超声波基础知识讲解

《超声波基础知识讲解》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、超声波基础知识的一般讲解一、超声波探伤物理基础1、超声波是一种机械波机械振动：物体沿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。机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波；如水波、声波、超声波等。产生机械波的条件：（1）要有作机械振动的波源（2）要有能传播机械振动的弹性介质2、波长、波速、频率1）波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点之间的距离，符号λ2）波速：波动在弹性介质中单位时间内所传播的距离，符号C3）频率：波动过程中，任一给定点在1秒内能通过的完整波的个数，符号f三者的关系：C=λ·f3、次声波、声波和超声波1）次声波：频率低于20Hz的机械波2）声波

2、：频率在20～20000Hz的机械波3）超声波：频率高于20KHz的机械波4、超声波的特性1）方向性好，犹如手电简灯光在黑暗中寻找到所需物品2）能量高3）能在界面上产生反射折射和波型转换4）超声波穿透能力强5、超声波的类型a、按质点的方向分类1）纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波2）横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波3）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4）板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波C、按波的形状分类1）平面波：波阵面为互相平行的平面的波2）柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波3）球面波：波阵面为同心球面的波6、声速纵波：钢5

3、900m/s铝6300m/s水1500m/s有机玻璃2700m/s空气340m/s横波：只能在固体中传播钢3200m/s铝3130m/s有机玻璃1120m/s表面波：声速大约为横波的0.9倍，纵波的0.45倍7、超声波垂直入射到平面上的反射和透射当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波设入射波声压为P0，反射声压为Pr,透射声压为Pt,其声压反射率r=Pr/P0=(z2-z1)/(z2+z1)其声压透射率t=Pt/P0=2z2/(z2+z1)88、超声波斜射到平面上的反射与折射波型转换：当

4、超声波倾斜入射到异质界面时，除了产生与入射波同类型的反射波和折射波外，还会产生与入射波不同类型的反射波和折射波，称为波型转换，波型转换只可能在固体中产生。第一临界角：超声波纵波倾斜入射到异质界面上，若第二介质纵波波速CL2大于第一介质纵波波速CL1，即CL2〉CL1，则纵波折射角βL，即βL〉αL，随着αL增加，βL也增加。当αL增加到一定程度时βL=90°，这时所对应的纵波入射角称为第一临界角。第二临界角：超声波纵波倾斜入射到异质界面上，若第二介质横波波速CS2大于第二介质纵波波速CL1，即CS2〉CL1，则横波折射角βS，即βS〉αL，随着αL增加，βL也增加。当αL增加到一定程度时

5、βS=90°，这时所对应的纵波入射角称为第二临界角。第三临界角：超声波纵波倾斜入射到异质界面上，若第二介质中的横波波速C，在第一介质中产生反射纵波和横波，由于在同一介质中纵波声速CL恒大于横波声速CS1，所以纵波折射角恒大于纵波折射角，即γL〉αS，随着αS的增加γL也增加，当αS增加到一定角度时，γL=90°，这时横波入射角称为第三临界角。第一，二临界角的物理意义：①当αL﹤αI时，第二介质中既有折射纵波也有折射横波②αL=αI～αⅡ时，第二介质中只有折射横波③当αL〉αI时，第二介质中既无折射横波又无折射纵波例：有机玻璃中，纵波声速CL1=2700m/s，钢中纵波CL2=5900m/

6、s，CS2=3230m/s。求此有机玻璃横波斜探头纵波入射角的范围？解：SinαⅠ/CL1=Sin90°/CL2SinαⅠ=CL1×1/CL2=2700/5900SinαⅠ=27.6°SinαⅡ/CL1=Sin90°/CS2SinαⅡ=CL1×1/CS2=2700/3230SinαⅡ=57.6°第三临界角的物理意义当αS≥αⅡ时第一介质中只存在反射横波，不存在反射纵波9、超声波的衰减主要包括扩散衰减、散射衰减和吸收衰减a、扩散衰减：由于波束的扩散引起的衰减随着传播距离的增加，波束截面越来越大，单位上的能量逐渐减小。b、散射衰减：声波传播过程中遇到声阻抗不同的异质界面，产生反射折射和波型转

7、换c、吸收衰减：超生波在介质中传播时由于介质质点间的内摩擦和热传导引起的衰减当工件厚度x≥3N时，并具有平行底面或圆柱曲底面时x=【20㏒（F/β2）-6】/2λxβ/mm（不考虑底面反射损失）10、关于纵波发射声场（圆盘声源）圆盘声源轴线上声压分布：波源附近的轴线上声压上下起伏变化，存在着若干个极大极小值，距波源的距离越近声压极大极小值的点就越密。声学上把由于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