超聲波探傷2.4超聲波的聲速

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1、2.4超聲波的傳播速度超聲波在介質中的傳播速度是表征介質聲學特性的重要參數。超聲波在介質中的傳播速度與介質的彈性模量和密度有關。對特定的介質，彈性模量和密度為常數，故聲速也是常數。不同的介質，有不同的聲速。超聲波波型不同時，介質彈性變形型式不同，聲速也不一樣。2.4.1固體介質中的聲速1.無限大固體介質中的聲速無限大固體介質是相對于波長而言的，當介質的尺寸遠大于波長時，就可以視為無限大介質。在無限大的固體介質中，縱波聲速為：在無限大的固體介質中，橫波聲速為：在無限大的固體介質中，表面波聲速為：所有固體介質的泊松比都在0～0.5

2、之間。（1）固體介質中的聲速與介質的密度和彈性模量等有關，不同的介質，聲速不同；介質的彈性模量愈大，密度愈小，則聲速愈大。（2）聲速還與波的類型有關，在同一固體介質中，縱波、橫波和表面波的聲速各不相同，并且相互之間有以下關系：CL>CS>CR在同一種固體材料中，縱波聲速大于橫波聲速，橫波聲速又大于表面波聲速。對于鋼材1.8：1：0.92.4.1固體介質中的聲速2.細長棒中的縱波聲速在細長棒中（棒徑d≤）軸向傳播的縱波聲速與無限大介質中縱波聲速不同，細長棒中的縱波聲速為：2.4.1固體介質中的聲速3.固體介質中聲速與溫度、應力、

3、均勻性的關系固體介質中的聲速與介質溫度、應力、均勻性有關。一般固體中的聲速隨介質溫度升高而降低。固體介質的應力狀況對聲速有一定的影響，一般應力增加，聲速增加，但增加緩慢。固體材料組織均勻性對聲速的影響在鑄鐵中表現較為突出。鑄鐵表面與中心，由于冷卻速度不同而具有不同的組織，表面冷卻快，晶粒細，聲速大；中心冷卻慢，晶粒粗，聲速小。此外，鑄鐵中石墨含量和尺寸對聲速也有影響，石墨含量和尺寸增加，聲速減少。2.4.1固體介質中的聲速4.蘭姆波聲速蘭姆波分為對稱型（S）和非對稱型（A）兩類。由于蘭姆波傳播時受到上下界面的影響，因此其聲速與

4、縱波、橫波、表面波不同，它不僅與介質的性質有關，而且與板厚、頻率等有關。對于特定的板厚和頻率組合，還可有多個對稱型和非對稱型的振動模式，每個模式具有不同的波速。蘭姆波聲速分為相速度和群速度。相速度是振動相位傳播的速度，是對單一頻率連續(xù)諧振波定義的傳播速度，群速度是指多個相差不多的頻率的波在同一介質中傳播時互相合成后的包絡線的傳播速度。蘭姆波聲速的有關因素與f·d、Cs、Cl有關。對于確定的介質，Cs、Cl為定值，因此Cp僅是f·d的函數。對于某一個Cp值對應有無數個f·d值。當f·d一定時，不同類型的蘭姆波相速度Cp不同當f·

5、d一定時，不同類型的蘭姆波群速度Cg不同2.4.2液體、氣體介質中的聲速1.液體、氣體中聲速公式由于液體和氣體只能承受壓應力，不能承受剪切應力，因此液體和氣體介質中只能傳播縱波，不能傳播橫波和表面波。液體和氣體中的縱波波速為：液體、氣體介質中的縱波聲速與其容變彈性模量和密度有關，介質的容變彈性模量愈大、密度愈小，聲速就愈大。2.液體介質中的聲速與溫度的關系幾乎除水以外的所有液體，當溫度升高時，容變彈性模量減小，聲速降低。唯有水例外，溫度在74℃左右時聲速達最大值，當溫度低于74℃時，聲速隨溫度升高而增加；當溫度高于74℃時，聲

6、速隨溫度升高而降低。CL=1557-0.0245(74-t)22.4.3聲速的測量1.超聲檢測儀器測量法對檢測人員來說，用檢測儀器測量聲速是最簡便的。用這種方法測量，可用單探頭反射法，也可用雙探頭穿透法?？捎糜跍y量縱波聲速，也可用于測量橫波聲速。（1）檢測儀按時間刻度：（2）檢測儀按深度刻度：對比法精度不高，誤差分析2.4.3聲速的測量2.測厚儀測量法常用測厚儀分為共振式和脈沖反射式兩種，利用這兩種測厚儀來測量聲速的方法有所不同。（1）共振式測厚儀：（2）脈沖反射式測厚儀：3.示波器測量法