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§10-3 衰减系数的测定 薄板工件衰减系数的测定 对于厚度较小,上下底面平行,表面光洁的薄板工件或试块,可用直探头放在薄板表面,使声波在上下表面往复反射,在示波屏上出现多次底波,由于介质的衰减和反射损失,使底波高度依次减小,如图所示,介质的衰减系数按下面公式计算: 式中:m、n 为底波的反射次数; Bm 、Bn 第m、n次底波高度; δ为反射损失,每次反射损失约为(0.5~1)dB; X 为薄板的厚度。 x Bm Bn T 2、厚板或粗圆柱体的衰减系数的测定 对于厚度大于200mm的厚板或粗圆柱体类工件,可根据第一、二次底波B1、B2的高度,按照下面公式计算: 式中: B1、B2第一、二次底波的高度; δ:反射损失; 6:扩散衰减引起的分贝差; x:工件厚度 x B1 B2 T 端角反射率: 回波声压Pa与入射波声压P0之比. T端= Pa / P0 钢/空气界面上钢中的端角反射率。 下图可知,纵波入射时,端角反射率都很低,这是因为纵波在端角的两次反射中分离出较强的横波。 钢/空气界面上钢中的端角反射率 -横波入射时 横波入射时,入射角αS=30°或60°附近时,端角反射率最低。αS在35°~55°时端角反射率达100%,实际工作中,横波检测焊缝单面焊根部未焊透的情况就类似于这种情况,当横波入射角αS(等于横波探头的折射角βS)=35°~55°,即K=tgβS=0.7~1.43时,检测灵敏度最高。当βS=56°,即K=1.5时,检测灵敏度较低,可能引起漏检。 超声波是一种频率很高波长很短的机械波,当超声波入射到曲界面上时,与可见光入射到曲界面上的情况相似,具有聚焦和发散的特性。而且,由于超声波在界面上会产生波型转换,因此超声波的聚焦与发散更为复杂。为了便于讨论,这里不考虑波型转换存在。超声波在遇到曲界面时的聚集与发散,与入射波的波形,曲界面两侧的声速等因素有关,存在多种可能性。下面就超声波检测中经常遇到的情况,作简单的介绍。 §9 超声波聚焦与发散 §9-1 声压距离公式 1、平面波 平面波不扩散,而是相互平行,因此,声压不随距离而扩散。 2、球面波 球面波的波振面为同心球面,超声场中某一点的声压与该点至波源的距离成反比。 P1:初始声压 X:某点至波源的距离 3、柱面波 柱面波的波振面为同轴柱面,声压与距离的平方根成反比。 §9-2 球面波在平界面上的反射与折射 1、球面波在单一平界面上的反射 球面波入射到平界面上,其反射波仍为球面波,且波源与入射波源对称,反射波声压为: 式中: r 为声压反射率; x为从虚拟波源O’算起的距离 2、球面波在双界面的反射 球面波在互相平行的双界间的多次反射仍符合球面波变化规律. 实际探伤中,当平行界面的间距d较大时,超声波探头发出的超声波可视为球面波,示波屏上各次底波反射波的高度近似符合 1: : …… 的规律。 3、球面波在单一平面上的折射 由于声速的不同,球面波入射到平界面上时,其折射波不再是严格的球面波.只有当张角较小时,可视为近似的球面波,且有: 对水/钢界面: 这说明:球面波入射的水/钢界面时,其折射角更加发散。 折射声压: t : 声压透射率; x :从折射波源算起的距离 §9-3平面波在曲界面上的反射与折射 1、平面波在曲界面上的反射 当平面波入射到曲界面上时,其反射波将发生聚焦或发散。平面波束与曲界面上各入射的法线成不同的夹角:入射角为0oC的声束沿原方向返回,称为声轴,其余声线的反射则随着距声轴距离的增大,反射角逐渐增大。 当曲界面为凹球面时,反射线汇聚于一个焦点上; 当曲界面为凹圆柱面时,反射线汇聚于一条焦线上。此时,焦距为: 式中:r—曲界面的曲率半径mm。 平面波入射到球面时,其反射波发生聚焦或发散,与球面的凹凸有关。反射波可视为从焦点发出的球面波,其反射声压为: 式中:f - 焦距 x - 轴线上某点至顶点的距离; P0 -顶点处入射波声压; :+用于发散,-用于聚焦。 ± 平面波入射到柱面时,其反射波可视为从焦轴发出的柱面波. 实际探伤
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