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第6章 常用无损检测方法 第一章 超声波检测第一节第一节 超声检测的基础知识超声检测的基础知识 第二节第二节 超声场及介质的声参量简介超声场及介质的声参量简介第三节第三节 超声场在介质中的传播特性超声场在介质中的传播特性第四节第四节 由圆形压电晶片产生的声场简介由圆形压电晶片产生的声场简介第五节第五节 超声波检测方法超声波检测方法第六节第六节 超声检测技术的应用超声检测技术的应用 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波是超声振动在弹性介质中传播的机械波与声波 超声波是超声振动在弹性介质中传播的机械波与声波和次声波在弹性介质中的传播类同，区别在于超声波的频率和次声波在弹性介质中的传播类同，区别在于超声波的频率高于高于20kHz可听声波：可听声波：20-20000Hz，人耳可听到的声波范围；，人耳可听到的声波范围；次声波：低于次声波：低于20 Hz；；超声波：高于超声波：高于20000Hz 工业超声检测常用的工作频率为工业超声检测常用的工作频率为0.5-10MHz较高的频率较高的频率主要用于细晶材料和高灵敏度检测，较低的频率用于衰减较主要用于细晶材料和高灵敏度检测，较低的频率用于衰减较大和粗晶材料（大和粗晶材料（1MHz以下）。
以下） 第一章第一章 超声波检测超声波检测 第一节第一节 超声检测的基础知识超声检测的基础知识《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，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使其能广泛应用于无损检测1、、 方向性好方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性超声波具有像光波一样定向束射的特性2、、穿透能力强穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能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例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米 3、、能量高能量高 超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波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的能量远大于声波的能量 4、、遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换利用超声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。
检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高 5、、对人体无害对人体无害 第一章第一章 超声波检测超声波检测 一、超声波的特点一、超声波的特点《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （一）描述超声波的基本物理量（一）描述超声波的基本物理量 超声波的产生依赖于做高频机械振动的超声波的产生依赖于做高频机械振动的“声源声源”和传播机械和传播机械振动的弹性介质，所以机械振动和波动是超声检测的物理基础振动的弹性介质，所以机械振动和波动是超声检测的物理基础 1、声速、声速c：单位时间内，超声波在介质中传播的距离；：单位时间内，超声波在介质中传播的距离； 超声波的速度就是声音的速度超声波的速度就是声音的速度,即声在空气即声在空气(15℃)中的速度是中的速度是340米米/秒秒,只只不过它们的频率不同而已不过它们的频率不同而已 ；超声波在；超声波在20 ℃的钢中是的钢中是5200米米/秒秒;在铝中的传播在铝中的传播速度为速度为5100米米/秒2、频率、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：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；波的个数；3、波长、波长λ：声波在传播时，同一波线上相邻两个相位相同的质点：声波在传播时，同一波线上相邻两个相位相同的质点之间的距离；之间的距离； 第一章第一章 超声波检测超声波检测 二、超声波的分类二、超声波的分类《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 4、周期、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需的时间；：声波向前传播一个波长距离时所需的时间；5、角频率、角频率ω：： 其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声介质的特性和其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声介质的特性和波型有关。
波型有关 上述各量之间的关系：上述各量之间的关系： 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （二）超声波的分类（二）超声波的分类 超声波的分类方法很多，主要有： 超声波的分类方法很多，主要有： 按介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系分类；按介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系分类； 按波振面的形状分类；按波振面的形状分类； 按振动的持续时间分类等按振动的持续时间分类等 其中，按按介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关其中，按按介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系分类是研究超声波在介质中传播规律的重要理论依据，将着系分类是研究超声波在介质中传播规律的重要理论依据，将着重讨论 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 超超声声波波的的分分类类《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波的波型超声波的波型 超超声声波波的的波波型型指指的的是是介介质质质质点点的的振振动动方方向向与与波波的的传传播播方方向向的关系。
按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等 1 1、、纵纵波波介介质质中中质质点点的的振振动动方方向向与与波波的的传传播播方方向向相相同同的的波波叫叫纵纵波波，，用用L L表表示示介介质质质质点点在在交交变变拉拉压压应应力力的的作作用用下下，，质质点点之之间间产产生生相相应应的的伸伸缩缩变变形形，，从从而而形形成成了了纵纵波波纵纵波波传传播播时时，，介质的质点疏密相间，所以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，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变化，因此液体和气体介质也可以传播纵波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 纵波（纵波（Longitudinal waveLongitudinal wave）） 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2 2、、横横波波。
介介质质中中质质点点的的振振动动方方向向垂垂直直于于波波的的传传播播方方向向的的波波叫叫横横波波，，用用S S或或T T表表示示横横波波的的形形成成是是由由于于介介质质质质点点受受到到交交变变切切应力作用时，应力作用时， 产生了切变形变，所以产生了切变形变，所以横波又叫做切变波横波又叫做切变波 液液体体和和气气体体介介质质不不能能承承受受切切应应力力，，只只有有固固体体介介质质能能够够承承受受切切应应力力，，因因而而横横波波只只能能在在固固体体介介质质中中传传播播，，不不能能在在液液体体和和气气体体介质中传播介质中传播 如抖动绳子时如抖动绳子时 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 横波（横波（Transverse wave）） 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、、表表面面波波（（瑞瑞利利波波））当当超超声声波波在在固固体体介介质质中中传传播播时时，， 对对于于有有限限介介质质而而言言，，有有一一种种沿沿介介质质表表面面传传播播的的波波即即表表面面波波。
介介质质表表面面的的质质点点作作椭椭圆圆运运动动椭椭圆圆的的长长轴轴垂垂直直于于波波的的传传播播方方向向，，短短轴轴平平行行于于波波的的传传播播方方向向，，介介质质质质点点的的椭椭圆圆振振动动可可视视为为纵纵波波与与横横波波的的合合成成瑞瑞利利首首先先对对这这种种波波给给予予了了理理论论上上的的说说明明，，因因此此表表面面波波又又称称为为瑞瑞利利波波（（Rayleigh wave）），，常常用用R表表示示如如采采用用表表面面波探伤只能发现工件的表面缺陷波探伤只能发现工件的表面缺陷 表面波（表面波（Surface wave）） 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 4 4、板波（兰姆波）板波（兰姆波） 在在板板厚厚和和波波长长相相当当的的弹弹性性薄薄板板中中传传播播的的超超声声波波叫叫板板波波( (或或兰兰姆姆波波) )板板波波传传播播时时声声场场遍遍及及整整个个板板的的厚厚度度 薄薄板板两两表表面面质质点点的的振振动动为为纵纵波波和和横横波波的的组组合合，， 质质点点振振动动的的轨轨迹迹为为一一椭椭圆圆，，在在薄薄板板的的中中间间也也有有超超声声波波传传播播。
板板波波按按其其传传播播方方式式又又可可分分为为对对称称型型（（S S型型））和和非非对对称称型型（（A A型型））两两种种，，这这是是由由质质点点相相对对于于板的中间层作对称型还是非对称型运动来决定的板的中间层作对称型还是非对称型运动来决定的 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 板波板波（（Plate wave））(a) 对称型；对称型； (b) 非对称型非对称型 第一章第一章 超声波检测超声波检测 薄板中部质点以纵薄板中部质点以纵波形式振动和传播波形式振动和传播薄板中部质点以横薄板中部质点以横波形式振动和传播波形式振动和传播S型型A型型《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 连续波与脉冲波连续波与脉冲波 连续波是介质中各质点振动时间为无穷时的波脉冲波是连续波是介质中各质点振动时间为无穷时的波脉冲波是质点振动时间很短的波，质点振动时间很短的波，超声检测中最常用的是脉冲波超声检测中最常用的是脉冲波对脉冲波进行频谱分析，可知它并非单一频率，而是包括多种频率冲波进行频谱分析，可知它并非单一频率，而是包括多种频率成分。
其中人们关心的频谱特征量主要有峰值频率、频带宽度成分其中人们关心的频谱特征量主要有峰值频率、频带宽度和中心频率和中心频率 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波的几个概念超声波的几个概念 超超声声波波由由声声源源向向周周围围传传播播的的过过程程可可用用波波阵阵面面进进行行描描述述 在在无无限限大大且且各各向向同同性性的的介介质质中中，，振振动动向向各各方方向向传传播播，， 用用波波线线表表示示传传播播的的方方向向；；将将同同一一时时刻刻介介质质中中振振动动相相位位相相同同的的所所有有质质点点所所连连成成的的面面称称为为波波阵阵面面；；某某一一时时刻刻振振动动传传播播到到达达的的距距声声源源最最远远的的各各点点所所连连成成的的面面称称为为波波前前在在各各向向同同性性介介质质中中波波线线垂垂直直于于波波阵阵面面在在任任何何时时刻刻，，波波前前总总是是距距声声源源最最远远的的一一个个波波阵阵面面 波波前只有一个，而波阵面可以有任意多个前只有一个，而波阵面可以有任意多个 第一章第一章 超声波检测超声波检测 平面波平面波柱面波柱面波球面波球面波《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 波线、波线、 波前与波阵面波前与波阵面(a) 平面波；平面波； (b) 柱面波；柱面波； (c) 球面波球面波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 根根据据波波阵阵面面的的形形状状( (波波形形) )，，可可将将超超声声波波分分为为平平面面波波、、柱柱面面波和球面波波和球面波等。
等 平平面面波波即即波波阵阵面面为为平平面面的的波波，，而而柱柱面面波波的的波波阵阵面面为为同同轴轴圆圆柱柱面面，，球球面面波波的的波波阵阵面面为为同同心心球球面面当当声声源源是是一一个个点点时时，，在在各各向同性介质中的波阵面为以声源为中心的球面向同性介质中的波阵面为以声源为中心的球面 可可以以证证明明，，球球面面波波中中质质点点的的振振动动幅幅度度与与距距声声源源的的距距离离成成反反比比 当当声声源源的的尺尺寸寸远远小小于于测测量量点点距距声声源源的的距距离离时时，，可可以以把把超超声声波看成是球面波波看成是球面波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 一、描述超声场的物理量一、描述超声场的物理量 充充满满超超声声波波的的空空间间，，或或在在介介质质中中超超声声振振动动所所波波及及的的质质点点占占据据的的范范围围叫叫超超声声场场为为描描述述超超声声场场，，常常用用的的物物理理量量有有：：声声压、声强、声阻抗、质点振动位移和质点振动速度压、声强、声阻抗、质点振动位移和质点振动速度。
第一章第一章 超声波检测超声波检测 第二节第二节 超声场及介质的声参量简介超声场及介质的声参量简介《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1、、 声压声压p 当介质中有超声波传播时，由于介质质点振动，使介质 当介质中有超声波传播时，由于介质质点振动，使介质中压强交替变化中压强交替变化超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强p1与没有超声波存在时同一点的静态压强与没有超声波存在时同一点的静态压强P0之差称为该点的声之差称为该点的声压压，用，用p表示表示,单位为帕，单位为帕，Pa，即，即 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 对于平面余弦波，对于平面余弦波， 可以证明：可以证明： 式中： 为介质的密度；式中： 为介质的密度；c c为介质中的声速； 为介质质点的振为介质中的声速； 为介质质点的振幅；幅； 为介质质点振动的圆频率；为介质质点振动的圆频率； 为质点振动速度的幅为质点振动速度的幅值；值；t t为时间；为时间；x x为质点距声源的距离，为质点距声源的距离， 为声压的极大值。
为声压的极大值 由上式可知：超声场中某一点的声压幅值 由上式可知：超声场中某一点的声压幅值P与速度振幅成正与速度振幅成正比，也就与频率成正比比，也就与频率成正比由于超声波的频率很高，远大于声波由于超声波的频率很高，远大于声波的频率，故超声波的声压一般也远大于声波的声压的频率，故超声波的声压一般也远大于声波的声压 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2、、 声强声强I 在超声场的传播方向上，单位时间内介质中单位截面上的在超声场的传播方向上，单位时间内介质中单位截面上的声能叫声强，声能叫声强，用用I I表示，表示，单位单位W/cm2以平面纵波在均匀的各以平面纵波在均匀的各向同性固体介质中传播时向同性固体介质中传播时,有有 由上式可知，超声场中，声强与角频率平方成正比由上式可知，超声场中，声强与角频率平方成正比由于超声由于超声波的频率很高，故超声波的声强很大，这是超声波能用于探伤波的频率很高，故超声波的声强很大，这是超声波能用于探伤的重要依据的重要依据 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、、 分贝的概念分贝的概念 以以引引起起听听觉觉的的最最弱弱声声强强I0=10-16W/cm2为为声声强强标标准准，，在在声声学学上称为上称为“闻阈闻阈”，即，即f=1000Hz时引起人耳听觉的声强最小值。
时引起人耳听觉的声强最小值 将某一声强将某一声强I与标准声强与标准声强I0之比取常用对数得到二者相差的之比取常用对数得到二者相差的数量级，称为声强级，用数量级，称为声强级，用IL表示声强级的单位为贝尔表示声强级的单位为贝尔BeL，，即即 IL=lg(I/ I0) 贝尔（贝尔（BeL）） 在实际应用过程中，贝尔这个单位太大，常用分贝（在实际应用过程中，贝尔这个单位太大，常用分贝（dB））作为声强级的单位作为声强级的单位 第一章第一章 超声波检测超声波检测 由于科技的进步由于科技的进步,认认 识到人类对声音的响应是按对数规律变化的识到人类对声音的响应是按对数规律变化的,于是有了一于是有了一个单位就是贝尔个单位就是贝尔(bel，美国发明家，美国发明家,发明人发明人) 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 1分贝分贝人类耳朵刚刚能听到的声音人类耳朵刚刚能听到的声音20分贝以下分贝以下认为是安静的，认为是安静的，15分贝以下分贝以下,认为认为是是“死寂死寂”的的20-40分贝分贝大约是情侣耳边的喃喃细语大约是情侣耳边的喃喃细语40-60分贝分贝正常的交谈声音正常的交谈声音60分贝以上分贝以上属于吵闹范围属于吵闹范围70分贝分贝很吵的，而且开始损害听力神经很吵的，而且开始损害听力神经汽车噪音介乎汽车噪音介乎80-100分贝分贝90分贝以上分贝以上会使听力受损会使听力受损100-120分贝分贝如无意外，一分钟人类就得暂时性如无意外，一分钟人类就得暂时性失聪（致聋）失聪（致聋） 声音与噪音对人的影响声音与噪音对人的影响 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1 1分分贝贝是是人人类类耳耳朵朵刚刚刚刚能能听听到到的的声声音音，，2020分分贝贝以以下下的的声声音音，，一一般般来来说说，，我我们们认认为为它它是是安安静静的的，，当当然然，，一一般般来来说说1515分分贝贝以以下下的的我我们们就就可可以以认认为为它它属属于于" "死死寂寂" "的的了了。
20-4020-40分分贝贝大大约约是是情情侣侣耳耳边边的的喃喃喃喃细细语语40-6040-60分分贝贝属属于于我我们们正正常常的的交交谈谈声声音音6060分分贝贝以以上上就就属属于于吵吵闹闹范范围围了了，，7070分分贝贝我我们们就就可可以以认认为为它它是是很很吵吵的的，，而而且且开开始始损损害害听听力力神神经经，，9090分分贝贝以以上上就就会会使使听听力力受受损损，，而而呆呆在在100-120100-120分分贝贝的的空空间间内内，，如如无无意意外外，，一一分分钟钟人人类类就就得得暂暂时时性性失失聪聪（（致致聋聋））其其中中汽汽车车噪噪音音介介乎乎80-10080-100分分贝贝，，以以一一辆辆汽汽车车发发出出9090分分贝贝的的噪噪音音为为例例，，在在一一百百米米处处，，仍仍然然可可以以听听到到8181分分贝贝的的噪噪音音（（以以上上标标准准会会因因环环境境的的差差异异有有所所不不同同，，并并非非绝绝对对值值）） 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 在实际应用过程中，超声波的幅度或强度也用相同的方法在实际应用过程中，超声波的幅度或强度也用相同的方法即分贝表示，定义：即分贝表示，定义：IL分贝差分贝差《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 目前市售的超声波探伤仪，其示波屏上波高与声压成正比，目前市售的超声波探伤仪，其示波屏上波高与声压成正比，即任意两点的波高之比等于相应的声压之比，二者的分贝差即任意两点的波高之比等于相应的声压之比，二者的分贝差若对二者取自然对数，则其单位为奈培若对二者取自然对数，则其单位为奈培NP：：奈培与分贝的关系为：奈培与分贝的关系为：实际检测时，常按此式实际检测时，常按此式计算超声波探伤仪示波计算超声波探伤仪示波频上任意两个波高的分频上任意两个波高的分贝差。
贝差 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 声声波波在在介介质质中中的的传传播播是是由由其其声声学学参参量量（（声声速速、、声声阻阻抗抗、、声声衰减系数等）决定的，因此需要研究介质的声参量衰减系数等）决定的，因此需要研究介质的声参量 1、声阻抗、声阻抗Z 超声波在介质中传播时，任一点的声压超声波在介质中传播时，任一点的声压p与该点速度振幅与该点速度振幅V之比叫声阻抗之比叫声阻抗Z，单位：，单位：g/(cm2.s)；；kg/(cm2.s) 声阻抗表示声场中介质对质点振动的阻碍作用在同一声压下，声阻抗表示声场中介质对质点振动的阻碍作用在同一声压下，介质的声阻抗越大，质点的振动速度就越小实验证明，气体、液体介质的声阻抗越大，质点的振动速度就越小实验证明，气体、液体与金属之间的特性声阻抗之比大约为与金属之间的特性声阻抗之比大约为1:3000:8000 二、 二、 介质的声参量介质的声参量 第一章第一章 超声波检测超声波检测 物理学术语物理学术语关于介质声学特性的物理量。
在超声诊断领域简称声阻抗声波在介质中某点的有效关于介质声学特性的物理量在超声诊断领域简称声阻抗声波在介质中某点的有效声压与通过该点的有效质点速度的比值又可用介质的密度与声速的乘积来表示声波经均质性介质声压与通过该点的有效质点速度的比值又可用介质的密度与声速的乘积来表示声波经均质性介质时基本按直线持续传播；时基本按直线持续传播；声波经两种介质时，其声阻抗差超过声波经两种介质时，其声阻抗差超过0.1%即产生声学界面，引起反射即产生声学界面，引起反射脉冲反射式超声诊断仪显示的人体组织断面声像，实质上是人体组织中声阻抗差别的空间分布图冲反射式超声诊断仪显示的人体组织断面声像，实质上是人体组织中声阻抗差别的空间分布图 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2 2、声速、声速 声声速速表表示示声声波波在在介介质质中中传传播播的的速速度度，，它它与与超超声声波波的的波波型型有有关关，，但但更更依依赖赖于于传传声声介介质质自自身身的的特特性性因因此此，，声声速速又又是是一一个个表表征征介介质质声声学学特特性性的的参参量量了了解解受受检检材材料料的的声声速速，，对对于于缺缺陷陷的的定定位和定量分析都有重要的意义。
位和定量分析都有重要的意义 声速又可分为 声速又可分为相速度和群速度相速度和群速度 相相速速度度：：声声波波传传播播到到介介质质的的某某一一选选定定的的相相位位点点时时，，在在传传播播方向上的声速；方向上的声速； 群速度：在传播声波的群速度：在传播声波的包络面包络面上，具有某种特性（如幅值上，具有某种特性（如幅值最大）的点上，声波在传播方向上的速度最大）的点上，声波在传播方向上的速度群速度是波群的能群速度是波群的能量传播速度量传播速度非频散介质中，非频散介质中，相速度等于群速度相速度等于群速度 第一章第一章 超声波检测超声波检测 相速度随频率变化而变化的现象被称为相速度随频率变化而变化的现象被称为频散频散《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（1））纵纵波波、、横横波波和和表表面面波波的的声声速速纵纵波波、、横横波波和和表表面面波波的的声声速速主主要要是是由由介介质质的的弹弹性性性性质质、、密密度度和和泊泊松松比比决决定定的的，，而而与与频频率率无无关关，，即即它它们们各各自自的的相相速速度度和和群群速速度度相相同同，，因因此此一一般般说说到到它它们们的的声声速速都都是是指指相相速速度度。
不不同同材材料料声声速速值值有有较较大大的的差差异异 在在给给定定的的材材料料中中，，频频率率越高，波长越短越高，波长越短 同同一一固固体体介介质质中中，，纵纵波波声声速速cL大大于于横横波波声声速速cs，，横横波波声声速速cs又又大大于表面波声速于表面波声速cr对于钢材，对于钢材，cL ≈1.8cs，，cs≈1.1cr （（2 2）） 板板波波的的声声速速板板波波的的声声速速与与其其他他波波型型不不同同，，其其相相速速度度随随频率变化而变化，具有频散特性频率变化而变化，具有频散特性几种不同波形的声速 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（1）液体中的声速：）液体中的声速：（（2 2）） 无限固体介质中的纵波声速：无限固体介质中的纵波声速：（（3 3）） 无无限限固体介质中的横波声速：固体介质中的横波声速：几种不同介质中的声速 第一章第一章 超声波检测超声波检测 K —— ——液液体的体积弹性模量，体的体积弹性模量，MPaMPa；；E——固固体的杨氏弹性模量，体的杨氏弹性模量， MPaMPa ；；G——固固体的剪切弹性模量，体的剪切弹性模量， MPaMPa 。
声速的一般表达式《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、、 声衰减系数声衰减系数a a 超超声声波波在在介介质质中中传传播播时时，，随随着着传传播播距距离离的的增增加加能能量量逐逐渐渐减减弱弱的的现现象象叫叫做做超超声声波波的的衰衰减减在在传传声声介介质质中中，，单单位位距距离离内内某某一一频频率率下下声声波波能能量量的的衰衰减减值值叫叫做做该该频频率率下下该该介介质质的的衰衰减减系系数数a，，单单位位为为dB/m或或dB/cm引引起起衰衰减减的的原原因因主主要要有有三三个个方方面面：：一一是是声声束束的的扩扩散散；；二二是是由由于于材材料料中中的的晶晶粒粒或或其其他他微微小小颗颗粒粒引引起声波的散射；三是介质的吸收起声波的散射；三是介质的吸收 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（1）扩散衰减：声波在介质中传播时，因波前在逐渐扩展，从而导）扩散衰减：声波在介质中传播时，因波前在逐渐扩展，从而导致声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波的扩散衰减它主要取决于波致声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波的扩散衰减。
它主要取决于波阵面的几何形状，与传播介质无关阵面的几何形状，与传播介质无关 平面波不存在扩散衰减，而球面波和柱面波有扩散衰减现象平面波不存在扩散衰减，而球面波和柱面波有扩散衰减现象 （（2）散射衰减：散射是由于物质的不均匀产生的，不均匀材料含有）散射衰减：散射是由于物质的不均匀产生的，不均匀材料含有声阻抗急剧变化的界面，在这两种物质的界面上，将产生声波的反射、声阻抗急剧变化的界面，在这两种物质的界面上，将产生声波的反射、折射和波形转换现象，必然导致声能的降低折射和波形转换现象，必然导致声能的降低 （（3）吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质质点间的内摩擦、）吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质质点间的内摩擦、热传导、引起的声波能量减弱的现象，叫做超声波的吸收衰减热传导、引起的声波能量减弱的现象，叫做超声波的吸收衰减 固体介质中，吸收衰减相对于散射衰减几乎可忽略不计，但对液固体介质中，吸收衰减相对于散射衰减几乎可忽略不计，但对液体介质，吸收衰减是主要的衰减方式体介质，吸收衰减是主要的衰减方式 在在超超声声检检测测中中，，谈谈到到超超声声波波在在材材料料中中的的衰衰减减时时，，通通常常关关心心的的是是散散射衰减和吸收衰减，而不包括扩散衰减。
射衰减和吸收衰减，而不包括扩散衰减 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 一、 一、 超声波垂直入射到平界面上的反射和透射超声波垂直入射到平界面上的反射和透射 超超声声波波在在无无限限大大介介质质中中传传播播时时，，将将一一直直向向前前传传播播，，不不改改变变方方向向但但遇遇到到异异介介质质界界面面（（即即声声阻阻抗抗差差异异较较大大的的异异质质界界面面））时时，，会产生反射和透射现象会产生反射和透射现象第三节第三节 超声波在介质中的传播特性超声波在介质中的传播特性 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波垂直入射于平界面的反射与透射超声波垂直入射于平界面的反射与透射 当超声波垂直入射到两种介质的界面时，当超声波垂直入射到两种介质的界面时， 一部分能量透过界面进入第二一部分能量透过界面进入第二种介质，成为透射波种介质，成为透射波(声强为声强为It)，， 波的传播方向不变；另一部分能量则被界面波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回来，沿与入射波相反的方向传播，成为反射波反射回来，沿与入射波相反的方向传播，成为反射波(声强为声强为Ir)。
声波的这一声波的这一性质是超声波检测缺陷的物理基础性质是超声波检测缺陷的物理基础 1 1、、 单一界面单一界面 当超声波垂直入射到足够当超声波垂直入射到足够大的光滑平界面时，将在第大的光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方介质中产生一个与入射波方向相同的透射波向相同的透射波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 反反射射波波声声压压Pr与与入入射射波波声声压压P0的的比比值值称称为为声声压压反反射射率率r，，透透射波声压射波声压Pt和和P0的比值称为的比值称为声压透射率声压透射率t r和和t的数学表达式为：的数学表达式为： 式中：式中： Z1、、 Z2分别为两种介质的声阻抗分别为两种介质的声阻抗 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 为为了了研研究究反反射射波波和和透透射射波波的的能能量量关关系系，，引引入入声声强强反反射射率率R和和声声强强透透射射率率T两两个个量量。
R为为反反射射波波声声强强(Ir)和和入入射射波波声声强强(I0)之比；之比；T为透射波声强为透射波声强(It)和入射波声强和入射波声强(I0)之比 第一章第一章 超声波检测超声波检测 声波垂直入射到平界面上时，声压和声强的分配比例仅与声波垂直入射到平界面上时，声压和声强的分配比例仅与界面两侧介质的声阻抗有关界面两侧介质的声阻抗有关《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 在垂直入射时，界面两侧的声波必须满足两个边界条件：在垂直入射时，界面两侧的声波必须满足两个边界条件：（（1）一侧总声压等于另一侧总声压，否则界面会发生运动；）一侧总声压等于另一侧总声压，否则界面会发生运动；（（2）两侧质点速度振幅相等，以保持波的连续性两侧质点速度振幅相等，以保持波的连续性 上上述述超超声声波波纵纵波波垂垂直直入入射射到到单单一一平平界界面面上上的的声声压压、、声声强强与与其其反反射射率率、、透透射射率率的的计计算算公公式式，，同同样样适适用用于于横横波波入入射射的的情情况况但但在在固固液液、、固固气气界界面面上上，，横横波波将将发发生生全全反反射射，，这这是是因因为为横横波波不不能在液体和气体中传播。
能在液体和气体中传播 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2、、 薄层界面薄层界面 在在进进行行超超声声检检测测时时，，经经常常遇遇到到很很薄薄的的耦耦合合层层和和缺缺陷陷薄薄层层，，这些都可以归纳为超声波在薄层界面的反射和透射问题这些都可以归纳为超声波在薄层界面的反射和透射问题 第一章第一章 超声波检测超声波检测 超超声声波波由由声声阻阻抗抗为为Z1的的第第一一介介质质入入射射到到Z1和和Z2的的交交界界面面，，然然后后通通过过声声阻阻抗抗为为Z2的的第第二二介介质质薄薄层层射射到到Z2和和Z3的的交交界界面面，，最最后后进进入入声声阻阻抗抗为为Z3的的第第三三介介质质当当然然在在有有三三层层介介质质时时，，很很多多情情况况是是第第一一介介质质和和第第三三介介质质为为同同一一种种介介质质（（超超声声波波检检测测即即是这种情况是这种情况） 在两个界面上的反射和透射在两个界面上的反射和透射d2《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（1）当第一、三介质为同一介质时）当第一、三介质为同一介质时 由上两式可知：由上两式可知： 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 即超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的薄层，如薄层厚度等于即超声波垂直入射到两侧介质声阻抗不同的薄层，如薄层厚度等于半波长的整数倍时，通过薄层的声压往复透射率与薄层的性质无关。
半波长的整数倍时，通过薄层的声压往复透射率与薄层的性质无关 第一章第一章 超声波检测超声波检测 超声波测厚超声波测厚此时为全透射的情况此时为全透射的情况《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 二、 二、 超声波倾斜入射到平界面上的反射和折射超声波倾斜入射到平界面上的反射和折射 当当超超声声波波相相对对于于界界面面入入射射点点法法线线以以一一定定的的角角度度倾倾斜斜入入射射到到两两种种不不同同介介质质的的界界面面上上时时，，在在界界面面上上会会产产生生反反射射、、折折射射和和波波型型转转换换现现象象入入射射声声波波与与入入射射点点法法线线之之间间的的夹夹角角称称为为入入射射角角光光的折射是由于光在不同介质的传播速度不同而引起的的折射是由于光在不同介质的传播速度不同而引起的 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射超声波倾斜入射到平界面上的反射、折射(a) 纵波入射；纵波入射； (b) 横波入射横波入射 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1、反射、反射 当当纵纵波波以以入入射射角角αL倾倾斜斜入入射射到到异异质质界界面面上上时时，，将将会会在在介介质质1中中于于入入射射点点法法线线的的另另一一侧侧产产生生与与法法线线成成一一定定夹夹角角 的的反反射射纵纵波波。
称称为为反反射射角角入入射射纵纵波波与与反反射射纵纵波波之之间间的的关关系系符符合合几几何何光学的反射定律，即光学的反射定律，即αL= 与与光光的的反反射射不不同同的的是是，，当当介介质质1 1为为固固体体时时，，界界面面上上既既产产生生反反射射纵纵波波，，同同时时又又发发生生波波型型转转换换并并产产生生反反射射横横波波，，即即反反射射后后同同时时产产生生纵纵波波与与横横波波两两种种波波型型这这时时，，横横波波反反射射角角 与与纵纵波波入入射角之间的关系与光学中的斯涅耳定律相同，射角之间的关系与光学中的斯涅耳定律相同，为为 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 斯涅耳定律斯涅耳定律 Snell's Law(光的折射定律）：光入射到不同光的折射定律）：光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射其中入射光和折射光位于同介质的界面上会发生反射和折射其中入射光和折射光位于同一个平面上，并且与界面法线的夹角满足如下关系：一个平面上，并且与界面法线的夹角满足如下关系： n1sinθ1 = n2sinθ2 其中，其中，n1和和n2分别是两个介质的折射率，分别是两个介质的折射率，θ1和和θ2分别是入射光分别是入射光（或折射光）与界面法线的夹角，叫做入射角和折射角。
或折射光）与界面法线的夹角，叫做入射角和折射角《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 若入射声波为横波，也会产生同样的现象，这时横波入射 若入射声波为横波，也会产生同样的现象，这时横波入射角角ααS S与横波反射角与横波反射角 相等介质相等介质1为固体时纵波反射角与横波为固体时纵波反射角与横波入射角之间的关系为入射角之间的关系为 由于固体中纵波声速总是大于横波声速，因此，无论是纵波入由于固体中纵波声速总是大于横波声速，因此，无论是纵波入射还是横波入射，均有 射还是横波入射，均有 当介质当介质1为液体或气体时，为液体或气体时，则入射波和反射波只能为纵波则入射波和反射波只能为纵波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2 2、、 折射折射 当当两两种种介介质质声声速速不不同同时时，，透透射射部部分分的的声声波波会会发发生生传传播播方方向向的的改改变变，，称称为为折折射射不不论论是是纵纵波波入入射射还还是是横横波波入入射射，，只只要要介介质质2 2为为固固体体，， 则则介介质质2 2中中除除有有与与入入射射波波相相同同波波型型的的折折射射波波外外，，均均可可因因在在界界面面发发生生波波型型转转换换而而产产生生与与入入射射波波不不同同波波型型的的折折射射波波。
这这时时，，介介质质2 2中中可可能能同同时时存存在在纵波与横波折射角与入射角之间的关系符合斯涅耳定律纵波与横波折射角与入射角之间的关系符合斯涅耳定律 第一章第一章 超声波检测超声波检测 斯涅耳定律斯涅耳定律 折射角相对于入射角的大小和折射波声速与入射波声速的比率折射角相对于入射角的大小和折射波声速与入射波声速的比率有关同时，有关同时，由于纵波声速总是大于横波声速，因此纵波折射角由于纵波声速总是大于横波声速，因此纵波折射角βL要大于横波折射角要大于横波折射角βS 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、、 临界角临界角 (1) (1) 第第一一临临界界角角ααⅠⅠ 当当入入射射波波为为纵纵波波，，且且c cL2L2> >c cL1L1时时，，折折射射角角大大于于入入射射角角，，使使纵纵波波折折射射角角达达到到90°90°的的纵纵波波入入射射角角称称为为第第一一临临界界角角，，用用符符号号ααⅠⅠ表表示示当当纵纵波波入入射射角角大大于于第第一一临临界界角角时时，，第二介质中不再有折射纵波，只有折射横波第二介质中不再有折射纵波，只有折射横波。
第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 (2) (2) 第第二二临临界界角角ααⅡⅡ 当当入入射射波波为为纵纵波波，，第第二二介介质质为为固固体体，， 且且c cS2S2> >c cL1L1时时，，使使横横波波折折射射角角达达到到90°90°的的纵纵波波入入射射角角为为第第二二临临界界角角，，用符号用符号ααⅡⅡ表示 通通常常在在超超声声检检测测中中，，临临界界角角主主要要应应用用于于第第二二介介质质为为固固体体，， 而而第第一一介介质质为为固固体体或或液液体体的的情情况况这这种种情情况况下下，，可可利利用用入入射射角角在在第第一一临临界界角角和和第第二二临临界界角角之之间间的的范范围围，，在在固固体体中中产产生生一一定定角角度度范范围围内内的的纯纯横横波波，， 对对试试件件进进行行检检测测或或：：第第二二介介质质中中既既无无折折射射纵纵波，又无折射横波，介质的表面将产生表面波波，又无折射横波，介质的表面将产生表面波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 (3) 第第三三临临界界角角αⅢ 。
第第三三临临界界角角是是在在固固体体介介质质与与另另一一种种介介质质的的界界面面上上，，用用横横波波作作为为入入射射波波时时产产生生的的使使纵纵波波反反射射角角达达到到90°时时的的横横波波入入射射角角称称为为第第三三临临界界角角，，用用表表示示αⅢ此此时时，，介介质质中中只存在反射横波只存在反射横波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 4 4 斜入射时的声压反射率和透射率斜入射时的声压反射率和透射率 斯斯涅耳反射、折射定律只讨论了超声波倾斜入射到界面上时，涅耳反射、折射定律只讨论了超声波倾斜入射到界面上时，各种类型反射波和折射波的传播方向，没有涉及它们的声压反射率各种类型反射波和折射波的传播方向，没有涉及它们的声压反射率和透射率和透射率 斜入射时反射波和透射波的声压关系较为复杂但在超声检测 斜入射时反射波和透射波的声压关系较为复杂但在超声检测中，关心的是斜入射的反射率和透射率随入射角度的变化中，关心的是斜入射的反射率和透射率随入射角度的变化 对脉对脉冲反射法，冲反射法， 更关心的是声压往返透过率随入射角度的变化。
更关心的是声压往返透过率随入射角度的变化在斜在斜入射情况下，各种类型反射波和折射波的声压反射率和透射率不仅入射情况下，各种类型反射波和折射波的声压反射率和透射率不仅与界面两侧介质的声阻抗有关，还与入射波的类型及入射角的大小与界面两侧介质的声阻抗有关，还与入射波的类型及入射角的大小有关由于理论计算公式复杂，因此借助于公式或实验得到几种常由于理论计算公式复杂，因此借助于公式或实验得到几种常见界面的声压反射率和透射率图，见图见界面的声压反射率和透射率图，见图1-7~1-9 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 5、声压往复透射率、声压往复透射率 超声波倾斜入射时，声压往复透射率等于两次相反方向通超声波倾斜入射时，声压往复透射率等于两次相反方向通过同一界面的声压透射率的乘积，即过同一界面的声压透射率的乘积，即 第一章第一章 超声波检测超声波检测 见图见图1-10《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 6、端角反射、端角反射 当工件的两个相邻表面构成直角，超声波束倾斜射向任当工件的两个相邻表面构成直角，超声波束倾斜射向任一表面，且其反射波束指向另一表面时，即构成端角反射的一表面，且其反射波束指向另一表面时，即构成端角反射的情况。
在这种情况下，情况在这种情况下，同类型的反射波和入射波总是相互平同类型的反射波和入射波总是相互平行，方向相反行，方向相反；不同类型的反射波和入射波互不平行，且难；不同类型的反射波和入射波互不平行，且难以被发射探头接收以被发射探头接收 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 三、三、 超声波入射到曲界面上的反射和透射超声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的反射 平平面面波波束束与与曲曲面面上上各各入入射射点点的的法法线线成成不不同同的的夹夹角角：：入入射射角角为为0°的的声声线线沿沿原原方方向向返返回回，，称称为为声声轴轴；；其其余余声声线线的的反反射射角角则则随随着着距距声声轴轴距距离离的的增增大大而而增增大大当当曲曲面面是是球球面面时时，，反反射射线线或或其其延延长长线线汇汇聚聚于于一一个个焦焦点点上上；；反反射射面面为为圆圆柱柱面面时时，，反反射射线线或或其其延延长长线线汇汇聚聚于于一一条条焦焦线线上此时，焦距上此时，焦距 f 与曲面曲率半径与曲面曲率半径r的关系为的关系为 第一章第一章 超声波检测超声波检测 平面波入射至曲面时的反射平面波入射至曲面时的反射（（a）凹面镜（）凹面镜（b）凸面镜）凸面镜《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波入射时，凹曲面的反射波聚焦，凸曲面的反射波发散。
超声波入射时，凹曲面的反射波聚焦，凸曲面的反射波发散 当曲面是球面时，反射线或其延长线汇聚于一个焦点上反当曲面是球面时，反射线或其延长线汇聚于一个焦点上反射波波阵面为球面，凹球面的反射波好像从实焦点出发的球面波，射波波阵面为球面，凹球面的反射波好像从实焦点出发的球面波，凸球面的反射波好像从虚焦点出发的球面波凸球面的反射波好像从虚焦点出发的球面波 反射面为圆柱面时，反射线或其延长线汇聚于一条焦线上，称反射面为圆柱面时，反射线或其延长线汇聚于一条焦线上，称为为焦轴焦轴反射波波阵面为柱面，凹柱面的反射波好像从实焦点出反射波波阵面为柱面，凹柱面的反射波好像从实焦点出发的柱面波，凸柱面的反射波好像从虚焦点出发的柱面波发的柱面波，凸柱面的反射波好像从虚焦点出发的柱面波 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2 2、平面波在曲面上的透射、平面波在曲面上的透射 平平面面波波入入射射到到曲曲面面上上时时，，其其折折射射波波也也将将发发生生聚聚焦焦或或发发散散。
折折射射波波的的聚聚焦焦或或发发散散不不仅仅与与曲曲面面的的凹凹凸凸有有关关，，而而且且与与界界面面两两侧侧介介质质的的声声速速有有关关由由斯斯涅涅耳耳定定律律，，对对于于凹凹面面，，c c1 1< 如曲面为球面，则透射透射波阵面的形状取决于曲界面的形状如曲面为球面，则透射波阵面为球面，透射波好像是从焦点出发的球面波；曲面为柱面时，波阵面为球面，透射波好像是从焦点出发的球面波；曲面为柱面时，则透射波好像是从焦轴出发的柱面波则透射波好像是从焦轴出发的柱面波 声束发散，将使按原扩散角扩散的声束更加发散，指向性变差，声束发散，将使按原扩散角扩散的声束更加发散，指向性变差，声能损失增加，中心轴线上声压降低声能损失增加，中心轴线上声压降低声束聚焦，使得声能更为集中，声束聚焦，使得声能更为集中，中心轴线上声压增强，声束指向性更加改善，对提高检测灵敏度和分中心轴线上声压增强，声束指向性更加改善，对提高检测灵敏度和分辨率均有利辨率均有利因此在实际检测过程中，有时在探头晶片前加装声透镜，因此在实际检测过程中，有时在探头晶片前加装声透镜，使透过的声束聚焦，水浸聚焦探头就是一例使透过的声束聚焦，水浸聚焦探头就是一例 3、水浸聚焦探头的设计、水浸聚焦探头的设计 水浸聚焦探头是根据平面波入射到水浸聚焦探头是根据平面波入射到c1>c2的凸曲面上时透射波将产的凸曲面上时透射波将产生聚焦的原理设计制作的。 生聚焦的原理设计制作的 聚焦探头中的声透镜，如果为球面，将获得点聚焦；如果为柱面，聚焦探头中的声透镜，如果为球面，将获得点聚焦；如果为柱面，将获得线聚集目前在实际检测中，线聚焦多用于机械化自动检测，将获得线聚集目前在实际检测中，线聚焦多用于机械化自动检测，点聚焦多用于人工检测点聚焦多用于人工检测 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 一、圆形压电晶片声源的声场 一、圆形压电晶片声源的声场 超超声声检检测测中中使使用用的的超超声声波波探探头头，，主主要要部部件件是是用用压压电电材材料料做做的的压压电电晶晶片片，，压压电电晶晶片片的的两两表表面面涂涂有有导导电电银银层层作作为为电电极极，，使使晶晶片片表表面面上上各各点点都都具具有有相相同同的的电电位位将将晶晶片片接接于于高高频频电电源源时时，，晶晶片片两两面面便便以以相相同同的的相相位位产产生生拉拉伸伸或或压压缩缩效效应应，，发发射射超超声声波波的的晶晶片片恰恰如如活活塞塞做做往往复复运运动动一一样样辐辐射射出出声声能能因因此此它它相相当当于于一一个个活活塞塞声声源源，，通通常常将将直直探探头头所所产产生生的的超超声声场场作作为为圆圆形形活活塞塞声声源源来来处处理理。 理理想想的的圆圆盘盘声声源源是是指指圆圆形形平平面面的的声声振振动动源源，，当当它它沿沿平平面面法法线线方方向向振振动动时时，，其其面面上上各各点点的的振振动动速速度度幅幅值值和和相相位位都都相相同同，， 发射的波称为发射的波称为活塞波活塞波 第四节第四节 由圆形压电晶片产生的声场简介由圆形压电晶片产生的声场简介 第一章第一章 超声波检测超声波检测 压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信（称为逆压电效应）如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械振动），这就是我们平常所说的超声波信号也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能号（机械振动），这就是我们平常所说的超声波信号也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能 。 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 圆圆盘盘声声源源发发出出的的声声场场，，由由于于声声源源尺尺寸寸有有限限，，必必然然在在其其边边缘缘发发生生衍衍射射效效应应使使声声束束向向周周围围空空间间扩扩散散，，形形成成一一个个随随距距离离增增大大而而波波阵阵面面面面积积不不断断扩扩大大的的扩扩散散声声束束另另一一方方面面，，声声源源上上各各点点发发出出的的声声波波相相互互干干涉涉又又使使得得声声压压的的空空间间分分布布不不是是随随距距离离单单调调变变化化的的 因因此此，，对对圆圆盘盘声声源源声声场场中中声声压压分分布布的的描描述述非非常常复复杂杂从从圆圆盘盘声声源源的的对对称称性性来来分分析析，，通通过过圆圆盘盘中中心心且且垂垂直直于于盘盘面面的的直直线线应应是是声声场场的的对对称称轴轴，，称称为为圆圆盘盘声声源源轴轴线线讨讨论论圆圆盘盘声声源源的的声声场场将将从从声声压压沿沿轴线的分布以及声束扩散的特性着手轴线的分布以及声束扩散的特性着手 圆盘声源远场中任一点的声压推导圆盘声源远场中任一点的声压推导 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 圆盘声源轴线上的声压分布圆盘声源轴线上的声压分布 根根据据叠叠加加原原理理，，圆圆盘盘声声源源轴轴线线上上任任何何一一点点处处的的声声压压等等于于声声源源上上各各点点辐辐射射的的声声压压在在该该点点的的叠叠加加。 如如果果声声源源发发出出的的波波为为连连续续简简谐谐波波，，并并假假定定介介质质为为无无衰衰减减的的液液体体介介质质，，则则可可推推出出声声源源轴轴上上声压幅值声压幅值P的分布符合下式：的分布符合下式： 式式中中：：P0为为声声源源的的起起始始声声压压；；D为为圆圆盘盘声声源源的的直直径径；；λ为为传传声声介介质中声波的波长；质中声波的波长；x为圆盘声源轴线上某一点距声源的距离为圆盘声源轴线上某一点距声源的距离 这是描述直探头中心轴线上声压分布的公式在采用当量法这是描述直探头中心轴线上声压分布的公式在采用当量法超声波缺陷测定时，它是最基本的公式超声波缺陷测定时，它是最基本的公式 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 二、近场区、远场区和超声波的指向性二、近场区、远场区和超声波的指向性 由轴线上声压公式，经数学推导，可以得到最后一个声压由轴线上声压公式，经数学推导，可以得到最后一个声压极大值点距声源距离的表达式：极大值点距声源距离的表达式： 当当D>>λ时，时，λ/4可以忽略，从而得到近场长度的简化计算可以忽略，从而得到近场长度的简化计算公式如下，可用于实际工作中近场长度的估算：公式如下，可用于实际工作中近场长度的估算： 第一章第一章 超声波检测超声波检测 圆盘声源轴线上的声压分布圆盘声源轴线上的声压分布 近场区近场区远场区远场区 图图中中标标有有“P“P球球””的的虚虚线线为为球球面面波波声声压压随随距距离离的的变变化化曲曲线线，，可可以以看看出出，，距距离离大大于于3N 3N 以以后后，，圆圆盘盘声声源源声声轴轴上上的的声声压幅值变化与球面波的曲线非常接近。 压幅值变化与球面波的曲线非常接近《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 在声场中，称在声场中，称x 根根据据叠叠加加原原理理，，可可将将在在空空间间中中距距声声源源有有一一定定距距离离的的任任一一点点的的声声压压，，看看做做是是声声源源上上各各点点的的辐辐射射声声压压的的叠叠加加，，从从而而得得到到声声场场内内声声压压幅值的分布情况幅值的分布情况 指向性与扩散角指向性与扩散角 第一章第一章 超声波检测超声波检测 圆盘声源远场中任一点的声压推导圆盘声源远场中任一点的声压推导《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 声场中的声场中的指向性指向性是指声场中是指声场中θθ方向的声压振幅方向的声压振幅pmax(θθ)与与θ=0°θ=0°时的声压振幅时的声压振幅pmax(0 0)之比，它表达了声场中声压之比，它表达了声场中声压p的振幅与方向角的振幅与方向角θθ之间的变化关系，以之间的变化关系，以DcDc表示：表示： 第一章第一章 超声波检测超声波检测 J J1 1————第一类一阶贝塞尔函数：第一类一阶贝塞尔函数：第一类贝塞尔函数，记作第一类贝塞尔函数，记作Jn（（x），用），用x的偶次幂的无穷和来定义，数的偶次幂的无穷和来定义，数 n称为贝塞尔函数的阶，它依赖于函数所要解决的问题。 称为贝塞尔函数的阶，它依赖于函数所要解决的问题 圆盘声源声场指向性示意图圆盘声源声场指向性示意图 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超超声声场场中中超超声声波波的的能能量量主主要要集集中中于于以以声声轴轴为为中中心心的的某某一一角角度度范范围围内内，，这这一一范范围围称称为为主主声声束束这这种种声声束束集集中中向向一一个个方方向向辐辐射射的的性性质质叫叫做做声声场场的的指指向向性性在在主主声声束束角角度度范范围围以以外外还还存存在在一一些能量很低的、只分布于声源附近的些能量很低的、只分布于声源附近的副瓣声束副瓣声束 第一章第一章 超声波检测超声波检测 圆盘声源声场指向性示意图圆盘声源声场指向性示意图 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 设设a为为圆圆形形声声源源的的半半径径，，x为为空空间间任任一一点点M到到声声源源中中心心的的距距离离，，θ为为M点点与与声声源源中中心心的的连连线线与与声声源源轴轴线线的的夹夹角角声声压压p最最大大值的表达式为值的表达式为 第一章第一章 超声波检测超声波检测 圆盘声源声场指向性示意图圆盘声源声场指向性示意图 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 主声束所包含的角度范围可由距声源充分远处的声压分 主声束所包含的角度范围可由距声源充分远处的声压分布得到。 当声源为圆形活塞声源且直径为布得到当声源为圆形活塞声源且直径为D、、半径为半径为a时，用时，用指向角指向角θ来描述主声束宽度（又称来描述主声束宽度（又称半扩散角半扩散角）） 指指向向角角是是代代表表主主声声束束范范围围的的角角度度，，反反映映了了声声束束的的定定向向集集中中程程度度，，也也反反映映了了声声束束随随距距离离扩扩散散的的快快慢慢指指向向角角越越大大，，则则声声束束指指向向性性越越差差，，声声束束扩扩散散越越快快声声源源的的直直径径越越大大，， 波波长长越越短短，，则则声束指向角越小，声束指向角越小， 指向性越好指向性越好 第一章第一章 超声波检测超声波检测 当当λ<<λ< 非非扩扩散散区区之之外外，，则则称称为为扩扩散散区区按按几几何何关关系系，， 可可得得到到非非扩扩散散区区的长度的长度b为为 第一章第一章 超声波检测超声波检测 圆盘声源非扩散区示意图圆盘声源非扩散区示意图 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 实际声源的声场实际声源的声场 简简化化计计算算时时假假定定声声源源是是均均匀匀、、连连续续激激发发的的，，而而实实际际探探头头多多是是非非均均匀匀激激发发的的脉脉冲冲波波源源；；简简化化计计算算时时假假定定介介质质是是液液体体介介质质，， 实实际际检检测测对对象象多多为为固固体体介介质质对对实实际际声声场场的的研研究究结结果果表表明明，，实实际际声声场场与与简简化化计计算算结结果果的的差差别别主主要要在在于于近近场场区区的的声声压压分分布布简简化化计计算算结结果果中中近近场场区区声声压压变变化化剧剧烈烈，，可可有有多多处处极极大大值值和和极极小小值值 而而实实际际声声场场近近场场区区声声压压分分布布比比较较均均匀匀，，幅幅度度变变化化小小，，极极值值点点的的数量也明显减少数量也明显减少 尽尽管管实实际际声声场场与与简简化化分分析析结结果果有有所所差差异异，，但但在在远远场场区区是是基基本本符符合合的的。 因因此此，，可可以以应应用用简简化化推推导导得得出出的的结结果果，，进进行行实实际际检检测中的近似计算测中的近似计算 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 一、超声检测通用技术一、超声检测通用技术 1. 1. 超声检测仪超声检测仪 超超声声检检测测设设备备和和器器材材包包括括超超声声波波检检测测仪仪、、探探头头、、试试块块、、 耦耦合合剂剂和和机机械械扫扫查查装装置置等等超超声声检检测测仪仪和和探探头头对对超超声声检检测测系系统统的的性性能能起起着着关关键键性性的的作作用用，，是是产产生生超超声声波波并并对对经经材材料料中中传传播播后后的的超超声声波波信信号号进进行行接接收收、、处处理理、、显显示示的的部部分分由由这这些些设设备备组组成成一一个个综综合合的的超超声声检检测测系系统统，，系系统统的的总总体体性性能能不不仅仅受受到到各各个个分分设设备备的的影影响响，，还还在在很很大大程程度度上上取取决决于于它它们们之之间间的的配配合合随随着着工工业业生生产产自自动动化化程程度度的的提提高高，，对对检检测测的的可可靠靠性性、、速速度度提提出出了了更更高高的的要要求求，，以以往往的的手手工工检检测测越越来来越越多多地地被自动检测系统取代。 被自动检测系统取代 第五节第五节 超声波检测方法超声波检测方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超超声声波波检检测测仪仪是是超超声声检检测测的的主主体体设设备备，， 是是专专门门用用于于超超声声检检测测的的一一种种电电子子仪仪器器它它是是根根据据超超声声波波传传播播原原理理、、电电声声转转换换原原理理和和无无线线电电测测量量原原理理设设计计的的，，种种类类繁繁多多，，性性能能也也不不尽尽相相同同，，脉冲式超声波检测仪应用最广泛脉冲式超声波检测仪应用最广泛 (1) (1) 超超声声波波检检测测仪仪的的作作用用它它的的作作用用是是产产生生电电振振荡荡并并加加于于换换能能器器————探探头头，，激激励励探探头头发发射射超超声声波波，，同同时时将将探探头头送送回回的的电电信信号号进进行行放放大大处处理理后后以以一一定定方方式式显显示示出出来来，，从从而而得得到到被被探测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息探测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息 （（2））按按缺缺陷陷显显示示方方式式分分类类：：脉脉冲冲式式检检测测仪仪按按回回波波信信号号的的显显示方式又可分为示方式又可分为A型显示、型显示、B型显示和型显示和C型显示三种类型。 型显示三种类型 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 A A型型显显示示是是一一种种波波形形显显示示，，屏屏幕幕的的横横坐坐标标代代表表声声波波的的传传播播时时间间（（或或距距离离）），，纵纵坐坐标标代代表表反反射射波波的的声声压压幅幅度度 可可以以认认为为该该方方式式显显示示的的是是沿沿探探头头发发射射声声束束方方向向上上一一条条线线上上的的不不同同点点的的回回波波信信息息图图为为A A型型显显示示原原理理图图，，T T表表示示发发射射脉脉冲冲，，F F表表示示来来自自缺缺陷陷的的回回波波，，B B表表示示底底面面回回波波 A A型型显显示示的的缺缺点点：：难难以以判判断断缺缺陷陷的几何形状，缺乏直观性 的几何形状，缺乏直观性 A型显示原理图型显示原理图 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 B B型型显显示示显显示示的的是是试试件件纵纵断断面面的的一一个个二二维维截截面面图图，，屏屏幕幕纵纵坐坐标标代代表表探探头头在在探探测测面面上上沿沿一一直直线线移移动动扫扫查查的的位位置置坐坐标标，，横横坐坐标标是是声声传传播播的的时时间间（（或或距距离离））。 该该方方式式可可以以直直观观地地显显示示出出被被探探工工件件任任一一纵纵截截面面上上缺缺陷陷的的分分布布及及缺缺陷陷的深度等信息的深度等信息B型显示原理图型显示原理图 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 C C型型显显示示显显示示的的是是试试件件横横断断面面的的一一个个平平面面投投影影图图，，探探头头在在试试件件表表面面做做二二维维扫扫查查，，屏屏幕幕的的二二维维坐坐标标对对应应探探头头的的扫扫查查位位置置探探头头在在每每一一位位置置接接收收的的信信号号幅幅度度以以光光点点辉辉度度表表示示该该方方式式可可形形象象地地显显示示工工件件内内部部缺缺陷陷的的平平面面投投影影图图像像，，但不能显示缺陷的深度但不能显示缺陷的深度 C型显示原理图型显示原理图 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （ （3 3）） 按超声波的通道分类：可分为单通道和多通道检测仪按超声波的通道分类：可分为单通道和多通道检测仪 （（4 4）） 按按是是否否数数字字化化分分类类：：可可分分为为数数字字式式超超声声波波检检测测仪仪和和模模拟拟式式超超声声波波检检测测仪仪所所谓谓数数字字式式主主要要指指发发射射、、接接收收电电路路的的参参数数控控制制和和接接收收信信号号的的处处理理、、显显示示均均采采用用数数字字方方式式的的仪仪器器。 数数字字式式超超声声检检测测仪仪是是计计算算机机技技术术和和传传统统超超声声检检测测技技术术相相结结合合的的产产物物 它它具具有有传传统统模模拟拟式式检检测测仪仪的的基基本本功功能能，，同同时时又又增增加加了了数数字字化化带带来来的的先先进进功功能能，，即即实实现现了了仪仪器器功功能能的的精精确确、、自自动动控控制制，，信信号号获获取取和和处处理理的的数数字字化化和和自自动动化化，，检测结果的可记录性和可再现性检测结果的可记录性和可再现性 以以上上分分类类中中，，模模拟拟式式和和数数字字式式A A型型脉脉冲冲反反射射式式超超声声波波检检测测仪仪在在工工程程实实际际中中应应用用最最为为广广泛泛，，其其型型号号有有CTS-22CTS-22、、CTS-21CTS-21、、 JTS-5JTS-5、、CST-3CST-3等 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声波检测仪超声波检测仪(a)、、 (b)、、 (c) 数字式超声检测仪；数字式超声检测仪； (d) 探伤小车探伤小车 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2 2、超声波探头、超声波探头 （（1 1）） 超超声声波波探探头头的的作作用用。 超超声声波波探探头头用用于于实实现现声声能能和和电电能能的的互互相相转转换换它它是是利利用用压压电电晶晶体体的的正正、、逆逆压压电电效效应应进进行行换换能能的的探探头头是是组组成成检检测测系系统统的最重要的组件，其性能的好坏直接影响超声检测的效果的最重要的组件，其性能的好坏直接影响超声检测的效果 （（2 2）） 常常用用超超声声波波探探头头的的类类型型超超声声波波检检测测中中由由于于被被探探测测工工件件的的形形状状和和材材质质、、探探测测的的目目的的、、探探测测的的条条件件不不同同，， 因因而而要要使使用用各各种种不不同同形形式式的的探探头头基基本本形形式式是是直直探探头头和和斜斜探探头头，，直直探探头头主主要要用用于于发发射射和和接接收收纵纵波波，，斜斜探探头头常常用用的的有有横横波波探探头头、、表表面面波波探探头头、、板板波波探探头头等等其其中中最最常常用用的的是是接接触触式式纵纵波波直直探探头头、、接接触触式式横横波波斜斜探探头头、、双双晶晶探探头头、、水水浸浸探探头头与与聚聚焦焦探探头头等等一一般般横横波波斜斜探探头头的的晶晶片片为为方方形形，，纵纵波波直直探探头头的的晶晶片片为为圆圆形形，，而而聚聚焦焦声声源源的的圆圆形形晶晶片片为为声声透透镜镜。 所所以以声声场场就就有有圆圆盘盘源源声声场场、、聚聚焦焦声声源源声声场场和和斜斜探探头头发发射射的的横横波波声声场场 大大多多数数探探头头的的直直径径为为5-40mm，，直直径径大大于于40mm时时，，很很难难获获得得与与之之对对应应的的平平整整接接触触面面，，一一般般不不采采用用而而当当探探头头直直径径小小于于5mm时时，，检检测测灵灵敏敏度度显显著著下下降降，，不不宜采用下下图为一组探头的图片图为一组探头的图片 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 各种探头各种探头 (a) 纵波直探头；纵波直探头； (b) 横波斜探头；横波斜探头； (c) 双晶探头双晶探头 选择探头时，应综合考虑性能稳定、结构可靠、使用方便，选择探头时，应综合考虑性能稳定、结构可靠、使用方便，并能满足静压力、温度等条件的要求并能满足静压力、温度等条件的要求 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、试块、试块 与与一一般般的的测测量量过过程程一一样样，，为为了了保保证证检检测测结结果果的的准准确确性性与与重重复复性性、、可可比比性性，，必必须须用用一一个个具具有有已已知知固固定定特特性性的的试试样样( (试试块块) )对对检检测测系系统统进进行行校校准准。 这这种种按按一一定定的的用用途途设设计计制制作作的的具具有有简简单单形形状状人人工工反反射射体体的的试试件件即即称称为为试试块块超超声声检检测测用用试试块块通通常常分分为为两两种种类类型型，，即即标标准准试试块块(校校准准试试块块)和和对对比比试试块块(参参考考试试块块)标标准准试试块块用用于于测测试试探探伤伤仪仪的的性性能能、、调调整整检检测测灵灵敏敏度度和和声声时时的测定范围的测定范围 当量法当量法：由于实际缺陷形状是各种各样的，甚至可能是不规则的，：由于实际缺陷形状是各种各样的，甚至可能是不规则的， 在进行理论分析时，采用几种在进行理论分析时，采用几种简化的规则形状模型来进行计算简化的规则形状模型来进行计算 有些形状可在试样上人工制作，从而可作为人工模拟反射体，有些形状可在试样上人工制作，从而可作为人工模拟反射体， 用于仪器的调整和缺陷的评价规则形状反射体主要包括大平面、圆形或方形平面、球形反射体用于仪器的调整和缺陷的评价规则形状反射体主要包括大平面、圆形或方形平面、球形反射体和圆柱形反射体具体的规则反射体回波声压公式可查阅有关资料当对实际缺陷大小进行计算和圆柱形反射体具体的规则反射体回波声压公式可查阅有关资料。 当对实际缺陷大小进行计算时，往往得到的是该缺陷相当于多大的规则反射体，时，往往得到的是该缺陷相当于多大的规则反射体， 把这个大小称为缺陷的把这个大小称为缺陷的当量尺寸当量尺寸 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 标标准准试试块块( (校校准准试试块块): ): 用用以以测测试试探探伤伤仪仪的的性性能能、、调整检测灵敏度和声速的测定范围调整检测灵敏度和声速的测定范围 参考试块：针对特定条件（如特殊厚度与形状）参考试块：针对特定条件（如特殊厚度与形状）而设计的非标准试块，一般要求该试块的材质和热处而设计的非标准试块，一般要求该试块的材质和热处理工艺与被检对象基本相同理工艺与被检对象基本相同《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 4、、 声波的耦合声波的耦合 当当探探头头和和试试件件之之间间有有一一层层空空气气时时，，超超声声波波的的反反射射率率几几乎乎为为100100％％，，即即使使很很薄薄的的一一层层空空气气也也可可以以阻阻止止超超声声波波传传入入试试件件。 因因此此，，排排除除探探头头和和试试件件之之间间的的空空气气非非常常重重要要耦耦合合剂剂就就是是为为了了改改善善探探头头和和试试件件间间声声能能的的传传递递而而加加在在探探头头和和检检测测面面之之间间的的液液体体薄薄层层耦耦合合剂剂可可以以填填充充探探头头与与试试件件间间的的空空气气间间隙隙，，使使超超声声波波能能够够传传入入试试件件，，这这是是使使用用耦耦合合剂剂的的主主要要目目的的除除此此之之外外，， 耦耦合合剂剂有有润润滑滑作作用用，，可可以以减减少少探探头头和和试试件件之之间间的的摩摩擦擦，， 防防止止试试件件表表面面磨磨损损探探头，并使探头便于移动头，并使探头便于移动 根根据据不不同同的的耦耦合合条条件件和和耦耦合合介介质质，，探探头头与与试试块块之之间间的的耦耦合合方方式式有有直直接接接接触触法法和和液液浸浸法法在在液液浸浸法法检检测测中中，， 通通过过液液体体实实现现耦耦合合，，此此时时液液体体也也是是耦合剂常用的耦合剂有水、甘油、常用的耦合剂有水、甘油、 变压器油、化学浆糊等变压器油、化学浆糊等 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 二、 二、 超声检测方法超声检测方法 超超声声检检测测的的方方法法很很多多，，可可按按原原理理、、波波型型和和使使用用探探头头的的数数目目及及探探头头接接触触方方式式来来分分类类。 按按原原理理分分类类，，有有脉脉冲冲反反射射法法、、穿穿透透法法和和共共振振法法；；按按显显示示方方式式分分类类，，有有A A型型显显示示、、B B型型显显示示和和C C型型显显示示；；按按波波型型分分类类，，有有纵纵波波法法、、横横波波法法、、表表面面波波法法和和板板波波法法；；按按探探头头数数目目分分类类，，有有单单探探头头法法、、双双探探头头法法和和多多探探头头法法；；按按耦耦合合方方式式分分类类，，有有接接触触法法和和液液浸浸法法；；按按入入射射角角度度分分类类，，有有直直射射声束法和斜射声束法声束法和斜射声束法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1 1、、 共振法共振法 应用共振现象对试件进行检测的方法叫共振法当试件应用共振现象对试件进行检测的方法叫共振法当试件的厚度为声波半波长的整数倍时，发生共振在测得超声波的厚度为声波半波长的整数倍时，发生共振在测得超声波的频率和共振次数后，可计算试件的厚度：的频率和共振次数后，可计算试件的厚度： 当试件中有较大的缺陷或厚度改变时，共振点偏移甚至当试件中有较大的缺陷或厚度改变时，共振点偏移甚至共振现象消失，因此共振法常用于壁厚的测量，不用来检测共振现象消失，因此共振法常用于壁厚的测量，不用来检测缺陷。 缺陷 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2 2、透射法（穿透法）、透射法（穿透法） 透透射射法法通通常常采采用用两两个个探探头头，，分分别别放放置置在在试试件件两两侧侧，，一一个个将将脉脉冲冲波波发发射射到到试试件件中中，，另另一一个个接接收收穿穿透透试试件件后后的的脉脉冲冲信信号号，， 依依据据脉脉冲冲波穿透试件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况波穿透试件后幅值的变化来判断内部缺陷的情况 直射声束穿透法直射声束穿透法 (a) 无缺陷；无缺陷； (b) 有缺陷有缺陷 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 透射法检测的优点：透射法检测的优点：①① 在试件中声波单向传播，适合检测高衰减的材料；在试件中声波单向传播，适合检测高衰减的材料；②② 对发射和接收探头的相对位置要求严格，须专门的探头支架对发射和接收探头的相对位置要求严格，须专门的探头支架特别适用于单一产品大批量加工过程中的自动化检测；特别适用于单一产品大批量加工过程中的自动化检测；③③ 检测时几乎不存在盲区。 检测时几乎不存在盲区 透射法检测的缺点：透射法检测的缺点：①① 一对探头单发单收，只能判断缺陷的大小和有无，不能确定一对探头单发单收，只能判断缺陷的大小和有无，不能确定缺陷的方位；缺陷的方位；②② 当缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低当缺陷尺寸小于探头波束宽度时，该方法的探测灵敏度低 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、脉冲反射法、脉冲反射法 （（1）脉冲反射法的工作原理）脉冲反射法的工作原理 脉脉冲冲反反射射法法是是利利用用超超声声波波探探头头脉脉冲冲试试件件内内传传播播的的过过程程中中，，遇遇有有声声阻阻抗抗相相差差较较大大的的两两种种介介质质的的界界面面时时，，将将发发生生反反射射的的原原理理进进行行检检测测的的方方法法采采用用一一个个探探头头兼兼做做发发射射和和接接收收器器件件，，接接收收信信号号在在探探伤伤仪仪的的荧荧光光屏屏上上显显示示，，并并根根据据缺缺陷陷及及底底面面反反射射波波的的有有无无、、大大小小及及其其在在时时基基轴轴上上的的位位置置来来判判断断缺缺陷陷的的有有无无、、大大小小及及方方位位。 实实际际检检测测中中，，常常采采用用直直接接接接触触式式脉脉冲冲反反射射法法下下图图显显示示了了接接触触法单探头直射声束脉冲反射法的基本原理法单探头直射声束脉冲反射法的基本原理 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 接触法单探头直射声束脉冲反射法接触法单探头直射声束脉冲反射法(a) 无缺陷；无缺陷； (b) 有缺陷有缺陷 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（2 2））脉冲反射法的优点：脉冲反射法的优点：①① 检测灵敏度高，能发现较小的缺陷；检测灵敏度高，能发现较小的缺陷；②② 检测精度较高；检测精度较高；③③ 适用范围广；适用范围广；④④ 操作简单方便操作简单方便3）脉冲反射法的缺点：）脉冲反射法的缺点：①① 单探头检测，易出现盲区；单探头检测，易出现盲区；②② 由于探头的近场效应，不适用于薄壁件和近表面缺陷的检测；由于探头的近场效应，不适用于薄壁件和近表面缺陷的检测；③③ 缺陷波的大小与被检缺陷的取向关系密切，易漏检；缺陷波的大小与被检缺陷的取向关系密切，易漏检；④④ 因声波往返传播，故不适用于衰减大的材料。 因声波往返传播，故不适用于衰减大的材料4）直接接触式脉冲反射法）直接接触式脉冲反射法探头与试件直接接触，中间可涂少量的耦合剂探头与试件直接接触，中间可涂少量的耦合剂 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（5 5）） 液浸法液浸法 液液浸浸法法是是在在探探头头与与试试件件之之间间填填充充一一定定厚厚度度的的液液体体介介质质作作耦耦合合剂剂，，使使声声波波首首先先经经过过液液体体耦耦合合剂剂，，而而后后再再入入射射到到试试件件中中，， 探探头头与与试试件件并并不不直直接接接接触触液液浸浸法法中中，，探探头头角角度度可可任任意意调调整整，， 声声波波的的发发射射、、接接收收也也比比较较稳稳定定，，便便于于实实现现检检测测自自动动化化，，大大大大提提高高了了检检测测速速度度液液浸浸法法的的缺缺点点是是当当耦耦合合层层较较厚厚时时，，声声能能损损失失较较大大另另外外，，自自动动化化检检测测还还需需要要相相应应的的辅辅助助设设备备，，有有时时是是复复杂杂的的机机械械设设备备和和电电子子设设备备，，它它们们对对单单一一产产品品( (或或几几种种产产品品) )往往往往具具有有很很高高的的检检测测能能力力，，但但缺缺乏乏灵灵活活性性。 总总之之，，液液浸浸法法与与直直接接接接触触法法各各有有利利弊弊，，应应根根据据被被检检对对象象的的具具体体情情况况( (几几何何形形状状的的复复杂杂程程度度和产品的产量等和产品的产量等)，， 选用不同的方法选用不同的方法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 4 4、超声检测通用技术小结、超声检测通用技术小结 超超声声检检测测方方法法可可采采用用多多种种检检测测技技术术，，每每种种检检测测技技术术在在实实施施过过程程中中，，都都有有其其需需要要考考虑虑的的特特殊殊问问题题，，其其检检测测过过程程也也各各有有特特点点 但但各各种种超超声声检检测测技技术术又又都都存存在在着着通通用用的的技技术术问问题题例例如如，，检检测测的过程都可归纳为以下几个步骤：的过程都可归纳为以下几个步骤： ① ① 试件的准备试件的准备 ② ② 检检测测条条件件的的确确定定，，包包括括超超声声波波检检测测仪仪、、探探头头、、试试块块等等的选择 ③ ③ 检测仪器的调整检测仪器的调整 ④ ④ 扫查。 扫查 ⑤ ⑤ 缺陷的评定缺陷的评定 ⑥⑥ 结果记录与报告的编写结果记录与报告的编写 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1 1）） 超声波检测仪的选择超声波检测仪的选择 一一般般市市场场上上出出售售的的A A型型脉脉冲冲反反射射式式超超声声波波检检测测仪仪已已具具备备一一些些基基本本功功能能，，其其基基本本性性能能参参数数( (垂垂直直线线性性、、水水平平线线性性等等) )也也能能满满足足通通常常超超声声检检测测的的要要求求对对于于给给定定的的任任务务，，在在选选择择超超声声波波检检测测仪仪时时，，主要考虑的是该任务的特殊要求，可从以下几方面进行考虑：主要考虑的是该任务的特殊要求，可从以下几方面进行考虑： （（1 1）） 所所需需采采用用的的超超声声频频率率特特别别高高或或特特别别低低时时，， 应应注注意意频频带宽度 （（2 2）） 对对薄薄试试件件检检测测和和近近表表面面缺缺陷陷检检测测时时，，应应注注意意发发射射脉脉冲冲是否可调为窄脉冲。 是否可调为窄脉冲 （（3 3）） 检检测测大大厚厚度度试试件件或或高高衰衰减减材材料料时时，，选选择择发发射射功功率率大大、、 增增益益范范围围大大、、电电噪噪声声低低的的超超声声波波检检测测仪仪，，有有助助于于提提高高穿穿透透能能力力和和小缺陷显示能力小缺陷显示能力 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（4 4）） 对对衰衰减减小小或或厚厚度度大大的的试试件件，，选选用用重重复复频频率率可可调调为为较低数值的超声波检测仪，可避免幻象波的干扰较低数值的超声波检测仪，可避免幻象波的干扰 （（5 5）） 室室外外现现场场检检测测时时，，应应选选择择重重量量轻轻，，荧荧光光屏屏亮亮度度好好，， 抗干扰能力强的便携式超声波检测仪抗干扰能力强的便携式超声波检测仪 （ （6）） 自动快速扫查时应选择最高重复频率高的超声波自动快速扫查时应选择最高重复频率高的超声波检测仪 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2）） 探头的选择探头的选择 （（1 1）） 频频率率。 超超声声波波的的频频率率在在很很大大程程度度上上决决定定了了其其对对缺缺陷陷的的探探测测能能力力频频率率的的选选择择可可以以这这样样考考虑虑：：对对于于小小缺缺陷陷、、 近近表表面面缺缺陷陷或或薄薄件件的的检检测测，，可可以以选选择择较较高高频频率率；；对对于于大大厚厚度度试试件件、、高高衰衰减减材材料料，，应应选选择择较较低低频频率率在在灵灵敏敏度度满满足足要要求求的的情情况况下下，， 选选择择宽宽带带探探头头可可提提高高分分辨辨力力和和信信噪噪比比针针对对具具体体对对象象，，适适用用的的频频率率需需在在上上述述考考虑虑当当中中取取得得一一个个最最佳佳的的平平衡衡，，既既要要保保证证所所需需尺尺寸寸缺缺陷陷的的检检出出，，并并满满足足分分辨辨力力的的要要求求，，也也要要保保证证在在整整个个检检测测范范围内具有足够的灵敏度与信噪比围内具有足够的灵敏度与信噪比 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （（2 2）） 晶晶片片尺尺寸寸探探头头晶晶片片尺尺寸寸对对检检测测的的影影响响主主要要是是通通过过其其对对声声场场特特性性的的影影响响体体现现出出来来的的。 多多数数情情况况下下，，检检测测大大厚厚度度的的试试件件时时，，采采用用大大直直径径探探头头较较为为有有利利；；检检测测厚厚度度较较小小的的试试件件时时，， 则则采采用用小小直直径径探探头头较较为为合合理理 应应根根据据具具体体情情况况，， 选选择满足检测要求的探头择满足检测要求的探头 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3）） 耦合剂的选择耦合剂的选择 选择耦合剂主要考虑以下几方面的要求： 选择耦合剂主要考虑以下几方面的要求： （（1 1）） 透声性能好声阻抗尽量和被探测材料的声阻抗相近透声性能好声阻抗尽量和被探测材料的声阻抗相近 （ （2 2）） 有足够的润湿性、有足够的润湿性、 适当的附着力和粘度适当的附着力和粘度 （ （3 3）） 对试件无腐蚀，对人体无损害，对环境无污染对试件无腐蚀，对人体无损害，对环境无污染 （ （4）） 容易清除，不易变质，容易清除，不易变质， 价格便宜，来源方便价格便宜，来源方便 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 一、 一、 典型构件的超声检测技术典型构件的超声检测技术 （一） （一） 大型锻件超声检测大型锻件超声检测 锻锻件件的的种种类类和和规规格格很很多多，，常常见见的的类类型型有有：：饼饼盘盘件件、、环环形形件件、、轴轴类类件件和和筒筒形形件件等等。 锻锻件件中中的的缺缺陷陷多多呈呈现现面面积积形形或或长长条条形形的的特特征征由由于于超超声声检检测测技技术术对对面面积积型型缺缺陷陷检检测测最最为为有有利利，，因此锻件是超声检测实际应用的主要对象因此锻件是超声检测实际应用的主要对象 第六节第六节 超声检测技术的应用超声检测技术的应用 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 通通常常，，大大型型锻锻件件的的超超声声检检测测一一般般采采用用2-5MHz，，检检测测方方法法广广泛泛采采用用直直探探头头纵纵波波脉脉冲冲反反射射法法，，有有时时用用斜斜探探头头补补充充检检测测轴轴类类锻锻件件以以圆圆周周检检测测为为主主，，必必要要时时辅辅以以两两端端面面的的检检测测；；方方形形锻件，应在相互垂直的两个端面上检测锻件，应在相互垂直的两个端面上检测轴类件径向和轴向检测示意图轴类件径向和轴向检测示意图 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1、锻件中的常见缺陷、锻件中的常见缺陷 可由超声波检测发现的锻件中的缺陷主要来源于两个方面：可由超声波检测发现的锻件中的缺陷主要来源于两个方面：材料锻造过程中形成的缩孔、疏松、夹杂及偏析等；材料锻造过程中形成的缩孔、疏松、夹杂及偏析等； 热处理中产热处理中产生的白点（生的白点（内缺陷的白点，即热加工后钢的纵断面上有表面光滑的内缺陷的白点，即热加工后钢的纵断面上有表面光滑的银白色斑点，形状是圆或椭圆。 严重影响工件的延伸率、断面收缩银白色斑点，形状是圆或椭圆严重影响工件的延伸率、断面收缩率与冲击韧性）、裂纹和晶粒粗大等率与冲击韧性）、裂纹和晶粒粗大等 在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和CO、、N2等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹钢等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成微裂纹，热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成微裂纹，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低，即发生进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆氢脆”现象在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为“白点白点”，实为交错的细小裂纹主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力，实为交错的细小裂纹主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了“白点白点”。 一般白点产生的温度低于一般白点产生的温度低于2000℃ 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 2、锻件缺陷的定量、锻件缺陷的定量 对小声束直径的缺陷，常使用对小声束直径的缺陷，常使用当量法当量法 以圆形平底孔试块为基准，先假设试块和锻件的测试条件基本以圆形平底孔试块为基准，先假设试块和锻件的测试条件基本相当，将缺陷的回声波压和与之同声程的某种标准反射体的回波声相当，将缺陷的回声波压和与之同声程的某种标准反射体的回波声压来进行当量对比，若二者的反射回声波压相等，则认为该人工缺压来进行当量对比，若二者的反射回声波压相等，则认为该人工缺陷与实际缺陷是同当量的因为这样确定下来的缺陷大小，并不是陷与实际缺陷是同当量的因为这样确定下来的缺陷大小，并不是锻件中实际缺陷的大小，而只是一种相对比较（或称当量），把这锻件中实际缺陷的大小，而只是一种相对比较（或称当量），把这种方法称为种方法称为“当量法当量法” 对锻件中对锻件中缺陷长度的定量缺陷长度的定量常采用连续移动探头检测法，移动探常采用连续移动探头检测法，移动探头，声束轴线逐渐偏离缺陷，反射波幅逐渐降低，当波幅下降为最头，声束轴线逐渐偏离缺陷，反射波幅逐渐降低，当波幅下降为最高波幅的一半时，声束轴线所指的位置即为缺陷的边缘，两个边缘高波幅的一半时，声束轴线所指的位置即为缺陷的边缘，两个边缘之间的距离即为被测缺陷的长度。 之间的距离即为被测缺陷的长度 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3 3、锻件超声检测的特点、锻件超声检测的特点 锻锻件件可可采采用用接接触触法法或或液液浸浸法法进进行行检检测测锻锻件件的的组组织织很很细细，，由由此此引引起起的的声声波波衰衰减减和和散散射射影影响响相相对对较较小小因因此此，，锻锻件件上上有有时时可可以以应应用用较较高高的的检检测测频频率率( (如如10 MHz以以上上)，， 以以满满足足高高分分辨率检测的要求，辨率检测的要求， 以及实现较小尺寸缺陷检测的目的以及实现较小尺寸缺陷检测的目的 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （二）（二） 铸件缺陷的检测铸件缺陷的检测 铸件内部组织粗大、不均匀、致密性差、表面粗糙、形铸件内部组织粗大、不均匀、致密性差、表面粗糙、形状复杂与锻件相比，对超声波的衰减大，穿透性较差与锻件相比，对超声波的衰减大，穿透性较差铸件的上述特点，形成了铸件超声检测的特殊性和局限性。 铸件的上述特点，形成了铸件超声检测的特殊性和局限性检测时一般选用检测时一般选用较低的超声频率较低的超声频率，如，如0.5～～2 MHz，因此检测，因此检测灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检测要求较低，灵敏度也低，杂波干扰严重，缺陷检测要求较低，只能检测只能检测出面积较大的缺陷出面积较大的缺陷 缺陷类型往往以体积型缺陷为主，常有缺陷类型往往以体积型缺陷为主，常有多种形状和性质的缺陷混在一起，且以铸件中心、冒口和浇多种形状和性质的缺陷混在一起，且以铸件中心、冒口和浇口附近较多，常见的缺陷有：缩孔、疏松、夹渣、夹砂、气口附近较多，常见的缺陷有：缩孔、疏松、夹渣、夹砂、气孔和铸造裂纹等孔和铸造裂纹等 铸件检测常采用的超声检测方法有直接接触法、铸件检测常采用的超声检测方法有直接接触法、 液浸法、液浸法、 反射法和底波衰减法反射法和底波衰减法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （三）（三） 小型压力容器壳体超声检测小型压力容器壳体超声检测 小型压力容器壳体由低碳不锈钢锻造而成，机械加工成小型压力容器壳体由低碳不锈钢锻造而成，机械加工成半球壳状。 对此类锻件的超声检测，通常以斜探头横波检测半球壳状对此类锻件的超声检测，通常以斜探头横波检测为主，辅以表面波探头检测表面缺陷对壁厚在为主，辅以表面波探头检测表面缺陷对壁厚在3mm以下的以下的薄壁壳体，可只用表面法检测薄壁壳体，可只用表面法检测 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （四）复合材料检测（四）复合材料检测 复合材料是由两种或多种性质不同的材料轧制或粘合在一起制成的复合材料是由两种或多种性质不同的材料轧制或粘合在一起制成的其其粘合质量的检测主要有接触式脉冲反射法、粘合质量的检测主要有接触式脉冲反射法、 脉冲穿透法和共振法脉冲穿透法和共振法 脉冲反射法适用于复合材料是由两层材料复合而成，粘合层中的分层脉冲反射法适用于复合材料是由两层材料复合而成，粘合层中的分层多数与板材表面平行的情况用纵波检测时，多数与板材表面平行的情况用纵波检测时， 粘合质量好的，产生的界面粘合质量好的，产生的界面波会很低，而底波幅度会较高；波会很低，而底波幅度会较高； 当粘合不良时，则相反当粘合不良时，则相反。 如采用穿透法，两个探头分别放在复合材料的两侧，面对面一发一收，如采用穿透法，两个探头分别放在复合材料的两侧，面对面一发一收，粘合良好时，接受的超声能量大，否则声能小此法特别适用于检测声阻粘合良好时，接受的超声能量大，否则声能小此法特别适用于检测声阻抗不同的多层复合材料抗不同的多层复合材料 共振法适用于检测声阻抗相近的复合材料，粘合良好时，测得的厚度共振法适用于检测声阻抗相近的复合材料，粘合良好时，测得的厚度为两层之和；粘合不好时，只能测得第一层的厚度为两层之和；粘合不好时，只能测得第一层的厚度 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （五）各类构件焊缝的检测（五）各类构件焊缝的检测 许许多多金金属属结结构构件件都都采采用用焊焊接接的的方方法法制制造造，，超超声声检检测测是是对对焊焊接接接接头头质质量量进进行行评评价价的的重重要要检检测测手手段段之之一一焊焊缝缝形形式式有有对对接接、、搭搭接接、、T T型型接接、、角角接接等等焊焊缝缝超超声声检检测测的的常常见见缺缺陷陷有有气气孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹等。 孔、夹渣、未熔合、未焊透和焊接裂纹等 焊焊缝缝探探伤伤一一般般采采用用斜斜射射横横波波接接触触法法，，在在焊焊缝缝两两侧侧进进行行扫扫查查探探头头频频率率通通常常为为2.52.5～～5.0 5.0 MHzMHz发发现现缺缺陷陷后后，，即即可可采采用用三三角角法法对对其其进进行行定定位位计计算算仪仪器器灵灵敏敏度度的的调调整整和和探探头头性性能能测测试应在相应的标准试块或自制试块上进行试应在相应的标准试块或自制试块上进行 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 焊接接头形式焊接接头形式(a) 对接接头；对接接头； (b) 搭接接头；搭接接头； (c) T型接头；型接头； (d) 角接接头角接接头 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 超声超声检测焊接接头的缺陷的等级评定检测焊接接头的缺陷的等级评定 焊焊接接接接头头的的超超声声检检测测分分为为A A、、B B、、C C三三个个等等级级（（GB11345-GB11345-8989））。 就就检检验验的的完完善善程程度度而而言言，，A A级级最最低低（（难难度度系系数数1 1）），， B B级级一一般般（（难难度度系系数数5-65-6）），，C C级级最最高高（（难难度度系系数数10-1210-12））一一般而言，根据板厚、焊缝重要程度等确定不同的检验等级般而言，根据板厚、焊缝重要程度等确定不同的检验等级 焊焊接接接接头头的的超超声声检检测测结结果果分分为为Ⅰ、、Ⅱ、、Ⅲ、、Ⅳ四四级级，，缺缺陷陷尺尺寸寸和和危危害害程程度度越越小小，，缺缺陷陷等等级级越越低低，，焊焊接接接接头头质质量量越越高高即即Ⅰ级焊缝质量最高，依次下降级焊缝质量最高，依次下降 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 （六）（六） 非金属材料的检测非金属材料的检测 超超声声波波在在非非金金属属材材料料（（木木材材、、混混凝凝土土、、有有机机玻玻璃璃、、陶陶瓷瓷、、橡橡胶胶、、塑塑料料、、砂砂轮轮、、炸炸药药药药饼饼等等））中中的的衰衰减减一一般般比比在在金金属属中中的的大大，，多多采采用用低低频频率率检检测测一一般般为为2020～～200 200 kHzkHz，，也也有有用用2 2～～5 5 MHz MHz 的。 为了获得较窄的声束，需采用晶片尺寸较大的探头为了获得较窄的声束，需采用晶片尺寸较大的探头 塑塑料料零零件件的的探探测测一一般般采采用用纵纵波波脉脉冲冲反反射射法法；；陶陶瓷瓷材材料料可可用用纵波和横波探测；纵波和横波探测； 橡胶检测频率较低，可用穿透法检测橡胶检测频率较低，可用穿透法检测 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 1、声速测量、声速测量•根据超声波脉冲在被测介质中的传播时间来计算声速根据超声波脉冲在被测介质中的传播时间来计算声速•用超声波测厚仪来测量声速用超声波测厚仪来测量声速2、超声波测厚、超声波测厚 超声波测厚仪测量速度快、精度高、体积小、轻便精巧，容器超声波测厚仪测量速度快、精度高、体积小、轻便精巧，容器内积水或结垢也不会影响测量精度，因此在工业中大多采用超声内积水或结垢也不会影响测量精度，因此在工业中大多采用超声波测厚仪波测厚仪 超声波测厚仪从工作原理上可分为超声波测厚仪从工作原理上可分为脉冲反射式脉冲反射式和共振式，前者应和共振式，前者应用较多 使用超声波测厚仪时：使用超声波测厚仪时：•要特别注意测厚仪的下限，当工件厚度小于下限时，误差很大；要特别注意测厚仪的下限，当工件厚度小于下限时，误差很大；•预先调整好仪器。 预先调整好仪器二、超声波测量技术简介二、超声波测量技术简介 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 3、超声波衰减系数的测定、超声波衰减系数的测定 在超声波探伤时，如要准确地确定缺陷的当量大小，必须在超声波探伤时，如要准确地确定缺陷的当量大小，必须预先测定被检对象的声衰减系数预先测定被检对象的声衰减系数 4、超声波测量液位、超声波测量液位 液介式、气介式液介式、气介式 在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射并由接收器接收，测出超声波从发射超声波在相界面被反射并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低到接收的时间差，便可测出液位高低 第一章第一章 超声波检测超声波检测 (a)气介式气介式 (b) 液介式液介式 单探头超声波液位计单探头超声波液位计 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 5、超声波测定流量、超声波测定流量 超声波测量流量时，可采用非接触的测量方法，因此该方超声波测量流量时，可采用非接触的测量方法，因此该方法广泛应用于高温、高压、防爆等特殊条件下。 法广泛应用于高温、高压、防爆等特殊条件下超声波测量流量的方法：超声波测量流量的方法： （（1）时差法）时差法 （（2）相差法）相差法 （（3）频差法）频差法 （（4）超声多普勒法）超声多普勒法 （（5）声束位移法）声束位移法 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 多普勒效应的发现多普勒效应的发现 1842年的一天，德国一位名叫多普勒的数学家路过铁路交叉处，恰逢一列火车从年的一天，德国一位名叫多普勒的数学家路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究发现这是声变弱，音调变低他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究发现这是由于由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象这就是频移现象因为是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。 这就是频移现象因为是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应 多普勒效应 多普勒效应 多普勒效应指出，波在 多普勒效应指出，波在波源波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低当观察者移动时也能得到同样的结论但是由于缺少实验设备，多普接收频率变低当观察者移动时也能得到同样的结论但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的勒当时没有用实验验证几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应假设原有波源的波长为音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应假设原有波源的波长为λ，波速为，波速为c，观察者移动速度为，观察者移动速度为v：： 当观察者走近波源时观察到的波源频率为（ 当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v））/λ，如果观察者远离波源，则，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（观察到的波源频率为（c-v））/λ 一个常被使用的例子是 一个常被使用的例子是火车火车的汽笛声，当火车接近观察者时的汽笛声，当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常其汽鸣声会比平常更刺耳，你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。 同样的情况还有：警车的警报声和更刺耳，你可以在火车经过时听出刺耳声的变化同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声赛车的发动机声 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 第6章 常用无损检测方法 6、超声波测定温度、超声波测定温度 （（1）以介质本身为敏感元件）以介质本身为敏感元件 （（2）间接测温法）间接测温法 7、其它超声波测量方法、其它超声波测量方法 超声波测量硬度、浓度、粘度等超声波测量硬度、浓度、粘度等 第一章第一章 超声波检测超声波检测 《超声波检测》PPT课件 。
