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1、问答题1.将超声波直探头置于IIW1试块侧面上探测100mm距离的底波,如下图所示在第一次底波与第二次底波之间前两个迟到波各是什么波型?（前面为L-L-L波,后面为L-S-L波） 2何谓超声波？它有哪些重要特性？答：频率高于20000Hz的机械波称为超声波。重要特性：超声波可定向发射，在介质中沿直线传播且具有良好的指向性。超声波的能量高。超声波在界面上能产生反射，折射和波型转换。超声波穿透能力强。3产生超声波的必要条件是什么？答：要有作超声振动的波源（如探头中的晶片）。要有能传播超声振动的弹性介质（如受检工件或试块）。4.在棒材圆周面上进行超声探伤时,第一次底波与第二次底波之间可见到有两个迟到
2、波,如下图所示,请指出这两个迟到波各是什么波型?（前面为L-L-L波,后面为L-S-L波） 5一个探头的标记为5I 20SJ 20DJ，试说明其中数字和字母的含义？答：5：频率5MHZ；I：压电晶片材料碘酸锂单晶；20：圆晶片直径20mm；SJ：水浸探头；20DJ：点聚焦，水中焦距20mm6.画出下图中不同情况下声波的收敛或发散的情况:（答案从略）7.在下图中画出超声纵波从钛合金中以45斜入射到钢中的反射与折射情况:C钛L=6150m/s C钛S=3150m/s C钢L=5850m/s C钢S=3200m/s（答案从略） 8液体中为什么只能传播纵波，不能传播横波？答：凡能承受拉伸或压缩应力的介
3、质都能传播纵波，液体虽然不能承受拉伸应力，但能承受压应力而产生容积变化，故液体介质可传播纵波。介质传播横波时，介质质点受到交变的剪切应力作用，液体介质不能承受剪切应力，故横波不能在液体中传播。9简述影响超声波在介质中传播速度的因素有哪些？答：超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和介质的密度有关。对一定的介质，弹性模量和密度为常数。不同介质，声速不同。超声波波型不同时，声速也不一样。同一介质，传播不同类型声波时，声速也不相同。介质尺寸大小及介质温度对声速也有一定影响。10简述波的叠加原理？答：当几列波在同一介质中传播并相遇时，相遇处质点的振动是各列波引起的分振动的合成，任一时刻该质点的位移是
4、各列波引起的分位移的矢量和。相遇后的各列波仍保持它们各自原有的特性（频率、波长、振幅、振动方向等）不变，并按照各自原来的传播方向继续前进。波的叠加原理描述了波的独立性，及质点受到几个波同时作用时的振动的叠加性。11何谓超声波声场？超声波声场的特征量有哪些？答：充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，称为超声波声场。描述超声波声场的物理量即特征量有声压、声强和声阻抗。声压：超声波声场中某一点在某一瞬时所具有的压强P与没有超声波存在时同一点的静压强P之差，称为该点的声压。声强：单位时间内通过与超声波传播方向垂直的单位面积的声能，称为声强。常用I表示。声阻抗：介质中某一点的声压P与该质点振动速度
5、V之比，称为声阻抗，常用Z表示，声阻抗在数值上等于介质的密度与介质中声速C的乘积。12什么是波型转换？波型转换的发生与哪些因素有关？答：超声波入射到异质界面时，除产生入射波同类型的反射和折射波外，还会产生与入射波不同类型的反射或折射波，这种现象称为波型转换。波型转换只发生在倾斜入射的场合，且与界面两侧介质的状态（液、固、气态）有关。13什么是超声波的衰减？引起超声衰减的主要原因有哪些？答：超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，超声波的能量逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。衰减的主要原因：扩散衰减：由于声束的扩散，随着传播距离的增加，波束截面愈来愈大，从而使单位面积上的能量逐渐减少。这种衰减叫
6、扩散衰减。扩散衰减主要取决于波阵面的几何形状，与传播介质的性质无关。散射衰减：超声波在传播过程中，遇到由不同声阻抗介质组成的界面时，发生散射（反射、折射或波型转换），使声波原传播方向上的能量减少。这种衰减称为散射衰减。材料中晶粒粗大（和波长相比）是引起散射衰减的主要因素。吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质质点间的内磨擦（粘滞性）和热传导等因素，使声能转换成其他能量（热量）。这种衰减称为吸收衰减，又称粘滞衰减。散射衰减，吸收衰减与介质的性质有关，因此统称为材质衰减。14什么是压电晶体？举例说明压电晶体分为几类？答：某些晶体受到拉力或压力产生变形时，在晶体界面上出现电荷的现象称为正压电效应。
7、在电场的作用下，晶体产生弹性形变的现象，称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。能够产生压电效应的材料称为压电材料。由于它们多为非金属电介质晶体结构，故又称为压电晶体。压电晶体分为：单晶体：如硫酸锂、碘酸锂、铌酸锂等。多晶体：如钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铝（PZT）等。15何谓压电材料的居里点？哪些情况要考虑它的影响？答：当压电材料的温度达到一定值后，压电效应会自行消失，称该温度值为材料的居里温度或居里点，用表示。同一压电晶体有不同的上居里温度和下居里温度。不同的压电晶体，居里温度也不一样。对高温工件进行探伤时，应选用上居里点较高的压电晶片制作探头。在寒冷地区探伤时，应选用下居里点较低的压电
8、晶片作探头。16探头保护膜的作用是什么？对它有哪些要求？答：保护膜加于探头压电晶片的前面，作用是保护压电晶片和电极，防止其磨损和碰坏。对保护膜的要求是：耐磨性好，强度高，材质衰减小，透声性好，厚度合适。17声束聚焦有什么优点？简述聚焦探头的聚焦方法和聚焦形式？答：聚焦的声束，声能更为集中，中心轴线上的声压增强，同时可改善声束指向性，对提高探伤灵敏度、分辩力和信噪比均为有利。聚焦方法：凹曲面晶片直接聚焦 采用声透镜片聚焦。聚焦形式：点聚焦和线聚焦。18.超声场分为几个区域？各个区域的主要特征是什么？用示意图注明简述之提示超声场是由声源发射超声振动的空间而形成特殊场，它可以根据超声在空间各部位声压
9、大小不同，形象地用图示方法表示出来（如下图a）：超声场分为近场和远场两大部份，其中主声束以锥体形状（犹如鲜花主瓣），近场区内主声束以外的称为副瓣。主声束的扩散角按零阶贝塞尔函数计算出其主瓣的锥角范围，即J1(X)=J1(kasin)，J1(X)有很多根，其中最小的根为X0=3.83，则sin0=3.83/ka=(3.83/2)(/a)=(3.83/)(/2a) sin=1.22(/D) D=2a-晶片直径，a为半径，求出0值即为主瓣的扩散角（0），当用J2(X)、J3(X)分别求出第一副瓣、第二副瓣的扩散角1、2等（如下图b），同样由sin=1.22(/D)求出，当S=b=1.64(D2/4)
10、=1.64N时，主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离（也可用二项式展开证明）（注：也有资料以1.67N为主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离）19.画图说明超声波声场分为哪几个区域？答：超声波声场可分为： 主声束和副瓣-声源正前方，声能最集中的锥形区域即为主声束。主声束的范围最大，声源发射的声能主要集中在主声束中。探头的频率指的是主声束的频率。声束副瓣（即副声束）通常出现在邻近探头晶片的一个区域内，旁侧于主波束。其轴线倾斜于晶片表面，能量微弱，截面较小。晶片尺寸和波长之比不同，副声束的能量和辐射方向也不相同。 近场-指主声束中心轴线上最后一个声压最大值处至晶片表面这一区域。近场区长度用N表示，
11、它取决于晶片的直径D（或面积As）和波长，用公式N=D2/4=As/表示。近场区邻近压电晶片，声压分布最不均匀，这是由于此区域内声波干涉现象最严重。近场区也称为干涉区，干涉现象对探伤有很大影响，探伤时要尽量避免。 远场-近场以外的区域称为远场。远场中各子波传播的距离已经很长，相位几乎相等，各量可简单相加。声压值随距离增加单调下降。远场区的大小由晶片尺寸、波长、介质的声学特性及激励晶片的电压决定。 未扩散区-主声束截面与声源直径相同之点至近场与远场分界点的一段区域，称为未扩散区。未扩散区分界点至晶片表面的距离约为近场区长度的1.6倍，该区域内的平均声压可以看做常数，自此点开始主声束扩散，形成锥体
12、。20.什么叫压电效应？答：在某些物体上施加压力时，在其表面上产生电荷聚集的现象，称为正压电效应。反之，当把这种物体放在电场中，它自身产生形变，称为逆（或负）压电效应。压电效应是可逆的。21.超声波检测利用超声波的哪些特性？答：超声波有良好的指向性，在超声波检测中，声源的尺寸一般都大于波长数倍以上，声束能集中在特定方向上，因此可按几何光学的原理判定缺陷位置。超声波在异质介面上将产生反射、折射、波型转换、利用这些特性，可以获得从缺陷等异质界面反射回来的反射波及不同波型，从而达到探伤的目的。超声波检测中，由于频率较高，固体中质点的振动是难以察觉的。因为声强与频率的平方成正比，所以超声波的能量比声波
13、的能量大得多。超声波在固体中容易传播。在固体中超声波的散射程度取决于晶粒度与波长之比，当晶粒小于波长时，几乎没有散射。在固体中，超声波传输损失小，探测深度大。22.什么叫AVG曲线？答：根据反射体的反射面积大小，离声源的距离，反射信号的幅度三者之间的关系绘制的曲线，叫做AVG曲线23.如果要求检查对接焊缝中的未熔合和小气孔，应采用什么无损检测方法检查？答：超声波和射线二种方法。24.试比较射线检测与超声波检测两种方法的适用范围和局限性提示：应从两种方法的灵敏度高低、检测厚度范围、易发现的缺陷形状以及安全防护和经济性等方面进行比较25.指出下列四种情况下因为探头斜楔磨损而导致折射声束轴线方向变化
14、的情况(实线为原始斜楔面,虚线为磨损後的斜楔面)折射角：a.变大，b.变小，折射声轴线：c.偏左，d.偏右26简述超声波检测仪中，同步电路的主要作用？答：同步电路又称触发电路，它每秒钟产生数十至数千个触发脉冲，触发探伤仪的扫描电路，发射电路等，使之步调一致，有条不紊地工作，因此，同步电路是整个探伤仪的指挥“中枢”。27超声波检测仪发射电路中的阻尼电阻有什么作用？答：改变阻尼电阻的阻值可改变发射强度，阻值大发射强度高，发射的声能多，阻尼电阻阻值小，则发射强度低。但改变阻值也会改变探头电阻尼大小，影响分辨力。28超声波检测仪的接收电路主要由哪几部分组成？答：接收电路由衰减器，射频放大器，检波器和视
15、频放大器等几部分组成。29超声波检测仪的“抑制”旋钮有什么作用？答：调节“抑制旋钮”可使低于某一电平的信号在荧光屏上不予显示，从而减少荧光屏上杂波。 但使用“抑制”时，仪器的垂直线性和动态范围均会下降。30超声波检测仪的主要性能指标有哪些？答：超声波检测仪性能是指仅与仪器有关的性能，主要有水平线性，垂直线性和动态范围等：水平线性：也称时基线性或扫描线性，是指检测仪扫描线上显示的反向波距离与反射体距离成正比的程度。水平线性的好坏以水平线性误差表示。垂直线性：也称放大线性或幅度线性，是指检测仪荧光屏上反射波高度与接收信号电压成正比的程度。垂直线性的好坏以垂直线性误差表示。动态范围：是检测仪荧光屏上反射波高从满幅（垂直刻度100%）降至消失时（最小可辩认值）仪器衰减器的变化范围。以仪器的衰减器调节量（dB数）表示。31简述超声波检测系统的主要性能指标有哪些？答：系统性能是仪器，电缆、探头特性的综合反映，即检测仪和探头的组合性能，主要有信噪比，灵敏度余量，始波宽度，盲区和分辩力：信噪比：是检测仪荧光屏上界面反向波幅与最大杂波幅度之比。以dB数表示。灵敏度余量：也称综合灵敏度。是指探测一定深度和尺寸的反射体，当其反射波高调到荧光屏指定高度时，检测仪剩余的放大能力。以此时衰减器的读数（dB）
