超声波探伤幻灯片课件第二章超声波探伤物理基础
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《超声波探伤》课件
确保被检测工件表面清洁、干 燥、无油污和锈蚀
检测过程中的操作步骤
准备超声波探伤仪和相关配件
启动超声波探伤仪进行检测
确定检测区域和检测参数
观察检测结果并记录
调整探头位置和角度
完成检测后清理现场和设备
检测后的数据处理和结果判定
数据处理：对采集到的数据进行处理和分析，包括滤波、降噪、增强等
结果判定：根据处理后的数据，判断是否存在缺陷，如裂纹、气孔等
特点：具有高精度、高分辨率、高灵敏度等优点
应用：广泛应用于无损检测、医学成像等领域 发展趋势：随着技术的不断进步，相控阵技术在超声波探伤领域的应用将 越来越广泛。
Part Five
超声波探伤操作流 程
检测前的准备工作
检查超声波探伤仪是否正常工 作
确保探头、电缆、电源线等配 件齐全
准备足够的耦合剂和试块
超声波探伤PPT课件大 纲
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汇报人：PPT
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 超 声 波 探 伤 设 备 05 超 声 波 探 伤 操 作 流 程 07 案 例 分 析
02 超 声 波 探 伤 概 述 04 超 声 波 探 伤 技 术 06 超 声 波 探 伤 的 质 量 控 制
接收器：接收反射回来的超声波信 号
添加标题
添加标题
探头：发射和接收超声波的装置
添加标题
添加标题
信号处理：对接收到的超声波信号 进行处理和分析，判断缺陷位置和 性质
超声波探伤的应用范围
工业领域：检 测金属、非金 属材料中的缺
陷和损伤
医疗领域：检 测人体组织中 的病变和损伤
超声波探伤完整2ppt课件
.
15
同步电路 产生数十至数千个脉冲， 触发探伤仪扫描电路和发射电路
.
16
扫描电路 产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上பைடு நூலகம்
.
17
发射电路
产生几百至上千伏的电脉冲，加于发 射探头，激励压电晶片振动，发射超声波
.
18
接收电路
由衰减器、射频放大器、检波器和视频 放大器等组成
.
19
主要控制旋钮及功能
.
2
近场区长度N
波源轴线上最后一个声压极大值至波源的 距离称为近场区长度，用N表示。
当D»2λ，有N=(D²-λ²)/4λ=D²/4λ 尽量避免在近场区探伤定量。 当距波源距离X＞3N时，声压与距离间的关
系接近线性，近似球面波的规律。
.
3
声束指向性θ
表征声源辐射场特征的另一个重要特性是 声束的指向性。
直径为D的圆形晶片激发波长为的超声波时 的半扩散角表示为θ=70λ/D(度)
边长为a的正方晶片激发波长为超声波时的 半扩散角表示为 θ=57λ/a(度)
.
5
θ0
副瓣
12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
10
10.17
8 7.02
6
4
3.83
2
0
2
Dc
4 6 8 10 12
.
6
非扩散区b
传播距离，纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定 缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。
.
11
B型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，
纵坐标代表声波的传播距离，因而可直观地显示出被探工件任一纵 截面上缺陷的分布及缺陷的深度。
超声波探伤原理.pptx
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爬波探头
探头的外观
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探头标牌 探头的信息标注于标牌上，包括型号（如PR50）、
类型 （如爬波探头）、探头序列号。例如：
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探头型号列表
型号 适用瓷件 接触面弧度直径（mm）
PR50
普
PR60
通
PR70
PR80
瓷
Φ100mm以下 Φ101--120mm Φ121—140mm Φ141--160mm
通过这条曲线，可以判定被检测到的缺陷相 对于这条曲线的当量。
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1.2 陶瓷绝缘子的超声波探伤
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1.2.1 适用对象
材料：瓷质 产品：支柱绝缘子、瓷套
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1.2.2 支柱绝缘子断裂事故分布特点
1）2000年、2001年偏多，有逐年上升趋势 2）北方多于南方，东北（寒冷地区)偏多 3）运行年限分布均匀，不足2年的占6.4％，不足
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1.1.12 相同位置、不同大小的缺陷
缺陷位置相同的情况下，面积大的反射的回 波幅度高
第14页/共32页
1.1.13 相同大小、不同位置的缺陷
缺陷大小相同，位置不同的情况下，反射回 波的幅度构成DAC曲线
第15页/共32页
1.1.14 DAC曲线
DAC曲线：
距离波幅曲线，表示某一大小的缺陷在不同 的声程位置上波幅的变化曲线（在试块上 制作）。
钢纵波5900m/s、瓷的 纵波声速5300～ 6900m/s）
第11页/共32页
1.1.10 缺陷的位置（斜声束）
C：声速 （需要知道波型：横波、纵波、表面波等） 钢 ： 纵 波 5 9 0 0 m / s第12横页/共波323页2 3 0 m / s
超声波探伤教学课件
国家标准
国家标准定义
国家标准是由国家权威机构（如国家质量监督检验检疫总局）发布， 对全国范围内通用的技术要求和规范。
主要内容
涉及超声波探伤的原理、设备要求、操作流程、结果解读等方面， 是制定其他标准的基础。
重要性
为行业提供统一的技术指导，确保探伤结果的准确性和可靠性。
行业标准
行业标准定义
行业标准是由相关行业协会或组织制定，适用于特定 行业的标准。
案例二：复合材料超声波探伤
01
总结词
复合材料超声波探伤是近年来 发展迅速的领域之一，主要检 测复合材料内部的缺陷和损伤 。
02
详细描述
复合材料超声波探伤通常采用 脉冲反射法和透射法，通过发 射超声波到复合材料中，当遇 到缺陷或损伤时，超声波会反 射回来或透射出去，从而检测 出缺陷或损伤的位置和大小。
耦合剂
耦合剂是用于在探头和被检测物 体之间传递超声波信号的介质， 其作用是减少声能损失和提高回
波信号的清晰度。
耦合剂的种类和特性应根据被检 测物体的材质、表面状态以及探
头的类型等因素进行选择。
在使用耦合剂时，应注意其清洁 度和保存方式，避免对探伤结果
产生不良影响。
03
超声波探伤技术
纵波探伤
总结词
利用超声波在介质中传播时遇到界面或缺陷 会发生反射和散射的原理，通过接收和分析 这些反射和散射信号来判断材料内部的缺陷 和异常。
超声波探伤应用
广泛应用于各种材料的检测，如金属、陶瓷 、玻璃、复合材料等，尤其在工业生产和质 量控制中具有重要的应用价值。
超声波探伤的原理
超声波的传播速度
01
在同一种介质中，超声波的传播速度是恒定的，不同介质中声
超声波探伤物理基础
特点：表面波在固体表面传播，其能量随传播深度的增 加而迅速减弱。当传播深度超过2倍波长时质点的振幅就 很小了。因此表面波只能发现距工件表面2倍波长以内的 缺陷。
第二章 超声波探伤的物理基础
4、板波
概念：在板厚与波长相当的薄板中传播的波，称为板波 根据质点的振动方向又分为SH波和兰姆波。 在表面上下振动的波称为兰姆波，在表面横向振动的波 为SH波 小结：以上4种波除纵波外其它波只能在固体中传播，纵 波可以在固体、液体、气体中传播。
A型脉冲反射法超声波探伤，就是利用缺陷处反射回来的 声波大小来评价缺陷的。缺陷越大或说反射面越大，反 射回波就越强。
第二章 超声波探伤的物理基础
A型脉冲反射式超声波探伤
在实际工作中是先用标准反射体（试块）确定基准波高， 根据不同的深度基准反射体的回波高度可以画出一条与 深度相关的基准曲线（距离——波幅曲线或距离——分 贝曲线），调整好基准波后按标准要求进行工件探测， 根据缺陷回波的大小与基准波高进行比较，来判定缺陷 当量大小，判定缺陷是否超标
谐振振动方程的推导
质点作均速圆周运动时，其水平方向的投影是一种水平方 向的谐振动。
谐振动方程： y=Acos（ωt+φ），其中 y——时间t时的位移； A——振幅（最大位移） ω——圆频率，即1秒钟内变 化的弧度数，ω=2πf=2π/T
返回
第二章 超声波探伤的物理基础
3.阻尼振动
如上所述，谐振动是理想条件下的振动,即不考虑磨擦和 其它阻力的影响。
但是，任何实际物体的振动总要受到阻力的作用。
由于克服阻力做功，振动物体的能量不断减少。其振幅 随能量的减少而减小，这种振幅随时间不断减小的振动 称为阻尼振动。阻尼振动演示
阻尼振动方程：y=Ae-βtcos（ωt+φ） β——阻尼系数
第二章 超声波探伤的物理基础
4、板波
概念：在板厚与波长相当的薄板中传播的波，称为板波 根据质点的振动方向又分为SH波和兰姆波。 在表面上下振动的波称为兰姆波，在表面横向振动的波 为SH波 小结：以上4种波除纵波外其它波只能在固体中传播，纵 波可以在固体、液体、气体中传播。
A型脉冲反射法超声波探伤，就是利用缺陷处反射回来的 声波大小来评价缺陷的。缺陷越大或说反射面越大，反 射回波就越强。
第二章 超声波探伤的物理基础
A型脉冲反射式超声波探伤
在实际工作中是先用标准反射体（试块）确定基准波高， 根据不同的深度基准反射体的回波高度可以画出一条与 深度相关的基准曲线（距离——波幅曲线或距离——分 贝曲线），调整好基准波后按标准要求进行工件探测， 根据缺陷回波的大小与基准波高进行比较，来判定缺陷 当量大小，判定缺陷是否超标
谐振振动方程的推导
质点作均速圆周运动时，其水平方向的投影是一种水平方 向的谐振动。
谐振动方程： y=Acos（ωt+φ），其中 y——时间t时的位移； A——振幅（最大位移） ω——圆频率，即1秒钟内变 化的弧度数，ω=2πf=2π/T
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第二章 超声波探伤的物理基础
3.阻尼振动
如上所述，谐振动是理想条件下的振动,即不考虑磨擦和 其它阻力的影响。
但是，任何实际物体的振动总要受到阻力的作用。
由于克服阻力做功，振动物体的能量不断减少。其振幅 随能量的减少而减小，这种振幅随时间不断减小的振动 称为阻尼振动。阻尼振动演示
阻尼振动方程：y=Ae-βtcos（ωt+φ） β——阻尼系数
超声波探伤知识讲解60页PPT
超声波探伤知识讲解
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
超声波探伤ppt课件
c =f λ
表3－1 几中材料的声学特性
材料 钢 CL (m/s) 58805950 Cs (m/s) 1.25MHz 3230 4.7 λL (mm) 2.5MHz 2.36 5MHz 1.18
铝
有机玻 璃 空气
6260
2720 344
3080
1460
5.0
2.18
2.53
1.09
1.26
0.55
3.15 CSK-IB试块
其主要用途： 1）利用R100圆弧面测定斜探头入射点和前 沿长度，利用Φ50孔的反射波测定斜探头折 射角值。 2)校验探伤仪水平线性和垂直线性 3)利用Φ1.5横孔的反射波调整探伤灵敏度 利用R100圆弧面调整探测范围
L 介质
γL
γs
L2 S2
3.7有耦合剂的反、折射
② 横波入射到钢/空气界面将 会产生反射纵横波
L 有机玻璃 α3m S 钢 L 空气 3.8 α3m示意图
α3m＝33.2o
⑶ 聚焦
五、超声波的衰减
随着声程的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象
1 衰减的原因
⑴散射引起的衰减 超声波遇到尺寸与波长可比的障碍物，并因此而产生球 面波的现象称为超声波的散射。
所谓衰减系数是因散射和吸收而导致的平面波声 能损耗程度的常数 在金属材料的超声波探伤中，主要考虑散射引起 的衰减，其规律为：
px=poe-αx
px－－离压电晶片表面为X处的声压。 po－－超声波原始声压 e—自然对数的底 α－金属材料的（散射）衰减系数
x –超声波在材料中传播的距离
研究指出：散射衰减系数α根据晶粒大小（d） 与波长（λ）之比分为三种：
3.6超声波纵波倾斜入射时的反射与折射（Z1＜Z2）
超声波探伤基础知识.ppt
面积型缺陷探伤。
2.磁粉探伤法 MT
磁粉探伤是一种比较古老的无损 检测方法.它被广泛的运用于探测铁 磁性材料的表面和近表面缺陷如:裂 纹、折叠等。当铁磁性材料被磁场 强烈磁化以后，在材料表面或近表 面存在与磁化方向垂直的缺陷（如 裂纹）就会造成部分磁力线外溢， 形成漏磁场。若在漏磁场上施加磁 粉或磁悬液，漏磁场对磁粉产生吸 附从而显示缺陷的痕迹
因此，用射线来照射待探伤的零部件时，若 其内部有气孔、夹渣等缺陷，射线穿过有缺陷的 路径比没有缺陷的路径所透过的物质密度要小得 多，其强度就减弱得少些，即透过的强度就大些， 若用底片接收，则感光量就大些，就可以从底片 上反映出缺陷垂直于射线方向的平面投影；若用 其它接收器也同样可以用仪表来反映缺陷垂直于 射线方向的平面投影和射线的透过量。由此可见， 一般情况下，射线探伤是不易发现裂纹的，或者 说，射线探伤对裂纹是不敏感的。因此，射线探 伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷最敏感。 即射线探伤适宜用于体积型缺陷探伤，而不适宜
3. 渗透探伤法 PT
渗透探伤是一种最古老的探伤技术,它的最早技 术是以油——白色粉末为基础的探伤技术,广泛的 应用于钢铁零件的质量检测,特别在铁道系统运用 更为广泛.渗透探伤技术发展到今天已经开始使用 红色或荧光颜料，使渗透探伤的操作更简便，在 渗透探伤技术中形成了着色渗透探伤。
渗透探伤是利用毛细现象来进行探伤的方法。 对于表面光滑而清洁的零部件，用一种带色（常 为红色或带有荧光的、渗透性很强的液体，涂覆 于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察 知的微裂纹，由于该液体的渗透性很强，它将沿 着裂纹渗透到其根部。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.涡流探伤法 ET
涡流探伤是广泛应用于导电材料的一种常规 探伤方法,它从原理上来讲与超声波、磁粉、渗 透、射线等方法都不相同，例如：超声波检测的 根源是“声”，磁粉检测的根源是“磁”，…… 而涡流检测的根源是”电”,所以它具有与超声 波检测、磁粉检测都不相同的特点，由于它具有 与其它检测方法不同的特点，因此它才能与其它 检测方法互相补充，成为五大常规无损检测方法 之一。
2.磁粉探伤法 MT
磁粉探伤是一种比较古老的无损 检测方法.它被广泛的运用于探测铁 磁性材料的表面和近表面缺陷如:裂 纹、折叠等。当铁磁性材料被磁场 强烈磁化以后，在材料表面或近表 面存在与磁化方向垂直的缺陷（如 裂纹）就会造成部分磁力线外溢， 形成漏磁场。若在漏磁场上施加磁 粉或磁悬液，漏磁场对磁粉产生吸 附从而显示缺陷的痕迹
因此，用射线来照射待探伤的零部件时，若 其内部有气孔、夹渣等缺陷，射线穿过有缺陷的 路径比没有缺陷的路径所透过的物质密度要小得 多，其强度就减弱得少些，即透过的强度就大些， 若用底片接收，则感光量就大些，就可以从底片 上反映出缺陷垂直于射线方向的平面投影；若用 其它接收器也同样可以用仪表来反映缺陷垂直于 射线方向的平面投影和射线的透过量。由此可见， 一般情况下，射线探伤是不易发现裂纹的，或者 说，射线探伤对裂纹是不敏感的。因此，射线探 伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷最敏感。 即射线探伤适宜用于体积型缺陷探伤，而不适宜
3. 渗透探伤法 PT
渗透探伤是一种最古老的探伤技术,它的最早技 术是以油——白色粉末为基础的探伤技术,广泛的 应用于钢铁零件的质量检测,特别在铁道系统运用 更为广泛.渗透探伤技术发展到今天已经开始使用 红色或荧光颜料，使渗透探伤的操作更简便，在 渗透探伤技术中形成了着色渗透探伤。
渗透探伤是利用毛细现象来进行探伤的方法。 对于表面光滑而清洁的零部件，用一种带色（常 为红色或带有荧光的、渗透性很强的液体，涂覆 于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察 知的微裂纹，由于该液体的渗透性很强，它将沿 着裂纹渗透到其根部。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.涡流探伤法 ET
涡流探伤是广泛应用于导电材料的一种常规 探伤方法,它从原理上来讲与超声波、磁粉、渗 透、射线等方法都不相同，例如：超声波检测的 根源是“声”，磁粉检测的根源是“磁”，…… 而涡流检测的根源是”电”,所以它具有与超声 波检测、磁粉检测都不相同的特点，由于它具有 与其它检测方法不同的特点，因此它才能与其它 检测方法互相补充，成为五大常规无损检测方法 之一。
超声波探伤培训课件
其中：A：振幅，最大水平位移
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T
φ：初相位，即t=0时质点的相位
ωt+φ：质点在t时刻的相位
简谐振动方程描述了谐振动物体在任意时刻 的位移情况。
34
质点谐振动等效图
弹簧振子的运动可以用振动图像直观地表示出来，如图2-2 所示。以横轴表示时间，纵轴表示质点位移，则振动图像 表示了振动质点的位移随时间变化的规律。
超声检测在船舶行业的典型应用
典型应用
原材料、零部件 焊接接头
钢板、钢锻件、铝及铝合金板材 、钛及钛合金板材、复合板、无 缝钢管、钢螺栓、坯件、锻件、 棒材、铸件等。
钢制对接接头（包括管座角焊缝 、T型焊接接头，支撑件和结构件 ）钛及钛合金、铝及铝合金对接 接头、T、K、Y管节点焊缝。
在用设备
原材料、零部件、对接接头等
• 1915年，M.Constantin Chilowsky 为探测潜艇提出方 案——声波测距，后来Paul Langevin利用石英压电 换能器可探测1500米远的潜艇。
• 1929年，苏联的S.Y.Sokolov 和德国的Q.Muhlhauser 首先提出用超声波以穿透法来寻找金属中隐藏的不连 续性。
周期和频率互为倒数关系，即 T＝1/f
也是描述质点振动快慢的物理量
例如：人说话的频率为200 Hz，则声带的振动周 期为：T＝1/200＝0.005s
(3)振幅A 振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做 振动的振幅，用A表示。
32
三. 谐振动
1.定义：在没有任何阻力影响的情况下，质点振动的振 幅和频率始终保持不变的振动。（动力学） 可定义为位移随时间的变化符合余弦（或正弦）规律 的振动（运动学）
洋工程、金属结构件等）
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T
φ：初相位，即t=0时质点的相位
ωt+φ：质点在t时刻的相位
简谐振动方程描述了谐振动物体在任意时刻 的位移情况。
34
质点谐振动等效图
弹簧振子的运动可以用振动图像直观地表示出来，如图2-2 所示。以横轴表示时间，纵轴表示质点位移，则振动图像 表示了振动质点的位移随时间变化的规律。
超声检测在船舶行业的典型应用
典型应用
原材料、零部件 焊接接头
钢板、钢锻件、铝及铝合金板材 、钛及钛合金板材、复合板、无 缝钢管、钢螺栓、坯件、锻件、 棒材、铸件等。
钢制对接接头（包括管座角焊缝 、T型焊接接头，支撑件和结构件 ）钛及钛合金、铝及铝合金对接 接头、T、K、Y管节点焊缝。
在用设备
原材料、零部件、对接接头等
• 1915年，M.Constantin Chilowsky 为探测潜艇提出方 案——声波测距，后来Paul Langevin利用石英压电 换能器可探测1500米远的潜艇。
• 1929年，苏联的S.Y.Sokolov 和德国的Q.Muhlhauser 首先提出用超声波以穿透法来寻找金属中隐藏的不连 续性。
周期和频率互为倒数关系，即 T＝1/f
也是描述质点振动快慢的物理量
例如：人说话的频率为200 Hz，则声带的振动周 期为：T＝1/200＝0.005s
(3)振幅A 振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做 振动的振幅，用A表示。
32
三. 谐振动
1.定义：在没有任何阻力影响的情况下，质点振动的振 幅和频率始终保持不变的振动。（动力学） 可定义为位移随时间的变化符合余弦（或正弦）规律 的振动（运动学）
洋工程、金属结构件等）
超声波检测PPT课件2
3.1 超声波检测基础知识
3.1.1 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。
超声检测的基础知识
超声波是超声振动在弹性介质中传播的机械波。与声波 和次声波在弹性介质中的传播类同，区别在于超声波的频率 高于20kHz。
同一固体介质中，纵波声速cL大于横波声速cs，横波声速cs又 大于表面波声速cr。对于钢材，cL ≈1.8cs，cs≈1.1cr。
（2） 板波的声速。板波的声速与其他波型不同，其相速度随 频率变化而变化，具有频散特性。
声速的一般表达式
几种不同介质中的声速
（1）液体中的声速： cL
K
声速
弹性率 密度
Z p V
声阻抗表示声场中介质对质点振动的阻碍作用。在同一声压下， 介质的声阻抗越大，质点的振动速度就越小。实验证明，气体、液体 与金属之间的特性声阻抗之比大约为1:3000:8000。
中某点的有效声压与通过该点的有效质点速度的比值。又可用介质的密度与声速的乘积 来表示。声波经均质性介质时基本按直线持续传播；声波经两种介质时，其声阻抗差超 过0.1%即产生声学界面，引起反射。脉冲反射式超声诊断仪显示的人体组织断面声像， 实质上是人体组织中声阻抗差别的空间分布图。
2、频率f：单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过完整 波的个数； 3、波长λ：声波在传播时，同一波线上相邻两个相位相同的质点 之间的距离；
4、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需的时间；
5、角频率ω： 2f
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。
3.1.1 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。
超声检测的基础知识
超声波是超声振动在弹性介质中传播的机械波。与声波 和次声波在弹性介质中的传播类同，区别在于超声波的频率 高于20kHz。
同一固体介质中，纵波声速cL大于横波声速cs，横波声速cs又 大于表面波声速cr。对于钢材，cL ≈1.8cs，cs≈1.1cr。
（2） 板波的声速。板波的声速与其他波型不同，其相速度随 频率变化而变化，具有频散特性。
声速的一般表达式
几种不同介质中的声速
（1）液体中的声速： cL
K
声速
弹性率 密度
Z p V
声阻抗表示声场中介质对质点振动的阻碍作用。在同一声压下， 介质的声阻抗越大，质点的振动速度就越小。实验证明，气体、液体 与金属之间的特性声阻抗之比大约为1:3000:8000。
中某点的有效声压与通过该点的有效质点速度的比值。又可用介质的密度与声速的乘积 来表示。声波经均质性介质时基本按直线持续传播；声波经两种介质时，其声阻抗差超 过0.1%即产生声学界面，引起反射。脉冲反射式超声诊断仪显示的人体组织断面声像， 实质上是人体组织中声阻抗差别的空间分布图。
2、频率f：单位时间内，超声波在介质中任一给定点所通过完整 波的个数； 3、波长λ：声波在传播时，同一波线上相邻两个相位相同的质点 之间的距离；
4、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需的时间；
5、角频率ω： 2f
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。
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第一章 超声波探伤的物理基础
黄新超
河南省锅炉压力容器安全检测研究院 2010年4月
教学ppt
1
第一章 超声波检测的物理基础
教学ppt
2
超声波是一种机械波，是机械振动在介质中 的传播。
该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律
和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等
位置时，它并没有停止，而是越过平衡位置运动到相反方向的最
大位移；然后，再向平衡位置移动。
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4
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5
振动的表示：可用周期和频率表示振动的快慢； 用振幅表示振动的强弱。
– 周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间, 称为振动周期.单位：秒（S）
– 频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的 次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz）
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T φ：初相位，即t=0时质点的相位 ωt+φ：质点在t时刻的相位 简谐振动方程描述了谐振动物体在任意 时刻的位移情况。
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9
• 阻尼振动
– 在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻 力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动 的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻 尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。 (不符合机械能守恒)
– 波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播 过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现 的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去 的。
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15
• 机械波的主要物理量 波长 ：λ 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距 离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相 位质点间的距离。
教学ppt
20
表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质 表面传播的波。用R表示，表面波是瑞利在1887年首次 提出的，因此，表面波又称瑞利波。
教学ppt
21
表面波在介质表面传播时，质点作椭圆
运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短
轴平行于波的传播方向。椭圆运动可以视
为纵向振动与横向振动的合成，即纵波和
横波的合成。所以，表面波和横波一样，
只能在固体介质中传播，不能在液体和气
体中传播。
表面波只能在固体表面传播。表面波的
能量随传播深度的增加而迅速减弱。一般
认为，表面波检测只能发现距工件表面两
倍波长深度范围内的缺陷。
教学ppt
22
• 各种类型波的比较
波的类型
质点振动特点
传播介质
应用
纵波
质点振动方向平行于波传播方向 固、液、气体介质 钢板、锻件检测等
超声波是机械波，因此下面只讨论机械波。
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12
• 物质的弹性模型
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13
弹性介质：这种质点间以弹性力联系在一 起的介质称为弹性介质。一般固体、液体、 气体都可视为弹性介质。
机械波的产生：弹性介质中的一个质点的 振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点 的振动又会引起较远质点的振动，于是振 动就以一定的速度由近及远地向各个方向 传播开来，从而就形成了机械波。
其中：A：振幅，最大水平位移
P：策动力的圆频率T
φ：初相位
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11
• §1－2波动
振动的传播过程，成为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如 水波、声波、超声波等。
电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线 电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 等。
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14
机械波：是机械振动在弹性介质中的传播过程. 机械波必须具备以下两个条件: 1）要有作机械振动的波源； 2）能传播机械振动的弹性介质。
– 振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源， 波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随 波前进，只是以交变的振动速度在各自的平衡位置 附近往复运动。
• 频率 ：f 单位：赫兹（Hz） 波动过程中,任一给定点在1秒钟内所通过的完
整波的个数. • 波速 ：C 单位：m/s km/s
波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速.
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16
C= λf 或λ=C/f
波长与波速成正比，与频率成反比。 当频率一定时，波速愈大，波长就愈长； 当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。
教学ppt
18
凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵 波。所以，纵波可以在固体、液体和气体中传 播。
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19
横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直。 用S 表示
当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产 生切变变形，从而形成横波。只有固体能够承受 剪切应力，液体和气体不能承受剪切应力，因此， 横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体 中传播。
– 振幅A 振动物体离开平衡位置的最大距离。
T 1 f
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6
简谐振动
最简单最基本的直线振动称为谐振.其特 点是物体受到的回复力大小与位移成正比, 其方向总是指向平衡位置.
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7
质点谐振动等效图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图1.1 质点谐振动参考图
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8
• 简谐振动方程 质点的水平位移和时间t的关系式：
y=Acos(ωt+φ) 其中：A：振幅，最大水平位移
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17
§2 波的类型
1、根据质点的振动方向分类
根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波 的传播方向的不同,可将波动分为纵波、横波、 表面波和板波等.
纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平 行。用 L 表示，又称压缩波或疏密波。
当介质质点受到交变正应力作用时，质点之间 产生相应的伸缩形变，从而形成纵波。这时介质 质点疏密相间，故纵波又称为压缩波或疏密波。
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10
• 受迫振动
– 由于振动系统内部的阻尼作用，能量逐渐消耗， 因初始激发引起的自由振动，将因为能量逐渐 损耗，振动逐渐减弱，以至运动停止。要维持 振动必须由另一系统不断给以激发，即不断地 补充能量，这种由外加作用维持的振动，称为 强迫振动。 (不符合机械能守恒)
y=Acos(Pt+φ)
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3
§1 振动与波动
• §1－1振动
物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运
动,称为机械振动.
振动产生的必要条件：
一是，物体一旦离开平衡位置，就会受到回复力的作用；二是阻 力足够小。
全振动：物体受到一定力的作用，离开平衡位置，产生一个位移；
该力消失后，在回复力的作用下，将向平衡位置移动，到达平衡
黄新超
河南省锅炉压力容器安全检测研究院 2010年4月
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第一章 超声波检测的物理基础
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超声波是一种机械波，是机械振动在介质中 的传播。
该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律
和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等
位置时，它并没有停止，而是越过平衡位置运动到相反方向的最
大位移；然后，再向平衡位置移动。
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振动的表示：可用周期和频率表示振动的快慢； 用振幅表示振动的强弱。
– 周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间, 称为振动周期.单位：秒（S）
– 频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的 次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz）
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T φ：初相位，即t=0时质点的相位 ωt+φ：质点在t时刻的相位 简谐振动方程描述了谐振动物体在任意 时刻的位移情况。
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• 阻尼振动
– 在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻 力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动 的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻 尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。 (不符合机械能守恒)
– 波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播 过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现 的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去 的。
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• 机械波的主要物理量 波长 ：λ 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距 离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相 位质点间的距离。
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20
表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质 表面传播的波。用R表示，表面波是瑞利在1887年首次 提出的，因此，表面波又称瑞利波。
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21
表面波在介质表面传播时，质点作椭圆
运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短
轴平行于波的传播方向。椭圆运动可以视
为纵向振动与横向振动的合成，即纵波和
横波的合成。所以，表面波和横波一样，
只能在固体介质中传播，不能在液体和气
体中传播。
表面波只能在固体表面传播。表面波的
能量随传播深度的增加而迅速减弱。一般
认为，表面波检测只能发现距工件表面两
倍波长深度范围内的缺陷。
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22
• 各种类型波的比较
波的类型
质点振动特点
传播介质
应用
纵波
质点振动方向平行于波传播方向 固、液、气体介质 钢板、锻件检测等
超声波是机械波，因此下面只讨论机械波。
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12
• 物质的弹性模型
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弹性介质：这种质点间以弹性力联系在一 起的介质称为弹性介质。一般固体、液体、 气体都可视为弹性介质。
机械波的产生：弹性介质中的一个质点的 振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点 的振动又会引起较远质点的振动，于是振 动就以一定的速度由近及远地向各个方向 传播开来，从而就形成了机械波。
其中：A：振幅，最大水平位移
P：策动力的圆频率T
φ：初相位
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• §1－2波动
振动的传播过程，成为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如 水波、声波、超声波等。
电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线 电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 等。
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机械波：是机械振动在弹性介质中的传播过程. 机械波必须具备以下两个条件: 1）要有作机械振动的波源； 2）能传播机械振动的弹性介质。
– 振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源， 波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随 波前进，只是以交变的振动速度在各自的平衡位置 附近往复运动。
• 频率 ：f 单位：赫兹（Hz） 波动过程中,任一给定点在1秒钟内所通过的完
整波的个数. • 波速 ：C 单位：m/s km/s
波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速.
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C= λf 或λ=C/f
波长与波速成正比，与频率成反比。 当频率一定时，波速愈大，波长就愈长； 当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。
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凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵 波。所以，纵波可以在固体、液体和气体中传 播。
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横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直。 用S 表示
当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产 生切变变形，从而形成横波。只有固体能够承受 剪切应力，液体和气体不能承受剪切应力，因此， 横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体 中传播。
– 振幅A 振动物体离开平衡位置的最大距离。
T 1 f
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简谐振动
最简单最基本的直线振动称为谐振.其特 点是物体受到的回复力大小与位移成正比, 其方向总是指向平衡位置.
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质点谐振动等效图
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图1.1 质点谐振动参考图
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8
• 简谐振动方程 质点的水平位移和时间t的关系式：
y=Acos(ωt+φ) 其中：A：振幅，最大水平位移
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§2 波的类型
1、根据质点的振动方向分类
根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波 的传播方向的不同,可将波动分为纵波、横波、 表面波和板波等.
纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平 行。用 L 表示，又称压缩波或疏密波。
当介质质点受到交变正应力作用时，质点之间 产生相应的伸缩形变，从而形成纵波。这时介质 质点疏密相间，故纵波又称为压缩波或疏密波。
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• 受迫振动
– 由于振动系统内部的阻尼作用，能量逐渐消耗， 因初始激发引起的自由振动，将因为能量逐渐 损耗，振动逐渐减弱，以至运动停止。要维持 振动必须由另一系统不断给以激发，即不断地 补充能量，这种由外加作用维持的振动，称为 强迫振动。 (不符合机械能守恒)
y=Acos(Pt+φ)
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§1 振动与波动
• §1－1振动
物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运
动,称为机械振动.
振动产生的必要条件：
一是，物体一旦离开平衡位置，就会受到回复力的作用；二是阻 力足够小。
全振动：物体受到一定力的作用，离开平衡位置，产生一个位移；
该力消失后，在回复力的作用下，将向平衡位置移动，到达平衡