超聲波基礎(chǔ)知識(shí)講解

1、1超聲波基礎(chǔ)知識(shí)的一般講解超聲波基礎(chǔ)知識(shí)的一般講解一、超聲波探傷物理基礎(chǔ)1、超聲波是一種機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)：物體沿直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械振動(dòng)。機(jī)械波：機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過(guò)程，稱為機(jī)械波；如水波、聲波、超聲波等。產(chǎn)生機(jī)械波的條件：（1）要有作機(jī)械振動(dòng)的波源（2）要有能傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)2、波長(zhǎng)、波速、頻率1）波長(zhǎng)：同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)之間的距離，符號(hào)λ2）波速：波動(dòng)在彈性介質(zhì)中單位時(shí)間

2、內(nèi)所傳播的距離，符號(hào)C3）頻率：波動(dòng)過(guò)程中，任一給定點(diǎn)在1秒內(nèi)能通過(guò)的完整波的個(gè)數(shù)，符號(hào)f三者的關(guān)系：C=λf3、次聲波、聲波和超聲波1）次聲波：頻率低于20Hz的機(jī)械波2）聲波：頻率在20～20000Hz的機(jī)械波3）超聲波：頻率高于20KHz的機(jī)械波4、超聲波的特性1）方向性好，猶如手電簡(jiǎn)燈光在黑暗中尋找到所需物品2）能量高3）能在界面上產(chǎn)生反射折射和波型轉(zhuǎn)換4）超聲波穿透能力強(qiáng)5、超聲波的類型a、按質(zhì)點(diǎn)的方向分類1）縱波：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)

3、的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波2）橫波：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波3）表面波：當(dāng)介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力作用時(shí)產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?）板波：在板厚與波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ牟–、按波的形狀分類1）平面波：波陣面為互相平行的平面的波2）柱面波：波陣面為同軸圓柱面的波3）球面波：波陣面為同心球面的波6、聲速縱波：鋼5900ms鋁6300ms水1500ms有機(jī)玻璃2700ms空氣340ms橫波：只能在固體中傳播鋼3200ms

4、鋁3130ms有機(jī)玻璃1120ms表面波：聲速大約為橫波的0.9倍，縱波的0.45倍7、超聲波垂直入射到平面上的反射和透射當(dāng)超聲波垂直入射到足夠大的光滑平面時(shí)，將在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反的反射波在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相同的透射波設(shè)入射波聲壓為P0，反射聲壓為Pr透射聲壓為Pt其聲壓反射率r=PrP0=(z2z1)(z2z1)其聲壓透射率t=PtP0=2z2(z2z1)3近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度N=D24λ（超聲波是有探頭的電晶片

5、（激波），發(fā)出的而這個(gè)波源可以看作是由許多發(fā)射聲波的子波源組成這些子波波源作同相位，同振幅振動(dòng)，各自發(fā)出球面子波，并相互疊加長(zhǎng)生干涉使一些地方聲強(qiáng)互相加強(qiáng)，另一些地方互相減弱※超聲場(chǎng)的近場(chǎng)長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成反比，與波源面積成正比超聲波頻率越高，波長(zhǎng)越短超聲場(chǎng)的近場(chǎng)長(zhǎng)度就越長(zhǎng)由于近場(chǎng)區(qū)存在聲壓極大極小值，處于聲壓極大值處的較小缺陷可能回波較高，而處于聲壓極小值處的較大缺陷可能回波較低，因此超聲波探傷總是盡量避免在近場(chǎng)區(qū)定量。波束半徑擴(kuò)散角θ=a

6、rcsin1.22λD≈70λD未擴(kuò)散區(qū)與擴(kuò)散區(qū)（未擴(kuò)散區(qū)用b表示）當(dāng)x≤b=1.64N，波束可視為直徑為D的圓柱體，波陣面近似于平面，波束并不擴(kuò)散，因此，這一區(qū)域內(nèi)聲場(chǎng)可視為平面波聲場(chǎng)平均聲壓基本不變，實(shí)際探傷中薄板或塊狀工件前幾次底波高度相差無(wú)幾就是這個(gè)原因。X〉b區(qū)域內(nèi)，波束開(kāi)始擴(kuò)散，稱為擴(kuò)散區(qū)這時(shí)主波束可視為底波直徑為D的截頭圓錐體，當(dāng)x〉3N時(shí)，波束按環(huán)面波規(guī)律開(kāi)始擴(kuò)散11、規(guī)則反射體的回波聲壓（條件x≥3N）a、平底孔的回波

7、聲壓：P￠=PxF￠λx=POFF￠λ2x2P￠：平底孔回波聲壓PO：晶片起好聲壓F：晶片的面積F￠：平底孔面積￠：平底孔直徑λ：波長(zhǎng)x：平底孔至波源的距離b、長(zhǎng)橫孔的回波聲壓：P￠=POFλx(￠8x)12C、球孔的回波聲壓：P￠=POFλxd4xd：球孔直徑d、大平底回波PB=POFD2λx應(yīng)用舉例：用2.5MH￠14mm的直探頭，探測(cè)厚度為350mm的鍛件，探傷靈敏度為￠3（平底孔當(dāng)量），問(wèn)如何用STB–GV2調(diào)節(jié)儀器的探傷靈敏度