无损检测超声波课件文稿演示

• 研究表明，声压p与超声波探伤仪示波屏上 的波高h成正比关系：
p1/p2 = h1/h2
(2-3)
• 实际探测时，超声波探伤仪示波屏上的波 高h能够反映声波的衰减状况。
超声波探伤仪示波屏上 波高h的衰减状况
• 这里，B1～ B6代表超声波在工件底面的 6次反射波。波高h依次递减。
T
B1 B2 B6
2.1 超声波检测技术基础
(2)具有较强的穿透性，但有衰减；
穿透性——来自于它的高能量，因 为声强正比于频率的平方；
所以，超声波的能量比普通声波大 100万倍！可穿透金属达数米！
衰减性——源于三个方面： 扩散、散射、吸收；
2.1 超声波检测技术基础
• (1)扩散衰减 • 声波在介质中传播时，因其波前在逐渐扩
• 注意！ ① 液体和气体介质（不能传递切向力） 中，所以只能传播纵波！ ② 同一介质中，声速的关系有：
CL > CS > CR ③ 同一介质中，声速、波长、频率之间
的关系为： C = λ·f = 常数。
• 按超声波振动持续时间分为： (1)连续波——在有效作用时间内声波不间 断地发射；
(2)脉冲波——在有效作用时间内声波以脉 冲方式间歇地发射。
， • 必然导致声能的降低。
2.1 超声波检测技术基础
• (3)吸收衰减： • 超声波在介质中传播时， • 由于介质质点间的内摩擦和热传导， • 引起的声波能量减弱的现象， • 叫做超声波的吸收衰减。
2.1 超声波检测技术基础
（3）只能在弹性介质中传播，不能在真 空（空 气近似看成真空）中传播； 强调：横波不能在气体、液体中传 播！表面波看作是纵波与横波的合成， 所以，也不能在气体、液体中传播！
2.3 超声波在介质中的传播
• 描述： 超声场的物理量 • 充满超声波的空间，或在介质中超声振动波所及
的“质点占据的范围”叫超声场。 • 对超声场我们常用： • 1.声压、 • 2.声强、 • 3.声阻抗、 • 4.质点振动位移和质点振动速度
等物理量,来描述超声波声场。
2.3 超声波在介质中的传播
反之，当对此晶片施加交变电场时，晶 体内部的质点就会产生机械振动，此现象 称为逆压电效应。
具有压电效应的晶体材料就称为压电材料。
压电效应
• 压电效应图解
正压电效应 －－－－－－－－
逆压电效应
＋＋＋＋＋＋＋＋
－/＋ ～
＋/－
a. 拉伸或压缩时表面产生电荷
b. 超声波的发射与接收
（4）遇到界面将产生： 反射、折射和波型转换现象；
（5）对人体无害——优于射线的性质。
压电晶片
主声轴
N 近场区长度
N=D2 /4λ
超声场及 近场区
2.1 超声波检测技术基础
• 3.24?
2.2 超声波在介质中的传播
2.2.1 超声波在金属中的衰减定律
超声波在金属中主要的衰减原因是散射 和扩散；在液体中主要是吸收。
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• 按声耦和方式不同分为： 直接接触法、液浸法超声检测；
• 本章将重点介绍： 脉冲反射法原理、 直接接触法、 A型显示方式、 纵波法、横波法 超声检测技术。
2.1 超声波检测技术基础
2.1.1 超声波的物理本质 它是频率大于2万赫兹的机械振动在弹性
①发射——在压电晶片制成的探头中， 对压电晶片施以超声频率的交变电压， 由于逆压电效应，晶片中就会产生超声 频率的机械振动——产生超声波；
若此机械振动与被检测的工件较好地 耦合，超声波就会传入工件——这就是 超声波的发射。
2.1 超声波检测技术基础
②接收——若发射出去的超声波遇到界面 被反射回来，又会对探头的压电晶片产生 机械振动，由于正压电效应，在晶片的上 下电极之间就会产生交变的电信号。
注意: 超声波检测过程常采用脉冲波。
2.1.4 超声波的基本性质
(1)具有良好的指向性：
直线传播，符合几何光学定律；象光波 一样，方向性好；
束射性，象手电筒的光束一样，能集中 在超声场内定向辐射。
声束的扩散角满足如下关系：
θ= arcsin 1.22(λ/D)
(2-1)
可见： 波长越短，扩散角θ越小， 声能越集中。
介质中的转播行为。 即超声频率的机械波。 一般地说，超声波频率越高，其能量越
大，探伤灵敏度也越高。 超声检测常用频率在 0.5～10 MHZ。
2.1.2 超声波的产生（发射）与接收
(1) 超声波的产生机理——利用了压电材
料的压电效应。
试验发现，某些晶体材料（如石英晶体） 做成的晶体薄片，当其受到拉伸或压缩时， 表面就会产生电荷；此现象称为正压电效 应；
研究表明，超声波在金属中的衰减规律 可用下面的关系式表达：
PX = P0 ·e-α·x α——衰减系数；dB/m
(2-2)
x ——声束传播的距离，即声程 m。
• (2-2)式表明，超声波的声压在其传播的路 径上，呈负指数规律衰减。
• 这里强调指出：衰减系数α为频率f4和晶粒 尺寸d3的函数。
所以，对粗晶检测时，应适当降低超声波 频率，弥补能量的不足。
（2）横波 S—— 介质质点的振动方向与波 的传播方向垂直；
2.1 超声波检测技术基础
（3）表面波 R——介质质点沿介质表面做椭 圆运动；又称瑞利波；
2.1 超声波检测技术基础
（4）板波 ——板厚与波长相当的薄板中传 播的超声波，板的两表面介质质点沿介质 表面做椭圆运动，板中间也有超声波传播。 又称兰姆波；a)对称型 b)非对称型
展， • 从而导致声波能量逐渐减弱的现象叫做超
声波的 扩散衰减。 • 它主要取决于波阵面的几何形状， • 而与传播介质无关。
2.1 超声波检测技术基础
• (2)散射衰减 • 散射是物质不均匀性产生的。 • 不均匀材料含有声阻抗急剧变化的界面， • 在这两种物质的界面上， • 会产生声波的反射、折射和波型转换现象
将此电信号采集、检波、放大并显示出 来，就完成了对超声波信号的接收。
可见，探头是一种声电换能元件，是一 种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要 的作用。
2.1.3 超声波波型的分类
• 按质点的振动方向与声波的传播方向之间 的关系分为：
（1）纵波 L—— 介质质点的振动方向与波的 传播方向一致；
2.1 超声波检测技术基础