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超声波检测讲义（UT） 超声波探伤是利用超声波在物质中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。与射线探伤相比，超声波探伤具有灵敏度高、探测速度快、成本低、操作方便、探测厚度大、对人体和环境无害，特别对裂纹、未熔合等危险性缺陷探伤灵敏度高等优点。但也存在缺陷评定不直观、定性定量与操作者的水平和经验有关、存档困难等缺点。在探伤中，常与射线探伤配合使用，提高探伤结果的可靠性。超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷。 1、超声波：频率大于20KHZ的声波。它是一种机械波。探伤中常用的超声波频率为0.5~10MHz，其中2~2.5MHz被推荐为焊缝探伤的公称频率。 机械振动：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。振幅A、周期T、频率f。?。 波动：????振动的传播过程称为波动。C=λ*f??? 2、波的类型：（1）纵波L：振动方向与传播方向一致。气、液、固体均可传播纵波。 （2）横波S：振动方向与传播方向垂直的波。只能在固体介质中传播。 （3）表面波R：沿介质表面传播的波。只能在固体表面传播。 （4）板波：在板厚与波长相当的薄板中传播的波。只能在固体介质中传播。 3、超声波的传播速度（固体介质中） （1）???E：弹性横量，ρ：密度，σ：泊松比，不同介质E、ρ不一样， 波速也不一样。 （2）在同一介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同??CL＞CS＞CR 钢：CL=5900m/s，?CS=3230m/s，CR=3007m/s 4、波的迭加、干涉、衍射 ⑴?波的迭加原理 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是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其它波一样，这就是波的迭加原理，又称波的独立性原理。 ⑵?波的干涉? 两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些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叫做波的干涉现象。波的干涉是波动的重要特征，在超声波探伤中，由于波的干涉，使超声波源附近出现声压极大极小值。 ?⑶?波的衍射（绕射） 波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，称为波的衍射或波的绕射。 波的绕射和障碍物尺寸Df及波长λ的相对大小有关。当Dfλ时，波的绕射强，反射弱，缺陷回波很低，容易漏检。超声探伤灵敏度约为λ/2，这是一个重要原因。当Dfλ时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。 波的绕射对探伤即有利又不利。由于波的绕射，使超声波产生晶粒绕射顺利地在介质中传播，这对探伤是有利的。但同时由于波的绕射，使一些小缺陷回波显著下降，以致造成漏检，这对探伤不利。 5、超声场的特征值 (1)?超声场：充满超声波的空间或超声波振动所波及的部分介质。 (2)?声阻抗Z：超声波中任一点的声压与该处质点振动速度之比。? (3)?声强I：单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。（J/cm2·s或w/?cm2）。 6、分贝 ???声强级：某处的声强I2与标准声强I1（I1=10-16瓦/厘米2）之比。 *当超声波探伤仪的垂直线性较好时，仪器示波屏上的波高（H）与声压（P）成正比。 7、超声波垂直入射到界面时的反射和透射 声压的反射率r和透射率t?（单一平界面） ??????????? (1)????当Z1＞＞Z2（如钢/空气界面或固/空气界面） （钢：Z=4.53×106g/cm2?s?,有机玻璃：Z=0.33×106g/cm2?s空气：Z=0.00004×106g/cm2?s） r=-1 t=0 几乎全反射，无透射。 ☆?探伤中，探头和工件间如不施加耦合剂，则形成固（晶片）/气界面，超声波将无法进入工件。 (2)?当Z1=Z2时 r=0 t=1 几乎全透射，无反射。 ☆?若母材与填充金属结合面没有任何缺陷，便不会产生界面回波。 8、超声波斜入射到界面时的反射和折射 波型转换：超声波倾斜入射到界面时，除产生同种类型的反射与折射波外，还会产生不同类型的反射和折射波。这种现象称为波型转换。 有机玻璃中：cl1=2730m/s 钢中????????cl2=5900m/s cS2=3230m/s 9、超声波的衰减 超声波的衰减：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，超声波能量逐渐减弱的现象。 ? 10、仪器、探头、试块 　超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头和试块组成。 (1)?仪器 常用超声波探伤仪为A型脉冲反射式超声波探伤仪。 A型显示：一种波形显示。 脉冲波：周期性的发射不连续且频率不变的波。 反射式：通过接收反射回波信号。 (2)?探头 在超声波探伤中，超