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文檔簡介
1、超聲波故障診斷技術,姓名: 學號: 20119360,,,超聲波故障診斷技術,一、超聲波檢測的基礎知識 二、 超聲場及其特征參量 三、 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 四、 超聲波檢測方法 五、超聲波的衰減 六、超聲檢測技術的應用,一、超聲波檢測的基礎知識,超聲波的產(chǎn)生依賴于做
2、高頻機械振動的“聲源”和傳播機械振動的彈性介質(zhì),所以機械振動和波動是超聲檢測的物理基礎。 超聲波是超聲振動在介質(zhì)中的傳播,超聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的機械波。與聲波和次聲波在彈性介質(zhì)中的傳播類同,區(qū)別在于超聲波的頻率高于20kHz。 工業(yè)超聲波檢測常用的工作頻率為:0.5~10MHz。,1、超聲波的特點,方向性好,,在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時傳播能量損失小,傳播距離大,穿透能力強。在一些
3、金屬材料中其穿透能力可達數(shù)米。,穿透能力強,,超聲波探傷預率遠高于聲波,而能量與頻率平方成正比。超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率。,在超聲波探傷中,特別是超聲波脈沖反射法探傷中。利用了超聲波具有幾何聲學的一些特點,如在介質(zhì)中直線傳播,遇界面產(chǎn)生反射、折射和波型轉換等,能 量 高,反射、折射和波型的轉換,,,,具有像光波 一樣定向束射的特性。超聲波是頻率很高、波長很短的機械波,在無損探傷中,使用的波長為
4、毫米數(shù)量級。,2、超聲波的分類,1) 按質(zhì)點的振動方向分類 根據(jù)波動傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向的關系。可將超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波等。 ,(1)縱波 介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相同的,用L表示。,(2)橫波 介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向垂直于波的傳播方向的波叫橫波,用S或T表示,(3) 表面波(瑞利波)。當超聲波在固體介質(zhì)中傳播時, 對于有限介質(zhì)而言,有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?見圖
5、1-4),受表面張力的作用。瑞利首先對這種波給予了理論上的說明,因此表面波又稱為瑞利波, 常用R表示。,圖1-4 表面波,(4) 板波(蘭姆波)。在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波按其傳播方式又可分為對稱型(S型)和非對稱型(A型)兩種,這是由質(zhì)點相對于板的中間層作對稱型還是非對稱型運動來決定的。,圖1-5 板波(a) 對稱型; (b) 非對稱型,2024/2/5,10,2)按振動持續(xù)時
6、間的長短分 根據(jù)波源振動持續(xù)時間的長短,將超聲波分為連續(xù) 波和脈沖波兩種。 ①連續(xù)波 波源持續(xù)不斷地振動所輻射的波稱為連續(xù)波。連續(xù)波常用于穿透法檢測和共振法測厚,其振動形態(tài)如圖7-1 (a)所示。 ②脈沖波。波源振動持續(xù)時間很短(微秒級)、間歇輻射的波稱為脈沖波。目前,超聲無損檢測中廣泛采用的就是脈沖波,其振動形態(tài)如圖7-1 (b)所示。,3) 按超聲波的波形分類 超聲波由聲源向周圍傳播的過程可
7、用波陣面 進行描述。根據(jù)波陣面的形狀(波形),可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波等。平面波即波陣面為平面的波,而柱面波的波陣面為同軸圓柱面,球面波的波陣面為同心球面,如圖1-6所示。在無限大且各向同性的介質(zhì)中,振動向各方向傳播, 用波線表示,圖1-6 波線、 波前與波陣面(a) 平面波; (b) 柱面波; (c) 球面波,當聲源是一個點時,在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面。 可以證明,球面波中質(zhì)點的振動幅度與距
8、聲源的距離成反比。 當聲源的尺寸遠小于測量點距聲源的距離時,可以把超聲波看成是球面波。 球面波的波動方程為 :,(1-1),二、 超聲場及其特征參量 充滿超聲波的空間或介質(zhì)中超聲振動所波及的質(zhì)點占據(jù)的范圍叫超生場。一、描述超聲場的物理量 1.聲壓 p 當介質(zhì)中有超聲波傳播時,由于介質(zhì)質(zhì)點振動,使介質(zhì)中壓強交替變化。超聲場中某一點在某一瞬時所具有的壓強P1與沒有超聲波存在時同一點的靜態(tài)壓強P0之差稱為該點的聲壓,用P表示,即,
9、(1-2),對于平面余弦波, 有:,(1-3),式中: 為介質(zhì)的密度;c為介質(zhì)中的聲速; 為介質(zhì)質(zhì)點的振幅;ω為介質(zhì)質(zhì)點振動的角頻率; 為質(zhì)點振動速度的幅值;t為時間;x為質(zhì)點距聲源的距離; 為聲壓幅值。 由上式可知:超聲場中某一點的聲壓幅值Pm與角頻率成正比,也就與頻率成正比。由于超聲波的頻率很高,遠大于聲波的頻率,故超聲波的聲壓一般也遠大于聲波的聲壓。,2.聲阻抗 介質(zhì)中某一
10、點的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點振動速度幅值Vm之比,稱為聲阻抗,常用Z表示,單位為g/(cm2·s); kg/(cm2·s) 。在同一聲壓下,聲阻抗Z愈大,質(zhì)點的振動速度就愈小。聲阻抗表示超聲場中介質(zhì)對質(zhì)點振動的阻礙作用。 由式(1-3)得,(1-4),氣體、液體和固體的聲阻抗相差較大:Z氣:Z液:Z金屬=1:3000:8000,3. 聲強 單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能,稱為聲強,用I表示,單位為W/cm2。
11、 對于平面縱波,其聲強I為,(1-5),由式(1-5)可知,超聲場中,聲強與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高,故超聲波的聲強很大,這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。,4. 分貝的概念 實際探傷中,將聲強I1與I2之比取對數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級,這時單位為分貝,用dB表示,即,(1-6),根據(jù)式(1-5),有,(1-7),式中: Pm1、 Pm2分別為聲強I1、 I2對應的聲壓幅值。,對于線性良好的超聲波探傷儀,示波屏上
12、波高與聲壓成正比,即任意兩波高H1、H2之比等于相應的聲壓Pm1、Pm2之比, 即,(1-8),取自然對數(shù)ln, 單位則為奈培。有:,三、 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性 一、 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射 (一)單一界面 如圖1-7所示,當超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時, 一部分能量透過界面進入第二種介質(zhì),成為透射
13、波(聲強為It), 波的傳播方向不變;另一部分能量則被界面反射回來,沿與入射波相反的方向傳播,成為反射波(聲強為Ir)。聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測缺陷的物理基礎。,圖1-7 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射,通常將反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0的比值稱為聲壓反射率r,將透射波聲壓Pt和P0的比值稱為聲壓透射率t。可以證明, r和t的數(shù)學表達式為:,(1-11),(1-12),式中: Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗; Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗
14、。,為了研究反射波和透射波的能量關系,引入聲強反射率R和聲強透射率T兩個量。R為反射波聲強(Ir)和入射波聲強(I0)之比;T為透射波聲強(It)和入射波聲強(I0)之比。,(1-13),(1-14),聲波垂直入射到平界面上時,聲壓和聲強的分配比例僅與界面兩側介質(zhì)的聲阻抗有關。 在垂直入射時,界面兩側的聲波必須滿足兩個邊界條件:1、一側聲壓等于另一側聲壓;2、兩側質(zhì)點速度振幅相等,以保持波的連續(xù)性。,(二)薄層界面 在超聲檢測中
15、經(jīng)常遇到超聲波進入第二種介質(zhì)后,穿過第二種介質(zhì)再進入第三種介質(zhì)的情況。如圖1-9所示,當超聲波從介質(zhì)1(聲阻抗為Z1)中垂直入射到介質(zhì)1和介質(zhì)2(聲阻抗為Z2)的界面上時, 一部分聲能被反射,另一部分透射到介質(zhì)2中;當透射的聲波到達介質(zhì)2和介質(zhì)3(聲阻抗為Z3)的界面時,再次發(fā)生反射與透射,其反射波部分在介質(zhì)2中傳播至介質(zhì)2與介質(zhì)1的界面,則又會發(fā)生同樣的過程。如此不斷地繼續(xù)下去,則在兩個界面的兩側,產(chǎn)生一系列的反射波與透射波。見P20
16、,圖1-9 在兩個界面上的反射和透射,二、 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、 折射和波型變換 當超聲波相對于界面入射點法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時,在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波型轉換現(xiàn)象,見圖1-10。入射聲波與入射點法線之間的夾角稱為入射角。,圖1-10 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換(a) 縱波入射; (b) 橫波入射,1) 反射 如圖1-10(a)所示,當縱波以入射角αL傾斜入射
17、到異質(zhì)界面上時,將會在介質(zhì)1中于入射點法線的另一側產(chǎn)生與法線成一定夾角rL的反射縱波。 反射波與入射點法線之間的夾角稱為反射角。入射縱波與反射縱波之間的關系符合幾何光學的反射定律,即αL=rL。 與光的反射不同的是,當介質(zhì)1為固體時,界面上既產(chǎn)生反射縱波,同時又發(fā)生波型轉換并產(chǎn)生反射橫波,即反射后同時產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時,橫波反射角rS與縱波入射角之間的關系與光學中的斯奈爾定律相同,為,(1-16),若入射聲波為橫波,也會產(chǎn)
18、生同樣的現(xiàn)象,見圖1-10(b), 這時橫波入射角αS與橫波反射角rS相等。介質(zhì)1為固體時縱波反射角與橫波入射角之間的關系為,(1-17),由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速,因此,無論是縱波入射還是橫波入射,均有 。當介質(zhì)1為液體或氣體時,則入射波和反射波只能為縱波。,2) 折射 當兩種介質(zhì)聲速不同時,透射部分的聲波會發(fā)生傳播方向的改變,稱為折射。不論是縱波入射還是橫波入射,只要介質(zhì)2為固體, 則介質(zhì)2中除有與入射波相同波
19、型的折射波外,均可因在界面發(fā)生波型轉換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。 這時,介質(zhì)2中可能同時存在縱波與橫波(見圖1-10)。折射角與入射角之間的關系符合斯奈爾定律。 折射角相對于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關。同時,由于縱波聲速總是大于橫波聲速,因此縱波折射角βL要大于橫波折射角βS。,3) 臨界角 當?shù)诙N介質(zhì)中的折射波型的聲速比第一種介質(zhì)中入射波型的聲速大時,折射角大于入射角。此時,存在一個臨界入射角
20、,在這個角度下,折射角等于90°。大于這一角度時, 第二種介質(zhì)中不再有相應波型的折射波。 (1) 第一臨界角。當入射波為縱波,且cL2>cL1時,使縱波折射角達到90°的縱波入射角稱為第一臨界角,用符號αⅠ表示。當縱波入射角大于第一臨界角時,第二介質(zhì)中不再有折射縱波。,(2) 第二臨界角。當入射波為縱波,第二介質(zhì)為固體, 且cS2>cL1時,使橫波折射角達到90°的縱波入射角為第二臨界角
21、,用符號αⅡ表示。 通常在超聲檢測中,臨界角主要應用于第二介質(zhì)為固體, 而第一介質(zhì)為固體或液體的情況。這種情況下,可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間的范圍,在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的純橫波, 對試件進行檢測。,(3) 第三臨界角。第三臨界角是在固體介質(zhì)與另一種介質(zhì)的界面上,用橫波作為入射波時產(chǎn)生的。使縱波反射角達到90°時的橫波入射角稱為第三臨界角,用表示αⅢ。 ,四、 超聲波檢測設備 ,1、超聲波檢測
22、儀,(1)按超聲波的連續(xù)性分 ①脈沖波檢測儀:這種儀器通過向工件周期性地發(fā)射不連續(xù)且頻率固定的超聲波,根據(jù)超聲波的傳播時間及幅度來判斷工件中缺陷的有無、位置、大小及性質(zhì)等信息,這是目前使用最為廣泛的一類超聲波檢測儀。②連續(xù)波檢測儀 這種儀器通過探頭向工件中周期性地發(fā)射連續(xù)且頻率不變(或在小范圍內(nèi)周期性變化)的超聲波,根據(jù)透過工件的超聲波的強度變化來判斷工件中缺陷的有無及大小、性質(zhì)等。,③調(diào)頻波檢測儀 這種儀器通過探
23、頭向工件中發(fā)射連續(xù)的、頻率周期性變化的超聲波,根據(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情祝來判斷工件中有無缺陷。,(2)按缺陷顯示的方式分 按其顯示缺陷的方式不同,可將超聲波檢測儀分為A型、B型和C型等三種類型。,超聲波檢測儀的性能指標是多方面的,主要的有水平線性、 垂直線性和動態(tài)范圍等。 ①水平線性 水平線性也稱比基線性或掃描線性,是表征檢測儀水平掃描線掃描速度的均勻程度。,②垂直線性 也稱放大線性,它是描
24、述檢測儀示波屏上反射波高度與接收信號電壓成正比關系的程度。垂直線性影響對缺陷的定量分析。 ③動態(tài)范圍 是檢測儀示波屏上反射波高度從滿幅降至消失時儀器衰減器的變化范圍。動態(tài)范圍大,對小缺陷得檢出能力強。,2)主要性能指標,,,,,2、超聲波探頭,超聲波探頭實際上是一種機械能和電能互相轉換的換能器,大多數(shù)是利用壓電效應制作的,其功能在于發(fā)生和接收超聲波。探傷用超聲波是一種頻率高達幾百千赫茲到幾兆赫茲的高頻脈沖彈性波。,超
25、聲波探頭,,,,,壓電效應,超聲波探頭,正壓電效和逆壓電效應統(tǒng)稱壓電效應。,,,,,超聲波探頭功用電信號→探頭→超聲波→零件--超聲波發(fā)射; 零件內(nèi)超聲波→探頭→電信號--超聲波接收;,超聲波探頭,探頭功用:是一種可逆的聲電轉換元件。在探傷中起發(fā)射和接收高頻脈沖彈性波作用。,,,,,2、探頭結構組成,超聲波探頭,探頭組成:壓電晶片、阻尼塊、外殼、電極、保護膜(斜鍥)、調(diào)諧線圈,壓電晶片:實現(xiàn)聲電相互轉換;阻尼塊:吸收聲能加大
26、阻尼;外殼:保護固定內(nèi)部原件;電極:實現(xiàn)晶片和電纜連接;保護膜、斜鍥:保護晶片、波形轉換;調(diào)諧線圈:實現(xiàn)探頭與儀器最佳匹配。,,,,,3、探頭種類,超聲波探頭,,,,,(1)直探頭,超聲波探頭,直探頭特點:?適用于探測晶片正下方與聲束方向垂直的缺陷;?探測深度較大,適用范圍廣;?檢測靈敏度高。 直探頭只能發(fā)射和接收縱波.波速軸線垂直于探測面,主要用于探測與探測面平行的缺陷,如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。,,,,
27、,(2)斜探頭,超聲波探頭,?適合探測探頭斜下方不同角度方向的缺陷;?探測深度較小,適用直探頭難以探測的部位;?檢測靈敏度較高。 斜探頭是通過波形轉換來實現(xiàn)橫波探傷的。主要用于探測與探測面垂直或成一角度的缺陷。如焊縫中的未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。,,,,,(3)雙晶探頭,超聲波探頭,雙晶探頭特點:?雙晶片聲場重疊區(qū)域靈敏度最高,一般用于定向定位檢測;?探測深度較??;?檢測靈敏度高較。,,,,,(4)可變角探頭,超聲波探頭,可
28、變角探頭特點:晶片產(chǎn)生超聲波的入射方向可以改變。一個探頭可進行多個方向上探測,是一種多功能探頭。,圖1-21 各種探頭 (a) 縱波直探頭; (b) 橫波斜探頭; (c) 雙晶探頭,,,,,4、探頭表示方法,超聲波探頭,,,,,探頭表示方法,超聲波探頭,(3)耦合劑 在超聲波檢測中,耦合劑的作用主要是排除探頭與工件表面之間的空氣,使超生波能有效地傳入工件,以便檢側。當然,藕合劑也有利一獷減小探頭與工件表面間的摩擦
29、。延長探頭的使用壽命。 對耦合劑的一般要求是:①能潤濕工件和探頭表面,流動性、粘度和附著力適當,易于清洗 。②聲阻杭高,透聲性能好。③對工件無腐蝕,對人體無害,不污染環(huán)境;④性能穩(wěn)定,能長期保存;⑤來源廣,價格便宜,超聲波檢測中常用的藕合劑的聲阻抗如表所示。,2、超聲波探傷方法 超聲檢測的方法很多,可按原理、波型和使用探頭的數(shù)目及探頭接觸方式來分類。按原理分類,有脈沖反射法、穿透法和共振法;按顯示方式分類,有A型顯
30、示、B型顯示和C型顯示;按波型分類,有縱波法、橫波法、表面波法和板波法;按探頭數(shù)目分類,有單探頭法、雙探頭法和多探頭法;按耦合方式分類,有接觸法和液浸法;按入射角度分類,有直射聲束法和斜射聲束法。,1)脈沖反射法 超聲波以持續(xù)極短的時間發(fā)射脈沖到被檢試件內(nèi),根據(jù)反射波來檢測試件缺陷的方法,稱為脈沖反射法。 按照判斷缺陷情況的回波性質(zhì),脈沖反射法還可分為缺陷回波法、底面回波高度法、底面多次回波法三種。 (1)缺陷回波法
31、 根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷探傷圖形進行判斷的探傷,稱為缺陷回波法。該方法是反射法的基本方法。,(2)底面回波高度法 當試件的材質(zhì)和厚度不變時,底面回波高度應是基本不變的。如果試件內(nèi)存在缺陷,底面回波高度會下降甚至消失,如圖9-10所示。,這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷情況的探傷方法,稱為底面回波高度法.,3)底面多次回波法 當透入試件的超聲波能量較大,而試件厚度較小時,在試件完好無缺陷的情況下,超
32、聲波可在探測面與底面之間往復傳播多次,示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3……。如果試件存在缺陷,則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗,底面回波次數(shù)減少,.同時也打亂了各次底面回波高度依次按指數(shù)衰減的規(guī)律,并顯示出缺陷回波,,主要用于厚度不大、形狀簡單、探側面與地面平行的試件檢測,2)穿透法 穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法,如圖9-12所示。,圖1-23 接觸法單探頭直射聲束脈沖
33、反射法(a) 無缺陷; (b) 有缺陷,穿透法常采用兩個探頭,一個作發(fā)射用,一個作接收用,分別放置在試件的兩側進行探測。圖9-12a為無缺陷時的波形. 圖9一12b為有缺陷時的波形。,3)共振法 依據(jù)試件的共振特性,來判斷缺陷情說的方法稱為共振法。 若聲波(頻率可調(diào)的連續(xù)波)在被檢工件內(nèi)傳播,當試件的厚度為超聲波的半波長或半波長的整數(shù)倍時,由于入射波和反射波的相位相同,則引起共振,因而儀器
34、可顯示出共振頻率點,用相鄰的兩個共振頻率之差,由以下公式算出試件厚度:當試件內(nèi)存在缺陷時,將改變試件的共振頻率。,3、超聲波探測條件的選擇1)檢測儀的選擇 選擇檢測儀時應根據(jù)探側要求和現(xiàn)場條件,并綜合考慮以下幾方面 1)定位要求高時,應選擇水平線性好的儀器; 2)定量要求高時,應選擇垂直線性好、衰減器精度高的儀器; 3)大型零件的檢測應選擇靈敏度余量高、信噪比高和功率大的儀器;
35、 4)為了有效地發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷,應選擇盲區(qū)小、分辨力高的儀器; 5)室外現(xiàn)場檢測,應選擇質(zhì)量輕、示波屏亮度好、抗干擾能力強的便攜式儀器;,2)探頭的選擇 探頭的選擇包括探頭型式、頻率、晶片尺寸等內(nèi)容。 ①探頭型式的選擇 一般應根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等來選擇探頭的型式。使聲束軸線盡量與缺陷垂直。,②探頭頻率的選擇 由于波的繞射而使超聲波檢側的最小缺陷尺寸約為 因
36、此,提高頻率有利于發(fā)現(xiàn)小缺陷;頒率高,脈沖寬度小,分辨力高,有利于區(qū)分相鄰缺陷;頻率高,波長短,半擴散角小,聲束指向性好,能量集中,有利于發(fā)現(xiàn)并定位缺陷。頻率高,波長短.近場長度大,對檢測不利;頻率提高,衰減急劇增加,對檢測不利。,③探頭晶片尺寸的選擇 晶片大小對聲束指向性、近場區(qū)長度、近距離掃查范圍和遠距離缺陷檢出能力有較大影響。實際檢測中,檢測面積范圍大的工件時,為了提高檢測效率,宜選用大晶片探頭。檢測厚度大的工件時.為了有
37、效地發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷,宜選用大晶片探頭。檢測小型工件時,為r提高缺陷定位、定量精度,宜選用小晶片探頭。檢測表面不太平整、曲率較大的工件時,為了減少禍合損失,宜選用小晶片探頭。,圖1-20 超聲波檢測儀(a)、 (b)、 (c) 數(shù)字式超聲檢測儀; (d) 探傷小車,五、超聲波的衰減,一、衰減的原因1、擴散衰減1)超聲波在傳播過程中,由于波束的散,使超聲波的能量隨距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱為擴散衰減。 超聲波的擴散
38、衰減僅取決于波面的形狀,與介質(zhì)的性質(zhì)無關。(1)平面波波陣面為平面,波束不擴散,不存在擴散衰減。(2)柱面波陣面為同軸圓柱面。波束向四周擴散,存在擴散衰減,聲壓與距離的平方根成反比。(3)球面波陣面為同心球面,波束向四面八方擴散,存在擴散衰減,聲壓與距離成反比。,,,,,,,2、散射衰減1)超聲波在介質(zhì)中傳播時,遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象,稱為散射衰減。2)散射衰減與材質(zhì)的晶粒密切相關
39、,當材質(zhì)晶粒粗大時,散射衰減嚴重,被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播到探頭,在示波屏上引起林狀回波(又叫草波),使信噪比下降,嚴重時噪聲會湮沒缺陷波。 3、吸收衰減 超聲波在分質(zhì)中傳播時,由于介質(zhì)中質(zhì)點間內(nèi)摩擦(即粘滯性)和熱傳導引起超聲波的衰減,稱為吸收衰減或粘滯衰減。,,,2、散射衰減1)超聲波在介質(zhì)中傳播時,遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象,稱為散射衰減。2)散射衰減與材質(zhì)的晶粒密切相關,當
40、材質(zhì)晶粒粗大時,散射衰減嚴重,被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播到探頭,在示波屏上引起林狀回波(又叫草波),使信噪比下降,嚴重時噪聲會湮沒缺陷波。 3、吸收衰減 超聲波在分質(zhì)中傳播時,由于介質(zhì)中質(zhì)點間內(nèi)摩擦(即粘滯性)和熱傳導引起超聲波的衰減,稱為吸收衰減或粘滯衰減。,,,六、超聲檢測技術的應用 1. 典型構件的超聲探傷技術 1) 鍛件檢測 鍛件的種類和規(guī)格很多,常見的類型有:餅盤件、環(huán)形件、軸類件和筒形件
41、等。鍛件中的缺陷多呈現(xiàn)面積形或長條形的特征。由于超聲檢測技術對面積型缺陷檢測最為有利,因此鍛件是超聲檢測實際應用的主要對象。,(1) 鍛件中的常見缺陷。鍛件中的缺陷主要來源于兩個方面:材料鍛造過程中形成的縮孔、縮松、夾雜及偏析等; 熱處理中產(chǎn)生的白點、裂紋和晶粒粗大等。 (2) 鍛件超聲檢測的特點。鍛件可采用接觸法或液浸法進行檢測。鍛件的組織很細,由此引起的聲波衰減和散射影響相對較小。因此,鍛件上有時可以應用較高的檢測頻率(如1
42、0 MHz以上), 以滿足高分辨力檢測的要求, 以及實現(xiàn)較小尺寸缺陷檢測的目的。,圖1-24 軸類件徑向和軸向檢測示意圖,2) 鑄件檢測 鑄件具有組織不均勻、組織不致密、表面粗糙和形狀復雜等特點,因此常見缺陷有孔洞類(包括縮孔、縮松、疏松、 氣孔等)、裂紋冷隔類(冷裂、熱裂、白帶、冷隔和熱處理裂紋)、夾雜類以及成分類(如偏析)等。 鑄件的上述特點,形成了鑄件超聲檢測的特殊性和局限性。檢測時一般選用較低的超聲頻率,如0.5~
43、2 MHz,因此檢測靈敏度也低,雜波干擾嚴重,缺陷檢測要求較低。 鑄件檢測常采用的超聲檢測方法有直接接觸法、 液浸法、 反射法和底波衰減法。,3) 焊接接頭檢測 許多金屬結構件都采用焊接的方法制造。超聲檢測是對焊接接頭質(zhì)量進行評價的重要檢測手段之一。焊縫形式有對接、搭接、T型接、角接等,如圖1-25所示。焊縫超聲檢測的常見缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和焊接裂紋等。 焊縫探傷一般采用斜射橫波接觸法,在焊縫兩側進行掃查
44、。探頭頻率通常為2.5~5.0 MHz。發(fā)現(xiàn)缺陷后,即可采用三角法對其進行定位計算。儀器靈敏度的調(diào)整和探頭性能測試應在相應的標準試塊或自制試塊上進行。,圖1-25 焊接接頭形式(a) 對接接頭; (b) 搭接接頭; (c) T型接頭; (d) 角接接頭,4) 復合材料檢測 復合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料軋制或粘合在一起制成的。其粘合質(zhì)量的檢測主要有接觸式脈沖反射法、 脈沖穿透法和共振法。 脈沖反射法適
45、用于復合材料是由兩層材料復合而成,粘合層中的分層多數(shù)與板材表面平行的情況。用縱波檢測時, 粘合質(zhì)量好的,產(chǎn)生的界面波會很低,而底波幅度會較高; 當粘合不良時,則相反。,圖1-26 復合材料的C掃描圖,5) 非金屬材料的檢測圖 超聲波在非金屬材料(木材、混凝土、有機玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、砂輪、炸藥藥餅等)中的衰減一般比在金屬中的大,多采用低頻率檢測。 一般為20~200 kHz,也有用2~5 MHz 的。為了獲得較窄的聲束,需采用晶
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