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1、超声波探伤基础知识 江显斌 超声波的探伤原理 超声波探伤是利用超声波入 射被检工件，当超声波遇有 缺陷时产生反射回波，或者 穿透波衰减来判断工件内部 是否有缺陷存在，缺陷的位 置和大小。（如图） 反射法探伤方法 根据反射脉冲信号幅度及其在荧光屏上显 示的位置来判断缺陷的方法。它是超声波 探伤应用最广泛的方法。（下图是反射法 的工作原理及缺陷显示方式） 反射法探伤方法 、无缺陷 、有小缺陷 、有大缺陷 反射法的优缺点 优点：适应范围广，探伤灵敏度高，缺陷定 位准确，操作方便。 缺点：反射波受缺陷取向的影响，超声波在 传播过程中衰减大，对近表面缺陷的探测 能力差。 穿透法探伤原理 一个探头发射的超
2、声波透过整个工件被另 一个探头接收，根据超声波在工件中的能 量变化来判断缺陷或工件质量。 穿透法探伤 、无缺陷 、有小缺陷 、有大缺陷 始 波 底 波 始 波 底 波 始 波 穿透法的优缺点 优点：工作中不存在探测盲区，超声波传 播中衰减小，判断缺陷方法简单，适用于 连续的自动化探伤。 缺点：探伤灵敏度低，分辨率差，不能确 定缺陷位置，一般需专用的探头夹持装 置。 超声波探伤的优点 .穿透能力强，可测厚度大。 .检测灵敏度高。 .可适用多种波型，各种探头作不同方向的 探测，能探出工件内部和表面各种取向的 缺陷。 .指向性好，能方便准确地对缺陷定位。 .检测速度快，费用低。 超声波探伤的缺点 .
3、探测的结果受人的因素影响。 .探测表面要求加工。 .受工件形状晶粒和组织部均匀性的限制。 .定位精度差。 超声波的产生 人们把声源震动在介质（ 如空气等）中的传播过程 ，称为波动，简称波。 波是物质的一种运动形式，可分为电磁波和 机械波两类。 波 的 分 类 电磁波是交变电磁场在空间的传播过程，如无 线电波、红外线灯。 机械波是指机械振动在弹性介子中的传播过程 ，如水波、超声波等。 电磁波 机械波 产生机械波的条件 产生机 械波必 要的两 个条件 要有作机械振动的振源 要有能传递机械振动的弹性介质 超声波的特性 在超声波探伤中运用最广泛的是利用某些 压电材料（如石英等）的压电效应，来实 现超声
4、波的发射和接收。 压电 效应 正压电 效应 当晶片受到交变应 力时， 它将同步产生交变电场 将 机械能转变 成电信号，输 入探伤仪 ，由荧光屏显示 出接受信号。 逆压电 效应 在交变电场 作用下，晶片 会产生与电场 同步伸缩的 机械振动，产生超声波。 必须注意的是：超声波在传播的过程中， 实际上只是振动能量的传播，并没有产生 物质的迁移，介质质点本身仅限于平衡位 置附近振动 超声波的分类 按质点 的振动 方向可 分为 纵 波 横 波 表 面 波 介质质点振动的方 向平行于波的传播 方向 固体、液体和 气体中传播 介质质点振动的方 向垂直于波动传播 方向 固体中传播 在介质表面传播时 介质表面质
5、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 固体中传播 兰 姆 波 钢板、锻件探 伤 焊缝、钢管探 伤 钢板、锻件、 钢管探伤 对称型 （型 ） 非对称 型型 了解兰姆波 纵波（） 纵波（）波长 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 波的传播方向 质点 的振 动方 向 横波（） 横波（）波长 波的传播方向 质 点 振 动 方 向 表面波（） 表面波（）波长 波的传播方向 按振动持 续的时间 可分为 连续波 脉冲波 连续波是指波源持续不断地振动所辐 射的波，常用于穿透法探伤和共振法 测厚。 脉冲波是指波源振动持续时间 很短、 间歇辐射的波，超声
6、波探伤中广泛用 的就是脉冲波。 连续波 连续波 振幅 脉冲波 脉冲波 振幅 按波的形状 可分为 平面波 柱面波 球面波 、无限大平面作简谐振动时，在 各向同性的弹性介质中传播 、如不考虑介质吸收的能量，声 压不随声源的距离而变化 、声源为点状球体，波阵面是 以声源为中心的球迷 、声强与距声源距离的平方成正 比 声源为一无限长的线状直柱，波 阵面是同轴圆柱面 、声强与距声源的距离成反比 超声波的主要特征参数 1、振幅（A）：指振动质点偏离平衡位置的 最大距离。 2、频率（f）：振动质点单位时间内（通常 指1s）围绕平衡位置完成全振动的次数为振 动频率，其数值与波动频率相等。波动频 率是指波动过程
7、中任一给定质点在单位时 间内通过完整波的个数，单位频率（Hz). 需要说明的是，在实际探伤中往往会遇到工 作频率和重复频率两个 概念。工作频率是 指探头发射的超声波频率，重复频率是指 探头每秒中向试件发射超声波的次数。为 了提高探伤速度，一般要求重复频率越高 越好，但过高的重复频率会导致发射和接 收间的干扰，产生幻象回波，因此，重复 频率应根据被检工件的大小，一次声程所 需要的时间，仪器接收和发射超声波的能 力，以及探伤速度等多方面因素决定。 3、周期：指振动质点完成一次全振动所需要 的时间，单位为秒（s）。周期与频率的关 系式为T=1/f. 4、波长（）：同一波线上相邻两振动相位 相同的距离称为波长。 5、声速（c）：声波在弹性介质中，单位时 间内所传播的距离。波长、声速和频率之 间的关系式为：=c/f。 超声场及其特征 1、超声场 通常把充满超声波的空间部分称为超声 场。 N 3 N 6 N 0 1 2 3 由上图可知，波源附近的轴线上声压上下 起伏变化，存在干个极大极小值。距波源 的距离密。愈近，声压极大极小值的点就 愈。声学上把由子波的干涉在波源附近的 轴线上产生一系列声压极大极小值的区域 称为超声波的近场区。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。直探头的近场长度（N）D2/4=A/
