第六章 无损检测方法超声波检测ppt课件.ppt

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1、第6章常用无损检测方法实验原理无损检测----在不损坏试件的前提下，对试件表面及内部进行检查和测试的方法。无损检测----通常包括磁粉检测、渗透检测、射线检测和超声波检测等。6.1超声检测6.2射线检测6.3磁粉检测6.4渗透检测6.1超声检测6.1.1超声检测的基础知识1.描述超声波的基本物理量超声波的产生依赖于做高频机械振动的“声源”和传播机械振动的弹性介质，所以机械振动和波动是超声检测的物理基础。描述超声波波动特性的基本物理量有：声速c、频率f、波长λ、周期T、角频率ω。其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声介质的特性和波型有关。这些量之间的关系如下：（6-1）2.超声波的特点超

2、声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。1）方向性好超声波具有像光波一样定向束射的特性。2）穿透能力强对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。3）能量高超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。4）遇有界面时，将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。3.超声波的分类超声波的分类方法很多，如图6.1所示。主要有：按介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系分类，即按波型分类；按波振面的形状分类，即按波形分；

3、按振动的持续时间分类等。其中，按波型是研究超声波在介质中传播规律的重要理论依据，将着重讨论。图6-1超声波的分类1）超声波的波型超声波的波型指的是介质质点的振动方向与波的传播方向的关系。按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等。（1）纵波。介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波叫纵波，用L表示(见图6-2)。介质质点在交变拉压应力的作用下，质点之间产生相应的伸缩变形，从而形成了纵波。纵波传播时，介质的质点疏密相间，所以纵波有时又称为压缩波或疏密波。（2）横波。介质中质点的振动方向垂直于波的传播方向的波叫横波，用S或T表示(见图6-3)。横波的形成是由于介质质点受到交变切应力作用时，产生

4、了切变形变，所以横波又叫做切变波。液体和气体介质不能承受切应力，只有固体介质能够承受切应力，因而横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体介质中传播。（3）表面波（瑞利波）。当超声波在固体介质中传播时，对于有限介质而言，有一种沿介质表面传播的波即表面波(见图6-4)。瑞利首先对这种波给予了理论上的说明，因此表面波又称为瑞利波，常用R表示。2)超声波的波形平面波即波阵面为平面的波；柱面波的波阵面为同轴圆柱面；球面波的波阵面为同心球面。当声源是一个点时，在各向同性介质中的波阵面为以声源为中心的球面。2.介质的声参量1）声速声速表示声波在介质中传播的速度，它与超声波的波型有关，但更依赖于

5、传声介质自身的特性。因此，声速又是一个表征介质声学特性的参量。了解受检材料的声速，对于缺陷的定位和定量分析都有重要的意义。2）声衰减系数超声波的衰减指的是超声波在材料中传播时，声压或声能随距离的增大逐渐减小的现象。引起衰减的原因主要有三个方面：一是声束的扩散；二是由于材料中的晶粒或其他微小颗粒引起声波的散射；三是介质的吸收。在超声检测中，谈到超声波在材料中的衰减时，通常关心的是散射衰减和吸收衰减，而不包括扩散衰减。对于平面波来说，声压幅值衰减规律可用下式表示：介质中超声波的衰减系数α与超声波的频率关系密切，通常情况下，衰减系数随频率的增高而增大。6.1.3超声波在介质中的传播特性1.超

6、声波垂直入射到平界面上的反射和透射如图所示，当超声波垂直入射到两种介质的界面时，一部分能量透过界面进入第二种介质，成为透射波(声强为It)，波的传播方向不变；另一部分能量则被界面反射回来，沿与入射波相反的方向传播，成为反射波(声强为Ir)。声波的这一性质是超声波检测缺陷的物理基础。对于脉冲反射技术来说，还有一个有意义的量是声压往返透过率。通常入射声压经过两种介质的界面透射到试件中后，均需经过相反的路径（假设在工件底面的反射为全反射）再次穿过界面到第一介质中才被探头所接收。两次穿透界面时透射率的大小，决定着接收信号的强弱。图6-8声压往返透过率6.1.5超声波检测方法1.超声检测设备和器材

7、超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫查装置等。超声检测仪和探头对超声检测系统的性能起着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号进行接收、处理、显示的部分。由这些设备组成一个综合的超声检测系统，系统的总体性能不仅受到各个分设备的影响，还在很大程度上取决于它们之间的配合。随着工业生产自动化程度的提高，对检测的可靠性、速度提出了更高的要求，以往的手工检测越来越多地被自动检