ch01超声波检测的物理基础

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1、超声波检测的物理基础（一）第一节振动与波一、机械振动和机械波1机械振动的定义实例以上运动过程中都有相应的物理学规律，即在已知其初始状态后，再经过任意时间t以后的状态可以通过计算的方式获得。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；如果振动都是余弦函数（或正弦函数）性质的，称为谐振动。ABC超声波检测的物理基础（一）ABC超声波检测的物理基础（一）2描述振动的特征量（物理学描述）（1）振幅（A）---从平衡位置到振动最大位移之间的距离。（2）周期（T）---质点完成一次全振动所需要的时间。

2、（3）频率（f）----质点在单位时间内完成全振动的次数。按照以上的定义，容易看出：频率与周期是互为倒数的，即：从定义中可以看出：周期是时间量，通常单位为秒(s)，在超声波探伤中，则通常使用微秒为单位（μs）。单位换算关系为：1s=106μs或1μs=10-6s频率的标准单位为赫兹（Hz）,在超声波探伤中通常用兆赫（MHz）为单位，换算关系为：1MHz=106Hz或1Hz=10-6MHzABC超声波检测的物理基础（一）3机械波和声波及超声波（1）振动在介质中的传播形成波。（2）波动分为电磁波和机械波。（3）波动的周

3、期和频率。（4）电磁波的分类（按频率的不同）。（5）机械波产生的条件:a)波源(振源)b)弹性介质ABC超声波检测的物理基础（一）（6）声波是机械波的一种。按频率的不同可以分为：a)可闻声波20Hz≤f≤20000Hz(频率、音量关系)b)次声波f<20Hzc)超声波f>20000Hz，工业探伤用频率一般为0.5MHz~10MHz从乐器到男人与女人说话的声音讲解频率即音调的概念ABC超声波检测的物理基础（一）4超声波的分类（按时间的连续性）（1）连续波连续波是指在观察的时间内，超声波是连续不断的。（2）脉冲波脉冲波

4、是指在观察时间内，超声波不连续，在目前的工业探伤过程中，我们主要采用脉冲波的形式。5频谱分析6振动和波动方程振动方程：y=A•cos(wt+Φ)波动方程：y=A•cos[w(t-x/u)+Φ]ABC超声波检测的物理基础（一）ABC超声波检测的物理基础（一）二、超声波的波型按质点的振动方向与波的传播方向之间的关系，超声波可以分为四种类型。1纵波（L）（1）定义：传播方向与质点的运动方向相一致。（2）传播条件：可以在任何状态下的弹性介质中传播。（3）实际例子：车轴端面进行穿透探伤检查；钢轨探伤中的0°探头都使用的是纵波

5、。（4）别名：疏密波、压缩波。ABC超声波检测的物理基础（一）2横波（T、S）（1）定义：传播方向与质点的运动方向相垂直。（2）传播条件：只能在固体介质中传播。问题:横波不能在液体中传播，横波探伤时为什么使用耦合剂（液体）；使用不同的耦合剂对最后的折射角是否会产生影响？（3）实际例子：车轴轮座部位探伤检查；钢轨探伤中的37°探头都使用的是横波。（4）别名：剪切波、切变波。ABC超声波检测的物理基础（一）ABC超声波检测的物理基础（一）横波与纵波的对比ABC超声波检测的物理基础（一）3表面波（R）（1）定义：质点只在

6、一平面内作椭圆振动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于传播方向。（2）传播条件：只在固体介质表面进行传播。(深度一个波长)（3）实例：表面波可以用来检测车轮踏面的裂纹、剥离、擦伤等缺陷。（4）别名：瑞利波。ABC超声波检测的物理基础（一）4板波（1）定义：薄板中各质点的振动方向平行于板面，而垂直于波的传播方向。（2）传播条件：只能在薄板中传播。（3）别名：板波中最主要的一种是蓝姆波。(检测薄板)ABC超声波检测的物理基础（二）第二节超声波的传播特性一、波长和声速1波长ABC超声波检测的物理基础（二）（1）定义

7、：相邻的两个振动相位相同点间的距离。（2）波长是长度量，探伤中常用的超声波波长大多是毫米数量级。（3）常用希腊字母λ表示。2声速由于当质点振动一个周期的时间，超声波刚好在介质中传播一个波长的距离，按照运动学定律，超声波在介质中的传播速度可以表示为：ABC超声波检测的物理基础（二）（1）固体介质的声速在固体介质中，可传播各种波型的超声波，但同一介质中波型不同时，其声速的值也不同：ABC超声波检测的物理基础（二）其中：E—介质的弹性模量G—介质的切变模量σ—介质的泊松比ρ—介质的密度从以上公式中可以看出：a）固体介质中

8、的声速不仅与波型有关，而且与介质的弹性和密度有关。b）在同一固体介质中，CL>CT>CR注：,因此，在频率相同时，C越大，λ越大。也就是说：波长随声速的变化而变化。ABC超声波检测的物理基础（二）（2）液体和气体介质中的声速对于液体和气体介质来说，其中只能传播纵波，声速值受温度影响较大，但在某一温度下，其声速亦由材料的弹性和密度决定。引申问题：超声波以590