超声波检测精品课件

当超声波由一种介质入射到另一种介质时, 由于 在两种介质中传播速度不同, 在介质面上会产生反射、 折射和波形转换等现象。
一、 超声波的波形及其转换
由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不 同, 声波的波型也不同。通常有:
① 纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波;
② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波;
③ 表面波——质点的振动介于横波与纵波之间， 沿着表 面传播的波。 横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体 和气体中传播, 表面波随深度增加衰减很快。
为了测量各种状态下的物理量, 应多采用纵波。
纵波、 横波及其表面波的传播速度取决于介质的弹性常 数及介质密度, 气体中声速为344 m/s, 液体中声速在900~1900 m/s。
接通电源后，同步电路产生的触发脉冲同时加 至扫描电路和发射电路。扫描电路受触发后开始工 作，产生的锯齿波电压加至示波管水平（x轴）偏 转板上，使电子束发生水平偏转，从而在示波屏上 产生一条水平扫描线（又称时间基线）。
能力知识点2 超声波探伤仪
与此同时，发射电路受触发产生高频窄脉冲加 至探头，激励压电晶片振动而产生超声波，再通过 探测表面的耦合剂将超声波导入工件。超声波在工 件中传播遇到缺陷或底面时会发生反射，回波被同 一探头或接收探头所接收并被转变为电信号，经接 收电路放大和检波后加至示波管垂直（y轴）偏转 板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相
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由物理学知, 当波在界面上产生反射时, 入射角α的正弦与 反射角α′的正弦之比等于波速之比。当波在界面处产生折射时, 入射角α的正弦与折射角的正弦之比, 等于入射波在第一介质中 的波速C1与折射波在第二介质中的波速C2之比,
sin a c1
sin c2
三、 超声波的衰减
声波在介质中传播时, 随着传播距离的增加, 能量逐渐衰 减, 其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。 其
3．声轴偏离角 探头主声速轴线与晶片中心法线之间的夹角称 为声速轴线偏向角。 三、探头型号 探头型号由五部分组成，用一组数字和字母表示， 其排列顺序如下： （1）基本频率 单位为MHz。 （2）晶片材料 常用的晶片材料（压电材料）及其 代号见表。
（3）晶片尺寸 圆形晶片为晶片直径；方形晶片 为晶片长度×宽度；分割探头晶片为分割前的 尺寸。
应位置上产生始波（表面反射波）、缺陷波F、底 波B。
能力知识点2 超声波探伤仪
（4）探头种类 用汉语拼音缩写字母表示，直探 头也可以不标出，主要种类见表所示。
（5）探头特征 斜探头为其K值或γ，单位为°。
超声波探伤仪是探伤的主体设备，主要功能
是产生超声频率电振荡，并以此来激励探头发射超
声波。同时，它又将探头接收到的回波电信号予以
放大、处理，并通过一定方式显示出来。
一、超声波探伤仪的分类
第二节 超声波检测设备
超声波探伤设备一般由超声波探伤仪、探头 和试块组成。
超声波探头又称压电超声换能器，是实现电声能量相互转换的能量转换器件。
一、探头的种类
由于工件形状和材质、探伤目的及探伤条件 等
不同，因而将使用各种不同形式的探头。
在焊缝探伤中常用的探头有以下几种：
1．直探头
声束重直于被探工件表面入射的探头称为直 探头。它可发射和接收纵波。由压电元件、 吸收块、保护膜和壳体等组成。
1．按超声波的连续性可将探伤仪分为脉冲波 、连续波和调频波探伤仪三种。
2 ．按缺陷显示方式，可将探伤仪分为A型显 示（缺陷波幅显示）、B型显示（缺陷俯视图像显 示）、C型显示（缺陷侧视图像显示）和３D型显示 （缺陷三维图像显示）超声波探伤仪等。
3．按超声波的通道数目又可将探伤仪分为单 通道和多通道超声波探伤仪两种。前者是由一个或 一对探头单独工作；后者是由多个或多对探头交替 工作，而每一通道相当于一台单通道探伤仪，适用 于自动化探伤。 二、A型脉冲反射式超声波探伤仪 1．工作原理
面缺陷和薄工件的测厚。
能力知识点1 超声波探头
二、探头的主要参数 焊缝超声波探伤常使用斜探头。斜探头的主要性 能如下：
1．折射角γ(或探头K值) γ或K值大小决定了声束入射工作的方向和声
波传播途径，是为缺陷定位计算提供的一个有用数 据。 2．前沿长度
声束入射点至探头前端面的距离称前沿长度， 又称接近长度。它反映了探头对有余高的焊缝可接 近的程度。
当纵波以某一角度入射到第二介质（固体）的界面上时, 除有纵波的反射、 折射外, 还发生横波的反射和折射, 在某 种情况下, 还能产生表面波。
二、 超声波的反射和折射
声波从一种介质传播到另一种介质, 在两个介质的分界 面上一部分声波被反射， 另一部分透射过界面, 在另一种介 质内部继续传播。这样的两种情况称之为声波的反射和折 射, 如图10 - 2所示。
Px= P0e-αx Ix= I0e-2αx
（10 - 2） （10 - 3）
式中:Px、Ix ——距声源x处的声压和声强;
x——声波与声源间的距离;
α——衰减系数, 单位为Np/m（奈培/米）。
声波在介质中传播时, 能量的衰减决定于声波的扩散、 散射和吸收, 在理想介质中,声波的衰减仅来自于声波的扩散, 即随声波传播距离增加而引起声能的减弱。散射衰减是固体 介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声波散射。吸 收衰减是由介质的导热性、粘滞性及弹性滞后造成的, 介质吸 收声能并转换为热能。
第十章 超声波检测
第一节 超声波检测的物理基础
第一节 超声波检测的物理基础
振动在弹性介质内的传播称为波动, 简称波。频率 在16~2×104 Hz之间, 能为人耳所闻的机械波, 称为声 波; 低于16 Hz的机械波, 称为次声波; 高于2×104 Hz 的机械波, 称为超声波。 如图10 - 1。
2．斜探头 利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工
件的探头称为斜探头。它可发射和接收横波。它由 探头蕊、斜楔块和壳体等部分组成。
K=tgγ=1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。
3．水浸聚焦探头 它是一种由超声探头和声透镜组合而成的探头。
4．双晶探头 双晶探头又称分割式TR探头，主要用探测近表