1_第一章超声波检测要点.docVIP

第一章 超声波检测 §1.1超声波检测的基础知识 超声波检测（探伤）由于可探测的厚度大、成本低、速度快、对人体无害及对危害性较大的平面型缺陷的探测灵敏度高等一系列优点，已获得广泛应用。 1 超声波定义 超声波属于一种在弹性介质中的机械波，是超声振动在介质中的传播。 f20HZ：次声波（有害） 20HZf20kHZ：声波（人耳可以听到） f20kHZ：超声波 工业中常用的工作频率f＝0.5~10MHZ；细晶材料，或需要高灵敏性的，f＝10~200MHZ；粗晶材料或衰减太大的情况，f1MHZ。 2 超声波特点 ① 方向性好（像光波一样，可准确定位）； ② 穿透能力强（一般金属材料，可达数米）； ③ 能量（密度）高（不易衰减）； ④ 遇到界面时，将发生反射、透射、波型的转换； ⑤ 对人体无害（相比于X射线）。 3 描述超声波的基本物理量 1）声速（c） 单位时间内，超声波在介质中传播的距离。 2）频率（f） 单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过的完整波的个数。（角频率ω＝2πfλ） 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。 4）周期（T） 声波向前传播一个波长的距离所需要的时间。 4 超声波的分类 分类原则：介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系。 1）纵波（L） 质点的振动方向与波的传播方向平行。 介质在交变拉压应力作用下发生伸缩变形，又称压缩波，疏密波； 固、液、气介质中均可。（气、液中为压压交变应力） 2）横波S（T） 介质中质点的振动方向和波的传播方向相垂直。 介质质点受到交变的切应力作用而发生切变形变，故又称切变波。 只有固体可以承受切变应力，因此横波只在固体介质中传播，而不能在液体或气体介质中传播。 3）表面波（R） Raleigh，1885年阐述，又称瑞利波。 表面波质点振动的轨迹为椭圆。 半无限大（固）体。 4）板波（兰姆波） 对称型板波（S）：两表面质点振动的相位相反，中间质点以纵波的形式振动。 非对称型板波（A）：两表面质点振动的相位相同，中间质点以横波的形式振动。 板波可检测板厚、分层、裂纹等缺陷，还可以检测复合材料的粘合质量。 （波的分类，还可以按照波前的形状分为：平面波、柱面波，球面波；按振动持续的时间分：连续波、脉冲波。） §1.2超声场及介质的声参量简介 充满超声波的空间，或在介质中超声振动所波及的质点占据的范围称为超声场。 1 描述超声场的物理量 1）声压p 超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强p1与没有超声场存在时同一点的静态压强p0之间的差，称为该点的声压p。 （声压振幅） 因超声波的频率比一般声波的频率高，因此，超声波的声压比一般声波的声压大。 2）声强I 在超声波传播的方向上，单位时间内介质中单位截面上的声能称为声强。单位为：W/cm2。（功率密度） 超声波的频率高，故超声波的声强高。 3）声强级 引起听觉的最弱声强：I0＝10-16W/cm2，称为闻阈。 声强级为： 单位为BeL（贝尔）。 实际应用中，认为贝尔这个单位太大，故一般采用分贝（dB）： 2 介质的声参量 声波在介质中的传播是由其声学参量决定的。声学参量包括声速、声阻抗、声衰减系数等。 1）声速c 超声波的声速取决于波型，介质的特性（密度，弹性模量等） 声速的一般表达式： 例如：纵波在无限大固体介质中的声速（不用σ） 横波在无限大固体介质中的声速 2）声阻抗 超声波在介质中传播时，任一点的声压（振幅）与该点的速度（振幅）之比被称为声阻抗（单位为g/（cm2·s）或kg/（cm2·s））。声阻抗表示声场中介质对质点运动的阻碍作用。 ， 说明Z为介质常数，说明介质不同，Z不同。当超声波从一种介质传入另一种介质时，将在其界面处发生超声波的反射、透射时，将主要取决于这两种介质的声阻抗。 气体、液体、金属之间的声阻抗之比为1：3000：90000。 3）声衰减系数 超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐减弱的现象，称为声衰减。 在传声介质中，单位距离内某一频率下声波衰减的能量称为该频率该介质下的声衰减系数。（α）（单位：dB/m或dB/cm） ① 扩散衰减 声波在介质中传播时，因其波前逐渐扩展，从而导致声波逐渐衰减的现象称为超声波的扩散衰减。 主要取决于波阵面的几何形状，而与传播介质无关。 平面波不存在扩散衰减，球面波和柱面波存在。 ② 散射衰减 散射是物质的不均匀性产生的，不均匀材料含有大量声阻抗急剧变化的界面，在这两种物质的界面上，将发生声波的反射、折射和波型转换现象，必然导致声能的降低。 在固体介质中，最常遇到的是多晶材料，每个晶粒之中，又分别由一个相或多个相组成，加之晶体的弹性各向异性和晶界均使声波产生散射，声能将转化为热能，导致声波能量的降低。 ③ 吸收衰减 超声波在介质中传播时，由于介质质