超声波检测总复习.pptx

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1、1 机械振动在弹性介质中的传播过程机械振动在弹性介质中的传播过程称机械波。称机械波。超声波是机械波。超声波是机械波。电磁振荡在空间的传播过程称电磁波。电磁振荡在空间的传播过程称电磁波。X X射线属于电磁波。射线属于电磁波。(392)(392)、产生机械波的条件：、产生机械波的条件：要有机械振动的波源；要有机械振动的波源；要有传播机械振动的弹性介质。要有传播机械振动的弹性介质。、波动是振动形式和振动能量的传播过波动是振动形式和振动能量的传播过程程，波动过程中介质质点不发生迁移波动过程中介质质点不发生迁移，而是，而是由各质点的位移连续变化来实现的。由各质点的位移连续变化来实现的。、波长、频率和波速

2、、波长、频率和波速 =C/f=C/f 波长与频率成反比，与波速成正比。波长与频率成反比，与波速成正比。第1页/共121页2、声波、次声波和超声波、声波、次声波和超声波 次声波：频率次声波：频率20Hz20Hz的机械波；的机械波；声波：频率声波：频率=20=2020000Hz20000Hz的机械波；的机械波；超声波：频率超声波：频率20000Hz20000Hz的机械波的机械波.波长计算：波长计算：(449)(449)例例题题：已已知知钢钢中中的的纵纵波波声声速速为为5900m/s5900m/s，横横 波波 声声 速速 为为 3230 3230 m/sm/s。试试 求求2.5MHz2.5MHz的声

3、波在钢中的纵波和横波波长。的声波在钢中的纵波和横波波长。解：解：第2页/共121页33 3、波的类型和特性、波的类型和特性 、按质点振动方向分类、按质点振动方向分类 纵波（压缩波）纵波（压缩波）L L质点振动方向与质点振动方向与波传播方向相同。波传播方向相同。介质质点承受交变拉伸压缩应力，质点介质质点承受交变拉伸压缩应力，质点疏密相间。疏密相间。能在固体、液体和气体中传播。能在固体、液体和气体中传播。横波（切变波）横波（切变波）S S（T T）质点振动方向质点振动方向与波传播方向垂直。与波传播方向垂直。介质质点承受交变剪切应力。介质质点承受交变剪切应力。只能在固只能在固体中传播。体中传播。第3

4、页/共121页4 表面波（瑞利波）表面波（瑞利波）R R沿固体介质表面传播的波。介质表面质点作椭圆振沿固体介质表面传播的波。介质表面质点作椭圆振动。动。只能在固体表面传播。传播深度约只能在固体表面传播。传播深度约2 2倍波长倍波长。板波（兰姆波）板波（兰姆波）P P在厚度与波长相近的薄板中传播的波。两表面介质质在厚度与波长相近的薄板中传播的波。两表面介质质点作对称或非对称的椭圆振动，板中心质点作纵向或横向振动。点作对称或非对称的椭圆振动，板中心质点作纵向或横向振动。在厚度与波长相当的薄板中传播。在厚度与波长相当的薄板中传播。第4页/共121页5 (393)(393)液体中只能传播纵波，不能传播

5、横波。这是因为：液体中只能传播纵波，不能传播横波。这是因为：凡能承受拉伸和压缩应力的介质都能传播纵波，液体虽然不能承受拉凡能承受拉伸和压缩应力的介质都能传播纵波，液体虽然不能承受拉伸压缩应力，但能承受压应力而产生容积变化，所以能传播纵波。伸压缩应力，但能承受压应力而产生容积变化，所以能传播纵波。介质传播横波时，介质受交变剪切应力作用，液体不能承受剪切应力，介质传播横波时，介质受交变剪切应力作用，液体不能承受剪切应力，所以不能传播横波。所以不能传播横波。第5页/共121页6 、按波阵面形状分类、按波阵面形状分类 平面波。平面波。柱面波柱面波 球面波球面波 活塞波：刚性固定的薄片状声源类似活塞波：

6、刚性固定的薄片状声源类似活塞振动所产生的波。距离足够大时，活塞活塞振动所产生的波。距离足够大时，活塞波类似于球面波。波类似于球面波。超声探头发生的波是活塞波。超声探头发生的波是活塞波。、按振动持续时间分类、按振动持续时间分类 连续波：波源不间断振动所辐射的波。连续波：波源不间断振动所辐射的波。脉冲波：波源间歇振动所辐射的波。脉冲波：波源间歇振动所辐射的波。第6页/共121页74 4、超声的的传播速度、超声的的传播速度 、固体中的声速与介质的密度和弹性、固体中的声速与介质的密度和弹性模量有关，还与波的类型的关。模量有关，还与波的类型的关。不同介质，声速不同；介质的弹性模不同介质，声速不同；介质的

7、弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。量愈大，密度愈小，声速愈大。在同一固体介质中，纵波、横波和表在同一固体介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同，并且有以下关系：面波的声速各不相同，并且有以下关系：CLCSCRCLCSCR 对于钢材：对于钢材：CL:CS:CR1.8:1:0.9CL:CS:CR1.8:1:0.9 一般近似认为：横波声速约为纵波声一般近似认为：横波声速约为纵波声束的二分之一。束的二分之一。第7页/共121页8 、液体和气体中的纵波速度与容积、液体和气体中的纵波速度与容积弹性模量和密度有关，弹性模量愈大，密度弹性模量和密度有关，弹性模量愈大，密度愈小，声速愈大。愈小，声速愈大。、板

8、波的波速与频率和板厚有关，它、板波的波速与频率和板厚有关，它是是f fd d 的函数。的函数。、声速与温度、应力和介质均匀性有、声速与温度、应力和介质均匀性有关：关：一般固体介质的声速随温度的升高而一般固体介质的声速随温度的升高而降低。大多数液体介质的声速也随温度的升降低。大多数液体介质的声速也随温度的升高而降低。水是例外，低于高而降低。水是例外，低于74740 0C C时，随温度时，随温度的升高而增加。高于的升高而增加。高于74740 0C C随温度的升高而降随温度的升高而降低。低。固体介质一般应力增加，声速增加。固体介质一般应力增加，声速增加。晶粒细，声速大，晶粒粗，声速小。晶粒细，声速大

9、，晶粒粗，声速小。第8页/共121页95、波的衍射波的衍射 波在传播过程中遇到与波长相当的障碍波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进物时，能绕过障碍物边缘改变方向继续前进的现象，称波的衍射或绕射。的现象，称波的衍射或绕射。波的绕射和障碍物尺寸波的绕射和障碍物尺寸D Df f及波长及波长的相的相对大小有关。当对大小有关。当D Df f时，波的绕射强，时，波的绕射强，当当D Df f时，反射强，绕射弱，声波几乎时，反射强，绕射弱，声波几乎全反射。全反射。6、超声场的特征值超声场的特征值 、声压、声压P P 超声场中某点在某一时刻所具有的压强超声场中某点在某一时刻所

10、具有的压强P P1 1与没有超声波存在时的静压强与没有超声波存在时的静压强P P0 0之比称为之比称为该点的声压。该点的声压。第9页/共121页10 声阻抗声阻抗Z Z 超声场中任意一点的声压与该处质点振超声场中任意一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗。动速度之比称为声阻抗。声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘声阻抗的大小等于介质密度和声速的乘积。积。Z=cZ=c 、声强、声强I I 单位时间内垂直通过单位面积的声能称单位时间内垂直通过单位面积的声能称为声强。为声强。在同一介质中，超声波在同一介质中，超声波 的声强与声压的平方成正比。的声强与声压的平方成正比。第10页/共121页117、分

11、贝与奈培分贝与奈培 、分贝、分贝 、奈培、奈培 、关系：、关系：1NP=8.86 dB 1NP=8.86 dB 1dB=0.115NP 1dB=0.115NP8 8、超声波垂直入射到界面时的反射和透射、超声波垂直入射到界面时的反射和透射 、声压反射率和声压透射率声压反射率和声压透射率 声压反射率：声压反射率：第11页/共121页12 声压透射率：声压透射率：t-r=1t-r=1 、声强反射率和声强透射率、声强反射率和声强透射率 声强反射率：声强反射率：声强透射率：声强透射率：T+R=1T+R=1第12页/共121页13 、讨论：、讨论：超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例与界面两侧介

12、质超声波垂直入射到平界面时，声压或声强的分配比例与界面两侧介质的声阻抗有关。的声阻抗有关。声阻抗差越大，声压反射率越大。当声阻抗差越大，声压反射率越大。当Z Z1 1Z Z2 2或或Z Z2 2 Z Z1 1时，声波时，声波几乎全射，无透射。几乎全射，无透射。声阻抗差越小，声压反射率越小，声压透射率越大。当声阻抗差越小，声压反射率越小，声压透射率越大。当Z Z1 1ZZ2 2时，声时，声波几乎全透射，无反射。波几乎全透射，无反射。第13页/共121页14 、声压往复透射率声压往复透射率 超声探头发射的声波透过工件界面，经超声探头发射的声波透过工件界面，经底面反射后再透过界面被探头接收。接收的回

13、底面反射后再透过界面被探头接收。接收的回波声压与入射波声压之比称往复透射率。波声压与入射波声压之比称往复透射率。在底面全反射的情况下，声压往复透在底面全反射的情况下，声压往复透射率：射率：与声强透射率数值相等。与声强透射率数值相等。若底面反射率为：若底面反射率为：则声压往复透射率为：则声压往复透射率为：第14页/共121页15 声压反射率、透射率和声压往复透射率计算：声压反射率、透射率和声压往复透射率计算：(458)(458)例题例题1 1：不锈钢与碳钢的声阻抗差约为：不锈钢与碳钢的声阻抗差约为1%1%，试计算复合界面上的声压，试计算复合界面上的声压反射率？反射率？解：设碳钢的声阻抗解：设碳钢

14、的声阻抗Z Z钢钢=1=1，则不锈钢的声阻抗，则不锈钢的声阻抗Z Z不不=1-1%=0.99=1-1%=0.99 第15页/共121页16(471)(471)例例题题2 2、已已知知钛钛和和钢钢的的声声阻阻抗抗差差约约为为40%40%。若若从从钢钢一一侧侧探探测测钛钛/钢钢复复合合板，求复合层回波与底面回波的分贝差。板，求复合层回波与底面回波的分贝差。解：解：第16页/共121页179、超声波斜入射到界面的反射和折射超声波斜入射到界面的反射和折射 、反射、折射和波型转换反射、折射和波型转换 反射：反射：超声波斜入射至界面时，一部分声波返超声波斜入射至界面时，一部分声波返回原介质中，改变方向传播

15、，称为反射。回原介质中，改变方向传播，称为反射。折射：折射：超声波斜入射至界面时，一部分声波进超声波斜入射至界面时，一部分声波进入第二种介质，改变方向继续传播，称为折入第二种介质，改变方向继续传播，称为折射。射。波型转换：波型转换：超声波斜入射至界面时，除产生同种波超声波斜入射至界面时，除产生同种波型的反射和折射波外，不产生不同类型的反型的反射和折射波外，不产生不同类型的反射和折射波，这种现象称为波型转换。射和折射波，这种现象称为波型转换。第17页/共121页18 、反射、折射定律反射、折射定律 超声波斜入射到界面时，其产生的反射超声波斜入射到界面时，其产生的反射波、折射波和入射波的角度之间存

16、在下列关波、折射波和入射波的角度之间存在下列关系系（反射折射定律）：（反射折射定律）：纵波斜入射纵波斜入射 横波斜入射横波斜入射第18页/共121页19 斯奈尔定律可简化为下式表示：斯奈尔定律可简化为下式表示：由公式得知：超声波斜入射至平界面由公式得知：超声波斜入射至平界面时，其反射角、折射角的大小只与界面两侧时，其反射角、折射角的大小只与界面两侧介质的声速有关。声速大则角大，声速小则介质的声速有关。声速大则角大，声速小则度小，声速相等则角度相等度小，声速相等则角度相等第19页/共121页20 反射折射定律计算：反射折射定律计算：(494)(494)例题：采用钢焊缝探伤用的例题：采用钢焊缝探伤

17、用的K=1K=1斜探头斜探头（C CL1L1=2700m/s,=2700m/s,钢钢C CS S=3200m/s=3200m/s）,检验某种硬检验某种硬质合焊缝（质合焊缝（C CS S=3800m/s=3800m/s），其实际），其实际K K值为多大值为多大？解：K=1 tgK=1 tg1 1=1 =1 1 1=45=45O O 根据折射定律：K K2 2=tg=tg57.1=tg=tg57.1o o=1.5=1.5第20页/共121页21解法二：解法二：第21页/共121页22 、临界角临界角 第一临界角（纵波斜入射）第一临界角（纵波斜入射）第二临界角（纵波斜入射）第二临界角（纵波斜入射）第

18、三临界角（横波斜入射）第三临界角（横波斜入射）第22页/共121页23 、斜入射的声压反射率斜入射的声压反射率 斜入射时的声压反射率和透射率不仅与斜入射时的声压反射率和透射率不仅与介质声阻抗有关，而且与入射角有关介质声阻抗有关，而且与入射角有关。、端角反射、端角反射 超声波在两个平面构成的直角内的反射超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射。叫端角反射。超声波在端角经历了两次反射，纵波入超声波在端角经历了两次反射，纵波入射时端角反射率都很低，横波入射时，当入射时端角反射率都很低，横波入射时，当入射角在射角在30300 0和和60600 0（K=0.7K=0.7和和1.5)1.5)附近时端角

19、反附近时端角反射率很低。射率很低。第23页/共121页241010、超声波的在曲面上的反射和透射、超声波的在曲面上的反射和透射 、球面波在曲界面上的反射和折射、球面波在曲界面上的反射和折射 球面波在曲界面上的反射球面波在曲界面上的反射 球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；球面波入射到凹曲面时，其反射波聚焦；入射到凸曲面时，其反射波发散。入射到凸曲面时，其反射波发散。球面波透过曲界面后也发生聚焦或发球面波透过曲界面后也发生聚焦或发散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关，散，折射波的聚焦还是发散与曲面凹凸有关，还与界面两侧介质的声速有关。还与界面两侧介质的声速有关。曲面为凹面，当曲面为凹面，当C1

20、C1C2C2时，透射波聚焦；时，透射波聚焦；当当C1C1C2C2时，透射波发散。时，透射波发散。曲面为凸面，当曲面为凸面，当C1C1C2C2时，透射波发散；时，透射波发散；当当C1C1C2C2时，透射波聚焦。时，透射波聚焦。第24页/共121页251111、超声波的衰减、超声波的衰减 (404)(404)、衰减及产生原因、衰减及产生原因 衰减：超声波在介质中传播时随距离增衰减：超声波在介质中传播时随距离增加能量逐渐减弱的现象加能量逐渐减弱的现象。产生原因：产生原因：扩散衰减：超声波传播过程中，由于扩散衰减：超声波传播过程中，由于波束的扩散使超声波的能量随距离增加而逐渐波束的扩散使超声波的能量随

21、距离增加而逐渐减弱。减弱。散射衰减：超声波在介质中传播时，散射衰减：超声波在介质中传播时，遇到声阻抗不同的界面时产生散乱反射引起超遇到声阻抗不同的界面时产生散乱反射引起超声波的衰减，同时在示波屏上形成草状回波。声波的衰减，同时在示波屏上形成草状回波。吸收衰减：超声波在介质中传播时，吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传由于介质中质点间内磨擦（即粘滞性）和热传导引起超声波的衰减。导引起超声波的衰减。通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包通常所说衰减指吸收和散射衰减，不包括扩散衰减。括扩散衰减。第25页/共121页26 、影响衰减的因素、影响衰减的因素 介质的衰减程度

22、与介质的晶粒尺寸、介质的衰减程度与介质的晶粒尺寸、各向异性系数和超声波的频率有关。晶粒尺各向异性系数和超声波的频率有关。晶粒尺寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，寸越大、各向异性越强、超声波频率越高，衰减越大。衰减越大。、衰减系数测定、衰减系数测定 工件上下表面平行，表面平整光洁，工件上下表面平行，表面平整光洁，厚度厚度T T3N3N时：时：厚度厚度T3NT3N时：时：第26页/共121页27二、超声场和规则反射体回波声压二、超声场和规则反射体回波声压1、圆盘波源发射的纵波声场圆盘波源发射的纵波声场 、波束轴线上的声压、波束轴线上的声压 当当 时，经简化处理得：时，经简化处理得：、近场区和近

23、场长、近场区和近场长 波源附近由于波的干涉而出现的一系波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压极大和极小值的区域称为近场区。列声压极大和极小值的区域称为近场区。最后一个极大值至波源的距离称近场最后一个极大值至波源的距离称近场长。长。其值为：其值为：第27页/共121页28 、远场区、远场区 波源轴线上至波源距离大于波源轴线上至波源距离大于N N的区域称的区域称远场区。远场区轴线上的声压随距离单调减远场区。远场区轴线上的声压随距离单调减小，当小，当x x3N3N时，声压与距离成反比，声波可时，声压与距离成反比，声波可视为球面波。视为球面波。、波束指向性与半扩散角、波束指向性与半扩散角 半扩散角：半

24、扩散角：声束横截面上偏离轴线的第一个声压零声束横截面上偏离轴线的第一个声压零值点与波源连线和中心轴线的夹角称半扩散值点与波源连线和中心轴线的夹角称半扩散角。角。圆形晶片发射的纵波声场，半扩散角：圆形晶片发射的纵波声场，半扩散角：第28页/共121页29 波束指向性：波束指向性：以确定的扩散角向固定方向辐射超声波以确定的扩散角向固定方向辐射超声波的的 特性称为波束指向性。特性称为波束指向性。半扩散角越小，指向性就越好。半扩散角越小，指向性就越好。、波束未扩散区与扩散区、波束未扩散区与扩散区 超声波不是从声源开始扩散，存在一个超声波不是从声源开始扩散，存在一个未扩散区未扩散区b b：b1.64Nb

25、1.64N 未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰未扩散区内波束不扩散，不存在扩散衰减。减。离声源距离大于离声源距离大于b b的区域称为扩散区，声的区域称为扩散区，声束存在扩散衰减。束存在扩散衰减。第29页/共121页302、矩形波源辐射的纵波声场矩形波源辐射的纵波声场 、声束轴线上的声压：、声束轴线上的声压：、半扩散角半扩散角 、近场区长度、近场区长度第30页/共121页313、实际声场与理想声场比较实际声场与理想声场比较 远场区基本一致，近场区差别较大。远场区基本一致，近场区差别较大。实际声场在近场也存在极大极小值，但其极实际声场在近场也存在极大极小值，但其极值点少且波动幅度小。值点少且波动幅

26、度小。第31页/共121页325 5、横波发射声场、横波发射声场 、声束轴线上的声压（、声束轴线上的声压（x3N)x3N)、近场区长度、近场区长度 、第二介质中的近场长度、第二介质中的近场长度第32页/共121页33(460)(460)例题：试计算例题：试计算2.5P1310K1.52.5P1310K1.5斜探头在斜探头在钢中的近场长度（已知钢中钢中的近场长度（已知钢中C CL2L2=5900m/s=5900m/s，C CS2S2=3200 m/s=3200 m/s；有机玻璃楔块中；有机玻璃楔块中C CL1L1=2700 m/s=2700 m/s，声程，声程L L1 1=15mm=15mm）。

27、解：第33页/共121页34 、半扩散角半扩散角 第34页/共121页35讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近场长讨论：晶片直径、声波波长（频率）与近场长度、波束指向性的关系：度、波束指向性的关系：由：由：1 1、晶片直径大、波长短（频率高），近、晶片直径大、波长短（频率高），近场长度大，半扩散角小，指向性好；场长度大，半扩散角小，指向性好；2 2、晶片直径小、波长大（频率低），近、晶片直径小、波长大（频率低），近场长度小，半扩散角大，指向性差。场长度小，半扩散角大，指向性差。所以近场长的探头指向性好，近场短的所以近场长的探头指向性好，近场短的探头指向性差。探头指向性差。第35页/共121页3

28、66 6、规则反射体的回波声压、规则反射体的回波声压 、平底孔回波声压、平底孔回波声压 平底孔回波声压与面积成正比，与距平底孔回波声压与面积成正比，与距离平方成反比。离平方成反比。任意二平底孔的回波分贝差为：任意二平底孔的回波分贝差为：第36页/共121页37 平底孔直径一定，距离增加一倍，平底平底孔直径一定，距离增加一倍，平底孔回波降低孔回波降低12dB12dB；平底孔距离一定，孔径增；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高加一倍，平底孔回波升高12dB.12dB.第37页/共121页38 、长横孔回波声压长横孔回波声压 长横孔回波声压与长横直径平方根成正长横孔回波声压与长横直径平方根

29、成正比，比，与距离的三分之二次方成反比。与距离的三分之二次方成反比。任意二平底孔的回波分贝差为：任意二平底孔的回波分贝差为：第38页/共121页39 长横孔直径一定，距离增加一倍，回波长横孔直径一定，距离增加一倍，回波降低降低9dB9dB；长横孔距离一定，孔径增加一倍，；长横孔距离一定，孔径增加一倍，回波升高回波升高3dB.3dB.第39页/共121页40 、短横孔回波声压、短横孔回波声压 短横孔回波声压与短横孔长度，与直径短横孔回波声压与短横孔长度，与直径的平方根成正比，与距离的平方成反比。的平方根成正比，与距离的平方成反比。任意短横孔的回波分贝差为任意短横孔的回波分贝差为：第40页/共12

30、1页41 短短横孔直径和长度一定，距离增加一倍，横孔直径和长度一定，距离增加一倍，回波降低回波降低12dB12dB；短横孔直径和距离一定，长；短横孔直径和距离一定，长度增加一倍，回波升高度增加一倍，回波升高6dB6dB；短横孔长度和距；短横孔长度和距离一定，直径增加一倍，回波升高离一定，直径增加一倍，回波升高3dB.3dB.第41页/共121页42 、球孔回波声压 球孔回波声压与球孔的直径成正比，与球孔回波声压与球孔的直径成正比，与距离平方成反比。距离平方成反比。任意二球孔的回波分贝差为：任意二球孔的回波分贝差为：第42页/共121页43 球孔直径一定，距离增加一倍，平底孔球孔直径一定，距离增

31、加一倍，平底孔回波降低回波降低12dB12dB；平底孔距离一定，孔径增加；平底孔距离一定，孔径增加一倍，平底孔回波升高一倍，平底孔回波升高6dB.6dB.第43页/共121页44 、大平底面回波声压大平底面回波声压 大平底面的回波声压与距离成反比。大平底面的回波声压与距离成反比。两个距离不同的大平底面的回波分贝差为：两个距离不同的大平底面的回波分贝差为：大平底面距离增加一倍，回波降低大平底面距离增加一倍，回波降低6dB6dB。第44页/共121页45 、圆柱曲面的回波声压圆柱曲面的回波声压 实心圆柱体，与大平底面相同实心圆柱体，与大平底面相同 空心圆柱体空心圆柱体 外圆面探伤外圆面探伤 回波声

32、压小于同距离大平底。回波声压小于同距离大平底。内圆面探伤内圆面探伤 回波声压大于同距离大平底。回波声压大于同距离大平底。第45页/共121页46反射体反射体回波声压回波声压差差12x2=2x12=21l2=2l1大平底面大平底面-6dB-平底孔平底孔-12dB+12dB-球孔球孔-12dB+6dB-长横孔长横孔-9dB+3dB-短横孔短横孔-12dB+3dB+6dB第46页/共121页47三、仪器、探头和试块三、仪器、探头和试块1 1、超声波探伤仪超声波探伤仪 、仪器的作用、仪器的作用 、产生高频电脉冲加于探头，激励、产生高频电脉冲加于探头，激励探头发射超声波；探头发射超声波；、接收探头送回的

33、电信号经处理以、接收探头送回的电信号经处理以一定的方式显示出来。一定的方式显示出来。、仪器按显示方式的分类、仪器按显示方式的分类 、A A显示探伤仪：波形显示，横座显示探伤仪：波形显示，横座标代表声波传播时间或距离，纵座标代表声标代表声波传播时间或距离，纵座标代表声波幅度波幅度。第47页/共121页48 、B B显示探伤仪：横座标代表探头移显示探伤仪：横座标代表探头移动轨迹，纵座标代表声波传播时间。显示工动轨迹，纵座标代表声波传播时间。显示工件纵截面图形。件纵截面图形。、C C显示探伤仪：横座标和纵座标代显示探伤仪：横座标和纵座标代表探头在工件表面的位置。显示工件内部缺表探头在工件表面的位置。

34、显示工件内部缺陷的平面图像。陷的平面图像。、仪器电路组成、仪器电路组成 由发射电路、接收电路、扫描电路、同由发射电路、接收电路、扫描电路、同步电路、显示电路、电源电路等六部分组成。步电路、显示电路、电源电路等六部分组成。、各部分电路的作用、各部分电路的作用 、同部电路（触发电路）：是整个探、同部电路（触发电路）：是整个探伤仪的中心，产生电脉冲，触发探伤仪发射伤仪的中心，产生电脉冲，触发探伤仪发射电路、扫描电路等步调一致地工作。电路、扫描电路等步调一致地工作。第48页/共121页49 、发射电路：产生高频电脉冲，加、发射电路：产生高频电脉冲，加于探头，激励压电晶片振动产生超声波。于探头，激励压电

35、晶片振动产生超声波。、接收电路：将来自探头的信号进行、接收电路：将来自探头的信号进行放大、检波、加至示波管垂直偏转板，在示放大、检波、加至示波管垂直偏转板，在示波屏上显示出来。波屏上显示出来。、显示电路：显示探伤波形。、显示电路：显示探伤波形。、电源：给探伤仪各部分电路供电。、电源：给探伤仪各部分电路供电。、仪器主要开关旋钮作用及调整、仪器主要开关旋钮作用及调整 抑制旋钮：抑制旋钮：抑制荧光屏上幅度较低或认为不需要显抑制荧光屏上幅度较低或认为不需要显示的杂乱反射波，使之不显示。使用抑制时，示的杂乱反射波，使之不显示。使用抑制时，仪器垂直线性和动态范围遭破坏，抑制越大，仪器垂直线性和动态范围遭破

36、坏，抑制越大，动态范围越小。动态范围越小。第49页/共121页50 深度细调旋钮深度细调旋钮 连续改变扫描线的扫描速度，连续改变扫描线的扫描速度，使扫描线使扫描线上的回波间距在一定范围内连续变化。上的回波间距在一定范围内连续变化。用来精用来精确调节探测范围。确调节探测范围。延迟旋钮延迟旋钮 调节开始发射脉冲时刻与开始扫描时刻调节开始发射脉冲时刻与开始扫描时刻的时间差。的时间差。使扫描线上的回波沿扫描线水平移使扫描线上的回波沿扫描线水平移动，但间距不变。动，但间距不变。用来进行零位校正。水浸探用来进行零位校正。水浸探伤中，用来把水中部分调节到荧光屏外不予显伤中，用来把水中部分调节到荧光屏外不予显

37、示。示。衰减器衰减器 衰减器的作用是调节仪器灵敏度和测量衰减器的作用是调节仪器灵敏度和测量回波幅度（改变放大电路的放大倍数）。回波幅度（改变放大电路的放大倍数）。深度补偿开关（深度补偿开关（DACDAC）改变放大器的线性，使不同距离上的缺改变放大器的线性，使不同距离上的缺陷回波具有相同或相近的高度。陷回波具有相同或相近的高度。第50页/共121页51 2、超声波探头超声波探头 、压电效应：压电效应：某些晶体材料在交变应力作用下，产生某些晶体材料在交变应力作用下，产生交变电场的效应正压电效应；反之，当晶体交变电场的效应正压电效应；反之，当晶体材料在交变电场作用下产生伸缩变形的效应材料在交变电场作

38、用下产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。称为逆压电效应。、压电晶体：、压电晶体：具有压电效应的材料称为压电晶体。具有压电效应的材料称为压电晶体。分为：单晶材料：分为：单晶材料：SiOSiO2 2 、LiSOLiSO4 4、LiNbOLiNbO3 3 多晶材料（压电陶瓷）：多晶材料（压电陶瓷）：BaTiOBaTiO3 3、PbZrTiOPbZrTiO3 3、PbTiOPbTiO3 3 单晶材料：接收灵敏度高；单晶材料：接收灵敏度高；多晶材料：发射灵敏度高。多晶材料：发射灵敏度高。第51页/共121页52 、探头的种类和结构探头的种类和结构 (P111-12)(P111-12)直探头（纵波探头）直探

39、头（纵波探头）发射和接收纵波。探测与表面平行的缺陷。发射和接收纵波。探测与表面平行的缺陷。组成：组成：a.a.压电晶片：发射和接收超声波，用压电压电晶片：发射和接收超声波，用压电材料制成。材料制成。b.b.保护膜：硬保护膜用刚玉制成；软保护保护膜：硬保护膜用刚玉制成；软保护膜用塑料掉成。保护压电晶片，防止晶片磨损或膜用塑料掉成。保护压电晶片，防止晶片磨损或损坏。损坏。c.c.吸收块（阻尼块）：还原树脂加钨粉制吸收块（阻尼块）：还原树脂加钨粉制成。用于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的成。用于阻尼压电晶片的振动，吸收晶片背面的杂波和支承晶片。杂波和支承晶片。第52页/共121页53 d.d.外壳

40、：用金属或塑料制成。把各种元件外壳：用金属或塑料制成。把各种元件组合在一起并保护之。组合在一起并保护之。e.e.电缆线：传送电信号。电缆线：传送电信号。f.f.接头：连接探头电缆线。接头：连接探头电缆线。斜探头：斜探头：探测与表面倾斜的缺陷。探测与表面倾斜的缺陷。a.a.横波斜探头（横波斜探头（L L）：通过波型）：通过波型转换在工件中产生横波。转换在工件中产生横波。b.b.纵波斜探头（纵波斜探头（L L=）：在）：在工件中产生倾斜纵波。工件中产生倾斜纵波。c.c.表面波斜探头（表面波斜探头（L L）：在工）：在工件中产生表面波。件中产生表面波。第53页/共121页54 与直探头不同之处是：与

41、直探头不同之处是：斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发斜楔：用有机玻璃制成，使声束倾斜发射以在工件中产生波型转换。其上开有吸声射以在工件中产生波型转换。其上开有吸声槽，周围填充吸声材料，以减少杂波。槽，周围填充吸声材料，以减少杂波。表面波探头表面波探头 在工件中产生表面波，探测表面或近表在工件中产生表面波，探测表面或近表面缺陷。面缺陷。结构：结构：与横波斜探头相同。只是其入射角大于与横波斜探头相同。只是其入射角大于或等于第二临界角。其入射角按下式计算：或等于第二临界角。其入射角按下式计算：第54页/共121页55 双晶探头（分割式探头）双晶探头（分割式探头）双晶直探头、双晶斜探头，用于探测薄双晶

42、直探头、双晶斜探头，用于探测薄工件和近表面缺陷。工件和近表面缺陷。结构：由两块压电晶片组成，一块发射结构：由两块压电晶片组成，一块发射超声波，一块接收超声波。晶片前加有有机超声波，一块接收超声波。晶片前加有有机玻璃延迟块。玻璃延迟块。双晶探头优点：双晶探头优点：a.a.近距离灵敏度高；近距离灵敏度高；b.b.工件中近场区长度小；工件中近场区长度小；c.c.盲区小，杂波小；盲区小，杂波小；d.d.探测范围可调。探测范围可调。第55页/共121页56 聚集探头聚集探头 聚焦直探头由直探头和声透镜组成。利聚焦直探头由直探头和声透镜组成。利用声透镜使声束会聚到一点或一线。用声透镜使声束会聚到一点或一线

43、。点聚焦探头声透镜为球面，线聚焦探头点聚焦探头声透镜为球面，线聚焦探头声透镜为圆柱面。声透镜为圆柱面。、各种探头型号示例：、各种探头型号示例：第56页/共121页57 3、试块试块 、试块的作用、试块的作用 a.a.测试仪器和探头性能测试仪器和探头性能 b.b.调节仪器扫描速度调节仪器扫描速度 c.c.调整探伤灵敏度调整探伤灵敏度 d.d.评定缺陷大小。评定缺陷大小。、试块的分类（、试块的分类（JB/T4740-2005JB/T4740-2005定义）定义）a.a.标准试块标准试块 用于仪器探头系统校准和检测校准的试用于仪器探头系统校准和检测校准的试块。块。b.b.对比试块对比试块 用于检测校

44、准的试块。用于检测校准的试块。第57页/共121页58 、承压设备用试块承压设备用试块 标准试块标准试块 JB/T4740.2-2005JB/T4740.2-2005规定的标准试块有：规定的标准试块有：a.a.钢板检测用试块：钢板检测用试块：CBCB、CBCB b.b.锻件检测用试块：锻件检测用试块：CSCS、CS CS、CSCS c.c.焊缝检测用试块：焊缝检测用试块：CSKIACSKIA、CSKACSKA、CSKACSKA、CSKACSKA。对比试块对比试块 JB/T4740.2-2005JB/T4740.2-2005使用的标准试块有：使用的标准试块有：a.a.钢板横波检测对比试块；钢板横

45、波检测对比试块；b.b.锻件横波检测对比试块；锻件横波检测对比试块；第58页/共121页59 c.c.无缝钢管检测用对比试块；无缝钢管检测用对比试块；d.d.声能传输损耗超声检测对比试块；声能传输损耗超声检测对比试块；e.e.奥氏体钢锻件超声检测对比试块奥氏体钢锻件超声检测对比试块 f.f.铝焊接接头超声检测对比试块；铝焊接接头超声检测对比试块；g.g.钢钢制制压压力力管管道道和和管管子子焊焊接接接接头头超超声声检检测对比试块；测对比试块；h.h.铝铝及及铝铝合合金金压压力力管管道道和和管管子子焊焊接接接接头头超声检测对比试块；超声检测对比试块；I.I.钛焊接接头超声检测对比试块；钛焊接接头超

46、声检测对比试块；j.j.堆焊层超声检测对比试块堆焊层超声检测对比试块第59页/共121页60 、仪器和探头性能、仪器和探头性能 仪器性能仪器性能 a.a.垂直线性：指仪器示波屏上波高与信垂直线性：指仪器示波屏上波高与信号电压之间成比例的程度。用垂直线性误差表号电压之间成比例的程度。用垂直线性误差表示。示。测试时测试时“抑制抑制”和和“深度补偿深度补偿”置于置于“关关”或或0 0。b.b.水平线性：指示波屏时基线显示的水水平线性：指示波屏时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度。取决平刻度值与实际声程之间成正比的程度。取决于扫描电路锯齿波的线性。用水平线性误差表于扫描电路锯齿波的线性。用

47、水平线性误差表示。示。c.c.动态范围：指仪器示波屏容纳信号大小的动态范围：指仪器示波屏容纳信号大小的能力。能力。第60页/共121页61 探头性能探头性能 a.a.入射点（前沿距离入射点（前沿距离l l0 0）入射点即声束轴线与探测面的交点。入入射点即声束轴线与探测面的交点。入射点至探头前沿的距离称为前沿距离。射点至探头前沿的距离称为前沿距离。实际探实际探伤中，测定入射点即测定前沿距离。用伤中，测定入射点即测定前沿距离。用CSKIA CSKIA R100R100圆弧测试。圆弧测试。b.b.K K值：值：K K值是斜探头折射角的正切值。值是斜探头折射角的正切值。用用CSKIA 50CSKIA

48、50孔圆弧面测试。孔圆弧面测试。c.c.探头主声束偏离探头主声束偏离 即探头主声束与探头几何轴线的偏离程即探头主声束与探头几何轴线的偏离程度。度。用试块任意棱边测试。用试块任意棱边测试。d.d.双峰双峰 第61页/共121页62 前后或左右移动探头，同一反射体产前后或左右移动探头，同一反射体产生两个波峰的现象，由于声束分叉引起。用生两个波峰的现象，由于声束分叉引起。用任意横孔测试任意横孔测试 仪器和探头组合性能仪器和探头组合性能 a.灵敏度余量灵敏度余量 灵敏度余量是指仪器最大输出时，使规灵敏度余量是指仪器最大输出时，使规定反射体回波达到基准高度时仪器所剩余的定反射体回波达到基准高度时仪器所剩

49、余的增益余量。用平底孔试块测试。增益余量。用平底孔试块测试。b.盲区：是指从探测面可发现缺陷的最盲区：是指从探测面可发现缺陷的最小距离。在盲区试块或小距离。在盲区试块或CSKIACSKIA试块上行测试。试块上行测试。c.c.始脉冲宽度：是指在一定的灵敏度条始脉冲宽度：是指在一定的灵敏度条件下，示波屏上始脉冲在件下，示波屏上始脉冲在20%20%垂直幅度的延续垂直幅度的延续长度，以钢中的声程表示。长度，以钢中的声程表示。第62页/共121页63 d.d.分辨力分辨力 分辨力是指示波屏上区分两个相邻缺陷分辨力是指示波屏上区分两个相邻缺陷的能力。的能力。e.回波频率回波频率 回波频率是指仪器和探头组合

50、使用时，回波频率是指仪器和探头组合使用时，从工件中返回的超声信号的频率。从工件中返回的超声信号的频率。回波频率用示波器测试。回波频率用示波器测试。第63页/共121页64四、超声波探伤法和通用探伤技术四、超声波探伤法和通用探伤技术1 1、超声波探伤方法分类、超声波探伤方法分类 、按原理分类，分为：、按原理分类，分为：脉冲反射法脉冲反射法缺陷回波法缺陷回波法底波高度法底波高度法多次底波法多次底波法 穿透法穿透法 共振法共振法 第64页/共121页65 、按波型分类：按波型分类：纵波法纵波法 （垂直法）（垂直法）用直探头发射纵法进行探伤的方法，称用直探头发射纵法进行探伤的方法，称为纵波法，又称为垂