无损检测基础知识(新).pptVIP

6）界面的反射和透射： 垂直入射时的反射和透射：当超声波垂直地传到界面上时，一部分超声波被反射，而剩余的部分就穿透过去，这两部分的比率取决于两种介质的声阻抗。计算声压反射率R和声压透射率D的公式为： R=Z2-Z1/Z2+Z1 D=2 Z2/ Z2+Z1 式中Z1、Z2为两种介质的声阻抗 例如当钢中的超声波传到底面遇到空气界面时，由于空气与钢的声速和密度相差很大，超声波在界面上接近100%地反射，几乎完全不会传到空气中（只传约0.002%），而钢同水接触时，则有88%的声能被反射，有12%的声能穿透进入水中。通过超声波在界面上反射和透射特性得知，如果探头与被检物之间有空气时，超声波因在界面上全部被反射而不能进入工件，这就是为什么在 探伤时，必须在探头与工件之间涂机油或甘油等耦合剂的原因。 当前第31页\共有82页\编于星期日\3点 B、斜射时的反射和折射：当超声波斜射到界面上时，在界面上会产生反射和折射。假如介质为液体、气体时，反射波和折射波只有纵波。 当斜探头接触钢件时，因为两者都是固体，所以反射波和折射波都存在纵波和横波。此时，反射角和折射角是由两种介质中的声速来决定。 折射角的计算公式为： sini1/C1=sinθL/CL2=sinθS/Cs2 式中i1入射角；C1入射波声速；θL 纵波折射角；CL2第二介质的纵波声速；θS 横波折射角；Cs2第二介质的横波声速。 用斜探头时，从晶片发出的纵波传入斜楔后，斜射到探伤面上，如果传入第二介质中同时存在纵波和横波时，对判别会发生困难。入射角的角度大于第一临界角（就是使纵波全部反射，而不进入第二介质），使被检物中只有横波射入。当入射角大于第二临界角时，第二介质中的折射横波也将不存在，波将沿工件表面传播。这就要求纵波的入射角必须在第一临界角与第二临界角之间。如斜楔采用有机玻璃（纵波声速为2.73×103米/秒），被检材料为钢（纵波声速为5.9×103米/秒），则第一临界角α1=27o36′，第二临界角α2=57o48′。实际用的折射角范围为38o～80o。折射角大小也可以用其正切值表示，称为K值，例如折射角45o的探头K值为1，K2就是折射角为63.4o的探头。 当前第32页\共有82页\编于星期日\3点 7）指向性： A、声波的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质，叫做声波的指向性。探伤采用高频超声波，其理由之一就是希望它具有指向性，才便于超声波探伤发现缺陷，确定缺陷位置。 b 晶片 a θ0 如图 声束的指向性 当前第33页\共有82页\编于星期日\3点 晶片发出的超声波，其方向在某一个范围内，声束是不扩散的，可是，发射到一定程度时，由于晶片的制约力减弱，声束就扩散了。 B、指向角：超声波探头的声场中，在一定角度θ中包含了大部分的超声波能量，这个角度就叫做指向角（或叫半扩散角）。指向角θ0与超声波波长λ，晶片直径D的关系为： θ0=arcsin(1.12λ/D) 频率愈高（波长愈短），晶片愈大，则指向角就愈小。 8）近场区与远场区： 在超声波探头的声场中，按声压变化规律分为近场区和远场区。在近场区内，由于波的干涉效应使某些地方声压相互干涉而加强，另一些地方相互干涉而减弱，其结果是声压起伏变化很大，出现许多个声压极大和极小点。在声束轴线上最后一个声压极大值至声源的距离称为近场长度，用N表示。N值大小与晶片直径D以及波长有关： N≈D2/4λ 近场区内探测缺陷在定量上会出现误差，声压极大值处即使小缺陷的回波也可能较高，而声压极小值处，有可能发生较大缺陷的回波较低的情况。因此要避免在近场区对缺陷定量。 声场中近场区以外的区域称为远场区，远场区内声束轴线上的声压随距离的增大而降低 当前第34页\共有82页\编于星期日\3点 9）小物体上的超声波反射： 当超声波碰到缺陷时，会反射和散射。可是，如果缺陷尺寸小于波长的一半时， 由于衍射，波就会绕过缺陷传播，这样波的传播就与缺陷的存在与否没有关系了。因此，在超声波探伤中，缺陷尺寸的检出极限约为超声波波长的一半。 缺陷的尺寸愈大，愈容易反射。但由于缺陷形状和方向不同，其反射的方式也有所不同。超声波与光波十分相似，具有直线前进的性质。如果超声波垂直地入射到平面状的反射体时，大部分反射波都返回晶片，可以得到很高的缺陷回波，可是球形缺陷的反射波，因为是各个方向的反射，回到晶片的反射波较少，所以缺陷回波较低。另外，虽然是平面缺陷，但如果是倾斜的话（与超声波入射波成一定的夹角），也可能几乎没有反射波返回晶片。从超声波入射面（探伤面）对面，即工件的底面，反射回来的超声波叫底面回波。附件 当前第35页\