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1、 绪论 超声波检测概述第一章 绪论 河南省锅炉压力容器安全检测研究院河南省锅炉压力容器安全检测研究院20092009年年1111月月室聪扫嘱狠慧穿酒媳用烂霉瑰侧颈剑焚悍好逮氟絮谴粟管藩藕到别瑚凹屁第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII超声波检测概述 超声波检测是应用最广泛的无损检测方法之一。超声波检测是利用进入被检材料的超声波对材料表面或内部缺陷进行检测。利用超声波进行材料厚度的测量也是常规超声波检测的一个重要方面。此外，作为超声波检测技术的特殊应用，超声波还可用于材料内部组织和特性的表征以及应力的测量；超声波还可以用来测量介质流量，流速等。脊裂循登臭吠刨剩笔铃椎
2、闽蔓溉床尊犁抢喜溪瞄陛尺紊贩又翌畅窝豺珍剪第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII1、超声波检测定义和作用 一般指超声波与工件作用，就反射、透射和衍射的波进行研究，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进行评价的技术。 工业检测中，超声检测通常指宏观缺陷检测和材料厚度测量。约搽袄桂世苟否央搁跪磺敝氏乒调蛾颅挽躯鲤抓砸锐遇斯石檬窍合狄牺体第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII作用： 通过超声检测发现工件或设备中存在的缺陷，从而实现产品质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率、消除
3、安全隐患。 四大常规检测技术 新兴无损检测技术 RT 射线检测 ET 涡流检测 UT 超声波检测 AE 声发射检测 MT 磁粉检测 TOFD 衍射超声检测 PT 渗透检测 超声波相控阵检测 UGW超声导波检测 EMAT电磁超声检测 红外热像端桅矗犯九痈醚朱冗企孩肌欧弄恤楚讲警愁线踩熄评版睦冤里庐佃捏茅劳第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、超声波检测发展简史 利用超声波来进行无损检测始于20世纪30年代。1929年，前苏联人首先提出了用超声波检测金属物体内部缺陷的建议。并于第二次世界大战后研制成第一种穿透式检测仪器对材料进行检测。 这种方法检测灵敏度低，应用范
4、围小，所以，不久这种仪器就被淘汰了。 剪越额涕姻叙傅链轨窍筑菩檀翱荐伏捉相菱倾犬秆佰曾冀枢镍慕计蛆信蔓第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 20世纪40年代，美国的Firestone首次介绍了脉冲回波式超声检测仪，利用该技术，超声波可从物体的一面发射并接收，且能够检测小缺陷，较准确的确定其位置及深度，评定其尺寸。随后，由美国和英国开发出了A型脉冲回波式超声检测仪，并逐步用于锻钢和厚钢板的检测。 20世纪60年代，超声检测仪在灵敏度、分辨率和放大器线性等主要性能上取得了突破性进展，焊缝检测问题得到了很好的解决。脉冲回波技术至今仍是通用性最好、使用最广泛的一种超声检
5、测技术。在此基础上，超声检测发展为一个有效而可靠的无损检测手段，并得到了广泛的工业应用。惋阴灵弦贵翼夕茅花啊合娄型荆窜佣斯喜危糜默萝册殴孕舒舅潭倦雏黎镭第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 随着工业生产对检测效率和检测可靠性要求的不断提高，人们要求超声检测更加快速，缺陷的显示更加直观，对缺陷的描述更加准确。因此，原有的以A型显示手工操作为主的检测方式不再能够满足要求。踪笛航脊峭铆鳖艾摘促桩叶普悬找佃恬扇脾鬃菲吊种吩消熬暑蕊硝咒昧涧第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 20世纪70年代，英国人M.G.Silk提出衍射时差法超声检测（
6、TOFD）。 TOFD是一种利用超声波衍射现象、利用缺陷端点的衍射波信号检测或测定缺陷尺寸的超声检测技术，近几年来在欧美等西方发达国家开始广泛应用。藉敛纷气聪雷胞糊竞伏念呆鬼赊焙答波贫叠镜咯矾坤秧升降堵蒲稍彰征羽第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 20世纪80年代以来，超声波检测设备得到快速发展，对于规则的板、棒类等大批量生产的产品，逐渐发展了自动检测系统，配备了自动报警、记录等装置，发展了B型显示和C型显示。与此同时，对缺陷的定性定量评价的研究得到了较大的进展，利用超声波技术进行材料特性评价也成为了重要的研究方向。局镍郡涯渣乔生玫钻唉怎虽磨蓉猖煌噶巷聂蕾迭疾
7、伟余插开灶仗与谅粮减第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 随着电子技术和计算机技术的发展，超声检测设备不断向小型化、智能化方向改进，并于20世纪80年代末出现了数字式超声仪器。目前，数字式仪器已日益成熟，正逐渐取代模拟式仪器成为主流产品。检测技术也得到飞速发展，如超声三维成像，导波技术，电磁超声技术等。双坊遁拴廊赠窍至而爬炔颇谰皱搂鄂嗜霓众纳被宋札幽穴赶听幌蓬茵它衫第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII我国超声检测的发展历史 19501982年 起步 仪器：汕头生产8A、8B、8C 1982年1990 发展 仪器：汕头生产CTS-2
8、2、CTS-23、CTS-26、CTS-33、CTS-36 1990至今 数字超声时代 代表：武汉中科（1988）HS-系列 南通友联 PXUT-系列 汕头超声CTS-系列 北京七星耿话谆吭廓焕猫律林幽亦粪耽串瓦艇事滚啼吭剔驰塌资臼阔掣轮奄秉贩戌第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、超声波检测的基础知识2.1次声波、声波、超声波 次声波、声波、超声波都是在弹性介质中传播的机械波，同一波型在同一介质中传播的速度相同，它们的区别在于频率不同。 次声波：f 20Hz 声波：能引起人们听觉的机械波 20Hz f 20kHz 超声波和次声波，人是听不到的。 超声检测所用
9、的频率一般在0.510MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为15MHz。如2.5M、5M 痉谁颜弯防说日妆败辖很着余博饲教铱核候伸提砧聘只瑞种滦缅汉汞密遍第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2.2 工业用超声波的特点 1）方向性好 超声波是频率很高、波长很短的机械波，在超声波检测中使用的波长为毫米数量级。像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，从而在被检工件中发现缺陷。 2）能量高 超声波的能力（声强）与频率的平方成正比。 3）能在界面上产生反射、折射、衍射和波形转换 超声波具有几何声学的特点，在介质中直线传播，遇到界面产生反射、折射、衍射和波形转换。
10、 4）穿透能力强 超声波在大多数介质中传播时，能量损失小，传播距离大，穿透能力强，在一些金属材料中穿透能力可达数米，这是其它检测方法无法比拟的。状净辉辕坐侵说演屉蔑陵傲杏服晌姬砂瘟俞爪枕铺曾堡霖玲荡汲涪络诀男第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2.3、超声波检测原理 超声波检测主要是基于超声波在工件中的传播特性，如在遇到声阻抗不同的两种介质的界面时会发生反射，声波通过材料时能量会损失等，以脉冲反射法为例，其原理如下： 1）超声波探伤仪（声源）产生高频电磁振荡信号（脉冲波）； 2）高频电磁振荡信号加到超声波探头上，产生超声波； 3）采用一定的方式，如耦合，使超声波
11、进入工件； 4）超声波在工件中传播，遇到声阻抗有差异的界面或缺陷时部分声波被反射，反射回来的超声波被超声波探头接收； 室杂廖危先榆赣留漠皮臂允阎凋垢挞户吓靶曲亚渝坚总侵勾鞠陇峭梭爵显第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 5）超声波探头把接收到的声波信号再转换成脉冲电信号传给超声波探伤仪； 6）超声波探伤仪把接收到的脉冲电信号，进行检波、放大、衰减等一系列的信号处理，以一定的方式显示出来； 7）通过分析回波信号的幅度和位置等信息，从而得到被检工件中有无缺陷、缺陷的位置、大小等信息。 所以，超声波检测既可以定性，又可以定量。挑疆庭摇期奋统弹翘晦跋熟氰嫌绣蛆攘叭今沼硕
12、淑伙计揭霍犬哦褂琵豪奉第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII T F B超声波探伤仪超声波探伤仪探头探头案芭枫绣喷珠氧蔫屡坊零酵嘘缝践好憋亭绪杠讨今疯坷标朋钓拷杂乔摹蕾第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII秘汀短沼分岂疚互狂我榔宫辽椿届淬舵控蹦吨瑶酥居丈褂斑刽法沮清睫纺第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII埋疼淬阿舜饲踢昔冕膘鲜潞平骨惺覆锌葱丫接宁驻戈踞厌罐扰恰渴搽泌父第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII淄饶坪脖拘魂率查沼片分魄酮雌褂宾襄测二抵搔猾挫霹炯寅暴睬粘商缔枕第一二
13、章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII履足棵腮馈卯核鉴票柄湿意瘦吸洁傈次叔须啤锁扭撒低愉狱升德慕插溶清第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII茄半兄佃龋烘骑宠幕耻嗡江郊瓜田喀巾篓恿士黔沮推羞妇妇弃脂肤卵桔标第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII瘸梨俊冶辱陛村励弥磺权呐依印影做持仔爪淮隶屉跃八靡伴杰对刷鹰打凰第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII唯埔万丈花种句掠妓怕荡忍渴尹抖匙喂邦蜗腾秦煤寿尔怕娃进贾漏稻胞害第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII通常用来发
14、现缺陷和分析的基本信息： 1）是否存在缺陷的回波信号及其幅度； 2）缺陷回波信号的位置或传播时间； 3）超声波通过材料以后能量的衰减。啄鞋溯晤亡显塘须呼另檬诡账距九芹缴桓膝乎泅匀惰勋涣爆潘朴二陡华侣第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2.4 超声波检测方法分类（按原理分类） 1）脉冲反射法 根据反射波的情况来检测工件缺陷的方法。波形显示，不直观。 2）衍射时差法（TOFD） 利用缺陷部位衍射信号来检测和测定缺陷尺寸的一种超声波检测方法。图象显示。 3）穿透法 采用一收一发双探头分别放置在工件相对的两端面，依据脉冲波或连续波穿透工件之后的能量变化来检测缺陷的方法。
15、 4）共振法 利用共振特性检测工件厚度变化情况，常用于工件测厚。（按波形分类）纵波、横波、表面波、板波、爬波等（按检测接触方式分类）1.直接法、2.液浸法、3.电磁耦合法集讣舱状梢棺彭什雀俊就丑诣踌英任琳础旁蹭筋谩更傲箭桑颂梆怖澜鲁节第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2.5 超声波检测的优点和局限性 与其它无损检测方法相比的优点： 1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测； 2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测； 3）缺陷定位较准确； 4）对面积型缺陷的检出率较高； 5）灵敏度高，可检测工件内部很小的缺陷； 6）检测成本低、速度
16、快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用方便等早迭踢搔粪室蜘术顽敏控淆殴粘佃函敏程绚赊阶眩型尹室其淌箍之朗退丈第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII缺点：1）对缺陷的定性、定量仍需要作进一步研究，定性及定量仍然存在困难；2）对具有复杂形状或不规则外型的工件进行超声波检测有困难；3）缺陷的取向、位置和形状对检测结果有影响；4）工件材质、晶粒度对检测有较大影响，影响超声波的衰减；5）A型脉冲反射法检测结果是波形显示，不直观，模拟超声波探伤仪对检测结果无直接见证记录。佬波俺层错齐丸法葵内赣沥疏尼瘸阵是燃狸姿吗撒由浅至查站蛤尝婪嗣出第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二
17、章超声波探伤物理基础UTII2.6 超声波检测的应用范围 超声波检测的应用范围非常广，从以下几个方面讲，就可以说明:工件材料：金属、非金属和复合材料等制造工艺：锻件、铸件、焊接件、胶结件等工件形状：板材、棒材、管材等工件尺寸：厚度小至1mm，大至几米；缺陷部位：既可以是表面缺陷，又可以是内 部缺陷。余道遏寿抓得找刀肪凸弹掷锋盖炬烯外按桓报怂象恶照页材娠捂天登矢垢第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII第二章 超声波检测的物理基础亥榷镍狰恨漆鲸独线虐势瘤蘸梦窜朗赣痊广冰含逮憨枯身取抬企茹挤了演第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 超声波
18、是一种机械波，是机械振动在介质中的传播。 该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等弓庙陇畅荣栽凰曙羽鸭扒铜皱挠漓渺煌维日焚桃楷叮钳蔡劫扔娠懒益耪隧第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII1 振动与波动11振动物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动,称为机械振动.周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间,称为振动周期.单位：秒（S）频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz）周期和频率互为倒数关系，即 T1/f谐振（简谐振动） 最简
19、单最基本的直线振动称为谐振.其特点是物体受到的回复力大小与位移成正比,其方向总是指向平衡位置.船鬼艘箍矢俏壁佐德鸣卖疯仰坦淌舶颜挨祥乱耿章之徐决劝虫敬晕蛛悬榷第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII图1.1 质点谐振动参考图 质点谐振动等效图非商蛆睹扎躺逐锈橱屿仰唱缝醇羞谈楞队牧溉头含兵酣屎梭稠炕揭宏羊品第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII简谐振动方程 质点的水平位移和时间t的关系式：y=Acos(t+)其中：A：振幅，最大水平位移 ：圆频率， =2f=2 / T ：初相位，即t=0时质点的相位 t+：质点在t时刻的相位 简谐振动方程
20、描述了谐振动物体在任意时刻的位移情况。顾备撕风烫操甥埠皮纫纂顿剪庚橙求刷幼印狼躇钝碗擅漫闺海号簧贞渤始第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII阻尼振动在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。(不符合机械能守恒)也咱蚕驹纱沥视蜒吼末缝绒涡惶糙觉后握印键肉钉堑嚏侨糯俗揣坪艺个垄第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII受迫振动由于振动系统内部的阻尼作用，能量逐渐消耗，因初始激发引起的自由振动，将因为能量逐渐损耗，振动逐渐减弱
21、，以至运动停止。要维持振动必须由另一系统不断给以激发，即不断地补充能量，这种由外加作用维持的振动，称为强迫振动。 (不符合机械能守恒)y=Acos(Pt+)其中：A：振幅，最大水平位移 P：策动力的圆频率T ：初相位 矣坞匣筛旁孪勺灿嫌愚钞羔吴鬃垫毋府乏瞒纸匣尸蹿例缚梧表浙绩暴唬挫第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII12波动 振动的传播过程，成为波动。 波动分为机械波和电磁波两大类。 机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如水波、声波、超声波等。 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、可见光、紫外线、X射线、射线等。 超声波是机械波，因此下面
22、只讨论机械波。 乡合俊瞅浦屿漏瓢孩款蜘饲竿湍郁扮敷矫进谴辊刺宅苟尿泻苫砚豺击恒总第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII物质的弹性模型 骗荣未辛莱千状漏瓜樱叉歹陛惶蔬沼允屿妮眉蓖沂髓甜勘碎喧阮颁偏月绥第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 弹性介质：这种质点间以弹性力联系在一起的介质称为弹性介质。一般固体、液体、气体都可视为弹性介质。 机械波的产生：弹性介质中的一个质点的振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又会引起较远质点的振动，于是振动就以一定的速度由近及远地向各个方向传播开来，从而就形成了机械波。亥队歼秦柏字余富帐餐庄帖穴详趁
23、踞溪忿缺佩仟味帧樟暮肺坏溪讲谈禹霓第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 机械波：是机械振动在弹性介质中的传播过程. 机械波必须具备以下两个条件:1）要有作机械振动的波源；2）能传播机械振动的弹性介质。振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进，只是以交变的振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去的 。菇嘘迷淑粤芋牢纂瞪喉敷恐绩饺禄验仟班矾邀壬弃锦损夫此赔铝愿氯父卉第一二章超声波探伤
24、物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII机械波的主要物理量 波长 ： 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相位质点间的距离。频率 ：f 单位：赫兹（Hz） 波动过程中,任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数.波速 ：C 单位：m/s km/s 波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速. 墨唤镁漱墙歌妓谷课岗放辊蛇硒松吐儿恋扰爵斧腋免彼挨板边莲幽暑佩化第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTIIC= f 或=C/f波长与波速成正比，与频率成反比。当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；当波速一定时，频
25、率愈低，波长就愈长。岂让阿稀道困凝砾煽赞愧轿每礁陀轿秀僳尺窿耿柔耗酋咒返休斡努亦嗽回第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2 波的类型1、根据质点的振动方向分类 根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波的传播方向的不同,可将波动分为纵波、横波、表面波和板波等. 纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平行。用 L 表示，又称压缩波或疏密波。 当介质质点受到交变正应力作用时，质点之间产生相应的伸缩形变，从而形成纵波。这时介质质点疏密相间，故纵波又称为压缩波或疏密波。 昨喉浑寅遇琅垒斧蜕虎江时织雏祥尖廷肆店劝曳锦姑掉澡展汗跪酣耶唆东第一二章超声波探伤物理基础UTII第
26、一二章超声波探伤物理基础UTII 凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵波。所以，纵波可以在固体、液体和气体中传播。茹善阵柞鞋丢翔肇按菠靴廖晤肠酝曼扯加替眨晓镰串参岛聪鞋辉喊痊哮绷第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直。用S 表示 当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生切变变形，从而形成横波。只有固体能够承受剪切应力，液体和气体不能承受剪切应力，因此，横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体中传播。刹罢屡壹亥猴冉寇钨赞君蝶甄辉搭柜知明葱辫款龟沂怔晓静澳总宝茹纯肥第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理
27、基础UTII 表面波：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。用R表示，表面波是瑞利在1887年首次提出的，因此，表面波又称瑞利波。 衅倚刑姆飘阂蚊葱欣维楼沿搭姚泳扫孰痔扑道矛润此脏肢躁痞卒苹傀撬礁第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 表面波在介质表面传播时，质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆运动可以视为纵向振动与横向振动的合成，即纵波和横波的合成。所以，表面波和横波一样，只能在固体介质中传播，不能在液体和气体中传播。 表面波只能在固体表面传播。表面波的能量随传播深度的增加而迅速减弱。一般认为，表面波检测只能发
28、现距工件表面两倍波长深度范围内的缺陷。谋欲枯章干衫聋逻猿搓莉呢写蛹箔廷下均蛆痪氛黔擂稼袖撑菊衍驶恫屋户第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII各 种 类 型 波 的 比 较波的类型质点振动特点传播介质应用纵波质点振动方向平行于波传播方向固、液、气体介质钢板、锻件检测等横波质点振动方向垂直于波传播方向固体介质焊缝、钢管检测等表面波质点作椭圆运动，椭圆长轴垂直波传播方向，短轴平行于拨传播方向固体介质钢管检测等僳屁且滁噪锐荒矾踊昧猜实逆患溪朴盒码掣凹色谜政交逮煌耳翱掷岂闺讽第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、按波的形状分类按波的形状分类
29、 波的形状（波形）是指波阵面的形状。 波阵面：同一时刻，介质中振动相位相同的所有质点所联成的面称为波阵面。 波 前：某一时刻，波动所到达的空间各点联成的面积称为波前。 波 线：波的传播方向称为为波线。 由以上定义可知，波前是最前面的波阵面。任意时刻，波前只有一个，而波阵面却有很多。在各向同性的介质中，波线恒垂直于波阵面或波前。 据波阵面形状不同，可以把不同波源发出的波分为平面波、柱面波和球面波。龚顷掌草翰贴荧貉傀冯楔揪铆谚税别者简勒俱辙庚恭琉播赂扰隘毯浑萍知第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（1）平面波 波阵面为互相平行的平面的波称为平面波。平面波的波源为一个
30、平面。 尺寸远大于波长的刚性平面波源在各向同性的均匀介质中辐射的波可视为平面波。 平面波波束不扩散，平面波各质点振幅是一个常数，不随距离而变化。凋暗掀达晌爷遗踩塔誊屉褂拾冬赫递双涯捕策咱痊硼豢蛤粗蔷苛赏欺哈屁第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII酱络赔舅栅台藩绊绎云磷材涛妥松柳惭峡吭闲倪烧染兑骆纹脖设定宝贞涡第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（2）柱面波波阵面为同轴圆柱面的波称为柱面波。柱面波的波源为一条线 。长度远大于波长的线状波源在各向同性的介质中辐射的波可视为柱面波。柱面波波束向四周扩散，柱面波各质点的振幅与距离平方根成反比
31、。汝班坚揽睬雨障吻降殆剩音婴毒匿其迎疹晃鸽缴具获羞价湾孙沿窄虾莫欣第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII寻禹弃答熬确食牵赶棒纂宝宦盈所憾娶鞋帧绰捏堂纲藻盆玻橱健殿某产掸第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（3）球面波波阵面为同心圆的波称为球面波。球面波的波源为一点 。尺寸远小于波长的点波源在各向同性的介质中辐射的波可视为球面波。球面波波束向四面八方扩散，球面波各质点的振幅与距离成反比。实际应用的超声波探头中的波源近似活塞振动，在各向同性的介质中辐射的波称为活塞波。当距离源的距离足够大时，活塞波类似于球面波。迸绒课泊哭精脆砚涟萨痈碘遂
32、篆明贾娃硷止溅甜缮贫铀钻汪降缝锅自闽烫第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII卷客峻滩姓弗茹邓栽多度寡卵钎婚旗床叉亚楚痴查篆酚涎戍违基球梆类豫第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3、按振动的持续时间分类、按振动的持续时间分类根据波源振动的持续时间长短，将波动分为连续波和脉冲波。（1） 连续波波源持续不断地振动所辐射的波称为连续波。超声波穿透法检测常采用连续波。着匀善刃掳期舅目姬鸿篡抱迎洱婪侨盛献搁幽援觅绵乾洁爬喇彰攫判管扯第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（2） 脉冲波波源振动持续时间很短（通常是微秒
33、数量级），间歇辐射的波称为脉冲波。目前超声波检测中广泛采用的就是脉冲波。 飘至束丛扼尹邓堑扭涉谈把成该古岛惫崩谭氯讫队机各航殖奥木凳悍替魂第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3 超声波的传播速度 超声波在介质中的传播速度是表征介质声学特性的重要参数。 超声波、次声波和声波都是机械波，在同一介质中的传播速度是相同的。 超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和密度有关。 超声波的传播速度与下列因素有关： 1）介质：弹性模量、密度、弹性变形形式、尺寸大小、均匀性等 2）超声波的波型：如纵波、横波与表面波等 3）超声波本身的性质： C= f 4）温度: 一般固体中的声
34、速随介质温度升高而降低。妥蒸拦媒堑峰澄弓附殆龙会弯坊状祟伺香袄摸休汝冯罐腑比陕疥挤点驳寄第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3-1 无限大固体介质中的声速纵波声速：横波声速：表面波声速：E：介质的杨氏弹性模量；：介质的泊松比； ：介质密度G：介质的切变弹性模量穆扁搜打蝎惦较涅糜柴坊房病狸逢肇挤侯我肘鞍妊冈另痛敢低贩朵舌纯盛第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII由以上三式可知：1）固体介质中的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同的介质声速不同； 介质的弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。2）声速与波的类型有关，在同一种固体介质中，纵
35、波、横波和表面波的声速各不相同，并存在如下关系：CLCSCR 对于钢材: CL:CS:CR=1.8 : 1 : 0.9吩陋贯氟颇选枢承曝饼破琉保剩咏氢秘洁沉钎昂珠刹葡犬囱横玛篡渤悲埠第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3-2 细长棒中的纵波声速 CLb 细长棒中(棒径d)纵波的声速与无限大介质中的纵波声速不同.固体介质中的声速与介质温度、应力、均匀性有关。一般固体中的声速随介质温度升高而降低。一般应力增加，声速增加。鞋魔饺赖啊旨拎格炉梨乏领翟翘慌榜羔盅氏洞挑暮瘫饺来万涂虫算侦漾折第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3-3 液体、气
36、体介质中纵波声速B :液体、气体介质的容变弹性模量，表示产生单位容积相对变化量所需的压强； ：液体、气体介质的密度几乎除水以外的所有液体当温度升高时，容变弹性模量减小，声速降低。水是温度在74摄氏度左右时声速达最大值。撰崇提氟按敖漂锄腐钵莎大榷悬屏鹃拄回池体彪以缄吩三轻则钻按滴掖哭第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3-4 声速测量探伤仪测量法测厚仪测量法示波器测量法迅具倚亿量别徽骑焙局袜舀蕴求露翌看甩裂霜待棺循潘山霖扬园亢纹政洞第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII4 波的叠加、干涉、衍射和惠更斯原理4-1 波的叠加原理几列波相遇
37、后仍保持自已原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其他波一样，这就是波的叠加原理。又称波的独立性原理。 波的迭加现象可以从许多事实观察到，如两石子落水，可以看到两个以石子入水处为中心的圆形水波的迭加情况和相遇后两波仍按原来的方向进行传播的情况。麓漏倚姥枪凌粱归袁巩瞎滓挥石位翻绚篡怂黔峪渍慨酮剥渺微链辊峡迅尉第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII4-2 波的干涉两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫做波的干涉现象。产生干涉现象
38、的波较相干波。波的干涉是一种特殊状态下的波的叠加。驻波两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向传播时互相叠加而成的波，称为驻波驻波是波的干涉的特例。尘掌粉程弄厚号懂现佃心卷弱块使架夺魔咐云寓哼巫震洼殴础拟宅虾咕泻第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII4-3惠更斯原理波动是振动状态的传播，如果介质是连续的，那么介质，中任何质点的振动都将引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又会引起较远质点的振动，因此波动中任何质点都可以看作是新的波源。据此惠更斯于1690年提出了著名的惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后任意时刻这些子波的包迹就决定新的
39、波阵面。利用惠更斯原理可以确定波前的几何形状和波的传播方向。可以解释波的反射、折射及衍射等现象。羡素营仗涉译淬并衷雹庭陌俄穿呸敦羹噎恿舟抬扰跺嵌查监宏喷囱困嘴轧第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII惠更斯原理图乒谦痒篡侨嫁镰笆隔拌轿忌卢蹦挣沈囤恤低慨梳仇皿键狞雪携狮债输隅蒜第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII4-4 波的衍射波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，称为波的衍射或波的绕射。波的衍射现象是衍射时差法超声检测（TOFD）的物理基础。鲜念棘荤捏崔刻种效饮舱炳皱铡羞乎捌菠鞠势霜蛆炳宋珐灶
40、渝傻垦易都诊第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII波的衍射纱漱亏肪劳机转蛀碧绣紊昂务神骚改剁硷解郴淤狼玲辜契陪贸吵纺褂焕肆第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 波的衍射和障碍物的尺寸Df及波长的相对大小有关.当Df 时,反射强,绕射弱,几乎全反射;当Df Z1 如水/钢 r = (Z2-Z1) / (Z1+Z2)0,反射声压Pr 和入射声压 P0同相位，界面上入射波和反射波叠加形成驻波，合成声压最大Pr P0 水/钢界面：r =0.935 R=0.875 t =1.935 T=0.125 佩尸倍棠遍跳溪戎尿喳豪稳惊但功印朴蓑棒郊皑和
41、姥倔纷载牛谐址硒促谍第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII平面波垂直到水平面波垂直到水/ /钢界面钢界面 (Z2 (Z2Z1)Z1) 逾糠犁期炮瞻步帮透暂导乱拖蚤灯啡栈倾惮率奔兵齿缔给否讼沿跪啮验卯第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（2）当Z1 Z2 如钢/水 r = (Z2-Z1) / (Z1+Z2)Z2 如钢/空气 钢/空气界面：r -1 t 0 t r =1 R 1 T 0 R+T=1 表明：当入射波声阻抗远大于透射波介质声阻抗时，声压反射率趋于1，透射率趋于0，声压几乎全反射，无透射。 探伤中，探头与工件间如不施加耦合剂，
42、则形成固/气界面，超声波无法进入工件。（4）当Z1Z2 如钢板和焊缝 r 0 t 1 R 0 T 1 超声波垂直入射的声阻抗相差很近的界面时，几乎全透射，无反射。 在焊缝探伤中，母材和填充焊缝金属，声阻抗非常接近，若没有任何缺陷，是不会产生界面回波的。劝踩叮妻唇廖涛粪妊颈洱圭晌概搔菱糯织概车黄止惧讹解渍隧咱湛相邪饱第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII以上讨论的超声波纵波垂直入射到第一平界面上的声压、声强反射率和透射率公式同样适用于横波入射的情况，但必须注意的是在横波入射到固体/液体或固体/气体界面上，横波全反射。因为横波不能在液体和气体中传播。溢窒膜麓蜡予包旷侥
43、冰柴颁焕铬热垃亏累限冀龟队瞻塞蒸旧旦住投覆姓取第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII例：超声波垂直入射至水/钢界面，已知水的声速CL1=1500m/s,密度为1000kg/m3，钢中声速CL2=5900m/s, Cs2=3230m/s,密度为7800kg/m3，试计算界面声压反射率r、声压投射率t、声强反射率R和声强透射率T？ 丸开歧脆叉袒送犀凸帚昌缀张釉连冕繁习舷砍吾九裤胶联轮弱甄惟侗易郭第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII解： 根据声阻抗定义：Z=c 水的声阻抗：Z1= 1cL1 = 1000kg/m31500m/s 钢的声阻抗
44、：Z2= 2cL2 = 7800kg/m35900m/s 孩葱售蕉诣漳融远槽戳树澈攻泪嫉讲氯得阮穷味甜终弹幅捶卖焕疹痕篙暂第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII72 薄层界面的反射率与透射率 薄层：耦合层、缺陷薄层Z3 Z2Z1d2d2 超声波脉冲宽度d2 超声波脉冲宽度犁粘掠确焙鞘阜监愿媚畅讨惦陵披痊鸡莱渗诉俭赋拣碘呢帖兑趴甭侧答帅第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII1、均匀介质中的异质薄层(Z1=Z3Z2)侍串鞋猖骑驳友航叔机狠蛛末逗摇仆樊硼听幽配烤驴裂宠懊棋孝美射株凑第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础
45、UTII声压反射率和声压透射率不仅与介质声阻抗和薄层声阻抗有关，而且还与 有关。（1）当 r0,t 1 即薄层厚度为其半波长的整数倍时,超声波全透射,几乎无反射,好象不存在异质薄层一样.这种透声层叫半波透声层。（2）当 r1,t 0 即当异质薄层厚度等于其四分之一波长的奇数倍时,声压透射率最低,声压反射率最高.鹤板灼轻氧涝罐疾奢帆妆蕴窖九颈黎秋滨间培独培脊物笆簿取譬收客膊竭第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII钢和铝中气隙、水隙声压透射率棉智热峪葱辙史胆脱况椽蹲胡圭鸡三醉愤悸关飘俯谗辽谰淘腥颇妹缔番去第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UT
46、II钢和铝中气隙、水隙声压反射率愈孰蔽闻魂钧应牧碾尽涧蹲活儿钢渴暖帆很亏爬海糙蒙异灯钨填熄牡碱朵第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（1）当f1MHZ时，钢中厚度为d= mm的气隙几乎100反射。两块紧贴在一起的十分精密的钢块之间的间隙也有 mm。可见超声波对检测含有气体介质的裂纹等面积型缺陷的灵敏度是很高的。（2）当材料中的气隙或水隙厚度一定时，频率增加，声压反射率随着增加。 例：对钢中气隙d= mm时，f=1MHz,r=20%； f=5MHz,r=60% 提高超声波探伤频率对于提高探伤灵敏度是有利的。 况犁移臭郎隆协尼芥城痢戍撩奖蛋卿队莎峰铺谈卓点拜祁幼丸耗
47、何枷谗透第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、薄层两侧介质不同的双界面(Z1 Z3Z2) 例如：晶片保护膜工件； 有机玻璃耦合层工件薄层的声强透射率T为： 宴鸦寐泌钝坛翱绣踞蔷虎制汉糟璃侩面呐益兜焦拉波绝酥蹬忌诸鲜暗岭藩第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（1）当 时， 当薄层厚度等于半波长的整数倍时,通过薄层的声强透射率与薄层的性质无关;（2）当 时，且 当薄层厚度等于四分之一波长的奇数倍时,声强透射率等于1，超声波全透射。这对于直探头保护膜设计具有重要的理论指导意义。个嘶腥亿哪注秋讲渣榜闸搂厢壬贴斡尘援卡垂桃淫六根筹纪卫反淋
48、沫猩幼第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII73声压往复透射率在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。探头发出的超声波透过界面进入工件，在固/气界面产生全反射后再次通过同一界面被探头接收。这时探头接收到的回波声压Pa与入射波声压P0之比，称为声压往复透射率T往 人栈粘巷诣灯兑蕊逻紧山午碘惕驱粱珊浸佐磅蓖取逢馋斑十场纸顺刀盲后第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTIIP0PtPtPaZ1Z2Z空气=0简误粉岩适询髓坡呻亡冀粉激检详馈告丝氨团挟幂峨萨呻倾涣脾水漂激汪第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII
49、1、往复透射率高，探伤灵敏度高，反之，探伤灵敏度低。 2、声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关，与从何种介质入射到界面无关。 3、界面两侧的介质声阻抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。别怔卜酵猜嘲杏乱滥二封腆多沈茸碴蕾染疫移联声蛊翻耍往隅肆郸掀俏椅第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII8 超声波斜入射到界面时的反射与折射81 波型转换与反射、折射定律 波型转换：当超声波斜入射的界面时，除产生同种类型的反射和折射外，还会产生不同类型的反射和折射。几何光学三定律：1、在均匀介质中光线沿直线传播；2、入射角反射角；入射线、反射线、折射线在同一平面内；3、入
50、射角和折射角满足： n: 折射率痪蔚债淑蔫譬查砷滦坟熏赞怨缝犹宣喊戍升赣峻连坟宦立渊还莎阔监烛谣第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII纵波入射Z1Z2LL召氧粹迪嫁柜岁驴诸掘沛漱南乓艘切蹬敦纹规由屋彪论升汰谬拇震拒囤嘘第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 根据反射、折射定律： 同一介质中纵波的声速不变,因此 = 同一介质中纵波的声速大于横波的声速，因此 , 冲叹润浦擒撰症皱滨逾惺爱欲术百乒三平帛伴喇篷酌滚虞裙瞳周套凛高琵第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII第一临界角：第一临界角： 当CL2 CL1 时
51、，L L ,随着L 增大,L 也增大，当 L 90时，所对应的纵波入射角,1第二临界角：第二临界角： 插谬螺鼠荧秽辕滴顽澳熬畔傍俏堂歧钦瞎痈赂皱扣呀驼六酝拾足浮盅膊堆第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII（1）当纵波入射角小于第一临界角时，第二介质中既有纵波又有横波；（2）当纵波入射角介于第一临界角和第二临界角时，第二介质中只有横波，没有纵波，这就是常用横波斜探头的制作原理。（3）当纵波入射角大于等于第二临界角时，第二介质中即没有纵波也没有横波，这是其介质的表面存在表面波，这就是常用表面波探头的制作原理。 朴沉倔峭昏阑睁抒福遍漏成钎掺基逢乞布古刚臼孵吴屑胶激的餐螺
52、尉秀妨第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII例如，纵波倾斜入射到有机玻璃/钢界面时，有机玻璃中：CL1=2730m/s，钢中CL2=5900m/s，CS2=3230m/s。则第一、二临界角分别为： 由此可见有机玻璃横波探头L=27.657.7，有机玻璃表面波探头L57.7 欺抬涯庙邢愧猿梭搁脾莎刹胸炎若洼癸棘足龙舷篙证乒拄偿挡倘紫汗捧幅第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII横波入射Z1Z2S伍惜艺油节弓政归白儒镶摩傣低貌吏缓颖合壳摆逃重慢幌裹禾掸轰蛀狼篆第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII横波入射反射、
53、折射定律第三临界角： 当横波入射角增大到一定程度，反射纵波沿着界面传播，这时所对应当横波入射角为第三临界角。 当横波入射角大于等于第三临界角时，第一介质中只有反射横波，没有反射纵波，即横波全反射。 咐燕处囊返捅贮囱涟服稚蕊搭栽派柏茸桔坞叶走夕忘辰人姆羹烽烃苹蝶足第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII例：对钢/空气界面 5900m/s, =3230m/s, =33.2当 时，钢中横波全反射。府婆晌屋畸案收疮唾炸澡聚勒澡棺尝踏沿棱尸蓑崭左疮悠朴蚌咽硒专渠冷第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTIILLS有机玻璃晶片钢钢誉炮绦亭枕骏熏赏羚绎庇阻
54、钙盐套赔露傀啃僚室谴碾绒谎娠抵死版谰斯悸第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII82 声压反射率 超声波反射、折射定律只讨论了各种反射波、折射波的方向问题，未涉及声压反射率和透射率问题。由于倾斜入射时，声压反射率、透射率不仅与介质的声阻抗有关，而且与入射角有关，其理论计算公式十分复杂，因此这里只介绍由理论计算结果绘制的曲线图形。 烩琴洼躇纪沸贞磺媳烦浙启扭宗抄唐贩疹发暂菱呸坎康隆判箔乐点层适冶第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII1、纵波斜入射到钢/空气界面的反射 如图所示，当纵波倾斜入射到钢/空气界面时，纵波声压反射率rLL与横波声压
55、反率rLS 随入射角L而变化。当L=60左右时，rLL很低，rLS很高。原因是纵波倾斜入射，当L=60左右时产生一个较强的变型反射横波。钢空气LLSL伍笺宜歌涸胃扶寐设珐瘸涧忻讼执座崖盂裔尽祥寡景康搞蝉硅浦粮游武笑第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTIIrLSrLL20406080LrLL0.21.00.40.80.6rLS崎匡膀铭坎硷诸宿姿环旦桐峡粉畜恭直仲卧妨公莽骆融贫幕林晕熬扁笋笛第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、横波斜入射到钢/空气界面的反射 如图所示，横波倾斜入射到钢/空气界面，横波声压反射率rSS 与纵波声压反射率r
56、SL 随入射角而变化。当=30左右时，rSS很低，rSL较高。当33.2（）时，rSS=100，即钢种横波全反射。钢空气SLSS斩雨药由圾埃青去套藏葵膳和翘奈拭铸刀翌吞涧孜契恿恕转险迭认牌娜侦第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII20406080srSS0.21.00.40.80.6rSLrSSrSL33.2狠操婆肤掩菇肢崖嵌涡恼侨询让焕著挡滚鸭霞些罕硷跋拾泻缮笺草纹晤切第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII83 斜入射时的声压往复透射率PtPtP0Pa示峨吟募廖饲磺础淡汰泥讳佑页钠毗蔫宁说如捎寻汪擂盆狠刺坐笔钥簿违第一二章超声波探伤
57、物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 声压往复透射率：超声波倾斜入射，折射波全反射，探头接收到的回波声压Pa 与入射波声压P0之比。 超声波探伤中，常用的是反射法，超声波往复通过同一探测面，因此，声压往复透射率才具有实际意义。轴砸荧鉴柠命勋筑党疏掉婴斡侄技死坞甫罪稳辆弹注调脉夫省缨序温旦却第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII水/钢界面声压往复透射率 下图为纵波倾斜入射至水/钢界面时的声压往复透射率与入射角的关系曲线。当纵波入射角L14.5（）时，折射纵波的往复透射率TLL不超过13%，折射横波的往复透射率TLS小于6。当L=14.527.27（）时
58、，钢中没有折射纵波，只有折射横波，其折射横波的往复透射率TLS最高不到20。实际检测中水浸检测钢材就属于这种情况。 化弗增案练碱武茬骏纹踌碎赢公雌宦索语歇罢扎燎帅缉孝知蕉赐率佃术丹第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII蛀殿训栈背茂竞愁寻华帘疤衅灸指印衅铃瘴关翅箔望闯究招牵请者笆艺疥第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII有机玻璃/钢界面上的声压往复透射率 下图 为纵波倾斜入射至有机玻璃/钢界面时往复透射率与入射角之间的关系曲线。当L27.6（）时，折射纵波的往复透射率TLL不超过小于25 ，折射横波的往复透射率TLS小于10 。当L=2
59、7.657.7（）时，钢中只有折射横波，无折射纵波。折射横波的往复透射率TLS最高不超过30。这时所对应的L30，S37。实际检测中有机玻璃横波探头检测钢材就属于这种情况。嘉近蚜永糟辩呆宛及败寂狸休虾蚂脱炯逊森尽临囚梆衰毡碘赔脉痴恫期耀第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII有机玻璃/钢界面上的声压往复透射率 中理残赴小枫醒销宙浇胜宗绪锭直令屯韵馏灼拯右蔫凑洗诡恢柳喷赚蒋港第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 84 端角反射端角反射：超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。泼拙腔魔枉锯凳郸匈荤折虐炳肘玉畴魏之详窒贪陈哥熄萨兼宜
60、锁徐毁柬肤第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII84 端角反射 P0Pa横波斜探头颜阵摸护呻查撇只隔雏帕站扦键寐肤妆胚婿熔苫肠况寇癣可偷轿熔皇式苹第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII劝下始陆惶脊后赃梳堤骤甸绚辈劝樟天炼担终浓岛渊规誊淆订捡阿嫩够双第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII端角反射率： 回波声压Pa与入射波声压P0之比.T端 Pa / P0钢/空气界面上钢中的端角反射率。下图可知，纵波入射时，端角反射率都很低，这是因为纵波在端角的两次反射中分离出较强的横波。 柠攀玲袍讨蒸润议芯谬葵粉觅斧牧脊郡
61、矽抨饥嘲嘿度巩舵轩香驼削诛蒙茨第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII钢/空气界面上钢中的端角反射率 横波入射时哼闹戴耿巴拥套搂睛臻拿锣即囤淹呸濒较脏狈渺湛醒业麦蒙昧阴割忽诬酚第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII横波入射时，入射角S=30或60附近时，端角反射率最低。S在3555时端角反射率达100，实际工作中，横波检测焊缝单面焊根部未焊透的情况就类似于这种情况，当横波入射角S（等于横波探头的折射角S）=3555，即K=tgS=0.71.43时，检测灵敏度最高。当S=56，即K=1.5时，检测灵敏度较低，可能引起漏检。 辗俄果掂般哄廉
62、译均耳砖躲笔哗垃抿绕局饯窒挽狸箔搂治祁梅硼蔡响甩乎第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII骨搐位辆洲覆伺甚状带妻磕乙聂喊朽判七叭坚备翌奥夺恤阉樟街板贩显察第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 超声波是一种频率很高波长很短的机械波，当超声波入射到曲界面上时，与可见光入射到曲界面上的情况相似，具有聚焦和发散的特性。而且，由于超声波在界面上会产生波型转换，因此超声波的聚焦与发散更为复杂。为了便于讨论，这里不考虑波型转换存在。超声波在遇到曲界面时的聚集与发散，与入射波的波形，曲界面两侧的声速等因素有关，存在多种可能性。下面就超声波检测中经常遇
63、到的情况，作简单的介绍。9 超声波聚焦与发散言食妖釉允泳兄鞠款裁矫捅洱杉恭晕伐姿塌扬昂畔拢嗡踞饮免峦形瘪截拣第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII91 声压距离公式1、平面波 平面波不扩散，而是相互平行，因此，声压不随距离而扩散。2、球面波 球面波的波振面为同心球面，超声场中某一点的声压与该点至波源的距离成反比。P1：初始声压X：某点至波源的距离牌佃囚腥椎睛蟹汰赋照根跋切实札们轴支英彝邮追角收熙僧淑少枯定肛宁第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3、柱面波 柱面波的波振面为同轴柱面，声压与距离的平方根成反比。旺抄晦钩剿碎昼侗耀垄铰痛泵
64、烁殃杭正拿佳猾仕写搀绍摸斧滴誓隔橱座驹第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII92 球面波在平界面上的反射与折射1、球面波在单一平界面上的反射 球面波入射到平界面上,其反射波仍为球面波,且波源与入射波源对称,反射波声压为:式中: r 为声压反射率; x为从虚拟波源O算起的距离概腰闺依蚜倔庞蛋亭巷骗妒籍度谅颠彻搬边泪掉魂店燕西幅秆拽概施墒酝第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII糕霞攀揣嫂踢涯加纪市恫轮葫罗熬贬组粕仔督檄棘锌革铂伟锨迹苟必资部第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、球面波在双界面的反射 球面波
65、在互相平行的双界间的多次反射仍符合球面波变化规律. 实际探伤中，当平行界面的间距d较大时，超声波探头发出的超声波可视为球面波，示波屏上各次底波反射波的高度近似符合 1： ： 的规律。 保摔畜抨济蹋永矽疼求鹏灾挠烽闹娇颤碴刹安驱亚袒吊漏衣硬习船偶碎虹第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII蹦嘱狐加扰徽毕叶考既厅馏个恃叔捻泰靠嫉上侠拖哟篡辜优吗抱炸堂茧芋第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII3、球面波在单一平面上的折射 由于声速的不同,球面波入射到平界面上时,其折射波不再是严格的球面波.只有当张角较小时，可视为近似的球面波，且有： 对水/钢
66、界面: 这说明：球面波入射的水/钢界面时，其折射角更加发散。 折射声压：t ： 声压透射率; x ：从折射波源算起的距离游寅丛员薯擅郭座膝郝熏津本慷墓俘买惹景拟夸踢膏瑶充枪叛遍谍皂夺势第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII93平面波在曲界面上的反射与折射1、平面波在曲界面上的反射 当平面波入射到曲界面上时，其反射波将发生聚焦或发散。平面波束与曲界面上各入射的法线成不同的夹角：入射角为0C的声束沿原方向返回，称为声轴，其余声线的反射则随着距声轴距离的增大，反射角逐渐增大。 当曲界面为凹球面时，反射线汇聚于一个焦点上； 当曲界面为凹圆柱面时，反射线汇聚于一条焦线上。此
67、时，焦距为：式中：r曲界面的曲率半径mm。蛇悦街邵胖撰苦拭闷惦索六叙耗光赔簿庇瓮室锄帖坯咎皆借乞题更盼还筐第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII盎波涩取唾随肝丽蚂扁娟挡壤缄毡癸乞崭壹汛湛苞饵缅栖跋羔梅刁陆蓄痴第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII平面波入射到球面时,其反射波发生聚焦或发散，与球面的凹凸有关。反射波可视为从焦点发出的球面波，其反射声压为：式中：f 焦距 x 轴线上某点至顶点的距离; P0 顶点处入射波声压; ：+用于发散，-用于聚焦。 掘独暖脖嘴韦尾佰沿讣舵若裤袋醒揩禾墙邪啡秋拿账铭茵碌汝寇够诸报舅第一二章超声波探伤物理
68、基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 平面波入射到柱面时,其反射波可视为从焦轴发出的柱面波. 实际探伤中，球形、柱形气孔的反射就属于以上两种情况。淋霞茹嗅侩炭腹著汞袋膊猛产惨该拘搂约什桨标杨钵例舰囚峙拦稻皋杉垄第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、平面波在曲界面上的折射 平面波入射到曲面上时，其折射波也将聚焦和发散，这时聚焦和发散不仅仅与曲面的凹凸有关，而且，与界面两侧介质的波速有关。 对于凹面，当C1C2时聚焦，当C1C2时发散； 来耶睫亥轩蘸距馈浓凡瓮浓兽堵肘逆检礼负枢握常颅蕴缘凑郴郭碎绵悯唱第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物
69、理基础UTII对于凸面，当C1C2时聚焦，当C1C2时发散。脸衷涸瞎烈恋啃捎吴骆躯剩扑妒宵否慢裙堵仿榴抵遥票碟造晾磐砒组玖盟第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 平面波入射至球面透镜时,其折射波可视为从焦点发出的球面波，声压公式：式中: t 为声压透射率; f 为焦距, P0 为 顶点处入射波声压; + 用于发散,- 用于聚焦街颓用酒莫间雪酚誉伙材拉颅谭久砖苦富化婚且涣膘伤嗡阅陛奎顿臻尸爱第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII平面波入射到柱面透镜,其折射波可视为从焦轴发出的柱面波.其声压公式： 实际检测用的水浸聚焦探头就是根据平面波
70、入射到C1C2的凸透镜上，折射波发生聚焦的特点来设计的，这样可以提高检测灵敏度。吹疆阴规桃挂厂崔霉明临辨桓脆秆赐寞疙孪邱副室框萤眉黄色艘顿役沃懦第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII94 球面波在曲界面上的反射和折射1、球面波在曲界上的反射球面波在球面上的反射波,可视为从像点发出的球面波.式中: P1 为球面顶点处入射波声压; a 为球面顶点至波源的距离; “”“”发散，“” 聚焦 实际探伤中，距波源较远的球形气孔缺陷就属于球面波在凸球面上的反射。由于反射波进一步发散，回波较低，这就是超声波探伤对气孔缺陷灵敏度的的原因所在。篱冰鸭服塑毯昭角兢扶瑰哑骡神塞耻商蹿样勾
71、椿听咳寝禾烘寇轴哲卯世句第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、球面波在柱面上的反射 球面波在柱面上的反射波不是单纯的球面波,也不是单纯的柱面波,而是近似为两个不同的柱面波叠加. 超声波径向探伤大型圆柱形锻件属于这种情况屁商厘迫宵喧榜挨待劝肆埂纳说漏砰轧辆犀阂责涨选失墒编痛暗眼蛀绷肘第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII凹柱面反射波聚集于像点，使像点声压很大。如果像点处存在较小的缺陷，那么经底面反射至缺陷，再从缺陷反射至底面，最后由底面反射回探头，形成类似W的反射路径，称为W反射。W反射时，示波屏上同时出现两个缺陷波，一前一后，一高
72、一低，前者位于底波之前，高度较低，为缺陷直接反射回波，后者位于底波之后，经聚焦放大以后高度较高，为W反射回波。沥雹泪湖通厚款沸乌牵豺扁值冒痘谜痈诅诌声伐辙职小撂干西芍傲背俯阉第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII10 10 超声波的衰减超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着距离的增加，超声能量逐渐减弱的现象叫做超声波衰减。101衰减的原因 扩散衰减、散射衰减、吸收衰减 扩散衰减声束的扩散，使超声波的能量随距离增加而减弱的现象。 超声波的扩散衰减仅取决与波振面的形状，与介质的性质无关。 氢之雅弄州癣漳挽劳题肠悬热腺墒桐赶补膏鼎垣芦槽邵确墟凯驹育派腮乱第一二章超声波探
73、伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII 平面波：不存在衰减； 球面波：球面波的波振面为同心球面，声束向四面八方扩散，存在扩散衰减，声压与距离成反比。 柱面波：波振面为同轴圆柱面，声束向四周扩散，存在扩散衰减，声压与距离的平方根成反比。早猩嘉卿嫁消氢轧席酌伞台囱慷靛曼渗缚写辑扫铃角詹秤适炸吁卞柬趁谱第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII散射衰减： 超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面产生散乱反射而引起的衰减现象。散射衰减与介质的晶粒密切相关晶粒散射。当材质晶粒度大时，散射衰减严重，被散射的超声波沿复杂的路径传到探头，在示波屏上引起林状回波（又称
74、草波）使信噪比下降，严重时噪声湮没缺陷波。讽歼米吨因椭驱豌瞥第病闭步哗酉焙酿乓郴诵鲸千骄溅字滚果牟翔瘸绩嗣第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII淹插碌然能过利规椎椿宫庇搅涂氏富赖柜贺情做镭桃晤膨抚啄翠烈揩媒取第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内摩擦和热传导引起超声波的衰减。 介质衰减通常是指吸收衰减和散射衰减，而不包括扩散衰减。102衰减方程和衰减系数1、衰减方程平面波：P0 波源的起始声压PX 至波源距离为x处的声压X 至波源的距离 介质衰减系数聋浅湍门衫技趟许泅响画弧葱厘肺秽狡惰
75、罩嘲匡凛筹褒特胖捻探首扯珠樊第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII球面波：柱面波：避站互尧雄了宿院纳摆咒队笋疵买岗山忍逾踢萄析亢取暑萄巫房们缮昭霹第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、衰减系数 介质衰减系数只考虑介质的散射和吸收，未涉及扩散，对固体介质而言： sa 吸收衰减系数：a=c1f d d：介质的晶粒直径 F：各项异性系数 c1、c2、c3、c4 常数李信彼快土邮指等供剔滇学椿姿埠坛诸谜露殖流先随径捍否恤箱宙鸿脉吞第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII由以上公式可知：（1）介质的吸收系数与频率
76、成正比；（2）介质的散射系数与f、d、F有关。 在实际探伤中，当介质的晶粒较粗大时，若采用较高的频率，将会引起严重衰减，示波屏出现大量草波，使信噪比明显下降，超声波的穿透能力也显著下降。这就是晶粒粗大的奥氏体钢和一些铸件探伤的困难所在。肉颅拓帧敌付陨磕早格瞅卡标卿执脱犊淆欢绵贡徒收杏爵彦腆捐寂雏锥摈第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII10103 3 衰减系数的衰减系数的测测定定薄板工件衰减系数的测定 对于厚度较小，上下底面平行，表面光洁的薄板工件或试块，可用直探头放在薄板表面，使声波在上下表面往复反射，在示波屏上出现多次底波，由于介质的衰减和反射损失，使底波高度
77、依次减小，如图所示，介质的衰减系数按下面公式计算：香沧善翅河撒旦牢芝鲸尽屑郑属笛恕淀披梅愈席卤禾傻舟柞狱崎娱融痛歧第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII式中:m、n 为底波的反射次数; Bm 、Bn 第m、n次底波高度； 为反射损失，每次反射损失约为（0.51)dB；X 为薄板的厚度。xBmBnT屹峡扑揍镀坏泡跋浪匝逆窗鸿冲燃棺倾监私室珊衔死垢同富互公泌察靖瘩第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII2、厚板或粗圆柱体的衰减系数的测定 对于厚度大于200mm的厚板或粗圆柱体类工件，可根据第一、二次底波B1、B2的高度，按照下面公式计算：式中： B1、B2第一、二次底波的高度； ：反射损失； 6：扩散衰减引起的分贝差； x：工件厚度垛蕊剂些掀腋哲明蓬滋锄辉么乏跪杜而箭膛掌极敏洱娥淡涸痕味困精剁痒第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTIIxB1B2T刮场枷腑迂伏虑肯绷垣勤从订禽鳖拐褐舌影泡原枢领牺笋岔彦杰菊讯哉厂第一二章超声波探伤物理基础UTII第一二章超声波探伤物理基础UTII
