第二章超声波探伤物理基础-ut-ii.ppt

钢和铝中气隙、水隙声压透射率 钢和铝中气隙、水隙声压反射率 （1）当f＝1MHZ时，钢中厚度为d= mm的气隙几乎100％反射。两块紧贴在一起的十分精密的钢块之间的间隙也有 mm。可见超声波对检测含有气体介质的裂纹等面积型缺陷的灵敏度是很高的。 （2）当材料中的气隙或水隙厚度一定时，频率增加，声压反射率随着增加。 例：对钢中气隙d= mm时，f=1MHz,r=20%； f=5MHz,r=60% 提高超声波探伤频率对于提供探伤灵敏度是有利的。 2、薄层两侧介质不同的双界面(Z1 ≠ Z3≠Z2) 例如：晶片－保护膜－工件； 有机玻璃－耦合层－工件 薄层的声强透射率T为： （1）当 时， 当薄层厚度等于半波长的整数倍时,通过薄层的声强透射率与薄层的性质无关; （2）当 时，且 当薄层厚度等于四分之一波长的奇数倍时,声强透射率等于1，超声波全透射。这对于直探头保护膜设计具有重要的理论指导意义。 §7－3声压往复透射率 在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。探头发出的超声波透过界面进入工件，在固/气界面产生全反射后再次通过同一界面被探头接收。这时探头接收到的回波声压Pa与入射波声压P0之比，称为声压往复透射率T往 P0 Pt Pt Pa Z1 Z2 Z空气=0 1、往复透射率高，探伤灵敏度高，反之，探伤灵敏度低。 2、声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关，与从何种介质入射到界面无关。 3、界面两侧的介质声阻抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。 §8 超声波斜入射到界面时的反射与折射 §8－1 波型转换与反射、折射定律 波型转换：当超声波斜入射的界面时，除产生同种类型的反射和折射外，还会产生不同类型的反射和折射。 几何光学三定律： 1、在均匀介质中光线沿直线传播； 2、入射角＝反射角；入射线、反射线、折射线在同一平面内； 3、入射角α和折射角β满足： n: 折射率 纵波入射 Z1 Z2 L αL 根据反射、折射定律： 同一介质中纵波的声速不变,因此 = 同一介质中纵波的声速大于横波的声速，因此 , 第一临界角： 当CL2 CL1 时，βL αL ,随着αL 增大,βL 也增大，当 βL ＝90°时，所对应的纵波入射角,α1 第二临界角： （1）当纵波入射角小于第一临界角时，第二介质中既有纵波又有横波； （2）当纵波入射角介于第一临界角和第二临界角时，第二介质中只有横波，没有纵波，这就是常用横波斜探头的制作原理。 （3）当纵波入射角大于等于第二临界角时，第二介质中即没有纵波也没有横波，这是其介质的表面存在表面波，这就是常用表面波探头的制作原理。 例如，纵波倾斜入射到有机玻璃/钢界面时，有机玻璃中：CL1=2730m/s，钢中CL2=5900m/s，CS2=3230m/s。则第一、二临界角分别为： 由此可见有机玻璃横波探头αL=27.6°～57.7°，有机玻璃表面波探头αL≥57.7° 横波入射 Z1 Z2 S 横波入射 反射、折射定律 第三临界角： 当横波入射角增大到一定程度，反射纵波沿着界面传播，这时所对应当横波入射角为第三临界角。 当横波入射角大于等于第三临界角时，第一介质中只有反射横波，没有反射纵波，即横波全反射。 例：对钢/空气界面 ＝5900m/s, =3230m/s, =33.2 当 时，钢中横波全反射。 L αL S 有机玻璃 晶片 钢 §8－2 声压反射率 超声波反射、折射定律只讨论了各种反射波、折射波的方向问题，未涉及声压反射率和透射率问题。由于倾斜入射时，声压反射率、透射率不仅与介质的声阻抗有关，而且与入射角有关，其理论计算公式十分复杂，因此这里只介绍由理论计算结果绘制的曲线图形。 1、纵波斜入射到钢/空气界面的反射 如图所示，当纵波倾斜入射到钢/空气界面时，纵波声压反射率rLL与横波声压反率rLS 随入射角αL而变化。当αL=60