超声检测-物理基础教案.ppt

超声检测ULTRASONICTESTING第一章概论Chapter1GeneralIntroduction超声检测的历史History超声波的特点Characteristics超声检测原理Principles超声检测的优点和限制Advantageslimitations超声检测的历史1808年，测量了铁管中的声速；1826年，Colladon和Sturm在日内瓦湖中测量了水下声速。1830年，FelixirSavart利用一个大齿轮产生了24kHz声音。1880’年代，Jacques-Paul和PierreCurie兄弟发现了压电效应。超声检测的历史R.A.Fessenden研制了种低频（0.540~1.1kHz）的活塞声源，可成功探测水下冰山。1915年，M.ConstantinChilowsky为探测潜艇提出方案——声波测距，后来PaulLangevin利用石英压电换能器可探测1500米远的潜艇。1929年，苏联的S.Y.Sokolov和德国的Q.Muhlhauser首先提出用超声波以穿透法来寻找金属中隐藏的不连续性。超声检测的历史1930’，Firestone使用超声检验用脉冲回波仪。1937年，Sokolov创造了一基于压电效应的超声成像管。20世纪30年代，超声脉冲回波被开发用于潜艇探测.1940年，FloydFirestone提出了采用超声脉冲反射法的探伤装置和测量仪器的专利申请。1947年，通用汽车公司制成了第一台超声共振测厚仪。超声检测的历史1948年，DonaldErdman提出了脉冲回波水浸检验技术，他首先采用了B扫描超声检验。W.P.Mason在1948年和J.Kaiser于1950年从金属试样上观察到声发射现象。1955年，电磁声换能器（EMAT）和激光超声。1959年，Kroutkromer发明AVG曲线。超声检测的历史1964年，焊缝超声检测技术。70’，裂纹高度测量，结合断裂力学，评估结构强度和寿命预测。80’，随着电子技术和计算机的发展，超声检测自动化和成像技术发展迅速。超声波的特点超声波能量高超声波穿透力强超声波方向性好超声检测原理——主要应用的超声特性反射特性——利用异质界面超声波反射回波检测不连续性。折射特性——利用异质界面超声波折射，检测倾斜不连续性；斜角探头制作。衍射特性——利用超声波在裂纹尖端衍射，测量裂纹高度、检测不连续性——TOFD技术。超声检测原理——主要应用的超声特性速度特性——测量应力、浓度、孔隙率、针孔度等。衰减特性——测量晶粒度谐振特性——测厚、声振检测频谱特性——定性分析、信号处理。超声检测优点和限制超声检测优点：灵敏度高、穿透力强、材料适应面广、检测速度块、成本低、对人体无害。超声检测限制：存在检测盲区、对形状复杂的工件困难、缺陷定性定量尚不准、对检测员要求较高。第二章超声检测的物理基础Chapter2PhysicalFoundationsforUltrasonicTesting目录Contents机械振动与机械波声波的种类声波的叠加、干涉、衍射声波的传播速度声场的特征值声波垂直入射到界面时的反射和折射声波倾斜入射到界面时的反射、折射与波型转换超声波的聚焦与发散超声波的衰减机械振动与机械波MechanicVibrationandWave机械振动机械波机械振动——谐振动振动：质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态。谐振动：质点受到跟位移成正比、方向总是指向平衡位置的回复力作用下的振动。振动方程：机械振动——谐振动特点：位移随时间的变化符合余弦规律；振幅和频率始终保持不变、自由、周期的振动——最基本、最简单的理想的振动；固有频率由系统本身决定；只有弹力或重力做功，机械能守恒。机械振动——阻尼振动定义：振幅或能量随时间不断减少的振动。振动方程特点质点的振幅随时间不断减小，直至为零；不符合机械能守恒。机械振动——阻尼振动在超声检测的应用超声检测换能器设计：晶片浇注背衬，使振动迅速停止，缩短脉冲宽度，提高检测分辨率。机械振动——强迫振动定义：在周期外力的作用下物体所作的振动。振动方程特点：稳定后为谐振动，振幅不变，频率与策动力相同;不符合机械能守恒。机械振动——受迫振动共振当策动力的频率与其固有频率相同时，振幅达到最大的现象。超声检测的应用：超声检测换能器晶片在发射超声信号的激励下作受迫振动；接受信号时亦然。机械波——产生与传播机械波机械振动在介质中传播形成机械波。弹性介质由以弹性力保持平衡的各个质点所构成。机械波——产生与传播产生机械波的条件机械振动源、弹性介质。特点：机械振动是机械波的根源、机械波是机械振动状态的传播。机械波的传播不是物质的传播，而是振动状态和能量的传播。机械波——产生与传播弹性波、声波在弹性介质中传播的机械振动。简谐波当振动源作谐振动时所产生