超声波检测基本知识
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识简介超声波检测通常是指通过声波的反射、散射等物理现象对实物进行检测和分析的一种非破坏性检测技术。
超声波具有频率高、穿透力强、灵敏度高、特性稳定等优点，被广泛应用于工业、医学、环保等领域中。
超声波的基本原理超声波是指频率大于20kHz的声波。
超声波在物质中传播的速度受到物质密度、弹性模量和泊松比等因素的影响。
当超声波遇到物体表面或内部结构发生反射或散射时，会在探头中产生电信号，通过信号处理和分析，就可以获得物体的内部结构信息。
超声波探测技术超声波探测系统主要包含以下三个部分：超声发生器、超声探头和信号分析仪。
超声发生器负责产生超声波信号，超声探头负责将超声波信号传递到被测物体中，信号分析仪负责对超声波信号进行处理和分析。
超声波探测技术可以分为接触式和非接触式两种方式。
接触式超声波探测需要将超声探头直接贴附于被测物体表面，适用于对表面缺陷进行检测。
非接触式超声波探测通过传播空气中的超声波来检测物体内部结构，适用于一些特殊要求的场合。
超声波检测应用领域超声波检测技术被广泛应用于工业、医学、环保等领域。
在工业领域中，超声波检测技术可以用于检测金属、非金属材料的缺陷、变形等情况，被广泛应用于航空、汽车、管道等领域。
在医学领域中，超声波检测技术可以用于对人体内部组织器官进行检测和诊断，被广泛应用于心脏、腹部、肝脏等区域。
在环保领域中，超声波检测技术可以用于对大气、水等环境因素进行监测和分析。
超声波检测的优缺点超声波检测技术具有频率高、分辨率高、不破坏被测物体等优点。
同时，超声波检测技术也存在检测深度限制、检测结果易受表面状态影响等缺点。
因此，在选择超声波检测技术时，需要综合考虑其优缺点和适用场合。
超声波检测技术是一种非破坏性检测技术，具有广泛的应用领域和优点。
未来，随着科技的不断发展，超声波检测技术将会发挥更加重要的作用，为人们的生产生活带来更多的便利和贡献。
超声检测技术 ppt课件
1 超声检测的基础知识
优点：
✓ 适用于金属、非金属、复合材料等材料及制件的无损评价； ✓ 穿透力强，可对较大厚度范围（如，几米长的钢锻件）的试
件内部缺陷进行检测； ✓ 灵敏度高，可检测很小的缺陷； ✓ 可较准确地测定缺陷的深度位置； ✓ 设备轻便，对人体及环境无害，可作现场检测。
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1 超声检测的基础知识
互作用，使其传播方向或特征改变； ③ 改变后的超声波有通过检测设备被检测到，并对其
进行分析处理； ④ 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部
存在的缺陷的特征。
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1 超声检测的基础知识
用于发现缺陷并进行评估的基本信息：
✓ 来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅度； ✓ 入射信号与接收信号之间的声传播时间； ✓ 声波通过材料以后能量的衰减。
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。
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1 超声检测的基础知识
四. 超声波的分类
超声波的分类方法很多，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；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。
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1 超声检测的基础知识
纵波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。横波的形成是由于 介质质点受到交变切应力作用时， 产生了切变形变， 所以横波又叫做切变波。液体和气体介质不能传播切 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。 横波速度通常为纵波声速的一半。实际检测中常用横 波的主要原因是，通过波型转换，很容易在材料中得 到一个传播方向与表面有一定倾角的单一波型，以对 不平行于表面的缺陷进行检测。
超声基础知识部分
第一单元超声波检测的物理基础1、机械振动：有些物体在某一固定的位置（即平衡位置）附近作周期性的往复运动，这种运动形式被称为机械振动，简称振动。
2、自由振动：做振动的系统在外力的作用下物体离开平衡位置以后就能自行按其固有频率振动，而不再需要外力的作用，这种不在外力作用下的振动称为自由振动。
3、无阻尼自由振动：理想情况下的自由振动叫无阻尼自由振动。
自由振动时的周期叫固有周期，自由振动时的频率叫固有频率，它们由振动系统自身条件所决定，与振幅无关。
4、简谐振动：最简单最基本的直线无阻尼自由振动称为简谐振动，简称谐振。
5、在周期性外力的作用下产生的振动称为受迫振动，这个周期性的外力称为策动力。
6、机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波。
机械波产生的条件：有机械振动振源和传播振动的弹性介质。
7、波长：在同一波线上两个相邻的振动相位相同的质点之间的距离，称为波长（即一个“波”的长度），用符号λ表示。
波长的常用单位是毫米（mm）或米（m）。
8、频率：单位时间内波动通过某一位置的完整波的数目，称为波动频率，也是质点在单位时间内的振动次数，用符号f表示。
频率的常用单位是赫兹（Hz），即（次）/秒。
波的频率是波源的振动频率，与介质无关。
9、周期：周期在数值上等于频率的倒数，它是波动前进一个波长的距离所需要的时间，用符号T表示。
周期的常用单位有秒（s）。
10、波速：在波动过程中，某一振动状态（即振动相位）在单位时间内所传播的距离叫做波速，用c表示，其常用单位为米/秒（m/s）。
波速的影响因素有：（1）介质的弹性模量和密度；（2）波的类型；（3）传播过程中的温度。
11、惠更斯原理：媒质中波动传到的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就决定新的波阵面。
惠更斯原理对任何波动过程都适用，不论是机械波或电磁波，不论这些波动经过的媒质是均匀的或非均匀的。
利用惠更斯原理可以确定波前的几何形状和波的传播方向。
公共基础知识超声波检测技术基础知识概述
《超声波检测技术基础知识概述》一、基本概念超声波检测技术是一种利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部缺陷、测量材料厚度、确定材料性质等的无损检测方法。
超声波是指频率高于 20kHz 的机械波，其在不同材料中的传播速度、衰减程度和反射特性各不相同，这些特性为超声波检测提供了基础。
超声波检测主要涉及到超声波的发射、传播和接收。
通常使用超声波探头作为发射和接收超声波的装置。
探头中的压电晶体在电信号的激励下产生超声波，并将接收到的超声波信号转换为电信号，以供后续分析处理。
二、核心理论1. 超声波的传播特性- 超声波在均匀介质中沿直线传播，其传播速度取决于介质的弹性模量和密度。
不同材料中的传播速度差异较大，例如在钢中的传播速度约为 5900m/s，在水中的传播速度约为 1480m/s。
- 超声波在传播过程中会发生衰减，衰减的原因主要包括散射、吸收和扩散等。
散射是由于材料中的不均匀性引起的，吸收是由于材料对超声波能量的吸收，扩散则是由于超声波在传播过程中的扩散效应。
- 当超声波遇到不同介质的界面时，会发生反射、折射和透射等现象。
反射波的强度取决于界面两侧介质的声阻抗差异，声阻抗差异越大，反射波越强。
2. 超声波检测原理- 脉冲反射法：通过发射短脉冲超声波，当超声波遇到缺陷或界面时，会产生反射波。
根据反射波的到达时间、幅度和波形等信息，可以确定缺陷的位置、大小和性质。
- 穿透法：将超声波发射探头和接收探头分别放置在被检测材料的两侧，通过检测透射超声波的强度和波形变化，来判断材料内部是否存在缺陷。
- 共振法：利用超声波在被检测材料中产生共振的原理，通过测量共振频率和共振幅度等参数，来确定材料的厚度、弹性模量等性质。
三、发展历程超声波检测技术的发展可以追溯到 19 世纪末期。
当时，人们开始研究超声波的特性和应用。
20 世纪初期，超声波检测技术开始应用于工业领域，主要用于检测金属材料的内部缺陷。
在第二次世界大战期间，超声波检测技术得到了快速发展，被广泛应用于军事工业中，如检测飞机、舰艇等装备的零部件。
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识一、超声波的发生及其性质1、超声波探伤：利用超声波探测材料内部缺陷的无损检验法。
2、超声波探伤示意图二、超声波检测的原理：超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
三、试块四、焊缝超声波检测工艺要点1. 适用范围⑴、用A型脉冲反射式超声探伤仪器，以单斜探头接触法为主的检测方法。
⑵、适用于焊接件对接处厚度8～400mm的全熔化焊承压设备对接焊缝的超声波检测。
承压设备壁厚大于或等于4mm，外径为32mm～159mm或者壁厚为4～6mm，外径大于或者等于159mm的管子2、检测人员资格：⑴、检测人员必须经过培训，经理论和实际考试合格，取得相应等级资格证书的人员担任。
⑵、检测由II级以上人员进行，I级人员仅作检测的辅助工作。
3、检测设备、器材和材料⑴、使用的超声波仪器满足① JB/T9214-1999 A型脉冲反射式超声波探伤系统工作性能测试方法② JB/T10061-1999 A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件⑵、仪器、探头和系统性能a.在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应不小于10dB.b.仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于10%.c.仪器和直探头组合的始脉冲宽度(在基准灵敏度下)：对于频率为5HZ的探头，宽度不大于10 mm，对于频率为10HZ的探头，宽度不大于15 mm。
d.直探头的远场分辨力应不小于30dB. 斜探头的远场分辨力应不小于6dB。
e.探头①、晶片面积一般不应大于500mm2,且任一边长原则上不应大于25mm②、单斜探头声束轴线水平偏离角不应大于2°，主声束垂直方向不应有明显的双峰。
（3）试块a试块应采用与被检工件相同或近似声学性能的材料制成，该材料用直探头检测时，不得有大于ф2mm平底孔当量直径的缺陷。
超声诊断基础必学知识点
超声诊断基础必学知识点
超声诊断是一种以超声波为媒介进行诊断的医学技术。
以下是超声诊断的基础必学知识点：
1. 超声波产生和传播原理：超声波是指频率超过人耳能听到的20kHz 的声音波。
超声波通过超声发射器产生，并经过介质传播，最后通过超声接收器接收。
2. 超声图像的形成原理：超声波在体内遇到不同组织的界面时，会发生反射、散射和传播，形成声波回波。
通过接收和处理回波信号，可以生成超声图像。
3. 超声图像解剖学：了解人体常见的超声图像解剖结构，包括器官、血管、淋巴结等。
4. 超声诊断设备：了解超声诊断设备的基本组成，包括超声发射器、超声接收器、显示器等。
5. 超声检查技术：掌握超声检查的基本操作技术，如探头的选择、扫描方式、探头的移动和操作等。
6. 超声图像评估：学习如何评估超声图像的特征，包括组织的形态、内部结构、血流情况等。
7. 超声诊断常见病变：了解超声图像上常见的病变表现，如肿块、囊肿、结石等。
8. 超声引导下穿刺和介入治疗：了解超声引导下进行穿刺和介入治疗
的技术和步骤。
9. 超声检查的安全性和注意事项：了解超声检查的安全性和注意事项，如探头选择、扫描时间和强度等。
以上是超声诊断的基础必学知识点，通过学习和实践，医生可以进行
基本的超声检查和超声诊断。
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识超声场特征值与规则反射体的回波声压一、超声场的特征值充满超声波的空间或超声振动所涉及的部分介质，叫超声场。
超声场具有一定的空间大小和形状，只有当缺陷位于超声场内时，才有可能被发现。
描述超声场的特征值（即物理量）主要有声压、声强和声阻抗。
1.1、声压P超声场中某一点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在时的静态压强P0之差，称为该点的声压，用P 表示。
01P P P -=声压单位：帕斯卡（Pa ）、微帕斯卡（μPa ）超声检测仪器显示的信号幅度值的本质就是声压P ，示波屏上的波高与声压成正比。
在超声检测中，就缺陷而论，声压值反映缺陷的大小。
1.2、声阻抗Z超声场中任一点的声压与该处质点振动速度之比成为声阻抗，常用Z 表示。
c u cu u P Z ρρ===//声阻抗的单位为克/厘米2·秒（g/cm 2·s ）或千克/米2·秒（kg/m 2·s ）1.3声强I单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强，常用I 表示。
单位是瓦/厘米2（W/cm2）或焦耳/厘米2·秒（J/cm2·s ）。
ZP Zu I 222121== 1.4分贝在生产和科学实验中，所遇到的声强数量级往往相差悬殊，如引起听觉的声强范围为10-16~10-4 W/cm2，最大值与最小值相差12个数量级。
显然采用绝对值来度量是不方便的，但如果对其比值（相对量）取对数来比较计算则可大大简化运算。
分贝就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。
通常规定引起听觉的最弱声强为I1=10-16 W/cm2作为声强的标准，另一声强I2与标准声强I1之比的常用对数成为声强级，单位为贝（尔）（B ）。
Δ=lg(I2/I1) (B)实际应用贝尔太大，故长取其1/10即分贝（dB ）来作单位：Δ=10lg(I2/I1)=20lg(P2/P1) （dB ）通常说某处的噪声为多少多少分贝，就是以10-16 W/cm2为标准利用上式计算得到的。
超声波检测基础知识
超声波检测基础知识第一章超声波检测超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
1.1超声波检测的基础知识1.1.1 超声波声波：频率在20～20KHz之间；次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡超声波：频率大于20KHz。
方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,Vp Z = (1.4) 声阻抗表示声场中介质对质点振动的阻碍作用。
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2.1.2谐振动
定义：物体在 受到跟位移大 小成正比，而 方向总是指向 平衡位置的回 复力作用下的 振动，叫做 谐 振动。
特点：1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。
2、是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。 3、谐振动的振幅、频率和周期保持不变，其频率为振动系统的固有频率， 是最简单、最基本的一种振动，任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成
超声检测通用技术
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
1. 超声检测的定义和作用
• 指使超声波与试件相互作用，就反射、透 射和散射的波进行研究，对试件进行宏观 缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力 学性能变化的检测和表征，并进而对其特 定应用性进行评价的技术。 在特种设备行业，通常指宏观缺陷检测和 材料厚度测量。
在起振后受到晶片背面吸收块的阻尼作用，因此又是阻
尼振动
11
机械波的产生与传播
弹性介质模型
图2.3
12
2.1.4 机械波的产生与传播
• 振动的传播过程，称为波动。波动分为机械波和电磁波两大类。
• 机械波的产生与传播过程
如图2.3所示的固体弹性模型。质点间以弹性力联系在一起的介质称为弹性 介质。（固体、液体、气体）
• 超声探头 晶片后粘贴阻尼块
阻尼振动
10
受迫振动
• 受迫振动：物体受到周期性变化的外力作用时产生的振动。 如缝纫机上缝针的振动，汽缸中活塞的振动和扬声器中纸 膜的振动等。
• 受迫振动刚开始时情况很复杂，经过一段时间后达到稳定 状态，变为周期性的谐振动。其振动频率与策动力频率相 同，振幅保持不变。
超声波检测全.pdf.pdf
超声波检测
垂直入射
单一平面界面
超声波在介质中的传播特性
I0
Ir
Z1
p0
pr
Z2
It
pt
由于Z不同，使I、p在介质两端的分配率不同
超声波检测
超声波在介质中的传播特性
* 声压反射率 * 声压透射率 * 声强反射率
rp
pr p0
Z2 Z1 Z2 Z1
tp
pt p0
2Z 2 Z 2 Z1
R Ir ( Z2 Z1 )2
cS
E
2 (1 )
cR
0 .8 7 1.1 2 1
G
E-杨氏弹性模量；G-剪切弹性模量；σ-泊松比
∴ cL＞cS＞cR
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
② 同一介质中，cL＞cS＞cR 当f 相同，λL＞λS＞λR 因λ短，分辨率高，所以，检测能力 L＜S＜R
③ 在液体和气体中只能传播纵波
械波需要有：振动源、弹性介质，是机械振动 在材料介质中的传播。c = fλ
2 方法
产生超声波的方法很多，归纳起来有：机
械法、热学法、电动力法、磁滞伸缩法和压电
法等。常用压电法
超声波检测
超声波检测物理基础
3 超声波的发射和接收
探头（换能器）中的
压电晶片
压电效应
晶片
单晶： 石英（SiO2）、硫酸锂（LSH）
暂时性失聪（致聋）
汽车噪音介乎 80~100 dB
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
（3）分贝与奈培
声强级：某一点的声强I与标准声强I0之比的对 数，从而得到二者之差的数量级。用IL表示，即
IL lg I I0
超声波检测基本知识
超声波检测基本知识
第37页
六、超声波探伤工艺
1、探伤准备 （1）技术等级、检测区、工件表面准备(对接焊
接接头检测) 检测技术等级 a 技术等级分为A、B、C三级，C级，依据压力容
器产品主要程度进行选取。 b 选取标准： A级检测适合用于承压设备相关支承件和结构件焊
缝检测； B级检测适合用于普通承压设备对接焊缝检测； C级检测适合用于主要承压设备对接焊缝检测。
超声波检测基本知识
介质1 介质2
介质1 介质2
α βL
βS α
第8页
一、超声波性质
在有机玻璃与钢介面，第一临 界角为α1=27.60 βS=33.20第二临界角为 57.7 0，用于焊缝检测超声波斜探 头入射角必须大于第一临界角 而小于第二临界角。 我国习惯：斜探头横波折射角 用横波折射角度正切值表 示，如K=2
Sinα
SinβS
=
=
C 1L
C2S
Sin βL = SinαS’
C 2L
C1S
超声波检测基本知识
αS’ α αL’
βS βL
第7页
一、超声波性质
(2)第一临界角 当在第二介质中折射纵波角 等于90度时，称这时纵波入
射角为第一临界角α I。
这时在第二介质中已没有纵波， 只有横波。焊缝探伤用横波就 是，经过界面波型转换得到。 （3）第二临界角 当纵波入射角继续增大时，在第 二介质中横波折射角也增大， 当βS达90度时，第二介质中没有 超声波，超声波都在表面，为表 面波。
半扩散角θ
超声波检测基本知识
副声束瓣
第13页
二、超声波发射与接收
（2）中线轴线上声压分布情况
在靠晶片一个范围内，因为波干涉，出现声压为“0”点，从晶 片至最终一个声压最大值距离称为近场距离，此区域称近场区。
超声波检测基础知识
第一章超声波检测超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
1.1超声波检测的基础知识1.1.1 超声波声波：频率在20～20KHz之间；次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡超声波：频率大于20KHz。
方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
超声波检测(相关知识)教材
• 二、超声波的发生和接收
• 超声波一种高频机械波。产生超声波主要有两 种方式，一是利用磁致伸缩效应（电磁换能 器），二是利用压电效应（压电换能器）。目 前，工业检测中大部分采用压电材料制成的压 电换能器产生超声波。
• 为什么压电材料能够产生超声波呢？主要是因为他们具 有压电效应。 • 压电效应定义： • ⑴ 正压电效应： • 晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应。 探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转为电能。 • ⑵ 逆压电效应： • 当晶体材料在交变电场的作用下，产生伸缩变形的效应。 探头发射超声波，高频电脉冲激励探头压电晶片时，发 生逆压电效应，将电能转换为声能。 能够产生压电效 应的压电材料主要有石英、硫酸锂、铌酸锂等单晶材料、 钛酸钡、锆钛酸铅（PZT)、钛酸铅等多晶材料。另外， 目前在TOFD检测等需要高灵敏度探头的场合，压电复 合材料得到了广泛的应用。
表面波只能在固体介质中传播，表面波的能量随传播深度增加 而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，指点的振幅就已经 很小了，因此，一般认为，表面波只能检测距表面两倍波长深 度内的缺陷。
图3 表面波示意图
• • • •
4.板波（PW）的概念及产生机理 是指在板中激励的与板厚相当波长的波，称为板波。 根据质点的振动方向不同可将板波分为SH波和兰姆波。 （1）SH波，是水平偏振的横波在波板中传播的波。波板中各质点的 振动方向平行于板面而垂直于波的传播方向，相当于固体介质表面中 的横波。 • （2）兰姆波，（lamb wave）可分为对称型（S型）和非对称型(A 型) 。 • 对称型兰姆波的特点是薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作 椭圆运动、振动相位相反并对称于中心。 • 非对称型兰姆波的特点是薄板中心质点作横向振动，上下表面质点 作椭圆运动、相位相同，不对称。
超声波检测基础知识汇总
第一章超声波检测超声波检测定义：使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
超声检测的优点：（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。
如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
超声检测的局限性：（1）对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究；(2)对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；(3)缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响；(4)材质、晶粒度等对检测有较大影响；(5)以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。
超声波检测的适用范围：从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米；从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
1.1超声波检测的基础知识1.1.1 超声波声波：频率在20～20KHz之间；次声波：频率低于20Hz；不容易衰减,不易被水和空气吸收.而次声波的波长往往很长,因此能绕开某些大型障碍物发生衍射.某些次声波能绕地球2至3周.某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近,容易和人体器官产生共振,对人体有很强的伤害性,危险时可致人死亡超声波：频率大于20KHz。
方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
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三、超声波探伤原理
把1-5兆赫（1－5MHZ）高频超声波入射到被检物中，如遇到缺陷（界面） 则一部分入射超声波被反射，并利用探头接收反射信号的性能，可不损坏 工件检出缺陷大小（尺寸）和位置，这种方法叫UT检测。 超声波检测能发现最小缺陷尺寸a≥λ/2，当a＜λ/2时，超声波会产生绕 射，超声波在介质中的 反射率：空气是100%，夹渣为46%，水为88%。
三、超声波探伤原理 2、横波探伤示意图
超声波横波探伤水平定位
是，经过界面波型转换得到的。
α
（3）第二临界角
介质1
当纵波入射角继续增大时，在第 Nhomakorabea二介质中的横波折射角也增大，
介质2
当βS达90度时，第二介质中没有 超声波，超声波都在表面，为表
面波。
一、超声波的性质
在有机玻璃与钢的介面，第一 临界角为α1=27.60 βS=33.20第二临界角为 57.7 0，用于焊缝检测的超声波斜 探头的入射角必须大于第一临 界角而小于第二临界角。
第九章 超声波检测基础知识
第九章、超声检测
一、超声波的性质 1、声波 次声波 超声波 声波、次声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声 压、声强等参数，在界面也会发生反射 、折射 。 我们能够听到声音是因为声波传 到了我们的耳内，声波的频 率在20HZ～20000HZ，频率低于或超过上述范围时人们无 法听到声音，频率低于20HZ的声波称为次声波，频率超过 20000HZ的声波称为超声波。
半扩散角θ
副声束瓣
二、超声波的发射与接收
（2）中线轴线上的声压分布情况
在靠晶片的一个范围内，由于波的干涉，出现的声压为“0”点，
从晶片至最后一个声压最大值的距离称为近场距离，此区域称近
场区。
在距晶片三倍的近场区以外，
声压随距离下降情况与球面波
探伤时缺陷在声场中
N
相似，与理论计算值基本相同。
才能被发现，如在近
我国习惯：斜探头的横波折射
S
角用横波折射角度的正切值表
示，如K=2
二、超声波的发射与接收
1、压电效应与逆压电效应 某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为压 电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效 应称为逆压电效应。
二、超声波的发射与接收
2、超声波的发射与接收 用有压电效应的晶体材料做的晶片，在高频电压的激励下在产生厚度 方向的伸缩，这样产生振动传出就成超声波。 如果晶片在超声波的声压作下，在晶片两侧产生电荷，产生一个小的 电信号，经放大器放大后可识别。 超声波的发射与接收是由超声波探头完成的，有的是一个晶片（单晶 探头）完成发射与接收超声波，有的是两块晶片（双晶探头）分别完 成发射 与接收超声波
二、超声波的发射与接收
3、纵波发射声场 圆盘声源辐射的纵波声场，晶片为圆形，在高频
的激励下产生振动，晶片上每个小区域都辐射超声 波，这些波某处叠加会加强，另一处会减弱。
二、超声波的发射与接收
（1）超声场的形状如图 指向性用半扩散角表示， θ＝Sin-11.22λ/D。（ λ是波长， D是晶片直径）
一、超声波的性质
（3）能像光线一样呈直线传播，并在界面上产生 反射、折射和波型转换，在传播过程中还有干 涉、叠加、绕射现象，故可以充分利用这些几 何、物理特征进行探伤。
（4）在金属材料中的传播速度很快， 穿透能力 强、衰减小，如对某些金属的穿透能力可达数 米，其他检测手段无法相比。
一、超声波的性质
工业探伤上常用的超声波范围是：0.5～20MHz ;其中金属 探伤最常用的频率是：1～5MHz；探水泥构建用的频率 是：< 0.5MHz,如100KHz,200KHz; 探测玻璃陶瓷中μm级 小缺陷用的频率是100MHz～200MHz,甚至更高。
一、超声波的性质
2、超声波的特点
（1）有良好的指向性： （2）能量高 由于能量（声强）与频率的平方成正比，故超声波的 能量远大于声波的能量 I1/I2=1MHz2/1KHz2=100万倍。
3、超声波的波型与声速
（1）纵波（L）
材料
质点的振动方向与波的传播方向
相平行 。纵波在固、液、气三种介
钢
质中均能传播。
（2）横波（S）
水
质点的振动方向与传播方向相垂直 ， 有机玻
质点受到的是交变剪切应力的作用， 璃
故亦称切变波。液体和气体不能够承 铝
受剪切应力，故无横波传播。 铜
（3）表面波，在固体表面传播。
纵波声速 米每秒 5900 1400
2720
6260 4700
横波声速米 每秒 3230 -----
1460
3080 2260
一、超声波的性质
4、超声波的反射 折射 波型转换 （1）入射纵波反射 折射波型转换 纵波倾斜入射到不同介质的表面时 介质1 会产生反射纵波反射横折射纵波折 介质2 射横波，反射、折射角度符合一般 的反射折射定律。
场区声压为零处也不
能发现。
近场长度计算 N=(D2- λ2)/4λ
二、超声波的发射与接收
在声束径向上的声压分布 情况： 分别是晶片附近、1/2 N和 1 N处声压分布
在声束径向上的声压分布 情况： 分别是N1、3N和6N处声压 分布
二、超声波的发射与接收
4）横波发射声场
常用的横波探头， 是使纵波倾斜入射到 界面 上，通过波型 转换来实现横波探伤 的。纵波入射角应在 第一临界角与第二临 界角之间，纵波全反 射，在工件中只有横 波存在。
Sinα
SinβS
=
=
C 1L
C2S
Sin βL = SinαS’
C 2L
C1S
αS’ α αL’
βS βL
一、超声波的性质
α
(2)第一临界角
介质1
当在第二介质中的折射纵波角
等于90度时，称这时的纵波入
介质2
射角为第一临界角α I。
βL βS
这时在第二介质中已没有纵波，
只有横波。焊缝探伤用的横波就
三、超声波探伤原理
探伤方法分类 ① 按波型分： a 纵波探伤：垂直探伤法 b 横波探伤：斜射探伤法 c 表面波探伤 ② 按耦合方式分 a 直接耦合接触法，又称接触法。 b 水浸法
三）超声波探伤原理
1）纵波探伤示意图 探头发射和接收超声波，发射 的超声波是脉冲波，脉冲超声 在工件中遇界面反射超声波， 超声再在探头中换成电信号经 放大后显示，显示屏上横座标 表示超声波在工件中传播的时 间，纵座标表示反射的超声波 声压，与反射面积大小对应。