《超声波探伤》自学笔记
超声波探伤基础知
了解兰姆波
纵波（Ｌ）
质点的振动方向
02
纵波（Ｌ）λ波长。。 。 。。。。 。 。。。。 。 。。。。 。 。。。。 。 。。。。 。 。。波的传播方向
01
横波（Ｓ）
横波（Ｓ）λ波长波的传播方向
01.
质点振动方向
02.
表面波（Ｒ）
表面波（Ｒ）λ波长
01
波的传播方向
02
脉冲波脉冲波是指波源振动持续时间很短、间歇辐射的波，超声波探伤中广泛用的就是脉冲波。
02
需要说明的是，在实际探伤中往往会遇到工作频率和重复频率两个 概念。工作频率是指探头发射的超声波频率，重复频率是指探头每秒中向试件发射超声波的次数。为了提高探伤速度，一般要求重复频率越高越好，但过高的重复频率会导致发射和接收间的干扰，产生幻象回波，因此，重复频率应根据被检工件的大小，一次声程所需要的时间，仪器接收和发射超声波的能力，以及探伤速度等多方面因素决定。
按振动持续的时间可分为
01
连续波
02
连续波是指波源持续不断地振动所辐射的波，常用于穿透法探伤和共振法测厚。
03
连续波
Ｏ ｔ连续波
01.
振幅
02.
脉冲波
振幅
Ｏ ｔ脉冲波
按波的形状可分为
平面波
柱面波
球面波
１、无限大平面作简谐振动时，在各向同性的弹性介质中传播２、如不考虑介质吸收的能量，声压不随声源的距离而变化
周期：指振动质点完成一次全振动所需要的时间，单位为秒（s）。周期与频率的关系式为T=1/f.
声速（c）：声波在弹性介质中，单位时间内所传播的距离。波长、声速和频率之间的关系式为：λ=c/f。
波长（λ）：同一波线上相邻两振动相位相同的距离称为波长。
超声波探伤基础知识
超声波探伤基础知识超声波探伤是一种利用超声波的传播特性来检测材料内部缺陷和结构状况的无损检测方法。
本文将介绍超声波探伤的基础知识，包括超声波的产生与传播、超声波探测原理、超声波探测设备和应用领域。
一、超声波的产生与传播超声波是一种频率高于20kHz的机械波，通常通过压电晶体或磁性材料的震动来产生。
超声波在固体、液体和气体中的传播速度不同，固体中的传播速度最快，液体次之，气体最慢。
超声波在材料中的传播路径会受到材料的性质和形状的影响。
二、超声波探测原理超声波探测原理基于超声波在材料中传播时的特性变化。
当超声波遇到材料内部的缺陷或界面时，会发生反射、散射和透射等现象。
通过测量反射和透射的超声波信号，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和尺寸。
三、超声波探测设备超声波探测设备主要由发射器、接收器、超声探头和信号处理系统组成。
发射器产生超声波信号，并将其发送到被测材料中；接收器接收反射和透射的超声波信号，并将其转换成电信号；超声探头是传输超声波信号和接收回波信号的装置；信号处理系统对接收到的信号进行放大、滤波、增益调节等处理，以便进行分析和判断。
四、超声波探测的应用领域超声波探测广泛应用于工业领域中的材料检测和结构健康监测。
在金属材料中，超声波探测可以检测焊缝、裂纹、气孔等缺陷；在混凝土中，超声波探测可以评估混凝土的质量和强度；在医学领域，超声波探测可以用于人体组织的检测和诊断。
总结：超声波探测是一种重要的无损检测方法，具有非破坏性、高灵敏度和快速检测的特点。
通过超声波的产生与传播、探测原理、探测设备和应用领域的介绍，我们对超声波探测的基础知识有了更深入的了解。
在实际应用中，我们需要根据具体的检测要求选择合适的超声波探测方法和设备，以确保检测结果的准确性和可靠性。
超声波学习笔记
1. 纵波可以在固、液、气等能产生拉伸或压缩变形介质中传播，而横波只能在能产生剪切 变形的介质中产生，只有固体才能产生剪切变形，所以只能在固体中传播。
2. 超声波在传播过程中遇到缺陷会产生反射、透射及缺陷后侧声影，照此不同检测原理分类可分为脉冲反射法和穿透法（又称阴影法） 。
前者以缺陷的反射声压（或声 能）大小（内部或底面反射回波的情况）来确定缺陷量值，而后者以测定缺陷对超 声波的正常传播的遮挡所造成的声影大小来确定缺陷的量值。
在板材探伤中这两种方法都得到了使用，但通常使用的还是脉冲反射法，穿透法主要用于200mm 以上特厚钢板的探伤。
3. 纵波直探头只能发射和接收纵波，波束轴线垂直于探测面，主要用于探测与探测面平行 的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。
横波斜探头是通过波形转换来实现横波检测的。
主要用于探测与探测面垂直或成一定角 度的缺陷。
如焊缝中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。
4. 由以上分析可知，频率的高低对检测有较大的影响。
频率高，灵敏度和分辨力高，指向 性好，对检测有利。
但频率高，近场区长度大，衰减大，又对检测不利。
实际检测中要 全面分析考虑各方面的因素，合理选择频率。
一般在保证检测灵敏度的前提下尽可能选 用较低的频率。
5. 缺陷的影响（1） 缺陷形状的影响：试件中实际缺陷的形状是多种多样的，缺陷的形状对其回波波高有很大影响。
平面形缺陷波高与缺陷面积成正比。
与波长的平方和距离的平方成反比； 球形缺陷波高与缺陷直径成正比，与波长的一次方和距离的平方成反比；比圆柱形缺陷 波高与缺陷直径的1/2次方成正比，与波长的一次方和距离的 3/2次方成反比。
对于各种形状的点状缺陷，当尺寸很小时，缺陷形状对波高的影响就变得很小。
当点状 缺陷直径远小于波长时，缺陷波高正比于缺陷平均直径的三次方，即随缺陷大小的变化 十分急剧。
缺陷变小时，波高急剧下降，很容易下降到检测仪不能发现的程度。
（2） 缺陷方位的影响：前面谈到的情况都是假定超声波入射方向与缺陷表面是垂直的，但实际缺陷表面相对于超声波入射方向往往不垂直。
《超声波探伤》理论要点汇总
第一章 超声波探伤的物理基础
超声场的特征值 声阻抗的物理意义 声阻抗随温度变化的关系 声强与频率、声压的函数关系 界面两侧的声波必须符合的两个条件 由Z1、Z2相对大小的4种情况计算出反射率和透射率，得出4个结论 Z1＝Z3≠Z2时异质薄层厚度对反射率和透射率的影响(半波透声层) 超声波频率f对异质薄层的声压反射率和透射率的影响 Z1≠Z2≠Z3时薄层厚度对反射率和透射率的影响(直探头保护膜)
仪 器
定量要求高----垂直线性好、衰减器精度高
的 大型工件----灵敏度余量大、信噪比高、功率强
选 为发现近表面缺陷和区分相邻缺陷----盲区小、分辨力好 择
现场探伤----重量轻、荧光亮度高、抗干扰能力强
第四章 超声波探伤方法和通用技术
第二节 仪器与探头的选择
探头型式的选择----根据缺陷可能出现的位置及方向
双探头法—原理、计算方法、局限性
端部回波峰值法—原理、计算方法、影响测量精度的因素、局限性
横波端角反射法—原理、衡量方法 、局限性
第八节 超声波倾斜入射到界面时的反射和折射 纵波倾斜入射到钢/空气界面的反射率 横波倾斜入射到钢/空气界面的反射率 纵波倾斜入射水/钢界面时的声压往复透射率(及实际意义) 纵波倾斜有机玻璃/钢界面时的声压往复透射率(及实际意义) 纵波入射时的端角反射率 横波入射时的端角反射率(最高最低时的αS、K值)
第一章 超声波探伤的物理基础
谐振动的特点(3点) 阻尼振动的特点(3点) 受迫振动的特点(4点) 阻尼振动、受迫振动、共振在超声波探伤中的应用 产生机械波必须具备的两个条件 机械波的本质 波长与波源和质点振动的关系 波动频率与振动频率的关系
第一章 超声波探伤的物理基础
超声波探伤所用频率范围 金属检验所用频率范围 超声波用于检测的重要特性(优点) 纵波的受力、形变、质点运动特点、传播介质 横波的受力、形变、质点运动特点、传播介质 表面波的受力、质点运动特点、传播介质、能量传播特点 板波质点运动特点、传播介质 波线与波阵面、波前的空间关系(各向同性介质中) 平面波的形成(3要素) 柱面波的形成(3要素) 球面波的形成(3要素)
超声波探伤基础知识
超声波探伤基础知识
超声波探伤是利用超声波在材料中传播和反射的特性来检测材料内部缺陷的一种无损检测技术。
以下是一些超声波探伤的基础知识：
1. 超声波：超声波是频率超过20kHz的机械波，它在材料中
的传播速度跟材料的密度、刚度等物理性质有关。
2. 超声波的传播：超声波在均匀材料中沿直线传播，当遇到界面或缺陷时会发生折射、反射和散射等现象。
3. 超声波的传感器：超声波传感器通常由压电材料制成，其中压电片会产生机械振动，将电能转换为超声波能量。
4. 超声波探头：超声波探头由超声波传感器和库仑耦合剂组成，用于将超声波能量传递到被检测材料中，并接收反射的超声信号。
5. 超声波的传播方式：超声波的常见传播方式包括纵波（沿着传播方向的振动方向与传播方向一致）和横波（沿着传播方向的振动方向与传播方向垂直）。
6. 超声波的缺陷检测：当超声波遇到材料中的缺陷（如裂纹、夹杂、气泡等），它会反射一部分能量回到探头。
通过分析反射信号的幅度、时间和形状等参数，可以判断缺陷的类型、大小和位置。
7. 超声波的图像生成：通过多次探测，将分析得到的超声信号以图像形式展示，可以获得材料内部缺陷的位置和形状信息。
超声波探伤在工业领域广泛应用，可用于检测金属、塑料、陶瓷等材料的缺陷，如焊接质量、母线接头、管道内部等。
它具有无损、快速、准确、可重复性好等优点，成为重要的材料检测技术。
超声波探伤
波传播途径，是为缺陷定位计算提供的一个有用数 据。 2．前沿长度
声束入射点至探头前端面的距离称前沿长度， 又称接近长度。它反映了探头对有余高的焊缝可接 近的程度。
能力知识点1 超声波探头
3．声轴偏离角 探头主声速轴线与晶片中心法线之间的夹角称 为声速轴线偏向角。 三、探头型号 探头型号由五部分组成，用一组数字和字母表示，其排列顺序如下： （1）基本频率 单位为MHz。 （2）晶片材料 常用的晶片材料（压电材料）及其 代号见表。
1．散射引起的衰减
2．介质吸收性引起的衰减
3．声束扩散引起的衰减
1.超声波的波型 横波、纵波、表面波。
2.超声波的性质 第一临界角 第二临界角
小结
练习题
1．超声波的定义？它有哪些重要特性？ 2．超声波是如何产生的？ 3．超声波的波长、频率与声速的相互关系是怎样的？ 4．超声波是否具有较大的探测深度这一优势与其哪项特性有关
第四节 焊缝的超声波探伤技术
超声波探伤一般包括探伤前的准备、实时探伤 操作、缺陷的评定、检验结果的分级、记录与报告等过程。 焊缝超声波探伤是通过探伤仪示波屏上反射回波的位置、高度、波形的静态和动态特征来显示被探
焊件质量优劣的.采用超声波探伤法对焊缝探伤时,应根据焊件的材质、结构、焊接方法、使用条 件、载荷等,确定不同的探伤方案。
能力知识点1 直接接触法
垂直入射法和斜角探伤法是直接接触法超声波 探伤的两种基本方法。 1、垂直入射法
垂直入射法（简称垂直法）是采用直探头将声 束垂直入射工件探伤面进行探伤。由于该法是利用 纵波进行探伤，故又称纵波法。
垂直法探伤能发现与探伤面平行或近于平行的 缺陷，适用于厚钢板、轴类、轮等几何形状简单的 工件。
超声波探伤的物理基础(第一节波动的一般概念和超声波特性)
第一章 超声波探伤的物理基础第一节 波动的一般概念和超声波特性一、波动的一般概念(1) 振动与波动宇宙间一切物质(大至宏观天体，小至微观粒子)均处于一定的运动状态，这些运动状态有移动、转动、振动和波动等。
振动与波动是物质运动状态中两个密切相关的运动。
波动简称波，它是波动在物体或空间中的传播；振动是产生波动的根源。
一般来说，物体或质点在某一平衡位置附近作往复运动，叫做机械振动，简称振动。
在周期性直线振动中最基本最重要的是简谐振动，它是物体或质点受弹性力或准弹性力作用下发生的运动。
图1-1为弹簧振子的振动规律。
图1–1 弹簧振子的振动弹簧振子Q 受力振动后，振子Q 离开平衡位置的位移量X 随时间t 的变化规律可由下列余弦函数(或正弦函数)描述：⎪⎭⎫ ⎝⎛ϕ+π=t T 2cos A X或⎪⎭⎫ ⎝⎛π+ϕ+ω=ϕ+ω=2t sin A )t cos(A X (1–1)式中：A 为振幅，它是质点(振子Q)在振动过程中的最大位移量；T 为周期，它是质点(振子Q)在其平衡位置附近振动一次所需要时间；f 为频率，它是表示单位时间内质点(振子Q)的振动次数，T /1f =；频率的单位是赫兹(Hz)简称赫。
赫(Hz)=每秒振动一次，1千赫(kHz)=103 Hz ，1兆赫(MHz)=1000000 Hz=106 Hz 。
)t (ϕ+ω为相位角，它表示质点(振子Q)在振动过程的某一瞬间t 时刻所处的位置和速度。
ϕ在0t =这一时刻的相位 也称初始相位。
ω为圆频率，且有T 2f 2π=π=ω，它表示在π2秒内的振动周期数。
X 为t时间质点(振子Q)离开平衡位置的距离。
由此可见，振幅A 、周期T 、频率f 和相位(ϕ+ωt )是描述简谐振动的基本物理参数。
振动的类型很多，除了简谐振动外，还有固有振动、受迫振动、阻尼振动等，这些振动都是较为复杂的振动，但它们的基础是简谐振动。
(2) 波动的分类波动是振动的结果，是物质的运动形式之一。
超声波探伤的物理基础——(第四节超声平面在平界面上斜入射的行为)
第一章 超声波探伤的物理基础第四节 超声平面在平界面上斜入射的行为超声平面波以一定的倾斜角入射到异质界面上时，就会产生声波的反射和折射、并且遵循反射和折射定律。
在一定条件下，界面上还会产生波型转换现象。
一、斜入射时界面上的反射、折射和波型转换(1) 超声波在固体界面上的反射1. 固体中纵波斜入射于固体——气体界面图1–25中，L α为纵波入射角，1L α为纵波反射角，1S α为横波反射角，其反射定律可用下列数学式表示：1S 1S 1L 1L L L sin C sin C sin C α=α=α (1–34) 因入射纵波L 与反射纵波L 1在同一介质内传播，故它们的声速相同，即1L L C C =，所以1L L α=α。
又因同一介质中纵波声速大于横波声速，即1S 1L C C ＞，所以1S 1L αα＞。
2. 横波斜入射于固体——气体界面图1–26中，S α为横波入射角，1S α为横波反射角，1L α为纵波反射角。
由反射定律可知：1L 1L 1S 1S S S sin C sin C sin C α=α=α (1–35)图1–25 纵波斜入射 图1–26 横波斜入射因入射横波S 与反射横波S 1在同一介质内传播，故它们的声速相同，即1S S C C =，所以1S S α=α。
又因同一介质中1S 1L C C ＞，所以，1S 1L αα＞。
结论：当超声波在固体中以某角度斜入射于异质面上，其入射角等于反射角，纵波反射角大于横波反射角，或者说横波反射声束总是位于纵波反射声束与法线之间。
图(1–27)表示钢及铝材中纵波入射时的横波反射角，也可以看成横波入射时的纵波反射角。
(2) 超声波的折射 1. 纵波斜入射的折射图1–28中L α为第一介质的纵波入射角，L β为第二介质的纵波折射角，S β为第二介质的横波折射角，其折射定律可用下列数学式表示：S2S L 2L L L sin C sin Csin C β=β=α (1–36)图1–27 钢及铝村中纵波入射时的横波反射角(或横波入射时的纵波反射角) 图1–28 纵波斜入射在第二介质中，因2S 2L C C ＞，所以S L sin sin ββ＞，S L ββ＞，横波折射声束总是位于纵波折射声束与法线之间。
超声探伤知识点总结
超声探伤知识点总结一、超声波传播和检测原理超声探伤是一种利用超声波来检测材料内部缺陷的一种非破坏性检测方法。
它利用超声波在材料中的传播特性和反射特性来发现和确定材料内部的缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等。
超声波是一种机械波，它通过材料中的分子间的弹性传递能量，具有穿透性和反射性。
当超声波遇到材料内部的缺陷时，会发生反射、折射和散射现象，根据这些现象可以确定缺陷的位置、形状、大小等信息。
二、超声探伤设备超声探伤设备主要包括超声波发射装置、接收装置、信号处理装置和显示装置。
超声波发射装置用于产生超声波信号，一般采用压电晶体或磁致伸缩换能器。
接收装置用于接收超声波信号并将其转化为电信号，一般也采用压电晶体或磁致伸缩换能器。
信号处理装置用于放大、滤波、延迟控制等对接收到的信号进行处理，以便于分析和显示。
显示装置用于显示探测到的缺陷和材料的内部结构，一般采用示波器、闪存图像仪等。
三、超声波的传播特性超声波在材料中的传播特性受到材料的声速、密度和声衰减系数的影响。
在各种材料中，声速越大，密度越小，声衰减系数越小，超声波的穿透性越好。
另外，材料的晶粒结构、组织、应力等因素也会对超声波的传播特性产生影响。
因此，在进行超声探伤时，需要根据被测材料的性质和要检测的缺陷类型来选择合适的超声波检测方法和参数。
四、超声探伤方法根据超声波的传播方式，超声探伤方法可以分为纵波检测和横波检测。
纵波检测是指超声波在材料中的传播方向和振动方向一致的检测方式，适用于发现和定位表面和近表面的缺陷。
横波检测是指超声波在材料中的传播方向和振动方向垂直的检测方式，适用于发现和定位材料内部的缺陷。
此外，超声探伤方法还包括脉冲回波法、多普勒效应法、相控阵法、声照相法等多种技术方法，可以根据具体的应用需求和条件选择合适的方法。
五、超声探伤参数在进行超声探伤时，需要确定合适的超声探伤参数，包括超声波频率、脉冲宽度、发射能量、探头直径等。
这些参数的选择应根据被测材料的性质和要检测的缺陷类型来确定。
《超声波探伤》自学笔记
特点：波速快，穿透力强，反射或散射敏感性差，可用于粗晶材料。定位方便。
横 波 法
按表 波面 形波 分法
板 波 法
定义：将纵波通过楔块、水等介质倾斜入射至试件探测面，利用波型转换得到 横波进行探伤的方法。又称斜射法。
运用：主要用于管材、焊缝的探伤。其它试件探伤时作为一种有效的辅助手段。
定义：使用表面波进行探伤的方法，称表面波法。 运用：主要用于表面光滑的试件。
共振：当策动力频率P与受迫振动物体固有频率ω0相同时，受迫振动的振幅达到最大值，这种现象称为共振。
二、波动
波动：振动的传播过程，称为波动。
波动的分类
机械波：在弹性力的相互作用下，质点的振动以一定的速度由近到远的传播，形成机械波。 电磁波
4
产生机械波必须具备的两个条件
要有作机械振动的波源。 要有能传播机械振动的弹性介质。
分
类 穿透法：依据脉冲波或连续波穿透试件之后能量变化来判断缺陷情况的一种方法。
共振法：依据试件的共振特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法。
13
定义：使用直探头发射纵波，进行探伤的方法。又称垂直入射法，简称垂直法。
纵 运用：主要用于铸造、锻压、轧材及其制品的探伤。
波 法
敏感缺陷：平行于探测面的缺陷。
分
交叉式：用于发现焊缝中的横向缺陷。
多探头法：通过增加声束来提高探伤速度或发现各种取向的缺陷。
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直接接触法：探头与试件探测面之间，涂有很薄的耦合剂层，可看作是两者直接接触。
按
接
触
全浸没式
方 式 分
按探伤方式分
喷液式
局部浸没式 满溢式
类
通水式
液浸法
高液层法 按液层厚度分
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