超声波探伤的物理基础
超声波探伤的物理基础-
1 超声检测第一章超声波探伤是目前应用最广泛的方法之一，它的本质是机械波。
质点的机械振动和振动的传播，构成了超声波探伤的物理基础。
其传播过程中所遵循的规律又可以分为几何声学和物理声学两部分。
几何声学是指界面上的反射定律、折射定律和波形转换规律。
物理声学是指叠加、干涉、绕射和惠更斯原理。
超声波探伤过程中，声波在异质界面的行为，将遵循上述的规律。
第一节 振动与波动一 振动 振动包括弹性媒质中的机械振动和电磁场中的电子振动、量子场中的光子振动等。
光亮子的振动有微粒和波动的两重性。
声波的振动即属弹性媒质中的机械振动，(T ①)它是指在弹性媒质中，质点在其平衡位置的附近做具有周期性的往复运动。
2）（T ②）振动常用周期T 和频率f 这两个物理量来描述：2T ——振动物体（或质点）每振动一次所需要的时间（s ）。
F ——单位时间内振动的次数（次/s/Hz 、KHz 、MHz ）。
T = 1/f ，二者互为倒数。
3）简谐振动 (T ③)最简单的、最基本的直线振动称简谐振动，这种振动是无阻尼的、无衰减线性振动 如弹簧的位移服从虎克定律：F = - ky式中：k — 弹性常数[达因/厘米]； y — 位移量； 负号表示弹性力与位移量相反 。
（T ④谐振动方程）y = Acos(ωt+φ)式中：A — 振幅，即最大的水平位移；ω— 园频率，即一秒钟内变化的弧度数，ω= 2πf = 2π/ T ；φ— 初相位，即t = 0 时质点M 的相位； ωt+φ— 质点M 在t 时刻的相位 如书中图1.1所示。
谐振动的方程描述了谐振动物体在任一时刻的位移情况。
谐振动的特点是：物体受到的回复力的大小与位移成正比，其方向总是指向平衡位置。
如弹簧振子的振3动、单摆振动、音叉振动等。
谐振动振幅、频率不变，位能、势能由最大到零互相转变，符合机械能守恒。
（4）（T ③）阻尼振动 谐振动是理想条件下的振动，不考虑阻力，但实际任何振动都有阻力，克服这个阻力就要做功，能量就随时间不断减少。
超声波探伤的物理基础
第一章超声波探伤的物理基础By adan超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。
超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。
超声波探伤中，主要涉及到几何声学和物理声学中的一些基本定律和概念。
如几何声学中的反射、折射定律及波型转换，物理声学中波的叠加、干涉、绕射及惠更斯原理等。
深入理解几何声学和物理声学中的有关概念，掌握其中的基本定律，对于灵活运用超声波理论去解决实际探伤中的各种问题无疑是十分有益的。
第一节振动与波宇宙间的一切物质，大至宏观天体，小至微观粒子都处于一定的运动状态，振动和波动是物质运动的基本形式一、振动1．振动的一般概念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。
日常生活中到处可以见到振动现象，如弹簧振子的运动、钟摆的运动和汽缸中活塞运动等都是可以直接觉察到的振动现象。
另外，如固体分子的热运动，一切发声物体的运动以及超声波波源的运动等则是人们难以觉察到的振动现象。
物体(或质点)受到一定力的作用，将离开平衡位置，产生一个位移，该力消失后，它将回到其平衡位置；并且还要越过平衡位置移到相反方向的最大位移位置，然后返回平衡位置。
这样一个完整运动过程称为一个“循环”或叫一次“全振动”。
振动是，往复、周期性的运动，振动的快慢常用振动周期和振动频率两个物理量来描述。
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，用T表示。
常用单位为秒(s)。
频率f——振动物体在单位时间内完成全振动的次数，称为振动频率，用f表示。
常用单位为赫兹(H s)，1赫兹表示1秒钟内完成全振动，即1H s=1次/秒。
此外还有千赫(KH z),兆赫(MH z)。
1kH z=103H z,1MH z由周期和频率的定义可知，二者互为倒数(1.1)如某人说话的频率f=1000H z，表示其声带振动为1000次/秒，声带振动周期T=1/f=1/1000=0.001秒。
2.谐振动最简单最基本的直线强动称为谐振动。
超声波探伤的物理基础——(第八节超声波的衰减)
第一章 超声波探伤的物理基础第八节 超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其声能量逐渐减弱的现象叫做超声波的衰减。
在均匀介质中，超声波的衰减与传播距离之间有一定的比例关系，而不均匀介质散射引来的衰减情况就比较复杂。
一、产生衰减的原因凡影响介质质点振动的因素均能引起衰减。
从理论上讲，产生衰减的原因主要有以下三个方面：1. 由声束扩散引起的衰减超声波传播时，随着传播距离的增大，非平面波声束不断扩散，声束截面增大，因此，单位面积上的声能(或声压)大为下降，这种扩散衰减与传播波形和传播距离有关，而与传播介质无关。
对于球面波，声强与传播距离的平方成反比，即2X 1I α，声压与传播距离成反比，即X1P α。
对于柱面波，声强与传播距离成反比，声压与传播距离的平方根成反比，即X 1P α。
对于平面波，声强，声压不随传播距离的变化而变化，不存在扩散衰减。
当波形确定后，扩散衰减只与超声波传播距离(声程)有关。
扩散衰减是造成不同声程上相同形状和尺寸反射体回波高度不等的原因之一，这在声压方程中已经解决。
2. 由散射引起的衰减超声波传播过程中遇到不同声阻抗的介质所组成的界面时，会产生散乱反射，声能分散，造成散射衰减。
固体中尤以多晶体金属的非均匀性(如杂质、粗晶、内应力、第二相等)引起的散射衰减最为明显。
多晶体晶界会引起超声波的反射和折射，甚至伴有波型转换，这种散射也可称作瑞利散射。
散射衰减随超声波频率的增高而增大，且横波引起的衰减大于纵波。
3. 由吸收引起的衰减质点离开自己的平衡位置产生振动时，必须克服介质质点间的粘滞力(和内摩擦力)而做功，从而造成声能损耗，这部分损耗的声能也将转换成热能。
在超声波传播过程中，这种由于介质的粘滞吸收而将声能转换成热能，从而使声能减少的现象称为粘滞吸收衰减。
在超声波探伤中它并不占主要地位。
二、衰减规律和衰减系数超声波在不同介质中的衰减情况常用衰减系数加以定量表示。
超声波传播过程中的衰减规律与其波形有关。
超声波探伤物理基础
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。
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第二章 超声波探伤的物理基础
波阵面：球面；
特征：波束向四面八方扩散，振幅与距离成反比。 超声波探伤的波源近似活塞振动，在各向同性的介质 中的波叫活塞波，当离源的距离足够大时，活塞波类 似球面波。
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第二章 超声波探伤的物理基础
三、按振动的持续时间分
连续波：波源持续不断的振动，穿透法常采用连续波
脉冲波：短时间的脉冲波，持续时间很短。微秒级。
不同的介质有不同的声速度
超声波波型不同时，介质弹性变形型式不同，声速也不 一样 一 、 固体介质中纵波、横波与表面波声速 1、无限大固体介质中纵波、横波与表面波声速
第二章 超声波探伤的物理基础
纵波1.10
横波1.11
表面波1.12
对于钢材有：CL≈1.8CS ；CR≈0.9CS ；
第二章 超声波探伤的物理基础
如：人能听到的声音就是空气的机械振动
人能听到的声音频率范围是20——20000Hz， 中音一般在1000——1500Hz。 因人而异，每人说话的音频不一样，所以能 区分不同人的声音。 音调、音域；高音、低音不是声音高低，而 是频率高低；声音大小用振幅表示。 如果人说话的频率是1000Hz，即每秒钟声带 振动1000次。
超声波探伤的物理基础
第一章 绪论
1.1 超声检测的定义和作用 1.2 超声检测的发展简史和现状 1.3 超声检测的基础知识
第一章-超声波探伤的物理基础
c λf
波动比较： 概念：振动的传播过程称为波动. 波动的分类: 机械波 机械振动在弹性介质中的传播.
波动 电磁波 交变电磁场在空间的传播.
两类波的不同之处:
机械波的传播需要介质,电磁播的传播可不需要介质
相同之处: 能量传播,反射,折射,干涉,衍射
(1 )纵波(L)：介质中质点有振动 方向相对于波的 传播方向互相平行的波。 (2) 横波S(T)： 介质中质点有振动 方向与波的传播 方向互相垂直的波。 当介质表面受到交变应力作用产生 (3) 表面波R： 沿 介质表面传播的波。 (4 )兰姆波 2 根据波阵面的形状分类 （1）平面波: 波阵面为互相平行的平面的波。 表达式： (2) 球面波:
p A cos( ωt kx )
波阵面为同心球面的波
纵波特点：具有交替出现的疏部和密部
横波特点
A 表达式： p cos(ωt kx ) r
(3) 柱面波： 波阵面为同轴圆柱面的波
A cos(ωt kx ) 表达式： p r
(4) 活塞波 3 按振动的持续时间分类 (1 ) 连续波: 波源持续不断地振动所幅射的波 (2 ) 脉冲波: 波振源作瞬态振动所幅射的波
P P P0 ( )ρ0 dρ ρ
dρ ρ ρ0
2
p C ρ1
P C ρ
2
P 2 ρ1 ——状态方程 …① C t t
P p ( ) ρ 0 ρ1 ρ
C ——为声速
(二)连续性方程(ρ 和μ 的关系)
ρ1 ——连续性方程 …② (ρμ ) t
从而可看出10MHZ的分辨率比1MHZ的分辨率要高出一个 数量级。
结论：在超声检测中,为了提高分辨率力,Qm应尽量提高 探测频率。但Qm低会使幅射能量减小，检测灵敏度降 低,故应根据探伤灵敏度和分辨率综合考虑适当选择Qm， 选择适当的Qm晶片和适当和β 值（β =Rm/2m，由阻尼 吸声层决定）。
《超声波探伤》理论要点汇总
第一章 超声波探伤的物理基础
超声场的特征值 声阻抗的物理意义 声阻抗随温度变化的关系 声强与频率、声压的函数关系 界面两侧的声波必须符合的两个条件 由Z1、Z2相对大小的4种情况计算出反射率和透射率，得出4个结论 Z1＝Z3≠Z2时异质薄层厚度对反射率和透射率的影响(半波透声层) 超声波频率f对异质薄层的声压反射率和透射率的影响 Z1≠Z2≠Z3时薄层厚度对反射率和透射率的影响(直探头保护膜)
仪 器
定量要求高----垂直线性好、衰减器精度高
的 大型工件----灵敏度余量大、信噪比高、功率强
选 为发现近表面缺陷和区分相邻缺陷----盲区小、分辨力好 择
现场探伤----重量轻、荧光亮度高、抗干扰能力强
第四章 超声波探伤方法和通用技术
第二节 仪器与探头的选择
探头型式的选择----根据缺陷可能出现的位置及方向
双探头法—原理、计算方法、局限性
端部回波峰值法—原理、计算方法、影响测量精度的因素、局限性
横波端角反射法—原理、衡量方法 、局限性
第八节 超声波倾斜入射到界面时的反射和折射 纵波倾斜入射到钢/空气界面的反射率 横波倾斜入射到钢/空气界面的反射率 纵波倾斜入射水/钢界面时的声压往复透射率(及实际意义) 纵波倾斜有机玻璃/钢界面时的声压往复透射率(及实际意义) 纵波入射时的端角反射率 横波入射时的端角反射率(最高最低时的αS、K值)
第一章 超声波探伤的物理基础
谐振动的特点(3点) 阻尼振动的特点(3点) 受迫振动的特点(4点) 阻尼振动、受迫振动、共振在超声波探伤中的应用 产生机械波必须具备的两个条件 机械波的本质 波长与波源和质点振动的关系 波动频率与振动频率的关系
第一章 超声波探伤的物理基础
超声波探伤所用频率范围 金属检验所用频率范围 超声波用于检测的重要特性(优点) 纵波的受力、形变、质点运动特点、传播介质 横波的受力、形变、质点运动特点、传播介质 表面波的受力、质点运动特点、传播介质、能量传播特点 板波质点运动特点、传播介质 波线与波阵面、波前的空间关系(各向同性介质中) 平面波的形成(3要素) 柱面波的形成(3要素) 球面波的形成(3要素)
超声波探伤的物理基础(第一节波动的一般概念和超声波特性)
第一章 超声波探伤的物理基础第一节 波动的一般概念和超声波特性一、波动的一般概念(1) 振动与波动宇宙间一切物质(大至宏观天体，小至微观粒子)均处于一定的运动状态，这些运动状态有移动、转动、振动和波动等。
振动与波动是物质运动状态中两个密切相关的运动。
波动简称波，它是波动在物体或空间中的传播；振动是产生波动的根源。
一般来说，物体或质点在某一平衡位置附近作往复运动，叫做机械振动，简称振动。
在周期性直线振动中最基本最重要的是简谐振动，它是物体或质点受弹性力或准弹性力作用下发生的运动。
图1-1为弹簧振子的振动规律。
图1–1 弹簧振子的振动弹簧振子Q 受力振动后，振子Q 离开平衡位置的位移量X 随时间t 的变化规律可由下列余弦函数(或正弦函数)描述：⎪⎭⎫ ⎝⎛ϕ+π=t T 2cos A X或⎪⎭⎫ ⎝⎛π+ϕ+ω=ϕ+ω=2t sin A )t cos(A X (1–1)式中：A 为振幅，它是质点(振子Q)在振动过程中的最大位移量；T 为周期，它是质点(振子Q)在其平衡位置附近振动一次所需要时间；f 为频率，它是表示单位时间内质点(振子Q)的振动次数，T /1f =；频率的单位是赫兹(Hz)简称赫。
赫(Hz)=每秒振动一次，1千赫(kHz)=103 Hz ，1兆赫(MHz)=1000000 Hz=106 Hz 。
)t (ϕ+ω为相位角，它表示质点(振子Q)在振动过程的某一瞬间t 时刻所处的位置和速度。
ϕ在0t =这一时刻的相位 也称初始相位。
ω为圆频率，且有T 2f 2π=π=ω，它表示在π2秒内的振动周期数。
X 为t时间质点(振子Q)离开平衡位置的距离。
由此可见，振幅A 、周期T 、频率f 和相位(ϕ+ωt )是描述简谐振动的基本物理参数。
振动的类型很多，除了简谐振动外，还有固有振动、受迫振动、阻尼振动等，这些振动都是较为复杂的振动，但它们的基础是简谐振动。
(2) 波动的分类波动是振动的结果，是物质的运动形式之一。
超声波探伤的物理基础
超声波探伤的物理基础第一节基本知识超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。
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。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。
超声波就是一种机械波。
机械波主要参数有波长、频率和波速。
波长l：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离称为波长，波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离，常用单位为米(m)；频率f：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称为频率，常用单位为赫兹(Hz)；波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，常用单位为米/秒（m/s）。
由上述定义可得：C=l f ，即波长与波速成正比，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。
次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在同一介质中的传播速度相同。
它们的区别在主要在于频率不同。
频率在20~20000Hz之间的能引起人们听觉的机械波称为声波，频率低于20Hz的机械波称为次声波，频率高于20000Hz的机械波称为超声波。
次声波、超声波不可闻。
超声探伤所用的频率一般在0.5~10MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为1~5MHz。
超声波波长很短，由此决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛用于无损探伤。
1. 方向性好：超声波是频率很高、波长很短的机械波，在无损探伤中使用的波长为毫米级；超声波象光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，易于在被检材料中发现缺陷。
2. 能量高：由于能量（声强）与频率平方成正比，因此超声波的能量远大于一般声波的能量。
3. 能在界面上产生反射、折射和波型转换：超声波具有几何声学的上一些特点，如在介质中直线传播，遇界面产生反射、折射和波型转换等。
4. 穿透能力强：超声波在大多数介质中传播时，传播能量损失小，传播距离大，穿透能力强，在一些金属材料中其穿透能力可达数米。
《超声波探伤》自学笔记
特点：波速快，穿透力强，反射或散射敏感性差，可用于粗晶材料。定位方便。
横 波 法
按表 波面 形波 分法
板 波 法
定义：将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射至试件探测面，利用波型转换得到 横波进行探伤的方法。又称斜射法。
运用：主要用于管材、焊缝的探伤。其它试件探伤时作为一种有效的辅助手段。
定义：使用表面波进行探伤的方法，称表面波法。 运用：主要用于表面光滑的试件。
共振：当策动力频率P与受迫振动物体固有频率ω0相同时，受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。
二、波动
波动：振动的传播过程，称为波动。
波动的分类
机械波：在弹性力的相互作用下，质点的振动以一定的速度由近到远的传播，形成机械波。 电磁波
4
产生机械波必须具备的两个条件
要有作机械振动的波源。 要有能传播机械振动的弹性介质。
分
类 穿透法：依据脉冲波或连续波穿透试件之后能量变化来判断缺陷情况的一种方法。
共振法：依据试件的共振特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法。
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定义：使用直探头发射纵波，进行探伤的方法。又称垂直入射法，简称垂直法。
纵 运用：主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的探伤。
波 法
敏感缺陷：平行于探测面的缺陷。
分
交叉式：用于发现焊缝中的横向缺陷。
多探头法：通过增加声束来提高探伤速度或发现各种取向的缺陷。
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直接接触法：探头与试件探测面之间，涂有很薄的耦合剂层，可看作是两者直接接触。
按
接
触
全浸没式
方 式 分
按探伤方式分
喷液式
局部浸没式 满溢式
类
通水式
液浸法
高液层法 按液层厚度分
超声波探伤检测物理基础
超声波探伤检测物理基础1.1超声波检测原理利用超声波在缺陷界面的反射来进行对缺陷的定位、定量和定性。
1.2超声波的产生和接受产生：逆压电效应：使用高频电压作用于压电晶片，使之产生高频的机械振动。
接收：压电效应：将机械振动作用于压电晶片产生电荷，以电能的形式进入仪器。
1.3超声波的特征1.3.1 频率高f＞20KHz,检测使用范围为0.3MHz～10MHz,常用1～5MHz，可作为直线传播，可使用几何光学的理论，讨论反射、透射等实际问题。
1.3.2 波长短如c=5900m/s，2.5MHz，λ=2.36mm。
属于毫米波，超声波传播距离长，探测厚度大，大大超过X-ray，穿透能力强1.3.3 具有波形转换的能力可以使用纵波检测还可以使用于横波检测, 讨论波形的传播路径。
1.3.4 检测灵敏度高可检测的最小缺陷为波长的一半。
1.4超声波检测方法1.4.1 穿透法一收一发探头，两平行面检测，会漏检（缺陷距底面距离大于声影长度）。
1.4.2 共振法连续波，用于测厚。
δ=nλ/2,n共振次数。
c=fλ, δ=c(f n-f n-1)/2。
探头晶片厚度的计算压电晶片的晶片厚度T为其传播波长一半时即产生共振，此时，在晶片厚度方向的两个面得到最大振幅，晶片中心为共振的驻点。
通常把晶片材料的频率f和厚度T的乘积称为频率常数Nt，若:T= λ/ 2 ,则：Nt＝f·T ＝C/2式中：C为晶片材料中的纵波声速。
由式可知，频率越高, 晶片越薄，制作越困难，且Nt小的晶片材料不宜用于制作高频探头。
1.4.3 脉冲反射法（A型为主）向工件中发射脉冲，脉冲遇到界面产生反射，根据反射信号来确定缺陷的存在，完成定位、定量和定性。
2超声波的一般概念2.1机械振动与机械波2.1.1 机械振动定义：物体在一定位置附近作来回重复的运动，称为振动。
简谐振动表达式物体在弹性力作用下发生的谐振动规律可用下是式表示：x＝Acos（ωt＋φ)谐振动的运动方程式表示位移x与时间t的关系式。
超声波探伤的物理基础——(第五节聚焦和发散)
第一章 超声波探伤的物理基础第五节 聚焦和发散由于超声波长往往远小于曲面尺寸，且入射角较小，因此，超声波在曲面镜和透镜上的聚焦和发散作用的讨论，可以应用几何光学原理。
一、弯曲镜面反射(1) 平面波入射至弯曲面上的反射回波图1–45分别表示了平面波入射于凹曲面和凸曲面上的两种情况，运用几何光学作图原理可以得到它们反射后将会聚于一个焦点F 上，焦距f = r/2。
式中r 为凹曲面和凸曲面的曲率半径。
由图可知，对凹曲面来说，这个焦点是真实的，对凸曲面来说，则在其后面出现虚焦点，反射声波成像是从虚焦点辐射出来的。
图1–45 平面波入射至凹、凸曲面时的反射上述分析对球面和圆柱曲面均适用，球面具有焦点，柱面具有焦轴。
平面波入射于球面上产生球面反射波，在柱面上则产生柱面反射波(2) 球面波入射至弯曲镜面反射的回波图1–46分别示出了球面波入射于凹曲面和凸曲面上的两种情况，同理可用几何作图法得到它们反射后的会聚和发散。
凹曲面反射波的交点叫做实像点，凸曲面反射波在曲面背后延长线的交点叫做虚像点，b 为像距，a 为物距，f 为焦距，r 为曲率半径。
它们之间的关系为：r 2f 1a 1b 1==±图1–46 球面波入射至凹、凸曲面时的反射式中：正号适用于凹曲面，负号用于凸曲面，焦距恒为正值。
二、平面波透过曲面透镜后的聚焦和发散平面波入射至凹曲面透镜或凸曲面透镜时它们的透射波是会聚还会发散，主要取决于曲面两边介质的声速，图1–47为平面波入射至曲面透镜时的几种情况。
图1–47 平面波入射至曲面透镜时的几种情况上述现象是制作聚焦探头(水浸和接触式)的基础。
例如水浸法探伤用的聚焦探头通常由有机玻璃或环氧树脂做声波聚焦透镜。
透镜与晶片接触的声入射面为平面，透镜的声透射面为凹曲面(球面或柱面)。
透镜曲率半径R 、水中焦距F 、与透镜与第二介质声速之间关系式有：焦距⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1n n R C C C R F 211 (1–46) 式中：21C C n =。
无损探伤基础知识[1]
![无损探伤基础知识[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f25712160166f5335a8102d276a20029bd646398.png)
2、波长λ、波速C、频率ƒ 波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离。 频率：波动过程中，任一给定点在1秒内能通过的完整波的个数。 波速：波动在弹性介质中，单位时间内所传播的距离。 三者关系C=λ·ƒ
3、次声波、声波和超声波 次声波：频率低于20HZ的机械波 声波：频率在20—20000HZ的机械波 超声波：频率高于20KHZ的机械波
b按缺陷显示方式分类：A型显示探伤仪、B型显示探伤仪、C型显示探伤仪。 •A型探伤仪：A型显示是一种波形显示，探伤仪荧光屏的横坐标代表声波的传播时间，纵坐标代表反射波的幅度。 •B型探伤仪：B型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电 子扫描来代表波的传播时间，因而可以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。 •C型探伤仪：C型显示也是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标与纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的 位置。当探头在工件表面移动时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷深度。
第二临界角：超声波倾斜入射到界面上，若第二介质中的横波波速Cs2大于是第一界质中的纵波波速CL1，即 Cs2> CL1，则横波折射角βs大于纵波入射角αL，随着αL增加，βs也增加，当αL增加到一定程度时βs=90°，这时 所对应纵波入射角为第二临界角。
第三临界角：超声波倾斜入射到界面上，（若第二介质中的横波声速C）在第一介质中产生反射纵波和横波，由 于在同一介质中，纵波声速CL1恒大于横波声速Cs1，所以纵波反射角γL恒大于横波入射角αS，即γL>αS， 随着αS 增加γL也增加，当αS增加到一定角度时，γL=90°，这时横波入射角称为第三临界角。
•同步电路：又称触发电路，它每秒产生十至千个脉冲，用来触发探伤仪其它电路（扫描电路、发射电路等），使 之步调一致，有条不紊地工作。 •扫描电路：又称时基电路，用来产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上使示波管荧光屏上的光点沿水平方向 作等速移动，产生一条水平扫描线（即时基线），（深度粗调、微调，扫描延迟，都是扫描电路的控制旅钮）。 •发射电路：利用闸流管或可控硅的开关，它产生几百伏至上千伏的电脉冲。电脉冲加于发射探头，激励压电晶片 振动，使之发射超声波。
第二章 超声波探伤物理基础-UT-II
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。
2.横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向垂 直。用S（T） 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。
• 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)
• 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)
• 惠更斯原理图
2. 波的衍射（绕射）
– 波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，
能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象， 称为波的衍射或波的绕射。
– 波的衍射现象是衍射时差法超声检测（TOFD）
的物理基础。
• 波的衍射
波的衍射和障碍物的尺寸Df及波长λ的相对大小有关. 当Df >> λ时,反射强,绕射弱,几乎全反射;当Df << λ时,反 射弱,绕射强,缺陷回波很低,容易出现漏检. 超声波探伤的灵敏度约为λ/2，这是一个重要的原 因。 例:对钢 ,频率f=2.5MHz, 根据 C= λf 纵波声速CL=5900m/s λL= 2.36 mm 横波声速CS=3230m/s λS= 1.29 mm 在频率相同的条件下,横波的检测灵敏度高于纵波的 检测灵敏度. 相同介质中,提高工作频率可以检出较小的缺陷.
超声波探伤的物理基础——(第二节超声波的传播)
第一章 超声波探伤的物理基础第二节 超声波的传播一、波阵面和波形波形即波的形式，它由波动传播过程中某一瞬时振动相位相同的所有质点联成的面——波阵面的形状来加以区分，如球面波、平面波和柱面波。
(1) 球面波点状球体源在各向同性弹性介质中以相同的速度向四面传播声波时形成的波形为球面波，它的波阵面为一球面，见图1–4所示。
设球半径为R(X)，声源处于球心，这离声源不同距离上所得到的波阵面为一个个同心球面，而当R →∞(即离声源很远处的球面波)时可视为平面波。
由于球面积为2R 4π，因此，离声源距离(声程)X 越远，点声源的辐射面积也越大，而单位面积上的声能(即声强)就越小，也就是2122222121X XX4W X 4W I I =ππ=平均平均(1–2)图1–4 球面波的波形(2) 平面波和活塞波一个无限大的平面声源，在各向同性的弹性介质中作简谐振动所传播的波动称为平面波，其波阵面与声源平面平行，且沿直线传播时具有良好方向性。
理想的平面波是不存在的，但如果声源截面尺寸比它所产生的波长大得多时，该声源发射的声波可近似地看作是指向一个方向的平面波。
若不考虑材质衰减，平面波声压不随声源距离的变化而变化。
当平面声源尺寸与其在介质中产生的声波波长和传播距离可比时，若该平面片状声源在一个大的刚性壁上沿轴向作简谐振动，且声源表面质点具有相同相位和振幅，则在无限大各向同性的弹性介质中所激发的波动，称为活塞波，见图1–5所示，当因传播距离远远大于声源尺寸，则可将一定几何尺寸的片状声源视为点声源，传至相当远处的波形可认为是球面波。
(3) 柱面波如果声源具有类似无限长细长柱体的形状，它在各向同性无限大介质中发出同轴圆柱状波阵面的波动，称为柱面波。
理想的柱面波是不存在的，当声源长度远远大于波长、而其径向尺寸又比波长小得多时，此柱形声源产生的波动就可看成柱面波。
柱面波的特征介于球面波和平面波之间。
从图1–6可以看出，在Z方向与平面波相同，而在距声源不同声程上，为一个个以2πX周界扩展的同心圆柱面，其单位面积上声能(即声强)以1/2πX减少。