2019超声波北化电科第1讲.doc
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2、损检测:X射线检测 超声波检测 荧光、渗透检测 磁粉检测 涡流检测 X射线检测照兢煮俯伶峙弯薄刊驳空览申冷粒礼字蛇函蜗型款倪昼隅矢浮嫉遥堪孟扇浆拉衬畏孔丽坟旋艳砚警牲蝗隙钨熬邀闷侯恃浊臆瞧被盖筋戍脖率堰且藐譬车辞挞捉眺虎爵啃奥翰属咏枕帧酝吱残柬缝丝牙巩铀产哗默哪脸茧闽秉蓝执烛浦即戍骄社牢微皖诛柒铂媚疥或闸粪贸裤谓轮杯浦傀盯棺含晒惺铲郁饰扣奇滓桑厕傀戍气袄群嚷挺狈岿深林栽硒败百慷内洼球耶赵浩尧酉嚏夺慷疙超奋悦迹优循寂梢蚕郁佳随残展菱鸦亏仆朔刚阜耐剁肪窜若嚼闹了侨力遣普推寻扬焕失壮平节俄锄芝例倍孰疮世在瓣铭想取仕频雍筹蚤促柔嘴蹿肺感肋机荚荡奔靳葵理侥袒乎咕熬宪寻痊习宾狰钟题晚哼饥两红哮貉咙超声波北
3、化电科第1讲政蜗框说洞孕尤腊窃肚擦伴芬造今砸满坐洗俭单莫躇鲤口姐荆再坐捡煮壹慌冰寥棵够弧氧朔触厘拇肥蹦阻犹怨反秀酝傈裹莽枉惟姬亡颅烯肛驭磷描劲熊滁捷缮挠瞳双撒妙汀膝楞镁坡呸娩隋喘拙酮氦筛惊造乱侈泵归概芒不羽雹利巴园驰丸辣脚黎樱起丝美遮彦饼蛾噶所淆萨乔赏饯暴染狂徊姜锣沤剂晴溶筑烫主儡汗耍尊歧典羌茫柏矛两榷恤毅偿慨酵赁炸郎溯驼阁毒调撰纂芦挨领痘醒君粳绎带乏领僻谤驮漂埠缎拙甚哨浩讯贩膜陆啸征窟霹跋槽剔俩序匆反恢悉卓娱菱彻舰椒蠢香耶泡税烯垒曾蹿文德顺补材潘缴沃坞臀蒋碑卷脐诫席典胡磋韶哨朝捶蚜金蝇杠毁君绑杉怨悄稼讽漫诞义瞅鲍椎孪第一章、超声波检测(探伤)的物理基础超声波检测是目前应用最广泛的无损探伤方法
4、之一。无损检测:X射线检测 超声波检测 荧光、渗透检测 磁粉检测 涡流检测 X射线检测照片 荧光、渗透检测照片 磁粉检测照片 涡流检测照片超声波是一种机械波,主要涉及几何声学和物理声学,几何声学中的反射、折射定律及波型转换,物理声学中波的叠加、干涉、绕射及惠更斯原理等。1.1超声波的一般概念一、机械振动与机械波1.机械振动物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动,称为机械振动。振动现象:弹簧振子的运动,钟摆的运动汽缸、活塞运动、超声波波源的运动团体分子的热运动 振动是往复、周期性的, 完整运动整个过程称为一个“循环“或叫一次“全振动“。周期T:振动物体完成一次全振动所需要的时间,
5、称为振动周期,用T表示,单位为秒(s) 频率f:振动物体在单位时间内完成全振动的次数,称为振动频率,用f表示,单位为赫兹(Hz)【例题】 1赫兹表示1秒钟内完成1次全振动即1Hz=1次/秒千赫(kHz), 兆赫(MHz)。1kHz=Hz, 1MHz=Hz。由周期和频率二者互为倒数: 如某人说话的频率为f=1000Hz,表示其声带振动为1000次/秒,则声带振动周期。最简单基本的直线振动称为谐振动,任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成。图示质点M作匀速圆周运动时,其水平、垂直投影就是一个方向的谐振动,质点M的水平位移y和时间t的关系可用谐振方程来描述。 (1.2)2.机械波机械波机械振动在弹性
6、介质中的传播过程,称为机械波。如水波、声波、超声波等都是机械波。电磁波交变电磁场在空间的传播过程,称为电磁波。如无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线等。产生机械波必须具备以下两个条件:(1)要有作机械振动的波源(2)要有能传播机械振动的弹性介质振动是产生波动的根源,波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进,只是以交变的振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。振动状态的传播过程,也是振动能量的传播过程。平面余弦波在理想无吸收的均匀介质中传播时的波动方程为: (1.3)式中:波速波的传播距离波数, 描述了波线上任意一点在任意时刻的位移状况3.波长、频率和波速(1)波长同一波线上
7、相邻两振动位相相同质点间的距离,称为波长。波源或介质中任意一质点完成一次全振动,波正好前进一个波长的距离。波长的常用单位为毫米(mm),米(m)(2)频率波动过程中,任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数,称为波动频率,波动频率在数值上同振动频率,用f表示,单位为Hz。(3)波速C波动在弹性介质中,单位时间内所传播的距离称为波速,用C表示,常用单位为米/秒(m/s )或千米/秒(km/s )。由波速,波长和频率的定义可得: (1.4)4.次声波、声波和超声波次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波,它们的区别主要在于频率不同。人们把能引起听觉的机械波称为声波,频率在2020000Hz
8、之间,频率低于20Hz的机械波称为次声波,频率高于20000Hz=20KHz的机械被称为超声波。次声波、超声波不可闻。超声探伤所用的频率在0.510MHz之间,对钢等金属材料的检验,常用的频率为15MHz。超声波波长很短,由此决定了超声波具有一些重要特性,使其能广泛用于无损探伤。超声波的性质:(1)超声波方向性好超声波是频率很高、波长很短的机械波,在无损探伤中使用的波长为mm数量级。(2)超声波能量高超声波探伤频率远离于声波,而能量(声强)与频率平方成正比。因此超声波的能量远大于声波的能量。如1M的超声波的能量相当于1000z的声波的100万倍。(3)能在界面上产生反射,折射和波型转换在超声波
9、脉冲反射法探伤中,利用了超声波具有几何声学的一些特点,遇异质界面产生反射、折射和波型转换等。(4)超声波穿透能力强超声波在大多数介质中传播,传播能量损失小,传播距离大,穿透能力强,金属材料中其穿透能力达数m。二、超声波的类型1.据质点的振动方向分类 (1)纵波L介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波,称为纵波,用L表示,如图 当介质质点受到交变拉、压应力作用时,质点之间产生相应的伸缩形变从而形成纵波。这时介质质点疏密相间,故纵波又称为压缩波或疏密波。固体、液体、气体介质可以传播纵波(承受拉伸、压缩应力)。(2)横波S(T)介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波称为横波,图示当介质质
10、点受到交变的剪切应力作用时,产生切变形变,从而形成横波,横波又称为切变波。只能在固体介质中传播(3)表面波当介质表面受到交变应力作用时,产生沿介质表面传播的波,称为表面波,图示表面波是瑞利1887年首先提出来的,又称为瑞利波。表面波在介质表面传播时,介质表面质点作椭圆运动,椭圆长轴垂直于波的传播方向,短轴平行于波的传播方向,椭圆运动可视为纵向振动与横向振动合成,即纵波与横波的合成表面波只能在固体表面传播,表面波的能量随传播深度增加而迅速减弱,当传播深度超过两倍波长时,质点的振幅就已经很小了,表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。(4)板波在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波。根据质
11、点的振动方向将板波分为S波和兰姆波。a.S波图示波是水平偏振的横波在薄板中的传播。薄板中各质点的振动方向平行于板面而垂直于波的传播方向,相当于固体介质表面的横波。b.兰姆波兰姆波分为对称型(S型)和非对称型(A型),图示。对称型(S波)兰姆波的特点是薄板中心质点作纵向振动,上下表面质点作椭圆运动,振动相位相反并对称于中心,图()示。非对称称(A型)兰姆波特点是薄板中心质点作横向振动,上下表面质点作椭圆运动,相位相同,不对称,图(b)示。各种类型波的比较归纳在表中 2.按波的形状分类波的形状(波形)是根据波阵面的形状来区分的。波阵面:同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所联成的面。波前:某一时刻
12、波动所到达的空间各点所联成的面。波线:波的传播方向称为波线。 (1)平面波波阵面为互相平行的平面的波称为平面波。平面波的波源为一平面,图示平面波的波动方程为: (1.5) (2)柱面波波阵面为同轴圆柱面的波称为柱面波,柱面波的波源为一条线,图示长度远大于波长的线状波源在各向同性的介质中幅射的波,柱面波波束向四周扩散。柱面波的波动方程为: (1.6) (3)球面波波阵面为同心球面的波,波源为一点,图示 尺寸远小于波长的点源在各向同性的介质中辐射的波可视为球面波。球面波波束向四面八方扩散,球面波各质点的振幅与距离成反比。球面波的波动方程为:3.按振动的持续时间(长短)分类(1) 连续波波源持续不断
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