超声波探伤理论知识课件

• 理论上是将实际探伤的超声波作为单一频率的超声波来研究，也就是理想 状态。所以超声波理论计算与我们实际超声波探伤结果是不一致的。
• 谐振动、简谐波的表达式：
• y=Acos（ωt+φ）
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• 式中y表示在任意瞬间t时振动的幅度；A是振幅，是y的最大值；（ωt+φ） 是相位角，其中ω为角频率（角速度），φ为初始位相角（t=0时的相位 角）。
的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接受到，在显示
屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺
陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷
的性质。
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第一章超声波检测的物理基础
➢ 我们采用超声波进行探伤，首先要弄明白超声波的物理概念，这是我
• 如果固体物质的尺寸进一步受到限制而成为板状，当板厚小到某一程度 时，瑞利波就不会存在而只能产生各种类型的板波，蓝姆波是最主要的 一种板波。板厚一定时，传播速度随频率而变，这种现象称为频散。
• 因为液体和气体中缺乏恢复横向运动的弹性力，所以液体和气体中只能 传播纵波，而固体中可传播任意波型，并且各种波型可同时存在。
• 机ห้องสมุดไป่ตู้振动在上述弹性体中的传播就称为弹性波（即声波）。它是一种重 要的机械波。
• 声波产生的条件是首先要有一个作机械振动的质点作波源，其次要有传 播振动的弹性介质。
• 当振动传播时，振动的质点并不随波而移走，只是在自己的平衡位置附 近振动而已，向前传播的只是超声波的能量。
• 电磁波是交变电磁场以光速在空间传播，完全不同于机械波，如无线电 波、红外线、X射线等。
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• 声波以人的可感觉频率为分界线分为：
• 超声波，频率大于2万Hz的声波；
• 次声波，频率小于20Hz的声波；
• 可闻声波，介于二者之间，三大类。
• 为什么探伤采用超声波，而不采用次声波或可闻声波？或者说超声波探伤 主要利用了超声波的哪些特性？
• 利用了超声波频率高，指向性好；反射性能，遇到障碍物能产生反射、折 射，具有波型转换性能；传播能量大，声能损失小，穿透能力强。
• 根据数学知识，任何周期振动可以分解为许多谐振动之和，对于非周期性 的振动也可以分解为无限多个频率连续变化的谐振动之和。这种把复杂振 动分解为谐振动的方法，称为频谱分析。
• 实际探伤用的超声波是多个频率超声波的迭加，并非单一的超声波，标称 频率其实是它的中心频率，也就是按能量划分，多个频率中占比最多的哪 个单一超声波的频率。
们学习超声波探伤学习的第一步。下面我们了解几个概念。 • 机械振动—机械波—声波—超声波 • 一、机械振动和机械波 • 1、机械振动： • 物理学术语中机械振动的概念：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。
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• 在摩擦力可忽略的情况下，上述振动都是余弦函数（或正弦函数）性质 的，我们称之为谐振动。谐振动时，只有弹力或重力做功，其它力不做 功，符合机械能守恒定律。
•
目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式
即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波
反射波的幅值。譬如，在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺
陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射
• 超声波的分类：
• 1、按声波的连续性分为：连续波（简谐波）和脉冲波（冲击波）；
• 2、按波动型式（波型）分为：纵波、横波、表面波（瑞利波）、板波 （蓝姆波）；
• 3、按波传播的形状、波振面的形状（波形）分为：平面波、球面波、柱 面波、活塞波。
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• 下面分别讲述：
• （1）介质各质点振动持续时间为无穷时所形成的波动为连续波。其中最 重要的特例是各质点都作同频率的谐振动，这种情况下的连续波称为简谐 波（也称为正弦波、余弦波）。 振动持续时间有限（单个或间发）时所 形成的波动称为脉冲波。
• 学过超声波探伤的人都知道同样波型的超声波在一种介质中的声速一定， 则频率越大，探伤灵敏度越高；同频率的不同波型超声波，在同一种介 质中声速越小，则探伤灵敏度越高。
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• 超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为 广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成 声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将 会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、 大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。
• 谐振动是一种周期性振动，其振动量每隔一固定的时间T就完全重复一次， 时间T称为周期运动的周期，每秒种所完成的周期数即称为频率。
• 2、机械波：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。在物理学上可以把物体看作是质点的堆积，振动的质点可引起周围 质点的振动，并逐步向前传播，我们把机械振动在介质中的传播过程称 为机械波；
• 质点作上下振动时产生的横波称为垂直偏振横波（SV波），质点作前后 振动时产生的横波称为水平偏振横波（SH波），如不作特殊说明，一般 横波均指垂直偏振横波（SV波）。
• 在半无限大固体介质与气体介质的交界面上，质点在平面内作椭圆振动， 长轴垂直于波的传播方向，
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• 短轴平行于波的传播方向，这种波动称为表面波（瑞利波）。它仅在固 体表面传播，在固体内部深度一般不超过一个波长。利用其特性，可发 现固体表面的缺陷。
• （2）由于声源在介质中振动方向与波在介质中传播方向可以相同也可 以不同，这就可产生不同类型的声波。
• 波的传播方向与质点的运动方向一致，这种波称为纵波。纵波在介质中 传播时会产生质点的稠密部分和稀疏部分，故又称为疏密波。
• 质点的振动方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波。横波在介质中 传播时介质会相应地产生交变的剪切形变，故又称为剪切波或切变波。