第三章 超声波检测技术 1. 超声波检测原理简介 1.1原理: 利用超声波在缺陷界面的反射来进行对缺陷的定位、定量和定性。 1.2 超声波的产生和接受 产生: 逆压电效应:使用高频电压作用于压电晶片,使之产生高频的机械振动。 接受: 压电效应:将机械振动作用于压电晶片产生电荷,以电能的形式进入仪器。 探头(换能器): 直探头 斜探头 双晶探头 聚焦探头 1.3 超声波的特征 1.3.1 频率高 f>20KHz,检测使用范围为0.3MHz~10MHz,常用1~5MHz,可作为直线传播,可使用几何光学的理论,讨论反射、透射等实际问题。 1.3.2 波长短 如c=5900m/s,2.5MHz,λ =2.36mm。 属于毫米波,超声波传播距离长,探测厚度大,大大超过X-ray,穿透能力强。 1.3.3 具有波形转换的能力 可以使用纵波检测还可以使用于横波检测, 讨论波形的传播路径。 主要波形: 纵波(Longitudinal waves) 横波(Transverse waves or Shear waves) 1.3.4 检测灵敏度高 可检测的最小缺陷为波长的一半。 1.3.5 超声波声场的近场和指向性 近场: 声源轴线上的声压有若干极大值与极小值,最后一个声压极大值至声源的距离称为近场长度N, N=Rs2/λ =Ds2/(4λ )=Fs/(π λ ) 指向性: 声束集中向一个方向辐射的性质,叫做声场的指向性。 定量描述: 用θ 0称,为半扩散角(或指向角),2θ 0范围内的声束叫做主声束。 θ 0=arcsin (1.22λ /Rs)。 1.4 超声波检测方法 1.4.1 穿透法 一收一发探头,两平行面检测,会漏检(缺陷距底面距离大于声影长度)。 1.4.2 共振法 连续波,用于测厚。δ =nλ /2,n共振次数。c=fλ , δ =c(fn-fn-1)/2 探头晶片厚度的计算 压电晶片的振动频率f即探头的工作频率,它主要取决于晶片的厚度T和超声波在晶片材料中的声速。晶片的共振频率(即基频)是其厚度的函数;可以证明,晶片厚度T为其传播波长一半时即产生共振,此时,在晶片厚度方向的两个面得到最大振幅,晶片中心为共振的驻点。 通常把晶片材料的频率f和厚度T的乘积称为频率常数Nt,若: T= λ / 2 ,则: Nt=f ·T =C/2 式中:C为晶片材料中的纵波声速。 由式可知,频率越高, 晶片越薄,制作越困难,且Nt小的晶片材料不宜用于制作高频探头。 1.4.3 脉冲反射法(A型为主) 向工件中发射脉冲,脉冲遇到界面产生反射,根据反射信号来确定缺陷的存在,完成定位、定量和定性。 2 超声波检测通用技术 2.1 检...