无损检测模块二超声波检测.ppt

模块二 超声波检测 超声波检测是利用超声波能在弹性介质中传播，在界面上产生反射、折射等特性来检测材料内部或表面缺陷的检测方法。超声波检测不但检测厚度大，而且灵敏度高，速度快，成本低，能对缺陷准确定位和对缺陷定当量。超声波对人体无害。然而超声波检测，缺陷显示不直观，检测技术难度大，易受主、客观条件的影响，检测结果不便保存。 项目1 超声波检测基础知识 学习目标 1.了解机械波的产生原理。 2.熟悉超声波的分类。 3.掌握超声波的传播特性及衰减原因。 一、机械波 1.机械波的产生 振动的传播过程称为波动，现实生活中，我们经常看到水波、声波等在介质中的传播现象，那么机械是如何实现传播的？机械波传播时必要的条件是什么呢？ 产生机械波的必要条件有两个： 1）要有作机械振动的波源，即有一个力使质点在其平衡位置附近作往复运动。 2）要有能传播机械振动的弹性介质。 机械振动与机械波是互相关联的，振动是波动的根源，而波动是振动的传播。在机械波传播的过程中，各质点在其平衡位置附近做往复运动，并不随着机械波的传播而向前运动。因此，机械波的传播是振动和能量的传播。 液体和气体也能传播机械波，液体与气体介质中的弹性波是由液体和气体受到压力时的体积收缩和膨胀产生的。 2.描述机械波的物理量 （1）周期 在波动过程中，任意一个质点完成一个完整波的传播过程所需的时间称为周期。常用T来表示，单位常用秒（s）。 （2）频率 波动过程中，任意给定在1秒内所通过的完整波的个数，称为波动频率，用?表示，单位为赫兹（Hz）。 （3）波长 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，称为波长，用λ表示，常用单位为毫米（mm）。 （4）波速 波速是指在单位时间内波在介质中所传播的距离，用C表示，常用单位为米/秒（m/s）。 3.波的叠加、干涉和衍射 （1）波的叠加原理 当几列波同时在同一介质中传播时，如果在某些点相遇，每列波能保持各自的传播规律而不互相干扰。在波的重叠区域里各点的振动的物理量等于各列波在该点引起的物理量的矢量和。相遇后各列声波仍保持各自原有的频率、波长、幅度、传播方向等特性继续前进，好像各自的传播过程中没有遇到其他波一样。 （2）波的干涉现象 当两列由频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波源发出的波相遇时，声波的叠加会出现一种特殊的现象，即：合成声波的频率与两列波相同；合成声压幅度在空间中不同位置随两列波的波程差呈周期性变化，某些位置振动始终加强，而另一些位置振动始终减弱。合成声压的最大幅度等于两列波声压幅度之和，最小幅度等于两列波声压幅度之差。这种现象称为波的干涉现象。如图2-2所示。 （3）波的衍射现象 波的绕射和障碍物尺寸Df及波长λ的相对大小有关。当Dfλ时，波的绕射强，反射弱，缺陷回波很低，容易漏检。当Dfλ时，波的绕射弱，反射强，声波几乎全反射。故超声波波长越短，能发现的障碍物尺寸越小。 波的绕射对检测既有利又不利。在粗晶材料低频检测时，利用波的绕射，使超声波产生对晶粒绕射顺利地在介质中传播，这对检测是有利的，但同时由于波的绕射，使一些小缺陷反射波显著下降，以致造成漏检，这对检测不利。 二、超声波 通常把频率低于20Hz的声波称为次声波，而频率高于20kHz的声波称为超声波。 1.超声波的分类 （1）根据质点的振动方向与波传播方向的关系分 1）纵波L。介质质点的振动方向与波的传播方向相平行的波。 2）横波S。介质质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。 3）表面波R。当介质表面受到交变应力时，产生沿介质表面传播的波，称为表面波。 4）板波。在板厚与波长相当的薄板中传播的波，称为板波。 （2）根据波阵面的形状分类 超声波由声源向周围传播扩散的过程可用波阵面进行描述。如图所示。在无限大且各向同性的介质中，振动向各方向传播，人们用波线表示波的传播方向；将同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所连成的面称为波阵面；某一时刻振动传播到达的距声源最远的各点所连成的面称为波前。 1）平面波 波阵面为相互平行的平面的波称为平面波。平面波的波束不扩散，各质点振幅是一个常数，不随距离而变化。 2）柱面波 波阵面为同轴圆柱面的波称为柱面波。柱面波波束向四周扩散，柱面波各质点的振幅与距离平方根成反比。 3）球面波 波阵面为同心球面的波，称为球面波。球面波中质点的振动幅度与距声源的距离成反比。当声源的尺寸远小于测量点距离声源的距离时，可以把声波看成球面波。 （3）根据振动的持续时间分类 1）连续波 波源持续不断地振动所发射的波称为连续波，如图2-7a所示。超声波穿透法检测时常采用连续波。 2）脉冲波 波源振动持续时间很短（通常是微秒数量级）、间歇发射的波称为脉冲波，如图2-7b所示。脉冲波是目前超声检测中广泛采用的波型。 2.超