设备表面及内部缺陷检测.docVIP

开放实验室实验讲义 （设备表面及内部缺陷检测） 实验一 内部缺陷检测-超声波检测 (一)、超声波探伤 1.超声波探伤原理 超声波探伤是利用人耳无法感觉到的高频声波(＞20000Hz)射入被检物并用探头接收信号从而检测出材料内部或表面缺陷的方法。探伤用超声波频率一般在0.5-25MHz之间。 超声波波长与频率f和传播速度c的关系为： 入＝c/f (1-1) 在气体和液体中只有纵波，纵波声速c：为： CL=(K/ρ)1/2 (1-2) 式中 ρ-密度(kg／m3);K-体积弹性模量(N／m2)。 声阻抗Z为： Z＝ρ·C (1-3) 当声波由介质1垂直入射到介质2时，声能反射率只为： Z=(Z2-Z1)2/(Z1+Z2)2 (1-4) 式中Z1与Z2--介质1与介质2的声阻抗。 声能透射率T为： 式中 αl-纵波入射角；βl与βs队-纵波折射角与横波折射角；γL与γS-纵波反射角与横波反射角； cl1与cl2-两种介质户纵波声速；cs1与cs2-两种介质中横波声速。 若入射波为横波，有 (1-7) 式中 αs-横波入射角。 第一临界角为使纵波折射角等于90。时的纵波入射角(αlI) 有 (1-8) 第二临界角为使横波折射角等于90。时的纵波入射角(o，n)，有 ； (1-9) 超声波近场区(Fresuel区)长度N为 N=D2/4λ (1-10) 式中 D-发射体(晶片)直径；λ-波长。 远场区(Franhofer区)声束发散，强度与距离平方成反比。发射体为圆形时，声束在远场区之半扩散角60(指向角)由下式决定: sin(0=1.22λ/D (1-11) 超声波在介质中传播会发生声强的衰减，、规律为： I=I0e-2αδ (1-12) 式中 I。-超声波初始强度；I-超声波透过厚度为6(cm)的介质时的强度； α-线衰减系数(Np/cm，1Np/cm＝868.6dB/m)； 用分贝值Kp(KH)表示衰减变化或放大率，即：Kp＝201gP／Po KH＝201gH／H。(dB) (1-13) 式中 Po或H。-声压或波高基准值；P或H-声压或波高的测量值(或要求值)。 材料厚度等于半波长或其整数倍时，将发生共振，有 t=n·c/2f (1-14) 式中 t-共振厚度；c-声速；f-频率；n-整数。 表1-1为超声波探伤按不同方式分类简表。A型脉冲反射法探伤是目前使用的主要方法。 表1-1超声波探伤分类简表 按原理分类 连续探伤(共振式、调频式及穿透式)与脉冲探伤 按显示方式分类 声响显示与光电显示(A型、B型、C型与3D型) 按探头数分类 单探头、双探头及多探头探伤 按接触方式分类 直接接触法与水浸法探伤 2.脉冲反射法探伤过程与探伤条件 脉冲反射探伤法按超声波在介质中传播方式分类及用途列于表1-2。 表1-2 脉冲反射法分类 探伤方法 波 型 主 要 用 途 垂直探伤法 纵 波 铸件、锻件及轧件等的内部缺陷检测，有时也用于焊缝及管件内部缺陷检测 斜角探伤法 横 波 焊缝及管件等的内部缺陷检测 表面波探伤法 表面波 表面缺陷检测 颁标准 板波探伤法 板 波 薄板缺陷检测 越低。 (2).探头晶片尺寸的选用 影响晶片尺寸选用的因素列于表1-3 (3).折射角的选用 横波探伤用斜探头主要采用35o-70o的折射角。 管材探伤时，探头折射角β的选定应满足下式： 表1-3与晶片尺寸有关的因素 名 称