超声波讲义检测理论基础
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超声波检测理论基础
精品
第一章 绪论
1.1超声检测的定义及作用 超声检测一般是指超声波与工件相互作用，就反射、
透射和散射的波进行研究，对工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。 特种设备行业中，超声检测通常指宏观缺陷测量和材 料厚度测量。 超声检测是五大常规无损检测技术之一。 作用：实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高 劳动生产率。 设备维护中不可或缺的手段之一。
的速度是340米/秒,只不过它们的频率不同而已 ；超 声波在20 ℃的钢中是5 900米/秒;在铝中的传播速度 为5100米/秒。 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；
2021/1/24
机械波的主要物理量
2021/1/24
1.2.3超声检测方法的分类
1、按原理：脉冲反射法、衍射时差法、穿透法、共 振法
2、按显示方式：A型显示、超声成像显示 3、按波型：纵波法、横波法、表面波法、板波法、
爬波法 4、按探头数目：单探头法、双探头法、多探头法 5、按探头与工件的接触方式：接触法；液浸法、电
磁耦合法 6、按人工干预的程度：手工检测、自动检测
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。 5、对人体无害。
2021/1/24
1.2.2超声检测工作原理
原理： 1、声源产生超声波，采用一定方式进入工件 2、超声波在工件中传播，与工件材料和其中缺陷相互作用，传播
1KHz=103Hz 1MHz=106Hz T=1/f
2021/1/24
谐振动
物体（或质点）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的作用下的振 动。
位移随时间的变化符合余弦定理（或正弦）规 律的振动形式称为谐振动。
Y=Acos（ωt+φ）ω=2πf=2π/T 平衡位置势能为零，动能最大，位移最大位置
2021/1/24
1.2.4超声检测的优点和局限性
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ优点 适用于金属、非金属和复合材料等多种材料的
无损检测 穿透力强，多较大厚度工件内部缺陷进行检测 缺陷定位较准确 面积型缺陷的检出率高 灵敏度高 检测成本低、速度快、设备轻便、使用方便，
对人和环境无害
2021/1/24
1.2.4超声检测的优点和局限性
势能最大，动能为零。 只有弹力或重力做功。
2021/1/24
2.1.2机械波
振动的传播过程称为波动。 机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。 必备条件： 1、要有作机械振动的波源 2、要有能传播机械振动的弹性介质
2021/1/24
机械波的主要物理量
1、声速c：单位时间内，超声波在介质中传播的距离； 超声波的速度就是声音的速度,即声在空气(15℃)中
2.1机械振动和机械波
2.1.1机械振动 物体或质点在某一平衡位置附近做来回往复的运动，称为机械振
动。 产生的必要条件：物体一离开平衡位置就会受到回复力的作用；
阻力要足够小。 振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，A。 周期：当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间，T
（s）。 频率：振动物体在单位时间内完成全振动的次数，f（Hz）
超声波。探伤用超声波频率在(0.5~10)MHz
2021/1/24
超声波的特点
超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广 泛应用于无损检测。
1、 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性。 2、穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。
例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。 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
方向或特征被改变 3、改变后的超声波通过检测设备被接收，并对其处理分析 4、根据接收的超声波的特征，评估工件本身及其内部是否存在缺
陷及缺陷的特征 通常用来发现缺陷和用来评估的基本信息： 1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度 2、入射声波与接收声波之间的传播时间 3、超声波通过材料后能量的衰减
2、局限性 对工件中的缺陷进行精确的定性和定量仍需做
深入研究 对具有复杂形状或不规则外形的工件检测困难 缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影
响 工件材质和晶粒度对检测有较大影响 常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不
直观，检测结果无直接见证记录
2021/1/24
第二章 超声检测的物理基础
2021/1/24
1.2超声检测的基础知识
1.2.1次声波、声波和超声波 机械波是机械振动在弹性介质中的传播。如水
波、声波、超声波 声波是在弹性介质中的传播的机械纵波，频率
在20~20000Hz 频率低于20Hz的声波不能被人听到，称为次
声波 频率高于20000Hz的声波人耳也听不到，称为
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： 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。
T 1 2π λ f ωc
2021/1/24
2.2 波的类型
2.2.1按波型分类 1、纵波L：介质中质点振动方向和波的传播方
向平行的波。 压缩波 疏密波 承受压缩或拉伸 应力即可传播
2021/1/24
2.2.1 按波型分类
2、横波S：介质中质点的振动方向和波的传 播方向相互垂直的波。
切变波 剪切波 能承受剪切 应力才能传播
2021/1/24
2.2.1 按波型分类
3、表面波R：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。
瑞利1887年首提，又称瑞利波。介质表面的质点作椭 圆运动。椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行 于波的传播方向，介质质点的椭圆振动可视为纵波与 横波的合成。瑞利首先对这种波给予了理论上的说明， 因此表面波又称为瑞利波（Rayleigh wave），常用R 表示。
精品
第一章 绪论
1.1超声检测的定义及作用 超声检测一般是指超声波与工件相互作用，就反射、
透射和散射的波进行研究，对工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。 特种设备行业中，超声检测通常指宏观缺陷测量和材 料厚度测量。 超声检测是五大常规无损检测技术之一。 作用：实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高 劳动生产率。 设备维护中不可或缺的手段之一。
的速度是340米/秒,只不过它们的频率不同而已 ；超 声波在20 ℃的钢中是5 900米/秒;在铝中的传播速度 为5100米/秒。 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；
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机械波的主要物理量
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1.2.3超声检测方法的分类
1、按原理：脉冲反射法、衍射时差法、穿透法、共 振法
2、按显示方式：A型显示、超声成像显示 3、按波型：纵波法、横波法、表面波法、板波法、
爬波法 4、按探头数目：单探头法、双探头法、多探头法 5、按探头与工件的接触方式：接触法；液浸法、电
磁耦合法 6、按人工干预的程度：手工检测、自动检测
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。 5、对人体无害。
2021/1/24
1.2.2超声检测工作原理
原理： 1、声源产生超声波，采用一定方式进入工件 2、超声波在工件中传播，与工件材料和其中缺陷相互作用，传播
1KHz=103Hz 1MHz=106Hz T=1/f
2021/1/24
谐振动
物体（或质点）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的作用下的振 动。
位移随时间的变化符合余弦定理（或正弦）规 律的振动形式称为谐振动。
Y=Acos（ωt+φ）ω=2πf=2π/T 平衡位置势能为零，动能最大，位移最大位置
2021/1/24
1.2.4超声检测的优点和局限性
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ优点 适用于金属、非金属和复合材料等多种材料的
无损检测 穿透力强，多较大厚度工件内部缺陷进行检测 缺陷定位较准确 面积型缺陷的检出率高 灵敏度高 检测成本低、速度快、设备轻便、使用方便，
对人和环境无害
2021/1/24
1.2.4超声检测的优点和局限性
势能最大，动能为零。 只有弹力或重力做功。
2021/1/24
2.1.2机械波
振动的传播过程称为波动。 机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。 必备条件： 1、要有作机械振动的波源 2、要有能传播机械振动的弹性介质
2021/1/24
机械波的主要物理量
1、声速c：单位时间内，超声波在介质中传播的距离； 超声波的速度就是声音的速度,即声在空气(15℃)中
2.1机械振动和机械波
2.1.1机械振动 物体或质点在某一平衡位置附近做来回往复的运动，称为机械振
动。 产生的必要条件：物体一离开平衡位置就会受到回复力的作用；
阻力要足够小。 振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离，A。 周期：当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间，T
（s）。 频率：振动物体在单位时间内完成全振动的次数，f（Hz）
超声波。探伤用超声波频率在(0.5~10)MHz
2021/1/24
超声波的特点
超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广 泛应用于无损检测。
1、 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射的特性。 2、穿透能力强 对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。
例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。 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
方向或特征被改变 3、改变后的超声波通过检测设备被接收，并对其处理分析 4、根据接收的超声波的特征，评估工件本身及其内部是否存在缺
陷及缺陷的特征 通常用来发现缺陷和用来评估的基本信息： 1、是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度 2、入射声波与接收声波之间的传播时间 3、超声波通过材料后能量的衰减
2、局限性 对工件中的缺陷进行精确的定性和定量仍需做
深入研究 对具有复杂形状或不规则外形的工件检测困难 缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影
响 工件材质和晶粒度对检测有较大影响 常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不
直观，检测结果无直接见证记录
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第二章 超声检测的物理基础
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1.2超声检测的基础知识
1.2.1次声波、声波和超声波 机械波是机械振动在弹性介质中的传播。如水
波、声波、超声波 声波是在弹性介质中的传播的机械纵波，频率
在20~20000Hz 频率低于20Hz的声波不能被人听到，称为次
声波 频率高于20000Hz的声波人耳也听不到，称为
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： 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。
T 1 2π λ f ωc
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2.2 波的类型
2.2.1按波型分类 1、纵波L：介质中质点振动方向和波的传播方
向平行的波。 压缩波 疏密波 承受压缩或拉伸 应力即可传播
2021/1/24
2.2.1 按波型分类
2、横波S：介质中质点的振动方向和波的传 播方向相互垂直的波。
切变波 剪切波 能承受剪切 应力才能传播
2021/1/24
2.2.1 按波型分类
3、表面波R：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。
瑞利1887年首提，又称瑞利波。介质表面的质点作椭 圆运动。椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行 于波的传播方向，介质质点的椭圆振动可视为纵波与 横波的合成。瑞利首先对这种波给予了理论上的说明， 因此表面波又称为瑞利波（Rayleigh wave），常用R 表示。