无损探伤基础知识教程文件.ppt

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1、无损探伤基础超声波探伤部分一、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。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λ、波速C、频率ƒ波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离。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。波速：波动在弹性介质中，单位时间内所传播的距离。三者关系C=λ·ƒ3、次声波、声波和超声波次声波：频率低于20HZ的机械波声波：频率在2

2、0—20000HZ的机械波超声波：频率高于20KHZ的机械波4、超声波特性：①方向性好，犹如一束手电筒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穿透能力强5、超声波类型a、按质点的振动方向分类纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向相同的波。横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波。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。表面波在介质传播时，介质表面质点作椭圆运动，是纵波与横波的合成，表面波只能在固体表面传播。板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波。b、按波的形状分类平面波：波阵面为互相平行的平面的波。

3、柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。球面波：波阵面为同心球面的波。6、声速：纵波：钢5900m/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，透身声压为Pt则其声波反射率r=Pr/Po=(Z2-Z1)/(Z

4、2+Z1)声压透射率t=Pt/Po=2Z2/(Z2+Z1)Z1Z2PoPtPr8、超声波斜射到平面上的反射与折射波型转换：当超声波倾斜入射到异质界面时，除了产生了入射波同类型的反射波和折射波以外，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界面上，若第二介质纵波波速CL2大于第一介质中纵波波CL1，即CL2>CL1，则纵波折射角βL>αL，随着αL增加，βL也增加，当αL增加到一定程度时βL=90°，这时所对应纵波入射角称为第一临界角。当αL=α1时，第二介质中存在折射横波，不存在折射纵波。第二

5、临界角：超声波倾斜入射到界面上，若第二介质中的横波波速Cs2大于是第一界质中的纵波波速CL1，即Cs2>CL1，则横波折射角βs大于纵波入射角αL，随着αL增加，βs也增加，当αL增加到一定程度时βs=90°，这时所对应纵波入射角为第二临界角。第三临界角：超声波倾斜入射到界面上，（若第二介质中的横波声速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CL1恒大于横波声速Cs1，所以纵波反射角γL恒大于横波入射角αS，即γL>αS，随着αS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α

6、L<αⅠ时第二介质中既有折射纵波又有折射横波。②当αL=αⅠ-αⅡ时，第二介质中只有折射横波。③当αL>αⅡ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/s，Cs2=3230m/s，求此有机玻璃横波斜探头，纵波入射角的范围。为实现单一横波探伤，纵波入射角αL的范围为27.6－57.6。第三临界的物理意义：当αs≥αⅢ时，第一介αL质中只存在反射横波，不存在反射纵波。9、超声波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，随着声波传播距离的增加，波束截面越来越大，

7、单位面积上的能量逐渐减小。散射衰减：声波传播过程中遇到声阻抗不同的界质界面产生反射，折射和波型转换。吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质质点间的内摩擦和热传导引起的衰减。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。声学上把由子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场的近场区.超声波是由探头的压电晶片（波源）发出的，而这个波源可以看作由许多发射波的子波源组成，这些子波波源作同相位同振幅振动，各自发出球面子波，并互相叠加产生干