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1、工业超声检测工业超声检测超声波的获得超声波的获得 B自然界中超声波自然界中超声波超声波的获得超声波的获得 超声波换能器超声波换能器B机械换能器机械换能器 B压电换能器压电换能器 B磁致伸缩换能器磁致伸缩换能器 B其它形式的换能器：包括电磁换能器，静电其它形式的换能器：包括电磁换能器，静电换能器，热声换能器、化学声换能器及光声换能器，热声换能器、化学声换能器及光声换能器等。换能器等。超声无损探伤超声无损探伤 B探伤：探伤和测伤探伤：探伤和测伤B超声波可以实现其主动式探伤的原因超声波可以实现其主动式探伤的原因 ：（1 1）具有一般波动的物理共性如穿透性、）具有一般波动的物理共性如穿透性、不均匀界面
2、的反射与透射不均匀界面的反射与透射(或斜人射时的折或斜人射时的折射射)、迭加和干涉、吸收和衰减以及一定的、迭加和干涉、吸收和衰减以及一定的辐射指向性等。辐射指向性等。（2 2）超声波是一种弹性波，具有不同于其它）超声波是一种弹性波，具有不同于其它波动的个性，比如不受透明与不透明、导电波动的个性，比如不受透明与不透明、导电与不导电等限制，对所有介质，超声波都是与不导电等限制，对所有介质，超声波都是“透明透明”的。由于它是一种机械弹性波，所的。由于它是一种机械弹性波，所以其传播特性与材料的弹性机械性能有关。以其传播特性与材料的弹性机械性能有关。固体中超声波的传播固体中超声波的传播 声波在固体中传播
3、时，同时存在有纵波声波在固体中传播时，同时存在有纵波(压缩波压缩波)和横波（切变波）和横波（切变波）分别表示纵波声速和横波声速。对于无限大弹性介质，分别表示纵波声速和横波声速。对于无限大弹性介质，其表达式为其表达式为 对于固体，对于固体，在无限大各向同性固体内部存在两种在无限大各向同性固体内部存在两种传传播速度的超播速度的超声波，一种是超声声波，一种是超声纵纵波波(L波波)，一种是超声横波，一种是超声横波(T波波)，前者传播，前者传播速度比后者大。速度比后者大。固体中超声波的传播固体中超声波的传播 B 在半无限大固体的表面，存在表面波，表面波的传播声速近似为在半无限大固体的表面，存在表面波，表
4、面波的传播声速近似为 为无限大固体介质中的横波速度，一般为无限大固体介质中的横波速度，一般声速在超声无损捡测中是一个很重要的参量，特别是对于波的识别。声速在超声无损捡测中是一个很重要的参量，特别是对于波的识别。上述各种声速总结如下上述各种声速总结如下:1)介质的弹性性能越好，密度越小则介质的声速越大；介质的弹性性能越好，密度越小则介质的声速越大；2)对于无限固态介质，纵波声速对于无限固态介质，纵波声速cl大于横波声速大于横波声速cs；3)为固体表面波声速。为固体表面波声速。超声波在平面界面上的反射与折射超声波在平面界面上的反射与折射 B重点介绍超声波入射到液固界面而上的情形重点介绍超声波入射到
5、液固界面而上的情形 .B超声波在两种不同介质介面上的反射与折射遵从斯聂尔定律超声波在两种不同介质介面上的反射与折射遵从斯聂尔定律 固体中的声速大于液体中的声速，而且固体中纵波声固体中的声速大于液体中的声速，而且固体中纵波声速总大于横波声速，也就是速总大于横波声速，也就是 纵波垂直入射纵波垂直入射；声波垂直发射属于纵波探伤纵波探伤。纵波斜入射纵波斜入射纵波入射角称为第一临界角纵波入射角称为第一临界角 如果纵波的入射角大于第二临界角,声波沿固体表面传播，称之为表面波表面波 横波探伤横波探伤 声波不同入射角度探伤时利用的波型及其应用场合总结 B纵波垂直入射，属纵波探伤。B声波斜入射时，入射角选择在第
6、一临界角与第二临界角之间，属于横波探伤；B声波斜入射时，入射角选择在大于第二临界角的角度范围，是利用表面波或板波探伤，B纵波探伤和横波探伤主要用在检测位于材料内部的缺陷，表面波和板波来主要用来探测位于材料表面的缺陷和检测固体表面下层状的缺陷。探伤用的常规超声探头探伤用的常规超声探头 B直探头，斜探头，可变角探头、水浸探头，直探头，斜探头，可变角探头、水浸探头，组合探头，表面波探头，板波探头，聚焦探组合探头，表面波探头，板波探头，聚焦探头，阵列探头。头，阵列探头。B具体探伤时还可采用单探头（收发合置）或具体探伤时还可采用单探头（收发合置）或双探头（一收一发）双探头（一收一发）超声探伤法超声探伤法
7、 B脉冲反射法探伤脉冲反射法探伤 脉冲反射法是将超声波振动持续时间很短（一脉冲反射法是将超声波振动持续时间很短（一般为数微妙以下）的超声波脉冲射入被检体，般为数微妙以下）的超声波脉冲射入被检体，利用被检体底面或内部缺陷的反射回波探测利用被检体底面或内部缺陷的反射回波探测反射源的位置和大小的方法。反射源的位置和大小的方法。B是超声检测法中最常用的一种方法是超声检测法中最常用的一种方法.脉冲反射法的过程脉冲反射法的过程 B由超声波探头在脉冲源的激励下发出间断的超声脉冲进入介质，B在介质中遇到不连续处，由于介质的连续处和不连续处的声阻抗不同，声能在阻抗不连续处发生反射，B其中一部分声能被反射回来，由
8、同一超声探头（或另外一个探头）接收回波，再把它变成电信号显示出来，这种检测方法叫做脉冲脉冲反射法反射法 .1.探探头头，2.缺陷，缺陷，3.底面底面脉冲反射法探伤原理图脉冲反射法探伤原理图（脉冲源激励发射换能器产生声脉冲（脉冲源激励发射换能器产生声脉冲进入介质内部进入介质内部遇遇到阻抗不连续处反射声波到阻抗不连续处反射声波接收换能器接收声波接收换能器接收声波转化为转化为电信号显示电信号显示判断）判断）B缺陷回波法 图中脉冲图中脉冲T T为发射的起始脉冲，为发射的起始脉冲，B B为材料或工件底面的反射脉冲，而为材料或工件底面的反射脉冲，而F F为缺陷为缺陷的反射脉冲。这种方法也叫做缺陷回波法。的
9、反射脉冲。这种方法也叫做缺陷回波法。AFAF之间的水平距离给出缺陷的位置，之间的水平距离给出缺陷的位置，F F的高矮的高矮一定程度上反应缺陷的大小。一定程度上反应缺陷的大小。a)无缺陷 b)有小缺陷 c)有大缺陷图脉冲反射法 B缺陷回波法 :还可以用底面回波高度来判断缺陷还可以用底面回波高度来判断缺陷的存在，在同一种材料中，若不存在缺陷时其底的存在，在同一种材料中，若不存在缺陷时其底面的回波高度不变，当有缺陷存在时，峰值面的回波高度不变，当有缺陷存在时，峰值B B的高的高度将缩小甚至消失。而且峰值度将缩小甚至消失。而且峰值B B缩小的程度对于判缩小的程度对于判别缺陷特征来说比峰值别缺陷特征来说
10、比峰值F F更能说明问题。更能说明问题。（a）（b）底面反射脉冲高度法底面反射脉冲高度法 底面多次回波法 :是利用超声脉冲在材料底面多次反是利用超声脉冲在材料底面多次反射被探头接收来进行探伤的，原理是，当材料中无缺射被探头接收来进行探伤的，原理是，当材料中无缺陷时，由于材料的衰减，超声脉冲高度逐次降低。若陷时，由于材料的衰减，超声脉冲高度逐次降低。若材料中有缺陷时由于缺陷的反射和散射而增加了声损材料中有缺陷时由于缺陷的反射和散射而增加了声损耗，底面反射脉冲的次数减少。同时也打乱了各次底耗，底面反射脉冲的次数减少。同时也打乱了各次底面回波高度依次有规律的降低（如下图）面回波高度依次有规律的降低（
11、如下图）（a）无缺陷 （b）有缺陷脉冲多次反射探伤 B脉冲发射法是实际超声探伤中最广泛使用的方法。脉冲发射法是实际超声探伤中最广泛使用的方法。优点：B探头只接触被检体的一个面就能进行探伤；探头只接触被检体的一个面就能进行探伤；B探伤灵敏度高，探伤灵敏度高，B缺陷可以定位。缺陷可以定位。缺点：B是存在盲区，探测近表面缺陷的能力较差，是存在盲区，探测近表面缺陷的能力较差，B当声束轴线不垂直缺陷反射面时容易漏检，当声束轴线不垂直缺陷反射面时容易漏检，B由于声束需要往复传播，不利于高衰减材料的检测。由于声束需要往复传播，不利于高衰减材料的检测。B当缺陷的取向不与试样表面相平行时，采用当缺陷的取向不与试
12、样表面相平行时，采用斜探头比较好，斜探头是将一个换能器装在斜探头比较好，斜探头是将一个换能器装在一只塑料斜劈上而成的。一只塑料斜劈上而成的。采用斜探头探测取向比较刁钻的缺陷采用斜探头探测取向比较刁钻的缺陷 B利用一只带有合适角度的斜劈的斜探头，可通过模式利用一只带有合适角度的斜劈的斜探头，可通过模式转换而获得一横波，它沿与试样表面成小角度的取向转换而获得一横波，它沿与试样表面成小角度的取向传播。此时纵波是进入不到试样中的，它被反射回探传播。此时纵波是进入不到试样中的，它被反射回探头所带的斜劈中。这种角度的探头称为切向波探头。头所带的斜劈中。这种角度的探头称为切向波探头。切向波探头的一种设计方案
13、超声探伤法超声探伤法B 穿透法探伤穿透法探伤B穿穿透透法法又又叫叫透透射射法法，是是利利用用声声波波穿穿过过被被检检材材料料或或工工件件后后能能量量（或或声声压压幅幅度度）的的变变化化来来判判断断缺缺陷陷的的有有无无及及其其性性质质的的。穿穿透透法法是是超超声声波波应用于无损检测最早的方法。应用于无损检测最早的方法。穿透法探伤采用双探头，一个在工件或采用双探头，一个在工件或材料的这面作为发射装置，一个放在另材料的这面作为发射装置，一个放在另一面（和发射相对的一面）作为接收装一面（和发射相对的一面）作为接收装置，如果材料或工件中有缺陷，由接收置，如果材料或工件中有缺陷，由接收探头接收到的能量很小
14、或没有。探头接收到的能量很小或没有。a)无缺陷b)有小缺陷c)有大缺陷穿透法原理穿透法探伤穿透法探伤B实现穿透法探伤有连续波和脉冲波两种。实实现穿透法探伤有连续波和脉冲波两种。实际检测中连续波用的更多些。为了排除在试际检测中连续波用的更多些。为了排除在试件中可能产生驻波的影响，连续波采用调频件中可能产生驻波的影响，连续波采用调频波。在不可能产生驻波的试件探伤中，连续波。在不可能产生驻波的试件探伤中，连续波也可采用调幅被。波也可采用调幅被。反射式穿透法探伤反射式穿透法探伤 B在实际工作中，往往会遇到不允许进行双探在实际工作中，往往会遇到不允许进行双探头双面探测的情况，这是人们采用双探头单头双面探
15、测的情况，这是人们采用双探头单侧穿透法探伤，大多适用于带蒙皮或包覆层侧穿透法探伤，大多适用于带蒙皮或包覆层的样品检验。的样品检验。反射式穿透法探伤示意图反射式穿透法探伤示意图 声影声影B当缺陷较小时，即缺陷的大小可与声波长相当缺陷较小时，即缺陷的大小可与声波长相比，或还要小，此时在缺陷边缘会发生绕射，比，或还要小，此时在缺陷边缘会发生绕射，在缺陷后形成声影，在缺陷后不同位置的声在缺陷后形成声影，在缺陷后不同位置的声影的形状是变化的。影的形状是变化的。缺陷后形成的声影缺陷后形成的声影 声影声影缺陷后形成的声影缺陷后形成的声影 声影的形状基本上有一段是截面不声影的形状基本上有一段是截面不变变的，之
16、后是按一的，之后是按一定角度定角度绕绕射，缺陷距离接收探射，缺陷距离接收探头头越越远远，对对能量遮能量遮挡挡的的影响越小。当缺陷距离接收探影响越小。当缺陷距离接收探头头的距离大于的距离大于 时，所时，所接收到的声能基本上不受缺陷的影响。接收到的声能基本上不受缺陷的影响。穿透法探伤优缺点优点：B几乎不存在盲区，几乎不存在盲区，B声程衰减小，一般用来检测对声波衰减较大声程衰减小，一般用来检测对声波衰减较大的试样。的试样。缺点：B不能给出缺陷存在的位置，只能分辨有无缺不能给出缺陷存在的位置，只能分辨有无缺陷存在。陷存在。B由于声波衍射现象的存在，检测灵敏度低，由于声波衍射现象的存在，检测灵敏度低，B需要专用探头夹持装置以使两个探头对准，需要专用探头夹持装置以使两个探头对准，操作不便，实际应用比较少。操作不便，实际应用比较少。共振法检测共振法检测B当具有一定波长的声波在介质中当具有一定波长的声波在介质中传播遇到界面时声波的部分或全传播遇到界面时声波的部分或全部要反射回来，行进波与反射波部要反射回来，行进波与反射波同相位叠加的现象叫做共振，利同相位叠加的现象叫做共振，利用共振原理检验工件或材料的
