工业水浸超声探伤背景知识

波速
(4)板波（P）
在无限大板状介质中传 播的一种声波。板波仅在频 率、入射角及板厚为特定值 时才能产生。在板波的传播 中，按板中振动的形态分为 对称型两种，且质点振动的 轨迹是椭园，其传播速度与 材质、板厚及频率等有关。 它的同意词是兰姆波。
5、频率、声速与波长
(1) 超声波的频率（ｆ）





目前，我国已有汕头、常州、铁科院等厂家 产了各具特色的超声波探伤仪。 由电子管的---到电子管和晶体管混合式的---到 晶体管的---集成电路---数字式的 从连续波式---到脉冲式的，从A超到B超至C超等。 共有A、B、C、D、F、P、T、TD等扫描。 A型显示：以水平显示（X轴）表示距离，以Y轴表 示波的幅度的一种信息显示方式。 B型显示：一种能显示被检件横截面的图象，指 示反射体的大小尺寸及相对位置的超声信息显示 方式。（资料来源：安赛斯（中国）有限公司）
压电效应

当某种压电材料受到电脉冲时，它的 表面会产生振动（这一现象叫做逆压电效 应），其振动的频率超过20000Hz时，就 产生了超声波，这就是超声波的发射；当 某种压电材料受到一定的压力时，会产生 电荷（这一现象叫做正压电效应），从而 被仪器接收，这就是超声波的接收，超声 波的接收是利用压电材料的正压电效应。（资
质点每秒钟振动的次数叫做频率。 超声波的频率主要受探头晶片的厚度控制。
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(2) 超声波的声速（Ｃ）

超声波在介质中，在单位时间内所 传播的距离叫做声速。

(3) 超声波的波长（λ）

在波的传播方向，两个相邻同相位的质点的距 离。或波峰与波峰，或波谷与波谷的距离。

声波垂直投射到第一介质和第二介质 的界面上，设其入射声能的大小为Ｐi，在 投射到界面的一瞬间，在第一介质一侧会 产生反射声压 Ｐr ，在第二介质一侧会产生透过波声压Ｐ t ，反射波的前进方向与入射波相反，透 过波的前进方向与入射波相同。 两种物质的声阻抗分别用Ｚ1 和Ｚ2 表 示，反射波声压与入射波声压之比称为声 压反射率，用Υｐ表示。（资料来源：安赛斯（中国）有限公司）
(2.)横波（Ｓ）

质点振动的方向和波传播的方向垂直的波叫作横波。 它只能在固体和切变模数高的粘滞液体中传播，横 波又叫切变波。
(3.)表面波（Ｒ）

表面波是沿介质表面传播的 波，质点振动的轨迹是椭园 形，位移的长轴垂直于传播 方向；质点位移的短轴，平 行于传播方向；表面波只能 在固体表面传播，其振幅随 深度的增加而迅速衰减，传 播的速度约为横波的0.9倍。 它的同意词是瑞利波。

由于超声波是近似直线传播，其方 向性好，因而探伤时对缺陷定位创造 了良好的条件；由于集中的超声波束 在异质界面能够反射，这为定量创造 了良好的条件。
超声波探伤的优点：




１、可测厚度大，一般可达几米。是所有 无损探伤方法中可测厚度最大者； ２、捡出缺陷灵敏度高，一个存在于钢中 的空气分层其厚度为10的-5次方mm时，反 射率已达到９４％； ３、可以检出各种取向的缺陷，用各种不 同的检测方法，可检出各种不同取向的缺 陷； ４、检测速度快，费用低。（资料来源：安赛斯（中国）有限
2、超声波的斜入射

(１)从液体进入固体时
假定纵波的入射角为αL （垂直于界面的 法线倾斜的角度）入射时，将产生反射纵 波Ｌ1 和折射横波 Ｓ1 、折射纵波Ｌ2 ， 因 为固体中有纵波和横波存在，所以折射纵 波和折射横波分别以不同的角度和不同的 速度前进。
（2）从固体进入固体

假定纵波由固1 进入固2 时，入射纵波除产生折 射纵波和折射横波外，还产生反射纵波和反射横波， 便产生了波型转换。
4.仪器的小型化； 5.数字式探伤仪的开发与应用； 6激光超声的运用。

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超声波探伤的
物理基础
超声波的特点

超声波的特点是频率高，因而波长短， 由于这一特点使它具有很多的物理性质， 而得到广泛的应用。由波的衔射可知，波 长越短，波的衔射现象越不明显。所以， 超声波是近似直线传播的。传播的方向性 好，容易得到定向，而集中的超声波束能 够产生反射，也能够被聚焦。
(4) 波长、频率和声速的关系式

关系式：

λ＝Ｃ／ｆ
可见，波长与声速成正比，与频率成反 比。频率越高，波长越短检出小缺陷的能 力越强。
例 题 在室温下，已知空气中的声速 为 340 m/s，水中的声速 为1450 m/s ， 求频率为200 Hz和2000 Hz 的声波在空气 中和水中的波长各为多少？
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第一节 波的一般概念

１ .波 介质的一切质点，是以弹性力互相联系 着的，某质点在介质内振动，能激起周围 的质点振动。振动是一种很普遍的运动形 式，物体在一定位置附近作周期性的往复 运动叫作机械振动。例如：钟摆的来回摆 动，活塞的往复运动都是机械振动。


（3）反射和折射定律


上述这些入射、反射和折射角度之间同光学的性 质一样符合反射和折射定律。 公式如下：
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超声波探伤的历史和现状





超声波探伤是无损检测领域中一项比较新的技术， 它是半个多世纪发展起来的新技术，３０年代， 有了穿透法超声波探伤仪的商品问世。 １９２８年，前苏联索克洛夫首先认为应用超声 波进行无损探伤是可能的。 ４０年代，有了脉冲反射法超声波探伤仪问世。 ５０年代，铁道部引进瑞士生产的穿透式超声波 探伤仪并用于路轨检测。 １９５８年，上海江南造船厂生产了５７Ａ型、 ５８型超声波探伤仪。（资料来源：安赛斯（中国）有限公司）
第二节 超声波的特征值

超声波的特征值 充满超声波的空间或者是传播超声波 的空间范围称为超声场，能反映超声场 特征的有：声压、声强和声阻抗等。
１、声压（Ｐ）

在不存在声波的空间，介质所受到的 压力为标准大气压Ｐ0， 当空间存在超声波 时（指纵波），介质内部产生密度的不均 匀分布，在密度高的区域压强大于标准压 力Ｐ0，密度低的区域压强低于标准压力Ｐ0， 即在有声波存在时，介质各点所受压强是 在标准大气压Ｐ0附加了一个交变压强Ｐ这 种交变振动的附加压强Ｐ称为声压。（资料来源：
1.提高缺陷定量精度




(1).开展如超声场、各种反射体的反射问 题、散射现象等的基础研究； (2).波的爬行或棱边辐射等现象的发现； (3).Ｃ型扫描及超声全息技术的应用； (4).移动探头测定包络线法的应用; (5).频谱分析方法的应用。（资料来源：安赛斯（中国）有限公司）
2.提高检测速度





C型显示：一种能显示被检件纵剖面的图象 的超声信息显示方式。 D型显示：对被检件体积内的反射体作立体 的图形显示。 TD扫描 TD扫描与B扫描有点相似。不同的地方在于 B扫描只适合直声束探头。 比如：接触式直探头、水浸式。 从模拟式到数字式，单通道到多通道的。


此后的发展，一方面是横波、表面 波、板波等得到采用，并对超声波在 介质中传播的规律进行研究，使缺陷 测定及正确评价等技术均有所提高。 近十几年来，超声波探伤技术的发 展主要表现在以下几个方面：
⑴声压反射率计算公式如下：


Ｚ2－Ｚ1 １－ｍ Υｐ＝ ─── ＝ ─── Ｚ2＋Ｚ1 １＋ｍ 式中：ｍ＝Ｚ1／Ｚ2＝ 声阻抗比
⑵声压透射率计算公式如下：



Ｐｒ 2Ｚ 2 2 tｐ＝ ──＝────＝─── Ｐｉ Ｚ2＋Ｚ1 １＋ｍ 式中： ｍ＝Ｚ1／Ｚ2＝ 声阻抗比
⑶声压往复透过率
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4. 超声波的波型



波型：以质点振动方向与波传播方向的相 对关系来表证的在介质中传播的超声波的 类型。 由于声源在介质中施力方向与波在介质 中传播方向的不同，可产生出不同波型的 超声波。 超声波的波型主要有以下几种：
(1).纵波（Ｌ）
质点振动的方向和波传播的方向一致 的波叫作纵波。它能在固体、液体、和汽 体中传播。纵波会使质点之间产生压缩和 膨胀，于是又叫作压缩波，它用于纵波探 伤。
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声压的的单位是：“巴”或“微巴” １“巴”＝１达因／ＣＭ2 人耳能感觉到的最微弱的声压为 ２×10-4微巴 探头（声源）中心轴线上的声压分布如图 1－７所示。Ｐ 0为距声源为零时的起始声压， Ｐ为离声源处的声压，Ｘ为声源的距离。
２、声阻抗率（Z）


介质中任何一点处的声压和该质点的振 速之比称为声阻抗率，简称声阻，用Ｚ表 示。物质不同声阻抗也不同。 Ｚ＝ｄＣ （ｄ为介质密度） 声阻抗的单位是：克／ＣＭ2. 秒，或 千克／Ｍ2. 秒

(1).增加仪器通道； (2).按装自动扫查装置； (3).计算机的应用。 关于工业水浸超声设备，详情登陆安赛斯 公司官网。
3.扩大应用范围



(1).电磁声及相控阵技术的应用； 利用电磁效应发射/接收超声波的一种 探头； (2).聚焦声技术的应用； (3).TOFD技术的运用； (4).探头规格品种的增加。 如：非接触式的空气耦合探头。 以空气等作为耦合剂。不需要与工件 波探伤的缺点：


１、探测结果受主观影响较大，缺陷的发 现及评定，仅凭借仪器显示的脉冲反射波 形，而波形信号的高度、位置、数量等信 息，又取决于探伤人员对仪器的调节和判 断，因此，需要较多的经验，且重复性差； 2、受形状限制，形状复杂的工件，超声波 探伤很为困难；



3、探测表面要求制备，探头与工件探测表 面之间应有良好的耦合是超声波能量能足 够透入工件并得以发现缺陷为前提，通常 随着工件光洁度的提高，透入能量随着增 加，缺陷检出效果增加。为此，超声波探 伤的工件，其表面应予备制； ４、定量、定位精度差，仪器本身不能定性； ５、受材料晶粒结构和组织均匀性限制。