声学探测(第6缓次课)
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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表面的缺 陷和检测固体表面下层状的缺陷。
1 T
2
3
F
B
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。
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
3) cl cs cR c R 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
si ni si nr sinl sins
c1
c1
c2l
c2s
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
a)无缺陷
b)有小缺陷 图脉冲反射法
c)有大缺陷
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。
T
B
T FB
（a）
（b）
底面反射脉冲高度法
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方案
超声探伤法
穿透法探伤 穿透法又叫透射法，是利用声波穿过被检材
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
cR0.81 7 1 .13G 0.81 7 1 .13cs
c s 为无限大固体介质中的横波速度，一般 00.5 cR cs
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；
cl1
cl1
cs1
cl2
cs2
L 固 1cl1cs1
S1 s1
i l1
L1
l2 90
纵波入射角称为第一临界角
固 2cl2cs2
l2
L2
s2
S2
arcsincl1 cl 2
s2 90
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
arcsincl1 cs2
i 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
L
L1
液
i
r
1c1
固 2c2lc2s
l s
c2l c2s c1
l s 1
L2 S2
纵波垂直入射
液
1c1
固
2c2
Pi Pr ；Pt
R Pr Z2 Z1 Pi Z2 Z1
T
Pt Pi
Hale Waihona Puke Baidu
2Z2
Z2 Z1
声波垂直发射属于纵波探伤。
纵波斜入射
siin siln 1sis n 2siln 2sis n 2
固体中超声波的传播
声波在固体中传播时，同时存在有纵波(压缩波)和横波（切变波）
c c l
s
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
2
1 E
cl 112
cs
G
E
21
cl cs
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。
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。
料或工件后能量（或声压幅度）的变化来判 断缺陷的有无及其性质的。穿透法是超声波 应用于无损检测最早的方法。
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 .
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。
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。
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表面的缺 陷和检测固体表面下层状的缺陷。
1 T
2
3
F
B
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。
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
3) cl cs cR c R 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
si ni si nr sinl sins
c1
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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
a)无缺陷
b)有小缺陷 图脉冲反射法
c)有大缺陷
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。
T
B
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（a）
（b）
底面反射脉冲高度法
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方案
超声探伤法
穿透法探伤 穿透法又叫透射法，是利用声波穿过被检材
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
cR0.81 7 1 .13G 0.81 7 1 .13cs
c s 为无限大固体介质中的横波速度，一般 00.5 cR cs
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；
cl1
cl1
cs1
cl2
cs2
L 固 1cl1cs1
S1 s1
i l1
L1
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纵波入射角称为第一临界角
固 2cl2cs2
l2
L2
s2
S2
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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
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i 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
L
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纵波垂直入射
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T
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声波垂直发射属于纵波探伤。
纵波斜入射
siin siln 1sis n 2siln 2sis n 2
固体中超声波的传播
声波在固体中传播时，同时存在有纵波(压缩波)和横波（切变波）
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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
2
1 E
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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。
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。
料或工件后能量（或声压幅度）的变化来判 断缺陷的有无及其性质的。穿透法是超声波 应用于无损检测最早的方法。
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 .
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。
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。