第四单元 超声波探伤.ppt

第四单元 超声波探伤 综合知识模块一超声波探伤的基本原理 【重点】超声波的性质 【难点】超声波的波型 【授课方式】讲授 【教学内容】能力知识点1 超声波基本原理 能力知识点2 超声波的性质 能力知识点3 超声波的衰减 能力知识点1 超声波探伤基本原理 超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种无损检测方法。 主要用于检测:金属材料和部分非金属材料的内部缺陷。 特点：1）超声波探伤具有成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等突出优点。 2）探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作者技术水平和经验的影响及不能给出永久性记录等缺点。 1、超声波的波型 （1）纵波 质点振动方向与波传播方向一致的波称为纵波或压波，用符号L表示。纵波可在固体、液体和气体介质中传播。 （2）横波 质点振动方向与波传播方向垂直的波称为横波，用符号S表示。横波只在固体介质中传播。 （3）表面波 仅在固体表面传播且介质表面质点做椭圆运动的声波，称为表面波，用符号R表示。 2．超声波的声速与波长 （1）超声波的声速 单位时间内超声波传播的距离即超声波的声速。用符号“c”表示。 （2）超声波波长 在超声波的传播方向上相位相同的相邻两质点间的距离称为超声波的波长，用符号 “λ”表示。 （3）声速、波长和频率之间的关系 c ?λ 3．超声波的产生与接收 （1）逆压电效应与超声波的产生 逆压电效应：压电晶片两面施加高频的交变电场，以致在晶片的厚度方向上出现相应的压缩和伸长变形的现象。 （2）压电效应与超声波的接收 能力知识点2 超声波的性质 超声波具有以下几方面的性质： 一、有良好的指向性 1、直线性 超声波的波长很短（毫米数量级），因此它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播，并符合几何光学规律。 2、束射性 声源发生的超声波能集中在一定区域（称为超声场）定向辐射。 能力知识点2 超声波的性质 二、异质界面上的透射、反射、折射和波型转换 1、垂直入射异质介面时的透射、反射和绕射 固-气界面K≈100%,因此探伤中良好的耦合是一个必要条件。 2、倾斜入射异质界面时的反射、折射、波型转换 第一临界角（α1m） 第二临界角 α2m 能力知识点2 超声波的性质 由第一、第二临界角的物理意义可知： 1）当α＜α1m时，第Ⅱ种介质中同时存在着折射纵波和折射横波，这种情况在探伤中不采用。 2）当α1m≤α＜α2m时，第Ⅱ种介质中只存在折射横波,这是常用的斜探头的设计原理和依据,也是横波探伤的基本条件。 3 当α≥α2m时，第Ⅱ种介质中既无折射纵波又无折射横波,但这时在第Ⅱ种介质表面形成表面波,这是常用表面波探头的设计原理和依据。 能力知识点3 超声波的衰减 超声波在介质传播过程中，其能量随着传播距离的增 加而逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。 引起超声波衰减的原因主要有以下三个方面： 1．散射引起的衰减 超声波在传播过程中，在介质内部如遇到阻抗不同的界面，则会在界面上产生散乱反射、折射和波形转换，从而声波的能量，此衰减成为散射衰减。 衰减程度取决与晶粒大小与超声波波长之比。 2．介质吸收性引起的衰减 超声波的传播过程是以介质质点的机械振动二进行的， 由于质点的相对运动和相互摩擦，使部分的超声波能量转 变成热能，此种形式的超声波能量的衰减为介质吸收性引 起的衰减。 3．声束扩散引起的衰减 超声波在传播过程中会扩散，随着传播距离的增加，扩 散的程度也将增加。扩散导致波束截面增大，从而使单位 面积上声能减小，这种形式引起的超声波能量衰减成为声 束扩散引起的衰减。 本课小结 1.超声波的波型 横波、纵波、表面波。 2.超声波的性质 第一临界角 第二临界角 课后作业 1．何谓超声波？它有哪些重要特性？ 2．超声波是如何产生的？ 3．超声波的波长、频率与声速的相互关系是怎样的？ 4．什么是波型转换？波型转换的发生与哪些因素有关？ 综合知识模块二 超声波探伤设备简介 【重点】超声波探伤仪 【难点】超声波探伤仪的性能 【授课方式】讲授 【教学内容】能力知识点1 超声波探头 能力知识点2 超声波探伤仪 能力知识点3 试 块 能力知识点1 超声波探头 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。 组成:压电元件、吸收块、保护