第2章超声波检测•本章提要：•超声检测（UT）是利用其在物质中传播、界面反射、折射(产生波型转换)和衰减等物理性质来发现缺陷的一种无损检测方法，应用较为广泛。•按其工作原理不同分为：共振法、穿透法、脉冲反射法超声检测；•按显示缺陷方式不同分为：A型、B型、C型、3D型超声检测；•按选用超声波波型不同分为：纵波法、横波法、表面波法超声检测；•按声耦和方式不同分为：直接接触法、液浸法超声检测；•本章将重点介绍：脉冲反射法原理、直接接触法、A型显示方式、纵波法、横波法超声检测技术。2.1超声波检测技术基础2.1.1超声波的物理本质它是频率大于2万赫兹的机械振动在弹性介质中的转播行为。即超声频率的机械波。一般地说，超声波频率越高，其能量越大，探伤灵敏度也越高。超声检测常用频率在0.5～10MHZ。2.1.2超声波的产生（发射）与接收(1)超声波的产生机理——利用了压电材料的压电效应。试验发现，某些晶体材料（如石英晶体）做成的晶体薄片，当其受到拉伸或压缩时，表面就会产生电荷；此现象称为正压电效应；反之，当对此晶片施加交变电场时，晶体内部的质点就会产生机械振动，此现象称为逆压电效应。具有压电效应的晶体材料就称为压电材料。压电效应•压电效应图解＋/－b.施加交流电场时内部质点产生振动a.拉伸或压缩时表面产生电荷－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋正压电效应～－/＋逆压电效应(2)超声波的发射与接收①发射——在压电晶片制成的探头中，对压电晶片施以超声频率的交变电压，由于逆压电效应，晶片中就会产生超声频率的机械振动——产生超声波；若此机械振动与被检测的工件较好地耦合，超声波就会传入工件——这就是超声波的发射。②接收——若发射出去的超声波遇到界面被反射回来，又会对探头的压电晶片产生机械振动，由于正压电效应，在晶片的上下电极之间就会产生交变的电信号。将此电信号采集、检波、放大并显示出来，就完成了对超声波信号的接收。可见，探头是一种声电换能元件，是一种特殊的传感器，在探伤过程中发挥重要的作用。2.1超声波检测技术基础2.1.3超声波波型的分类•按质点的振动方向与声波的传播方向之间的关系分为：（1）纵波L——介质质点的振动方向与波的传播方向一致；（2）横波S——介质质点的振动方向与波的传播方向垂直；2.1超声波检测技术基础（3）表面波R——介质质点沿介质表面做椭圆运动；又称瑞利波；2.1超声波检测技术基础（4）板波——板厚与波长相当的薄板中传播的超声波，板的两表面介质质点沿介质表面做椭圆运动，板中间也有超声波传播。又称兰姆波；a)对称型b)非对称型2.1超声波检测技术基础•注意！①液体和气体介质（不能传递切向力）中，所以只能传播纵波！②同一介质中，声速的关系有：CL>CS>CR③同一介质中，声速、波长、频率之间的关系为：C=λ·f=常数。•按超声波振动持续时间分为：(1)连续波——在有效作用时间内声波不间断地发射；(2)脉冲波——在有效作用时间内声波以脉冲方式间歇地发射。注意:超声波检测过程常采用脉冲波。2.1.4超声波的基本性质(1)具有良好的指向性：直线传播，符合几何光学定律；象光波一样，方向性好；束射性，象手电筒的光束一样，能集中在超声场内定向辐射。声束的扩散角满足如下关系：θ=arcsin1.22(λ/D)(2-1)可见：波长越短，扩散角θ越小，声能越集中。2.1超声波检测技术基础(2)具有较强的穿透性，但有衰减；穿透性——来自于它的高能量，因为声强正比于频率的平方；所以，超声波的能量比普通声波大100万倍！可穿透金属达数米！衰减性——源于三个方面：扩散、散射、吸收；•(1)扩散衰减•声波在介质中传播时，因其波前在逐渐扩展，•从而导致声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波的扩散衰减。•它主要取决于波阵面的几何形状，•而与传播介质无关。2.1超声波检测技术基础•(2)散射衰减•散射是物质不均匀性产生的。•不均匀材料含有声阻抗急剧变化的界面，•在这两种物质的界面上，•会产生声波的反射、折射和波型转换现象，•必然导致声能的降低。2.1超声波检测技术基础•(3)吸收衰减：•超声波在介质中传播时，•由于介质质点间的内摩擦和热传导，•引起的声波能量减...
