超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓課件

1、超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,1,第三章 超聲波發(fā)射聲場與規(guī)則反射體分回波聲壓,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,2,主要內(nèi)容： 縱波發(fā)射聲場 橫波發(fā)射聲場 規(guī)則反射體的回波聲壓 AVG曲線,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,3,超聲波探頭（波源）發(fā)射的超聲場具有特殊的結(jié)構。只有當缺陷位于超聲場內(nèi)時，才有可能被發(fā)現(xiàn)。 由于液體介質(zhì)中的聲壓可以進行線性疊加，并且測試比較方便。因此對聲場的理論分析研究常常從液體介質(zhì)入手，然后在一定條件下過渡到固體介質(zhì),超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,4,3.1 縱

2、波聲場,一、圓盤波源輻射的縱波聲場 波源軸線上聲壓分布,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,5,P 波源軸線上任意一點聲壓； P0 波源的起始聲壓； FS 波源面積； Rs 波源半徑 波長； x 軸線上Q點至波源的距離。 圓盤波源軸線上的聲壓與距離成反比，與波源面積成正比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,6,近場區(qū)：波源附近由于波的干涉而出現(xiàn)一系列聲壓極大極小值的區(qū)域，成為超聲場的近場區(qū)。近場區(qū)聲壓分布不均勻,容易引起誤判，甚至漏檢，所以，應盡量避免近場區(qū)檢測。 波源軸線上最后一個聲壓極大值至波源的距離稱為近場區(qū)長度,用N表示,P/P0,N,3N

3、,6N,0.5N,X,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,7,近場區(qū)長度與波源面積成正比，與波長成反比。 近場區(qū)檢測定量是不利的，處于聲壓極小值處的較大缺陷回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷回波可能較高，這樣就容易引起誤判，甚至漏檢， 應盡可能避免在近場區(qū)檢測,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,8,遠場區(qū) 波源軸線上至波源的距離大于N的區(qū)域稱為遠場區(qū)。 遠場區(qū)軸線上的聲壓隨距離增加而減?。?當x3N時，聲壓與距離成反比，近似球面波的規(guī)律。這是因為距離足夠大時，波源各點至軸線上某一點的波程差很小，引起的相位差也很小，這樣干涉現(xiàn)象可略去不計。所

4、以遠場區(qū)軸線上不會出現(xiàn)聲壓極大極小值,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,9,超聲場橫截面的聲壓分布： 在xN的遠場區(qū)，軸線上的聲壓最高，偏離中心聲壓逐漸降低，而且，分布完全對稱。 實際檢測中，橫波斜探頭K值和探頭聲束軸線的偏離的測定，規(guī)定要在2N以外進行就是這個原因,N/2,N,3N,6N,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,10,波束的指向性和半擴散角 至波源充分遠處任意一點的聲壓，如圖所示,x,P(r,X,Y,Z,o,P(r,0,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,11,波束指向性,0,Y,3.83,超聲波探傷課程第三章超

5、聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,12,指向性系數(shù)：DC 波前充分遠處任意一點的聲壓P(r,)與波源軸線上同距離處聲壓P(r,0)之比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,13,1、DC1 說明超聲場中至波源充分遠處同一橫截面上各點的聲壓不同，以軸線上的聲壓最高。實際探傷中，只有當聲束軸線垂直于缺陷時，缺陷回波最高就是這個原因。 2、半擴散角0 園盤源輻射的縱波聲場的第一零值發(fā)散角。 3、當0時，|DC|0.15,說明半擴散角以外的聲壓很低，超聲波的能量主要集中在半擴散角以內(nèi)。20以內(nèi)的波束稱為主波束（或主聲束），只有當缺陷位于主波束范圍時，才容易被發(fā)現(xiàn)。以確定的擴散角

6、向固定的方向輻射超聲波的特性稱為聲束指向性,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,14,4、由070/DS可知，增加探頭直徑DS，提高探傷頻率f,半擴散角0將減小，即可以改善聲束的指向性，使超聲波的能量更加集中，有利于提高探傷靈敏度。但由 可知，增加探頭直徑DS和提高探傷頻率f,近場區(qū)長度增加，對探傷不利。因此，在實際探傷中，要綜合考慮DS和f對0及N的影響，合理選擇DS和f。一般是在保證探傷靈敏度的前提下盡可能減小近場區(qū)長度,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,15,波束未擴散區(qū)與擴散區(qū) 超聲波波源輻射的超聲波是以特定的角度向外擴散出去的，但并不是從

7、波源開始擴散的，而是在波源附近存在一個未擴散區(qū)，b=1.64N，在未擴散區(qū)b內(nèi)，波束不擴散，不存在擴散衰減，各截面聲壓基本相同。因此，薄板試塊前幾次底波相差無幾。 到波源的距離xb的區(qū)域稱為擴散區(qū)，擴散區(qū)內(nèi)波束擴散，存在擴散衰減,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,16,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,17,例題: 計算2.5P20縱波直探頭探測鋼工件時的近場區(qū)長度N、半擴散角0和未擴散區(qū)長度b。 解：由題意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 =CL/f 近場區(qū)長度： 半擴散角： 未擴散區(qū)長度,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)

8、射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,18,例題: 計算2.5MHz，20縱波直探頭（2.5P20）探測鋼工件時的近場區(qū)長度N、半擴散角0和未擴散區(qū)長度b,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,19,二、矩形波源輻射的縱波聲場,y,x,Q,z,2a,2b,r,0,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,20,矩形波源作活塞振動時，在液體介質(zhì)中輻射的縱波聲場同樣存在近場區(qū)和未擴散角等。與圓盤波源輻射的縱波聲場基本類似。 設矩形波源的長邊為2a，寬邊為2b。因為超聲波檢測主要在遠場區(qū)，主要考慮在3N以外矩形波源與圓盤波源的相同處與不同處,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射

9、聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,21,波束軸線上的聲壓: r3N時， 式中： Fs 矩形波源的面積，F(xiàn)=4ab 矩形波源的近場區(qū)的長度： 矩形波源輻射的主聲束為四棱錐形，如下圖所示,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,22,X方向的半擴散角為： Y方向的半擴散角為： 矩形波源輻射的縱波聲場與圓盤波源輻射的聲場不同，矩形波源有兩個半擴散角，其聲場橫截面為矩形,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,23,三、近場區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布,公式 只適用均勻介質(zhì)。實際檢測中，有時近場區(qū)分布在兩種不同的介質(zhì)中，如圖所示的水浸檢測，超聲波是先進入水，然后再進入鋼中,超聲波

10、探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,24,當水層厚度較小時，近場區(qū)就會分布在水、鋼兩種介質(zhì)中，設水層厚度為L，則鋼中剩余近場區(qū)長度為 式中 N2 只有介質(zhì)時，鋼中近場長度； C1介質(zhì)水中波速； C2介質(zhì)鋼中波速； 2介質(zhì)鋼中波長,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,25,例：用2.5MHz，直徑14mm縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為20mm，鋼中縱波聲速5900m/s，水中縱波聲速1480m/s，求鋼中近場區(qū)長度N。 解： 鋼中縱波波長 （mm） 鋼中近場區(qū)長度： （mm,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,26,四、實際聲場

11、與理想聲場,以上討論的是液體介質(zhì)，波源作活塞振動，輻射連續(xù)波等理想條件下的聲場，簡稱理想聲場。實際檢測往往是固體介質(zhì)，波源非均勻激發(fā)，輻射脈沖波聲場，簡稱實際聲場。它與理想聲場是不完全相同的,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,27,由圖可知，實際聲場與理想聲場在遠場區(qū)軸線上聲壓分布基本一致。這是因為，當至波源的距離足夠遠時，波源各點至軸線上某點的波程明顯減少，從而使波的干涉大大減弱，甚至不產(chǎn)生干涉。 但在近場區(qū)內(nèi)，實際聲場與理想聲場存在明顯區(qū)別。理想聲場軸線上聲壓存在一系列極大極小值，且極大值為2P0，極小值為零。實際聲場軸線上聲壓雖然也存在極大極小值，但波動幅度小，極

12、大值遠小于2P0。極小值也遠大于零，同時極值點的數(shù)量明顯減少。這可從以下幾方面來分析其原因,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,28,1）近場區(qū)出現(xiàn)聲壓極值點是由于波的干涉造成的。理想聲場是連續(xù)波，波源各點輻射的聲波在聲場中某點產(chǎn)生完全干涉。實際聲場是脈沖波，脈沖波持續(xù)時間很短，波源各點輻射的聲波在聲場中某點產(chǎn)生不完全干涉或不產(chǎn)生干涉。從而使實際聲場近場區(qū)軸線上聲壓變化幅度小于理想聲場，極值點減少。 （2）實際聲場的波源是非均勻激發(fā)，波源中心振幅大，邊緣振幅小。由于波源邊緣引起的波程差較大，對干涉影響也較大。因此這種非均勻激發(fā)的實際波源產(chǎn)生的干涉要小于均勻激發(fā)的理想波源,

13、超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,29,3）理想聲場是針對液體介質(zhì)而言的，而實際檢測對象往往是固體介質(zhì)。在液體介質(zhì)中，液體內(nèi)某點的壓強在各個方向上的大小是相同的。波源各點在液體中某點引起的聲壓可視為同方向而進行線形迭加。在固體介質(zhì)中，波源某點在固體中某點引起的聲壓方向在二者連線上。對于波源軸線上的點，由于對稱性，使垂直于軸線方向的聲壓分量互相抵消，使軸線方向的聲壓分量互相迭加。顯然這種迭加干涉要小于液體介質(zhì)中的迭加干涉，這也是實際聲場近場區(qū)軸線上聲壓分布較均勻的一個原因,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,30,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和

14、規(guī)則反射體分回波聲壓,31,3.2 橫波發(fā)射聲場,一、橫波波源的假設 目前常用的橫波探頭，是使縱波傾斜入射到界面上，通過波型轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)橫波檢測的。當L=時，縱波全反射，第二介質(zhì)中只有折射橫波。 橫波探頭輻射的聲場由第一介質(zhì)中的縱波聲場與第二介質(zhì)中的橫波聲場兩部分組成，兩部分聲場是折射的，如下圖所示，為了便于理解計算，特將第一介質(zhì)中的縱波波源轉(zhuǎn)換為軸線與第二介質(zhì)中橫波波束軸線重合的假想橫波波源，這時整個聲場可視為由假想橫波波源輻射出來的連續(xù)的橫波聲場,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,32,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,33,當實際波源為圓形時

15、，其假想橫波波源為橢圓形，橢圓的長軸等于實際波源的直徑，短軸為: 式中 縱波折射角； 橫波入射角,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,34,二、橫波聲場的結(jié)構 橫波軸線上的聲壓 橫波聲場同縱波聲場一樣由于波的干涉存在近場區(qū)和遠場區(qū)。當x3N時，橫波聲場波束軸線上的聲壓為 式中 K 系數(shù)； FS 波源的面積； S2 第二介質(zhì)中橫波波長； x 軸線上某點至假想波源的距離。 由以上公式可知，橫波聲場中，當x3N時，波束軸線上的聲壓與波源面積成正比，與至假想波源的距離成反比，類似縱波聲場,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,35,近場區(qū)長度 橫波聲場近場區(qū)長

16、度為 式中 N近場區(qū)長度，由假想波源算起 由以上公式可知，橫波聲場的近場區(qū)長度和縱波聲場一樣，與波長成反比，與波源面積成正比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,36,橫波聲場中，第二介質(zhì)中的近場區(qū)長度為 式中 FS波源的面積； S2第二介質(zhì)中橫波波長； L1入射點至波源的距離； L2 入射點至假想波源的距離,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,37,我國橫波探頭常采用值（K=tan）來表示橫波折射角的大小，常用值為1.0、1.5、2.0和2.5等。為了便于計算近場區(qū)長度，在第介質(zhì)為有機玻璃;第二介質(zhì)為鋼的探頭,特將與cos/cos、tan/tan的

17、關系列于表2.2,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,38,例1，試計算2.5MHZ、1416方晶片K1.0(2.5P1416K1)和K2.0(2.5P1416K2)橫波探頭的近場區(qū)長度。（鋼中CS2=3230m/s） 解： 由上式計算表明，橫波探頭晶片尺寸一定，K值增大，近場區(qū)長度將減小,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,39,例2，試計算2.5MHZ、1012mm方晶片K2.0橫波探頭，有機玻璃中入射點至晶片的距離為12mm，求此探頭在鋼中的近場區(qū)長度。 （鋼中CS2=3230m/s） 解,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲

18、壓,40,半擴散角 從假想橫波聲源輻射的橫波聲束同縱波聲場一樣，具有良好的指向性，可以在被檢材料中定向輻射，只是聲束的對稱性與縱波聲場有所不同，如下圖所示,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,41,1）在聲束軸線與界面法線所決定的入射平面內(nèi)，聲束不再對稱于聲束軸線，而是聲束上半擴散角上大于聲束下半擴散角下 （2）在通過聲束軸線與入射平面垂直的平面內(nèi)，聲束對稱于軸線，這時半擴散角可按下式計算。 對于圓片形聲源： 對于矩形正方形聲源： 由公式可以看出，在其他條件相同時，橫波聲束的指向性比縱波好，橫波能量更集中一些。因為橫波波長比縱波短,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則

19、反射體分回波聲壓,42,盲區(qū):從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。不是近場區(qū)，盲區(qū)是脈沖寬度+儀器的阻塞效應。 橫波探頭晶片尺寸一定，K值增大，近場區(qū)長度將減小。 頻率越高，指向性越好； 小晶片指向性差，大晶片指向性好； 在其他條件相同時，橫波聲束的指向性比縱波好，橫波能量更集中一些,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,43,3.3 規(guī)則反射體的回波聲壓,前面討論的是超聲波發(fā)射聲場中的聲壓分布情況，實際檢測中常用反射法。反射法是根據(jù)缺陷反射波聲壓的高低來評價缺陷的大小。然而工件中的缺陷形狀性質(zhì)各不相同，目前的檢測技術還難以確定缺陷的真實大小和形狀。反射波聲壓相同的缺陷的實際

20、大小可能相差很大，為此特引用當量法。當量法是指在同樣的檢測條件下，當自然缺陷反射波與某人工規(guī)則反射體回波等高時，則該人工規(guī)則反射體的尺寸就是此自然缺陷的當量尺寸。自然缺陷的實際尺寸往往大于當量尺寸,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,44,一、規(guī)則反射體的反射波聲壓公式 超聲波檢測中常用的規(guī)則反射體有平底孔、長橫孔、短橫孔、球孔和大平底面等，下面分別討論以上各種規(guī)則反射體的回波聲壓,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,45,平底孔回波聲壓 在X3N的圓盤波源軸線上存在一平底孔缺陷，設波束軸線垂直于平底孔，超聲波在平底孔上全反射，平底孔直徑較小，表面各

21、點聲壓近似相等,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,46,根據(jù)惠更斯原理可以把平底孔當作一個新的圓盤源，其起始聲壓就是入射波在平底孔處的聲壓,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,47,平底孔反射波聲壓 式中 P0波源的起始聲壓； FS波源的面積， Ff 平底孔缺陷的面積； 波長 x平底孔至波源的距離 由上式可知，當檢測條件（ FS ， ）一定時，平底孔缺陷的回波聲壓或波高與平底孔面積成正比，與距離平方成反比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,48,任意兩個距離直徑不同的平底孔反射波聲壓之比為： 二者回波分貝差為： 當Df1=D

22、f2，X2=2X1時 , 這說明平底孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12db,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,49,當X2=X1 ,Df1=2Df2，時 , 這說明平底孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高12db,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,50,長橫孔回波聲壓 當x3N，超聲波垂直入射， 全反射，長橫孔直徑較小，長度大于波束截面尺寸時，超聲波在長橫孔表面的反射就類似于球面波在柱面鏡上的反射,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,51,長橫孔回波聲壓 式中 Df 長橫孔的直徑。 由上式可知，當探測條件（ FS ，

23、）一定時，長橫孔回波聲壓與長橫孔的直徑平方根成正比，與距離的二分之三次方成反比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,52,任意兩個距離、直徑不同的長橫孔回波分貝差為： 當Df1=Df2，X2=2X1時 , 這說明:長橫孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降9db,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,53,當X2=X1 ,Df1=2Df2，時 , 這說明：長橫孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高3 db,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,54,短橫孔回波聲壓 短橫孔是長度明顯小于波束截面尺寸的橫孔，設短橫孔直徑為Df，長度為Lf。

24、當X3N時，超聲波在短橫孔上的反射回波聲壓為,Lf,x,Ds,Df,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,55,由上式可知，當探測條件（ FS ， ）一定時，短橫孔回波聲壓與短橫孔的長度成正比，與直徑的平方根成正比，與距離的平方成反比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,56,任意兩個距離、長度和直徑不同的短橫孔回波分貝差為： 當Df1=Df2，Lf1=Lf2,X2=2X1時 , 這說明短橫孔直徑和長度一定，距離增加一倍，其回波下降12db，與平底孔變化規(guī)律相同,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,57,當X2=X1 ,Df1=D

25、f2，Lf1=2Lf2時 , 這說明短橫孔直徑和距離一定，長度增加一倍，其回波上升6db。 （3）當X2=X1 ,Df1=2Df2，Lf1=Lf2時 , 這說明短橫孔長度和距離一定，直徑增加一倍，其回波升高3 db,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,58,大平底面回波聲壓 當X3N時，超聲波在與波束垂直、表面光潔的大平底面上的反射就是球面波在大平面上的反射,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,59,其回波聲壓為: 由上式可知，當探測條件（ FS ， ） ）一定時，大平底面回波聲壓與距離成反比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓

26、,60,兩個不同距離的大平底面回波分貝差為： 當X2=2X1 時 這說明大平底面距離增加一倍，其回波下降6db,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,61,球孔回波聲壓 設球孔直徑為Df,超聲波垂直入射，全反射， Df足夠小,Df,x,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,62,當X3N時，超聲波在球孔上的反射就類似于球面波在球面上的反射，其回波聲壓為: 由上式可知，當探測條件（Fs，）一定時，球孔回波聲壓與距離的平方成反比，與球孔直徑成正比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,63,任意兩個直徑、距離不同的球孔的回波分貝差為： （

27、1）當Df1=Df2,x2=2x1時， 這說明球孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12 dB，與平底孔變化規(guī)律相同,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,64,2）當Df1=2Df2,x2=x1時， 這說明球孔距離不變，直徑增加一倍，其回波上升6 dB,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,65,實心圓柱體曲底面回波聲壓,a,x,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,66,球面波在凹柱面上的反射聲壓： 這里a=x， P1/a:球面頂點處入射波的聲壓 f=D/4=x/4,代入上式 這說明實心圓柱體反射波聲壓與大平底面回波聲壓相同,超聲

28、波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,67,空心圓柱體曲底面回波聲壓,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,68,空心圓柱體曲底面回波聲壓-外柱面徑向探傷 上式說明外圓檢測空心圓柱體，其回波聲壓低于同距離大平底面回波聲壓。因為凸柱面反射波發(fā)散,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,69,空心圓柱體曲底面回波聲壓-內(nèi)柱面徑向探傷 上式說明內(nèi)孔檢測圓柱體，其回波聲壓大于同距離大平底回波聲壓。因為凹柱面反射波聚焦,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,70,以上各種規(guī)則反射體的反射波聲壓公式均未考慮介質(zhì)衰減，如果考慮介質(zhì)衰減

29、，則所有公式均應增加 式中：x 反射體至探頭的距離，x 3N 介質(zhì)單程衰減系數(shù)，dB/mm,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,71,3.4 AVG曲線,AVG 曲線是描述規(guī)則反射體的距離A、反射波高度V及當量大小G之間關系的曲線。A、V、G是德文距離、增益和大小的字頭縮寫。英文縮寫為DGS。AVG曲線可用于對缺陷定量和靈敏度調(diào)整。 AVG曲線有多種類型，根據(jù)通用性分為通用AVG和實用AVG；據(jù)波型不同分為縱波AVG和橫波AVG；據(jù)反射體不同分為平底孔AVG和橫孔AVG等。 下面以縱波平底孔為例來說明AVG曲線的原理和繪制方法,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射

30、體分回波聲壓,72,一、縱波平底孔AVG曲線 1、通用AVG曲線適用于所有縱波探頭 當X3N，不考慮介質(zhì)衰減時，大平底面與平底孔回波聲壓為 當儀器的垂直線性良好時，示波屏上波高與聲壓成正比,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,73,為了簡化計算，對上式進行歸一化處理。 令 ， ，并代入上式得 若用dB表示波高，則有 式中 A歸一化距離； G歸一化缺陷當量大??； V1底波與始波高dB差； V2平底孔回波與始波高dB差,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,74,縱波平底孔通用AVG曲線,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,75,圖中

31、V均為負dB值，說明各底波與平底孔反射波均比始波低，需要增益相應dB值，才能達到與始波等高。 在A3的區(qū)域內(nèi)，由于理論公式不適用，因此該區(qū)域的曲線一般不繪出或由實測得到。 由平底孔缺陷通用AVG曲線可見，當A1時，由于波的干涉，使平底孔回波聲壓趨于復雜化，出現(xiàn)極大極小值。但對于大平底而言，其回波幾乎不隨距離變化，在這個區(qū)域內(nèi)的入射波可視為平面波的一部分，平均聲壓為常數(shù),超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,76,通用AVG曲線由于采用了歸一化距離和歸一化缺陷當量大小，因此通用性好，適用不同規(guī)格的探頭。 通用AVG曲線可以用來調(diào)整檢測靈敏度和對缺陷進行定量,超聲波探傷課程第三

32、章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,77,例如，用2.5MHZ、20mm直探頭探測厚400mm鋼制餅形鍛件，已知鋼中 ，檢測中在170mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其回波高度比底波低10dB。如何利用底波調(diào)整2平底孔靈敏度？求此缺陷的當量平底孔尺寸為多少？ 解:調(diào)靈敏度 1、求 N,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,78,2、求400mm處，2mm平底孔對應的A和G 3、查AVG曲線 過A=9.4處作垂線交G=0.1線于N，交B線于M，則MN所對應的分貝值為400mm處大平底與2平底孔的反射波分貝差： =B-2=44dB,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓

33、,79,4、調(diào)整2靈敏度 調(diào)節(jié)儀器使第一次底波B1達基準波高（例如80%），然后釋放44dB（增益型儀器，增加44dB，衰減型儀器，衰減44dB），至此2靈敏度調(diào)好，即這時400mm處2平底孔回波正好達基準波高。 對缺陷定量 1、求Af 2、求Gf 過Af =4處作垂線,與比點M低10dB的P點作的水平線相交于Q點，則Q點所對應的G值為所求： Gf =0.3,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,80,3、求缺陷的當量尺寸 通用AVG曲線雖然通用性好，但使用中要進行歸一化換算，不大方便，為此引入了適用于特定探頭的專用AVG曲線，常稱實用AVG曲線,超聲波探傷課程第三章超聲波

34、發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,81,2、實用AVG曲線 以橫坐標表示實際聲程，縱坐標表示規(guī)則反射體相對波高，用來描述距離、波幅、當量大小之間的關系曲線，稱為實用AVG曲線，下圖為平底孔實用AVG曲線,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,82,實用AVG曲線可由以下公式得到。 不同距離的大平底反射波dB差 不同距離的不同大小平底孔反射波dB差 同距離的大平底與平底孔反射波dB差,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,83,用以上公式計算繪制實用AVG曲線時，要統(tǒng)一靈敏度基準。例如上圖 是x=750mm，2平底孔為0dB。 實用AVG曲線中X3N部分，可

35、由理論公式計算得到，還可由實測CS-試塊得到或由通用AVG曲線進行轉(zhuǎn)換得到，但x3N的區(qū)域只能通過實測得到,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,84,例：晶片直徑D=20mm，頻率2.5MHZ縱波直探頭，利用公式繪制鋼中的實用AVG曲線。 解：（1）首先要確定一個統(tǒng)一的靈敏度基準。 例如確定的基準為x=750mm時，2平底孔的回波高度為0dB (2) 計算不同距離處同一大小平底孔的回波dB差 根據(jù) 此時Df1=Df2,則有， 把X2750mm代入，分別計算X1=100,200,.對應的（dB值）就得到2平底孔的距離波幅曲線,超聲波探傷課程第三章超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓,85,3)計算同距離處不同大小平底孔的回波dB差 根據(jù) 此時，x1=x2,則有： Df22mm代