最新第二章 超声波发射声场与规则反射体分回波声压教学讲义PPT.ppt

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1、第二章超声波发射声场与规则反射体分回波声压主要内容：纵波发射声场横波发射声场规则反射体的回波声压AVG曲线超声波探头（波源）发射的超声场具有特殊的结构。只有当缺陷位于超声场内时，才有可能被发现。由于液体介质中的声压可以进行线性叠加，并且测试比较方便。因此对声场的理论分析研究常常从液体介质入手，然后在一定条件下过渡到固体介质。近场区长度与波源面积成正比，与波长成反比。近场区检测定量是不利的，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，而处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样就容易引起误判，甚至漏检，应尽可能避免在近场区检测。远场

2、区波源轴线上至波源的距离大于N的区域称为远场区。远场区轴线上的声压随距离增加而减小；当x>3N时，声压与距离成反比，近似球面波的规律。这是因为距离足够大时，波源各点至轴线上某一点的波程差很小，引起的相位差也很小，这样干涉现象可略去不计。所以远场区轴线上不会出现声压极大极小值。超声场横截面的声压分布：在xN的远场区，轴线上的声压最高，偏离中心声压逐渐降低，而且，分布完全对称。实际检测中，横波斜探头K值和探头声束轴线的偏离的测定，规定要在2N以外进行就是这个原因。N/2N3N6N波束的

3、指向性和半扩散角至波源充分远处任意一点的声压，如图所示xP(r,θ)XYZoP(r,0))θ波束指向性)θ0Y3.83指向性系数：DC波前充分远处任意一点的声压P(r,θ)与波源轴线上同距离处声压P(r,0)之比。1、DC≤1说明超声场中至波源充分远处同一横截面上各点的声压不同，以轴线上的声压最高。实际探伤中，只有当声束轴线垂直于缺陷时，缺陷回波最高就是这个原因。2、半扩散角θ0－园盘源辐射的纵波声场的第一零值发散角。3、当θ>θ0时，

4、DC

5、<0.15,说明半扩散角以外的声压很低，超声波的能量主要集中在半扩散角以内。2θ0以内

6、的波束称为主波束（或主声束），只有当缺陷位于主波束范围时，才容易被发现。以确定的扩散角向固定的方向辐射超声波的特性称为声束指向性。4、由θ0≈70λ/DS可知，增加探头直径DS，提高探伤频率f,半扩散角θ0将减小，即可以改善声束的指向性，使超声波的能量更加集中，有利于提高探伤灵敏度。但由可知，增加探头直径DS和提高探伤频率f,近场区长度增加，对探伤不利。因此，在实际探伤中，要综合考虑DS和f对θ0及N的影响，合理选择DS和f。一般是在保证探伤灵敏度的前提下尽可能减小近场区长度。波束未扩散区与扩散区超声波波源辐射的超声波是以特定的

7、角度向外扩散出去的，但并不是从波源开始扩散的，而是在波源附近存在一个未扩散区，b=1.64N，在未扩散区b内，波束不扩散，不存在扩散衰减，各截面声压基本相同。因此，薄板试块前几次底波相差无几。到波源的距离x>b的区域称为扩散区，扩散区内波束扩散，存在扩散衰减。例题:计算2.5P20纵波直探头探测钢工件时的近场区长度N、半扩散角θ0和未扩散区长度b。解：由题意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s且λ=CL/f近场区长度：半扩散角：°未扩散区长度：例题:计算2.5MHz，φ20纵波直探头（2.5P20）探测钢工件时

8、的近场区长度N、半扩散角θ0和未扩散区长度b。二、矩形波源辐射的纵波声场yxQz2a2br)θ)φ0矩形波源作活塞振动时，在液体介质中辐射的纵波声场同样存在近场区和未扩散角等。与圆盘波源辐射的纵波声场基本类似。设矩形波源的长边为2a，宽边为2b。因为超声波检测主要在远场区，主要考虑在3N以外矩形波源与圆盘波源的相同处与不同处。波束轴线上的声压:r≥3N时，式中：Fs—矩形波源的面积，F=4ab矩形波源的近场区的长度：矩形波源辐射的主声束为四棱锥形，如下图所示X方向的半扩散角为：Y方向的半扩散角为：矩形波源辐射的纵波声场与圆盘波源

9、辐射的声场不同，矩形波源有两个半扩散角，其声场横截面为矩形。三、近场区在两种介质中的分布公式只适用均匀介质。实际检测中，有时近场区分布在两种不同的介质中，如图所示的水浸检测，超声波是先进入水，然后再进入钢中。当水层厚度较小时，近场区就会分布在水、钢两种介质中，设水层厚度为，则钢中剩余近场区长度为式中N2—只有介质Ⅱ时，钢中近场长度；C1—介质Ⅰ水中波速；C2—介质Ⅱ钢中波速；λ2—介质Ⅱ钢中波长。例：用2.5MHz，直径14mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中纵波声速5900m/s，水中纵波声速1480m/s

10、，求钢中近场区长度N。解：钢中纵波波长（mm）钢中近场区长度：（mm）四、实际声场与理想声场以上讨论的是液体介质，波源作活塞振动，辐射连续波等理想条件下的声场，简称理想声场。实际检测往往是固体介质，波源非均匀激发，辐射脉冲波声场，简称实际声场。它与理想声场是不完