特种设备无损检测相关知识课件.ppt

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1、特种设备无损检测相关知识2010年3月长春第九章超声波检测基础知识第九章、超声检测一、超声波的性质1、声波次声波超声波声波、次声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声压、声强等参数，在界面也会发生反射、折射。我们能够听到声音是因为声波传到了我们的耳内，声波的频率在20HZ～20000HZ，频率低于或超过上述范围时人们无法听到声音，频率低于20HZ的声波称为次声波，频率超过20000HZ的声波称为超声波。工业探伤上常用的超声波范围是：0.5～20MHz;其中金属探伤最常用的频率是：1～5MHz；探水泥构建用的频率是：<0.5MHz,如100KHz,

2、200KHz;探测玻璃陶瓷中μm级小缺陷用的频率是100MHz～200MHz,甚至更高。一、超声波的性质2、超声波的特点（1）有良好的指向性：（2）能量高由于能量（声强）与频率的平方成正比，故超声波的能量远大于声波的能量I1/I2=1MHz2/1KHz2=100万倍。一、超声波的性质（3）能像光线一样呈直线传播，并在界面上产生反射、折射和波型转换，在传播过程中还有干涉、叠加、绕射现象，故可以充分利用这些几何、物理特征进行探伤。（4）在金属材料中的传播速度很快，穿透能力强、衰减小，如对某些金属的穿透能力可达数米，其他检测手段无法相比。一、超声波的性质3、

3、超声波的波型与声速（1）纵波（L）质点的振动方向与波的传播方向相平行。纵波在固、液、气三种介质中均能传播。（2）横波（S）质点的振动方向与传播方向相垂直，质点受到的是交变剪切应力的作用，故亦称切变波。液体和气体不能够承受剪切应力，故无横波传播。（3）表面波，在固体表面传播。材料纵波声速米每秒横波声速米每秒钢59003230水1400-----有机玻璃27201460铝62603080铜47002260一、超声波的性质4、超声波的反射折射波型转换（1）入射纵波反射折射波型转换纵波倾斜入射到不同介质的表面时会产生反射纵波反射横折射纵波折射横波，反射、折射角

4、度符合一般的反射折射定律。介质1介质2αβLβSαS’αL’SinαC1LC1SC2LC2S=SinβSSinβL==SinαS’一、超声波的性质(2)第一临界角当在第二介质中的折射纵波角等于90度时，称这时的纵波入射角为第一临界角αI。这时在第二介质中已没有纵波，只有横波。焊缝探伤用的横波就是，经过界面波型转换得到的。（3）第二临界角当纵波入射角继续增大时，在第二介质中的横波折射角也增大，当βS达90度时，第二介质中没有超声波，超声波都在表面，为表面波。介质1介质2α介质1介质2αβLβS一、超声波的性质在有机玻璃与钢的介面，第一临界角为α1=27.

5、60βS=33.20第二临界角为57.70，用于焊缝检测的超声波斜探头的入射角必须大于第一临界角而小于第二临界角。我国习惯：斜探头的横波折射角用横波折射角度的正切值表示，如K=2S二、超声波的发射与接收1、压电效应与逆压电效应某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为压电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。二、超声波的发射与接收2、超声波的发射与接收用有压电效应的晶体材料做的晶片，在高频电压的激励下在产生厚度方向的伸缩，这样产生振动传出就成超声波。如果晶片在超声波的声压作下，在晶片两侧产生电荷，产生一个

6、小的电信号，经放大器放大后可识别。超声波的发射与接收是由超声波探头完成的，有的是一个晶片（单晶探头）完成发射与接收超声波，有的是两块晶片（双晶探头）分别完成发射与接收超声波二、超声波的发射与接收3、纵波发射声场圆盘声源辐射的纵波声场，晶片为圆形，在高频的激励下产生振动，晶片上每个小区域都辐射超声波，这些波某处叠加会加强，另一处会减弱。二、超声波的发射与接收（1）超声场的形状如图指向性用半扩散角表示，θ＝Sin-11.22λ/D。（λ是波长，D是晶片直径）半扩散角θ副声束瓣二、超声波的发射与接收（2）中线轴线上的声压分布情况在靠晶片的一个范围内，由于波的

7、干涉，出现的声压为“0”点，从晶片至最后一个声压最大值的距离称为近场距离，此区域称近场区。N近场长度计算N=(D2-λ2)/4λ探伤时缺陷在声场中才能被发现，如在近场区声压为零处也不能发现。在距晶片三倍的近场区以外，声压随距离下降情况与球面波相似，与理论计算值基本相同。二、超声波的发射与接收在声束径向上的声压分布情况：分别是N1、3N和6N处声压分布在声束径向上的声压分布情况：分别是晶片附近、1/2N和1N处声压分布二、超声波的发射与接收4）横波发射声场常用的横波探头，是使纵波倾斜入射到界面上，通过波型转换来实现横波探伤的。纵波入射角应在第一临界角与第

8、二临界角之间，纵波全反射，在工件中只有横波存在。三、超声波探伤原理把1-5兆赫（1－5MHZ）