超声检测教学ppt课件

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1、超声检测超声波探伤基本原理超声波是频率大于20000Hz的机械振动在弹性介质中的一种传播过程。因此，是超声频率的机械波。探伤中常用的超声波其频率为0.5—10MHz。1超声波的产生和收发超声波是由超声波探伤仪产生电振动并施加于探头，利用其晶片的压电效应而获得。探头主要由保护膜，压电晶片和吸收块等组成。1一保护膜2一压电晶片3一吸收块4－匹配电感2由压电材料切割成薄片制成，材料分单晶(石英、硫酸锂和碘酸锂等)和多晶(钛酸钡、钛酸铅和锆钛酸铅等压电陶瓷)两大类。晶片两表面敷有银层作电极，“—”极引出的导线接发射端，“+”极接地。压电晶片－23由

2、环氧树脂、硬化剂(-二乙烯三胺或乙二胺)，增塑剂(邻苯二甲酸二丁)，橡胶液和钨粉等浇铸在“—’极上。其作用是吸收杂波，并使晶片在激励电脉冲结束时将声能很快损耗掉而停止振动，以便接收反射声波。吸收块又称阻尼块。吸收块－34可使压电晶片免于和工件直接接触受磨损，其中软膜(耐磨橡胶，塑料等）用于粗糙表面的工件，硬膜(不锈钢片，刚玉片、环氧树脂等)声能量损失小，比软膜应用广。保护膜－15对于压电陶瓷晶片制成的探头，其电气阻抗匹配是很重要的．加入与晶片并联的匹配电感（或电阻)可使探头与仪器的发射电路匹配，以提高发射效率。匹配电感（或电阻）有时也装在仪

3、器内部．匹配电感－46当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方向产生伸缩变形的机械振动。若晶片与工件表面耦合良好，机械振动就以超声波形式传播进去，这就是发射。反之，当晶片受到超声波作用(遇到异质界面反射回来)而发生伸缩变形时，正压电效应又会使晶片两表面产生不同极性电荷，形成超声频率的高频电压，这就是接收。利用压电效应使探头(压电晶片)发射或接收超声波，就使发现缺陷成为可能。因此探头(压电晶片)是一较为理想的电声换能器。发射与接收7超声波的性质超声波在介质中传播也有纵波（L）、横波(S)、表面波。分析：λ=C/f可见声波

4、频率愈高波长愈短。因此存在极小的障碍就会出现反射，故超声波探伤具有较高的灵敏度。横波仅在固体中传播。能在弹性介质中传播，不能在真空中传播。探伤中将空气介质作为真空处理。1、波型及传播介质82、良好的指向性－（1）直线性超声波的波长很短(毫米数量级)，因此它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播，并符合几何光学规律。由于声速对固定介质来讲是个常数，因此根据传播时间可求得其传播距离，从而为探伤中缺陷定位提供了依据。S=C*t9声源发出的超声波能集中在一定区域（超声场）定向辐射。以圆形压电晶片在液体介质中以脉冲波形式发射的纵波超声场为例，超声波的能量

5、主要集中在2θ以内的锥形区域内，θ越小，波束指向性越好，超声波能量集中，探伤灵敏度高，分辨力高和定位精确。θ—半扩散角(°）λ—波长(mm)D—压电晶片直径(mm)上式表明，波长越短(或超声频率越高)，声束指向性越好。压电晶片直径越大，声束指向性也越好。θ＝arcsin1.22λ/D10N≈D2/4λN--近场区长度(mm)近场区中由于波的干涉声压起伏很大，这会使处于声压极大值处的较小缺陷回波较高，而处于声压极小值处的较大缺陷却回波较低，这必将引起误判。因此，超声波探伤中总是尽量避免在近场区定量。轴线上的声压分布声速近场长度(2)束射性－近

6、场长度11(2)束射性－纵截面声压分布超声场中不同纵截面上的声压分布不同。而当X>N(x一距压电晶片表面的距离)的各纵截面中心声压最高，偏离中心轴线的声压逐渐降低。实际探伤中测定探头波束轴线的偏离程度时，规定在N以外就是这个原因。未扩散区(b≈1.64N)内，波阵面近似平面，声场可看成是平面波声场，平均声压基本不变，扩散区其主波束可视为底面直径为D的截头园锥体，当X=3N时波束按球面波规律扩散。实际焊缝探伤中所用的常是金属介质中的脉冲波横波声场(简称实际声场)这要比以上分析的理想声场复杂的多，但二者有其基本相似之处。123、界面透射与绕射超

7、声波从一种介质入射到另一种介质时，经过异质界面将产生垂直入射异质界面时的透射、反射和绕射。当超声波从一种介质垂直入射到第二种介质上时，其能量一部分反射而形成与入射波方向相反的反射波。13其余能量则透过界面产生一与入射波方向相同的透射波。显然，异质界面上的反射是很严重的，尤其固一气界面反射系数K=W反/W入可达100%，因此，探伤中良好的耦合是一必要条件。当然，焊缝与其中缺陷构成的异质界面也正因为有极大的反射才使探伤成为可能。14绕射当界面尺寸df很小时，声波将能绕过其边缘继续前进，即产生波的绕射。由于绕射还使反射回波减弱。一般认为超声波探伤

8、中能探测到的最小缺陷尺寸为df＝λ／2，要想能探测到更小的缺陷，就必须要提高超声波的频率。154、界面反射、折射与波形转换按几何光学原理，不同波形的声波入射角、反射角、折射角有如