度较高 声阻抗适当声阻抗适当1 1、直探头（纵波探头）、直探头（纵波探头）发射发射和接收纵波和接收纵波。

探测探测与表面与表面平行的平行的缺陷组成组成：：a a. .压电晶片：压电晶片：用用压电材料制成压电材料制成发射发射和接收超声波和接收超声波b b. .保护膜：硬保护膜用保护膜：硬保护膜用刚玉刚玉制成制成；软保护膜用；软保护膜用塑料制成塑料制成用于保护压电晶片，用于保护压电晶片，防止防止晶片晶片磨损或损坏磨损或损坏 探头的种类和结构探头的种类和结构c.吸收块（阻尼块）：还原树脂加我钨粉制成用吸收块（阻尼块）：还原树脂加我钨粉制成用于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的杂波和支于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的杂波和支承晶片 d.外壳：用金属或塑料制成把各种元件组合在一外壳：用金属或塑料制成把各种元件组合在一起并保护之起并保护之e.电缆线：传送电信号电缆线：传送电信号f.接头：连接探头电缆线接头：连接探头电缆线2 2、斜探头：、斜探头： 探测与表面倾斜的缺陷探测与表面倾斜的缺陷 a.a.横波斜探头（横波斜探头（ααL L＜＜ααⅠⅠ）：通过波型转换在）：通过波型转换在工件中产生横波工件中产生横波 b.b.纵波斜探头（纵波斜探头（ ααL L=α=αⅠⅠ～～ ααⅡⅡ）：在工件中）：在工件中产生倾斜纵波。

产生倾斜纵波 c.c.表面波斜探头（表面波斜探头（ ααL L≥α≥αⅡⅡ）：在工件中产）：在工件中产生表面波生表面波 结构：结构：与直探头不同之处是： 斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发射以在工件中产生波型转换其上开有吸声槽，周围填充吸声材料，以减少杂波 我国斜探头用K值标示，常用斜探头K值与折射角和入射角的关系如下表K1.01.52.02.53.0Βs45056.3063.4068.2071.60αL36.7044.6049.1051.6053.50( (有机玻璃有机玻璃/ /钢）钢） 3 3、表面波探头、表面波探头 在工件中产生表面波，探测表面或近表面缺陷在工件中产生表面波，探测表面或近表面缺陷 结构：结构： 与横波斜探头相同只是其入射角大于或等于第二临界角其入射角按下式计算：与横波斜探头相同只是其入射角大于或等于第二临界角其入射角按下式计算： 对于有机玻璃对于有机玻璃/ /钢来说钢来说：： ααL L ≥67.7≥67.70 0 4、双晶探头（分割式探头）、双晶探头（分割式探头） 双晶直探头、双晶斜探头，用于探测薄工双晶直探头、双晶斜探头，用于探测薄工件和近表面缺陷。

件和近表面缺陷 结构：由两块压电晶片组成，一块发射超结构：由两块压电晶片组成，一块发射超声波，一块接收超声波晶片前加有有机玻璃声波，一块接收超声波晶片前加有有机玻璃延迟块延迟块5 5、聚集探头、聚集探头 聚焦直探聚焦直探头由直头由直探探 头头和声透和声透镜组成镜组成利用声透利用声透镜镜使声束会聚到使声束会聚到一一点点或一线 除聚集直探头外，还的聚集斜探头：除聚集直探头外，还的聚集斜探头：双晶探头优点：双晶探头优点： a.近距离灵敏度高；近距离灵敏度高； b.工件中近场区长度小；工件中近场区长度小； c.盲区小，杂波小；盲区小，杂波小； d.探测范围可调探测范围可调 6 6、可变角探头、可变角探头 晶片晶片可旋转连续改变入射可旋转连续改变入射角，实现纵波、横波、表面波角，实现纵波、横波、表面波和板波探伤主要用与试验和和板波探伤主要用与试验和选择合适的入射角选择合适的入射角 7 7、高温探头、高温探头 用铌酸锂（用铌酸锂（120012000 0C C）、石英）、石英（（5505500 0C C）和钛酸铅（）和钛酸铅（4604600 0C C）等居里温）等居里温度高的压电材料制作，用于高温工件如度高的压电材料制作，用于高温工件如原子能原子能 反应堆部件探伤。

反应堆部件探伤 外壳和阻尼块为外壳和阻尼块为不锈钢不锈钢，电缆为，电缆为高温高温同轴电缆同轴电缆，耦合剂封装在，耦合剂封装在壳体壳体与晶与晶片之间用于用于400-700400-7000 0C C高温探伤高温探伤 8 8、爬波探头、爬波探头 爬波是表面下纵波纵波入射角接近第一爬波是表面下纵波纵波入射角接近第一临界角时，产生沿工件表面下传播的纵波临界角时，产生沿工件表面下传播的纵波 爬波存在一系列波瓣，第一波瓣幅度最大爬波存在一系列波瓣，第一波瓣幅度最大值对应的值对应的θmaxθmax随（随（f f·D D）增大而增大增大而增大 爬波探头可爬波探头可探测表面探测表面粗糙的工件粗糙的工件表面下表面下缺缺陷，并可通过陷，并可通过改变改变（（f f·D D）改变探测深度改变探测深度1 1、探头型号组成：、探头型号组成：基本基本频率：阿拉伯数字，单位频率：阿拉伯数字，单位MHzMHz晶片晶片材料：化学元素符号材料：化学元素符号晶片晶片尺寸：阿拉伯数字尺寸：阿拉伯数字探头探头种类：汉语拼音缩写种类：汉语拼音缩写特性特性：斜探头：：斜探头：K K值、折射角值、折射角- -阿拉伯数字阿拉伯数字双晶双晶探头：交区深度探头：交区深度- -阿拉伯数字阿拉伯数字聚集聚集探头：点聚焦：探头：点聚焦：DJDJ 线线聚焦：聚焦：XJXJ探头型号探头型号各种探头型号示例：各种探头型号示例：试试块块一、试块的作用一、试块的作用 1 1、测试仪器和探头性能、测试仪器和探头性能 2 2、调节仪器扫描速度、调节仪器扫描速度 3 3、调整探伤灵敏度、调整探伤灵敏度 4 4、评定缺陷大小。

评定缺陷大小二、试块的分类（二、试块的分类（JB/T4740-2005JB/T4740-2005定义）定义） 1 1、标准试块、标准试块 用于超声仪器探头系统校准和检测校准的用于超声仪器探头系统校准和检测校准的试块 2 2、对比试块、对比试块 用于检测校准的试块用于检测校准的试块三三、试块的要求和维护、试块的要求和维护 1、对试块的要求、对试块的要求 ①①、试块材质应均匀，不得含有影响使用的、试块材质应均匀，不得含有影响使用的缺陷，一般不得有大于缺陷，一般不得有大于φ2当量平底孔的缺当量平底孔的缺陷；陷； ②②、对比试块的材质应与被检测工件相同或、对比试块的材质应与被检测工件相同或相近；相近； ③③、标准试块表面粗糙度一般不大于、标准试块表面粗糙度一般不大于3.2μm；； ④④、试块的平行度、垂直度和尺寸精度应符、试块的平行度、垂直度和尺寸精度应符合一定的要求合一定的要求 2、试块的维护、试块的维护 ①①、试块应在适当部位编号；、试块应在适当部位编号； ②②、搬运时防止磕碰划伤；、搬运时防止磕碰划伤； ③③、反射体内应保持清结；、反射体内应保持清结； ④④、使用完及时清洁并做防锈处理；、使用完及时清洁并做防锈处理； ⑤⑤、防止试块变形。

防止试块变形 CSKIACSKIA试试块：测定块：测定仪器性能；测定探头性能；测定仪器性能；测定探头性能；测定仪器探头系统性能；调节仪器扫描速度仪器探头系统性能；调节仪器扫描速度CSKⅢACSKⅢA试块试块：制作：制作距波曲线，确定基准灵敏度，距波曲线，确定基准灵敏度，确定缺陷大小母材厚度确定缺陷大小母材厚度T=6-120mm)T=6-120mm)超声波探伤方法按原理分为脉冲反射法，穿透法和共振法超声波探伤方法按原理分为脉冲反射法，穿透法和共振法脉冲反射法示意如下脉冲反射法示意如下图图原理：通过试件底面或缺原理：通过试件底面或缺陷反射情况进行检测陷反射情况进行检测穿透法示意如下图穿透法示意如下图原理：根据脉冲波穿透试件后的能量原理：根据脉冲波穿透试件后的能量变化来判断内部缺陷情况变化来判断内部缺陷情况脉冲反射法和穿透法的比较脉冲反射法和穿透法的比较•脉冲反射法的优点（相对于穿透法）：脉冲反射法的优点（相对于穿透法）：–检测灵敏度高检测灵敏度高25MHz25MHz可检出钢中可检出钢中120um120um的缺陷（按的缺陷（按1 1／／2 2波长计算）波长计算）–可对缺陷精确定位。

可对缺陷精确定位–操作方便操作方便•脉冲反射法的缺点（相对于穿透法）脉冲反射法的缺点（相对于穿透法） ：：–有盲区，不能检出表面缺陷有盲区，不能检出表面缺陷–难于检测主平面与声束轴平行的缺陷难于检测主平面与声束轴平行的缺陷–难于检测高衰减材料中的缺陷难于检测高衰减材料中的缺陷超声检测典型波形超声检测典型波形超声检测的优点超声检测的优点l适合于金属、非金属和复合材料等适合于金属、非金属和复合材料等l穿透能力强，可检测穿透能力强，可检测1mm1mm—几几m m的金属材料的金属材料l灵敏度高，可测定缺陷的深度位置灵敏度高，可测定缺陷的深度位置l一般情况，仅需从一侧接近试件一般情况，仅需从一侧接近试件l设备轻便，对人体无害，可作现场检测设备轻便，对人体无害，可作现场检测超声检测的局限性超声检测的局限性l存在检测盲区，难于检测表面和近表面的缺陷存在检测盲区，难于检测表面和近表面的缺陷l材料的某些组织结构（如晶粒度、非均匀性等）会使缺材料的某些组织结构（如晶粒度、非均匀性等）会使缺陷检测的灵敏度和信噪比变差陷检测的灵敏度和信噪比变差l对缺陷的定量表征不够准确，需要检测者丰富的经验对缺陷的定量表征不够准确，需要检测者丰富的经验。

l一般需要耦合剂一般需要耦合剂TOFDTOFD是一种超声衍射时间差法的无损检测方法是一种超声衍射时间差法的无损检测方法：：超声超声TOFDTOFD方法是采用一对频率、尺寸、角度相同的纵波探头进行探伤；方法是采用一对频率、尺寸、角度相同的纵波探头进行探伤；一个作为发射探头，另一个作为接收探头，两探头相对位置在焊缝两侧一个作为发射探头，另一个作为接收探头，两探头相对位置在焊缝两侧且探头中心在同一直线上，发射探头发射横向纵波，在无缺陷部位接收且探头中心在同一直线上，发射探头发射横向纵波，在无缺陷部位接收探头首先按收到直通波，这种波在两个探头间以纵波速度进行传播，然探头首先按收到直通波，这种波在两个探头间以纵波速度进行传播，然后接收到反射回波后接收到反射回波(back wave)(back wave)如果在工件中存在裂纹缺陷，则在缺陷的两端除普通的反射波外，在缺如果在工件中存在裂纹缺陷，则在缺陷的两端除普通的反射波外，在缺陷的上下端点，还将分别产生衍射波，其衍射陷的上下端点，还将分别产生衍射波，其衍射能量来源于能量来源于缺陷端部缺陷端部这两束衍射波号在直通波与底面反射波之间出现缺陷两端点的信号在这两束衍射波号在直通波与底面反射波之间出现。

缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值谢谢。