第三章超声波检测技术

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...