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超声检测总复习
1.什么是超声波:
人耳听不见(人耳可听见16-20000Hz),即频率大于2万赫兹(2×104 Hz)的机械波(声波)
2.工业超声波探伤频率:1-5M Hz
a.粗晶材料(奥氏体不锈钢,大的锻件,铸件)用1-2 M Hz
b.细晶材料(薄钢板,薄焊缝)用4-5 M Hz,常用5 M Hz
c.其它材料:2-3 M Hz 常用2.5 M Hz
3.金属材料用高频超声波原因
a.指向性好(即)声能集中,可以传播很远,距离分辨力好,缺陷分辨率高。
b.f大即λ小,检测灵敏度高(可达到)
(一)超声波的发生及其性质:
1、超声波的发生的接收
(1)产生条件:
a.振动源(波源)——晶片振动
b.能传播波的介质——弹性介质
(2)振动和波动的区别:
a.振动——是物质在平衡位置附近的往复(周期性)运动。
b.波动——是振动状态或振动能量的传播,不是物质的迁移。
(3)压电效应:
a. 正压电效应: 交变(拉、压)应力——交变电场(接受超声波)
b.逆压电效应: 交变电场——振动(晶片)(发射超声波)
(4)压电晶片:
a.常用的压电晶片:
石英——单晶体、稳定性好、耐高温(550℃)
硫酸锂——单晶体、接收性能好
锆钛酸铅——多晶体、灵敏度高、发射性能好
钛酸钡——多晶体、发射性能好
铌酸锂——单晶体、耐高温(1200℃)
b.单晶直探头常用锆钛酸铅制作(PZT)
双晶探头常用PZT+硫酸锂,高温探头用铌酸锂和石英。
c.晶片参数:频率常数
2、超声波的种类:
(1)纵波–––振动方向与波传播方向平行
(2)横波–––振动方向与波传播方向垂直(只能在固体中传播)
(3)表面波–––长轴是横波,短轴是纵波的合成,在表面下2 λ内传播的椭圆振动(只能在固体中传播)
(4)板波:充满板内,各种模式的纵、横波
(5)爬波:表面下纵波(当纵波λ射角在第一临界附近时产生)
(6)探头:
a.直探头(纵波)
①阻尼块:缩短晶片振动时间,脉冲宽度变窄
②保护膜(按声阻抗Z大力分为硬、软保护膜)
硬保护膜——适用于表面光洁度高的工件
软保护膜——适用于表面粗糙工件
b.斜探头:(直探头+斜楔)
①斜楔(作用有二方面)
波型转换(CL有机玻璃 CL2件)
表面开槽:减少探头杂波
②K值(折射角的正切函数):t↗→k↗;斜楔磨损时,磨前k↘,磨后k↗。
C.双晶探头(双直,双斜)
①灵敏度高(聚焦区声能集中)
②声束窄,分辨率高
③定位精度高
3.声速(波速)
(1)常用的声速参数:
CL钢=5900米/秒 CS钢=3230米/秒
CL有机=2730米/秒 C水=1500米/秒
(2)与声速有关的参数:
a.与材料种类有关,
ρ(密度)↗→C↘, E(弹性)↗→C↗
b.与源型有关:CL:CS:Ct =1.8 : 1 : 0.9(对于钢材)
c.与温度(t↗→c↘,只有水例外)有关,
与应力(F↗(拉应力)→c↗)有关。
与介质尺寸有关。
4.频率、波长、声速相互关系:
C=f*λ
(1)λ——质点完成一次全振动波传播的距离。
或者波线上相邻两振动相位相同质点间的距离。
(2)f——波动过程中,每秒内通过某点波的个数。
(3)C——波在1秒内传播的距离。
5.超声波的特征量:
(1)声压——超声场中某点瞬间压强与无超声波存在时同一点静压强之差。
即声压 p与频率f成正比
(2)声强——垂直于超声波传播方向上,单位时间,单位面积通过的声能。
即声强正比于频率
(3)声阻抗——Z=ρC (表示介质的声学性质)
①与材料的种类有关ρ
②与波型有关C
③与温度有关t↗→C↘→Z↘
Δ质点的振动速度Vm≠波速C
Δ质点的振动频率f=波传播的频率f
Δ与Z相关的因素:材料的种类,波型,温度
(4)分贝Δ–––(当仪器垂直线性好时)
a.已知波高为H2=90%和H1=15%,求H2/H1的分贝差Δ?
解:
b.已知波高差6db, 求?
解:, H2=H1 即两波高差一倍
6.异质界面的反射和透射
垂直入射:
a.声压反射率γ(Pr/Pe)和透射率t(Pd/Pe)
b.声强反射率R(Ir/Ie)和声强透射率T(Id/Ie)
T
c.边界条件:由力的平衡:PO+Pr=Pt
由于波的连续性,两侧振动速度的振幅相等:
r+1=t; R+T=1
Δ超声波在钢中传播到底面遇到空气100%反射;
Δ超声波从钢传到水中时,88%的声能反射,12%进入水中;
Δ耦合剂作用是传播声能,同时在探头和工件间起到润滑作用。
(2)斜入射:
a.反射和折射定律:
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