超声波探伤1.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 声强反射率： R= = r = ( ) 声强透射率： T= = t – r =1 T+R=1 下面讨论几种常见界面上声压和声强的反射和透射情况 Ir I0 2 2 Z2-Z1 Z1+Z2 It I0 4Z1Z2 (Z1+Z2) 2 以上讨论的超声波纵波垂直入射到第一平界面上的声压、声强反射率和透射率公式同样适用于横波入射的情况，但必须注意的是在横波入射到固体/液体或固体/气体界面上，横波全反射。因为横波不能在液体和气体中传播。 探伤中，探头与工件间如不施加耦合剂，则形成固/气界面，超声波无法进入工件。 §7－2声压往复透射率 在超声波单探头检测中，探头兼作发射和接收超声波。探头发出的超声波透过界面进入工件，在固/气界面产生全反射后再次通过同一界面被探头接收。这时探头接收到的回波声压Pa与入射波声压P0之比，称为声压往复透射率T往 P0 Pt Pt Pa Z1 Z2 Z空气=0 1、往复透射率高，探伤灵敏度高，反之，探伤灵敏度低。 2、声压往复透射率与界面两侧介质的声阻抗有关，与从何种介质入射到界面无关。 3、界面两侧的介质声阻抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。 §8 超声波斜入射到界面时的反射与折射 §8－1 波型转换与反射、折射定律 波型转换：当超声波斜入射的界面时，除产生同种类型的反射和折射外，还会产生不同类型的反射和折射。 几何光学三定律： 1、在均匀介质中光线沿直线传播； 2、入射角＝反射角；入射线、反射线、折射线在同一平面内； 3、入射角α和折射角β满足： n: 折射率 纵波入射 Z1 Z2 L αL 根据反射、折射定律： 同一介质中纵波的声速不变,因此 = 同一介质中纵波的声速大于横波的声速，因此 , 第一临界角： 当CL2 CL1 时，βL αL ,随着αL 增大,βL 也增大，当 βL ＝90°时，所对应的纵波入射角,α1 第二临界角： （1）当纵波入射角小于第一临界角时，第二介质中既有纵波又有横波； （2）当纵波入射角介于第一临界角和第二临界角时，第二介质中只有横波，没有纵波，这就是常用横波斜探头的制作原理。 （3）当纵波入射角大于等于第二临界角时，第二介质中即没有纵波也没有横波，这是其介质的表面存在表面波，这就是常用表面波探头的制作原理。 横波入射 Z1 Z2 S 横波入射 反射、折射定律 第三临界角： 当横波入射角增大到一定程度，反射纵波沿着界面传播，这时所对应当横波入射角为第三临界角。 当横波入射角大于等于第三临界角时，第一介质中只有反射横波，没有反射纵波，即横波全反射。 §8－2 端角反射 端角反射：超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。 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。 P0：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。 §9－3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