无损检测概述与超声检测技术(I)简化

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1、第7讲无损检测概述与超声检测技术无损检测概述超声检测技术1超声检测的原理超声检测原理：超声波在材料中传播遇到缺陷时会发生一些特性的变化（如能量损失、反射等），通过这些特性的变化来判断材料的缺陷。常用的超声波频率为0.5—25MHz，检测过程：向被检测试件中引入超声波。超声波与材料相互作用，声波特性发生变化。改变特性的超声波被检测仪器检测到，并据此分析缺陷的特征。依据：反射信号的存在和幅度。入射信号和检测信号的时间差。能量的衰减。等等。2超声检测的物理基础超声波是频率大于20KHz的机械波。主要特征量：周期、频率、波长和波速。频率取决于震源，在传播过程中始终

2、不变。波长λ、波速c、频率f和周期T之间的关系为：λ=cT=c/f3超声波的分类根据波动中质点振动的方向与波的传播方向的关系，超声波可分为：纵波：平行横波：垂直表面波（瑞利波）：仅在表面传播兰姆波：薄板中传播的一种波形4超声波的传播速度声速依赖于传声介质自身的密度、弹性模量和声波的类型等性质。声速对缺陷的定位和定量分析有重要意义。纵波在固体中的声速纵波在液体和气体中的声速横波在在固体中的声速CS＝E－弹性模量；ρ－密度；σ—波松比；B—液体或气体的体积弹性模量；G－介质的切变模量5超声波的声压、声强、声阻抗声压和声强是描述声场的物理量，声阻抗描述的是介质的特性

3、，与声波在界面上的行为相关。声压p：声场中某一点在某一时刻所具有的压强与没有声波存在时该点的静压强之差。p=ρcuu：质点振动的速度声强：在垂直于声波传播方向的平面上，单位面积上单位时间内所通过的声能量。I=p2/2ρc声阻抗Z：ρc就是介质的声阻抗。在同一声压下，Z越大，质点振动的速度越小。声压与超声检测仪屏幕上脉冲的高度成正比。6超声波的传播超声波的波动性：叠加、干涉、共振、散射和衍射等。见《大学物理》及其他参考书。波的衍射见下图如果障碍物的尺寸比超声波的波长尺寸小得多，则对超声波的传播没有影响。7超声波的反射和透射超声波垂直入射的情况如右图将反射声压与入

4、射声压的比值称为反射率r，将透射声压与入射声压的比值称为透射率t，表达式如下：声强反射率R和声强透射率T的表达式如下：8超声波的反射和透射（续）根据前面的公式，可知：能量守恒：I0＝It+Ir，R+T=1声阻抗差异越大，反射声能越大。应用：钢中的空气孔钛合金中的α夹杂物超声波从钢射入水中，Z1/Z2=45/1.5r=－0.953，t=0.065超声波从水射入钢中，Z1/Z2=1.5/45r=0.935，t=1.935反射率为负？透射率大于1？9超声波的反射和透射（续）反射率为负表示反射波与入射波相位相反。透射率大于1，但反射能仍占大部分。？10超声波的衰减衰减

5、：声压或声能随着距离的增大逐渐减小的现象。引起衰减的原因：声束的扩散介质中晶粒或其它微粒对声波的散射介质的吸收衰减规律声压衰减的规律一般可用下式表示11AVG曲线描述规则反射体距声源的距离A、回波高度V和缺陷当量尺寸G之间关系的曲线。是超声检测中常用的曲线。包括：纵波AVG曲线和横波AVG曲线平底孔AVG曲线和横孔AVG曲线通用AVG曲线和实用AVG曲线等等12通用AVG曲线对规则反射体距声源的距离A和缺陷当量尺寸G进行了归一化，可适用于不同规格的探头。在远场区：大平底回波声压：平底孔回波声压：13通用AVG曲线由于A型脉冲探伤仪的波高与声压成正比，则：大平底

6、回波声压：平底孔回波声压：x用归一化距离A表示为：当量尺寸用G表示为：将A和G代入上式，得：14通用AVG曲线用DB表示相对波高，则有：用横座标表示A，纵座标表示相对波高V，利用上式可以得出一组曲线，见下页图。15通用AVG曲线在曲线的x<3处,理论公式不适用,曲线是通过试验测得的.16实用AVG曲线通用AVG曲线虽然可适用于不同的探头,但在使用时需要反复归一化声程和缺陷当量,很不方便。实用AVG曲线：以声程（mm）为横座标，以平底孔当量标注各个曲线。只适用于特定材料、特定尺寸和频率的探头。制作方法与通用AVG相同，只是可以引入探头的参数，考虑材料的衰减性能，

7、可以计算得到，也可以通过试验得到。17实用AVG曲线纵波平底孔实用AVG曲线见右图：晶片D＝20mm，f=2.5Mhz，材料为钢18超声检测技术与设备超声检测技术的分类按原理分：脉冲反射法、穿透法和共振法显示方式：A型显示、B型显示和C型显示波型分类：纵波法、横波法和兰姆波法耦合方式：接触法、液侵法等等超声检测方法的选择依据：检测对象的制造工艺、使用目的、缺陷的种类和可能性、验收要求等。19脉冲反射法和穿透法脉冲反射法示意如下图原理：通过试件底面或缺陷反射情况进行检测。20穿透法穿透法示意如下图原理：根据脉冲波穿透试件后的能量变化来判断内部缺陷情况。21脉冲反

8、射法和穿透法的比较脉冲反射法的优点（相