声学探测(第6次课)

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1、工业超声检测超声波的获得自然界中超声波超声波的获得超声波换能器机械换能器压电换能器磁致伸缩换能器其它形式的换能器：包括电磁换能器，静电换能器，热声换能器、化学声换能器及光声换能器等。超声无损探伤探伤：探伤和测伤超声波可以实现其主动式探伤的原因：（1）具有一般波动的物理共性．如穿透性、不均匀界面的反射与透射(或斜人射时的折射)、迭加和干涉、吸收和衰减以及一定的辐射指向性等。（2）超声波是一种弹性波，具有不同于其它波动的个性，比如不受透明与不透明、导电与不导电等限制，对所有介质，超声波都是“透明”的。由于它是一种机械弹性波，所以其传播特性与材料的弹性机械性能有关。固体中超声波的传播声波在固体中

2、传播时，同时存在有纵波(压缩波)和横波（切变波）分别表示纵波声速和横波声速。对于无限大弹性介质，其表达式为对于固体，在无限大各向同性固体内部存在两种传播速度的超声波，一种是超声纵波(L波)，一种是超声横波(T波)，前者传播速度比后者大。固体中超声波的传播在半无限大固体的表面，存在表面波，表面波的传播声速近似为为无限大固体介质中的横波速度，一般声速在超声无损捡测中是一个很重要的参量，特别是对于波的识别。上述各种声速总结如下:1)介质的弹性性能越好，密度越小则介质的声速越大；2)对于无限固态介质，纵波声速cl大于横波声速cs；3)为固体表面波声速。超声波在平面界面上的反射与折射重点介绍超声波入

3、射到液－固界面而上的情形.超声波在两种不同介质介面上的反射与折射遵从斯聂尔定律固体中的声速大于液体中的声速，而且固体中纵波声速总大于横波声速，也就是纵波垂直入射；声波垂直发射属于纵波探伤。纵波斜入射纵波入射角称为第一临界角如果纵波的入射角大于第二临界角,声波沿固体表面传播，称之为表面波横波探伤声波不同入射角度探伤时利用的波型及其应用场合总结纵波垂直入射，属纵波探伤。声波斜入射时，入射角选择在第一临界角与第二临界角之间，属于横波探伤；声波斜入射时，入射角选择在大于第二临界角的角度范围，是利用表面波或板波探伤，纵波探伤和横波探伤主要用在检测位于材料内部的缺陷，表面波和板波来主要用来探测位于材料

4、表面的缺陷和检测固体表面下层状的缺陷。探伤用的常规超声探头直探头，斜探头，可变角探头、水浸探头，组合探头，表面波探头，板波探头，聚焦探头，阵列探头。具体探伤时还可采用单探头（收发合置）或双探头（一收一发）超声探伤法脉冲反射法探伤脉冲反射法是将超声波振动持续时间很短（一般为数微妙以下）的超声波脉冲射入被检体，利用被检体底面或内部缺陷的反射回波探测反射源的位置和大小的方法。是超声检测法中最常用的一种方法.脉冲反射法的过程由超声波探头在脉冲源的激励下发出间断的超声脉冲进入介质，在介质中遇到不连续处，由于介质的连续处和不连续处的声阻抗不同，声能在阻抗不连续处发生反射，其中一部分声能被反射回来，由同

5、一超声探头（或另外一个探头）接收回波，再把它变成电信号显示出来，这种检测方法叫做脉冲反射法.1.探头，2.缺陷，3.底面脉冲反射法探伤原理图（脉冲源激励发射换能器产生声脉冲→进入介质内部→遇到阻抗不连续处反射声波→接收换能器接收声波→转化为电信号显示→判断）①缺陷回波法图中脉冲T为发射的起始脉冲，B为材料或工件底面的反射脉冲，而F为缺陷的反射脉冲。这种方法也叫做缺陷回波法。AF之间的水平距离给出缺陷的位置，F的高矮一定程度上反应缺陷的大小。a)无缺陷b)有小缺陷c)有大缺陷图脉冲反射法②缺陷回波法:还可以用底面回波高度来判断缺陷的存在，在同一种材料中，若不存在缺陷时其底面的回波高度不变，当

6、有缺陷存在时，峰值B的高度将缩小甚至消失。而且峰值B缩小的程度对于判别缺陷特征来说比峰值F更能说明问题。（a）（b）底面反射脉冲高度法③底面多次回波法:是利用超声脉冲在材料底面多次反射被探头接收来进行探伤的，原理是，当材料中无缺陷时，由于材料的衰减，超声脉冲高度逐次降低。若材料中有缺陷时由于缺陷的反射和散射而增加了声损耗，底面反射脉冲的次数减少。同时也打乱了各次底面回波高度依次有规律的降低（如下图）（a）无缺陷（b）有缺陷脉冲多次反射探伤脉冲发射法是实际超声探伤中最广泛使用的方法。优点：探头只接触被检体的一个面就能进行探伤；探伤灵敏度高，缺陷可以定位。缺点：是存在盲区，探测近表面缺陷的能力

7、较差，当声束轴线不垂直缺陷反射面时容易漏检，由于声束需要往复传播，不利于高衰减材料的检测。当缺陷的取向不与试样表面相平行时，采用斜探头比较好，斜探头是将一个换能器装在一只塑料斜劈上而成的。采用斜探头探测取向比较刁钻的缺陷利用一只带有合适角度的斜劈的斜探头，可通过模式转换而获得一横波，它沿与试样表面成小角度的取向传播。此时纵波是进入不到试样中的，它被反射回探头所带的斜劈中。这种角度的探头称为切向波探头。切向波探头的一种设计