超聲波探傷理論知識

《超聲波探傷理論知識》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、超聲波檢測理論培訓(xùn)理論學(xué)習(xí)內(nèi)容超聲波探傷儀的種類繁多，但在實(shí)際的探傷過程，脈沖反射式超聲波探傷儀應(yīng)用的最為廣泛。一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標(biāo)是超聲波在被檢測材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離，縱坐標(biāo)是

2、超聲波反射波的幅值。譬如，在一個(gè)鋼工件中存在一個(gè)缺陷，由于這個(gè)缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后，就會發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會顯示出來一個(gè)反射波的波形，橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。這個(gè)反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質(zhì)。第一章超聲波檢測的物理基礎(chǔ)我們采用超聲波進(jìn)行探傷，首先要弄明白超聲波的物理概念，這是我們學(xué)習(xí)超聲波探傷學(xué)習(xí)的第一步。下面我們了解幾個(gè)概念。機(jī)

3、械振動—機(jī)械波—聲波—超聲波一、機(jī)械振動和機(jī)械波1、機(jī)械振動：物理學(xué)術(shù)語中機(jī)械振動的概念：一般來說，物體或質(zhì)點(diǎn)在某一平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動，叫做機(jī)械振動，簡稱振動。在摩擦力可忽略的情況下，上述振動都是余弦函數(shù)（或正弦函數(shù)）性質(zhì)的，我們稱之為諧振動。諧振動時(shí)，只有彈力或重力做功，其它力不做功，符合機(jī)械能守恒定律。諧振動是一種周期性振動，其振動量每隔一固定的時(shí)間T就完全重復(fù)一次，時(shí)間T稱為周期運(yùn)動的周期，每秒種所完成的周期數(shù)即稱為頻率。2、機(jī)械波：振動的傳播過程，稱為波動。波動分為機(jī)械波和電磁波兩大類。在物理學(xué)上可以把物體看作是質(zhì)點(diǎn)

4、的堆積，振動的質(zhì)點(diǎn)可引起周圍質(zhì)點(diǎn)的振動，并逐步向前傳播，我們把機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播過程稱為機(jī)械波；機(jī)械振動在上述彈性體中的傳播就稱為彈性波（即聲波）。它是一種重要的機(jī)械波。聲波產(chǎn)生的條件是首先要有一個(gè)作機(jī)械振動的質(zhì)點(diǎn)作波源，其次要有傳播振動的彈性介質(zhì)。當(dāng)振動傳播時(shí)，振動的質(zhì)點(diǎn)并不隨波而移走，只是在自己的平衡位置附近振動而已，向前傳播的只是超聲波的能量。電磁波是交變電磁場以光速在空間傳播，完全不同于機(jī)械波，如無線電波、紅外線、X射線等。聲波以人的可感覺頻率為分界線分為：超聲波，頻率大于2萬Hz的聲波；次聲波，頻率小于20Hz的聲

5、波；可聞聲波，介于二者之間，三大類。為什么探傷采用超聲波，而不采用次聲波或可聞聲波？或者說超聲波探傷主要利用了超聲波的哪些特性？利用了超聲波頻率高，指向性好；反射性能，遇到障礙物能產(chǎn)生反射、折射，具有波型轉(zhuǎn)換性能；傳播能量大，聲能損失小，穿透能力強(qiáng)。超聲波的分類：1、按聲波的連續(xù)性分為：連續(xù)波（簡諧波）和脈沖波（沖擊波）；2、按波動型式（波型）分為：縱波、橫波、表面波（瑞利波）、板波（藍(lán)姆波）；3、按波傳播的形狀、波振面的形狀（波形）分為：平面波、球面波、柱面波、活塞波。下面分別講述：（1）介質(zhì)各質(zhì)點(diǎn)振動持續(xù)時(shí)間為無窮時(shí)所形成的

6、波動為連續(xù)波。其中最重要的特例是各質(zhì)點(diǎn)都作同頻率的諧振動，這種情況下的連續(xù)波稱為簡諧波（也稱為正弦波、余弦波）。振動持續(xù)時(shí)間有限（單個(gè)或間發(fā)）時(shí)所形成的波動稱為脈沖波。根據(jù)數(shù)學(xué)知識，任何周期振動可以分解為許多諧振動之和，對于非周期性的振動也可以分解為無限多個(gè)頻率連續(xù)變化的諧振動之和。這種把復(fù)雜振動分解為諧振動的方法，稱為頻譜分析。實(shí)際探傷用的超聲波是多個(gè)頻率超聲波的迭加，并非單一的超聲波，標(biāo)稱頻率其實(shí)是它的中心頻率，也就是按能量劃分，多個(gè)頻率中占比最多的哪個(gè)單一超聲波的頻率。理論上是將實(shí)際探傷的超聲波作為單一頻率的超聲波來研究，

7、也就是理想狀態(tài)。所以超聲波理論計(jì)算與我們實(shí)際超聲波探傷結(jié)果是不一致的。諧振動、簡諧波的表達(dá)式：y=Acos（ωt+φ）式中y表示在任意瞬間t時(shí)振動的幅度；A是振幅，是y的最大值；（ωt+φ）是相位角，其中ω為角頻率（角速度），φ為初始位相角（t=0時(shí)的相位角）。（2）由于聲源在介質(zhì)中振動方向與波在介質(zhì)中傳播方向可以相同也可以不同，這就可產(chǎn)生不同類型的聲波。波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向一致，這種波稱為縱波?？v波在介質(zhì)中傳播時(shí)會產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)的稠密部分和稀疏部分，故又稱為疏密波。質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直，這種波稱為橫波。橫波在介質(zhì)

8、中傳播時(shí)介質(zhì)會相應(yīng)地產(chǎn)生交變的剪切形變，故又稱為剪切波或切變波。質(zhì)點(diǎn)作上下振動時(shí)產(chǎn)生的橫波稱為垂直偏振橫波（SV波），質(zhì)點(diǎn)作前后振動時(shí)產(chǎn)生的橫波稱為水平偏振橫波（SH波），如不作特殊說明，一般橫波均指垂直偏振橫波（SV波）。在半無限大固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)的交界面上