超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第1頁(yè)超聲波是超聲振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳輸機(jī)械波。與聲波和次聲波在彈性介質(zhì)中傳輸類同，區(qū)分在于超聲波頻率高于20kHz?？陕犅暡ǎ?0-0Hz，人耳可聽到聲波范圍；次聲波：低于20Hz；超聲波：高于0Hz。工業(yè)超聲檢測(cè)常見工作頻率為0.5-10MHz。較高頻率主要用于細(xì)晶材料和高靈敏度檢測(cè)，較低頻率用于衰減較大和粗晶材料（1MHz以下）。

第一章超聲波檢測(cè)第一節(jié)超聲檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第2頁(yè)

超聲波波長(zhǎng)很短，這決定了超聲波含有一些主要特征，使其能廣泛應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)。1、方向性好超聲波含有像光波一樣定向束射特征。2、穿透能力強(qiáng)對(duì)于大多數(shù)介質(zhì)而言，它含有較強(qiáng)穿透能力。比如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。

3、能量高超聲檢測(cè)工作頻率遠(yuǎn)高于聲波頻率，超聲波能量遠(yuǎn)大于聲波能量。

4、遇有界面時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳輸時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，使超聲檢測(cè)工作靈活性、準(zhǔn)確度得以大幅度提升。5、對(duì)人體無(wú)害。

第一章超聲波檢測(cè)一、超聲波特點(diǎn)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第3頁(yè)（一）描述超聲波基礎(chǔ)物理量超聲波產(chǎn)生依賴于做高頻機(jī)械振動(dòng)“聲源”和傳輸機(jī)械振動(dòng)彈性介質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)是超聲檢測(cè)物理基礎(chǔ)。1、聲速c：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中傳輸距離；超聲波速度就是聲音速度,即聲在空氣(15℃)中速度是340米/秒,只不過(guò)它們頻率不一樣而已；超聲波在20℃鋼中是5200米/秒;在鋁中傳輸速度為5100米/秒。

2、頻率f：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中任一給定點(diǎn)所經(jīng)過(guò)完整波個(gè)數(shù)；3、波長(zhǎng)λ：聲波在傳輸時(shí)，同一波線上相鄰兩個(gè)相位相同質(zhì)點(diǎn)之間距離；

第一章超聲波檢測(cè)二、超聲波分類超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第4頁(yè)4、周期T：聲波向前傳輸一個(gè)波長(zhǎng)距離時(shí)所需時(shí)間；5、角頻率ω：其中頻率和周期是由波源決定，聲速與傳聲介質(zhì)特征和波型相關(guān)。

上述各量之間關(guān)系：

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第5頁(yè)

（二）超聲波分類超聲波分類方法很多，主要有：

按介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳輸方向之間關(guān)系分類；按波振面形狀分類；按振動(dòng)連續(xù)時(shí)間分類等。其中，按按介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳輸方向之間關(guān)系分類是研究超聲波在介質(zhì)中傳輸規(guī)律主要理論依據(jù)，將著重討論。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第6頁(yè)

第一章超聲波檢測(cè)超聲波分類超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第7頁(yè)

超聲波波型超聲波波型指是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳輸方向關(guān)系。按波型可分為縱波、橫波、表面波和板波等。

1、縱波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳輸方向相同波叫縱波，用L表示。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力作用下，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳輸時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)疏密相間，所以縱波有時(shí)又稱為壓縮波或疏密波。

聲音在空氣中傳輸是縱波。固體介質(zhì)能夠承受拉壓應(yīng)力作用，所以能夠傳輸縱波，液體和氣體雖不能承受拉應(yīng)力，但在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生容積改變，所以液體和氣體介質(zhì)也能夠傳輸縱波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第8頁(yè)縱波（Longitudinalwave）

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第9頁(yè)

2、橫波。介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳輸方向波叫橫波，用S或T表示。橫波形成是因?yàn)榻橘|(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變切應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生了切變形變，所以橫波又叫做切變波。液體和氣體介質(zhì)不能承受切應(yīng)力，只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳輸，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳輸。

如抖動(dòng)繩子時(shí)

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第10頁(yè)

橫波（Transversewave）

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第11頁(yè)

3、表面波（瑞利波）。當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳輸時(shí)，對(duì)于有限介質(zhì)而言，有一個(gè)沿介質(zhì)表面?zhèn)鬏敳幢砻娌ā＝橘|(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)作橢圓運(yùn)動(dòng)。橢圓長(zhǎng)軸垂直于波傳輸方向，短軸平行于波傳輸方向，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)橢圓振動(dòng)可視為縱波與橫波合成。瑞利首先對(duì)這種波給予了理論上說(shuō)明，所以表面波又稱為瑞利波（Rayleighwave），常見R表示。如采取表面波探傷只能發(fā)覺工件表面缺點(diǎn)。

表面波（Surfacewave）

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第12頁(yè)4、板波（蘭姆波）。

在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)彈性薄板中傳輸超聲波叫板波(或蘭姆波)。板波傳輸時(shí)聲場(chǎng)遍布整個(gè)板厚度。薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)為縱波和橫波組合，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡為一橢圓，在薄板中間也有超聲波傳輸。板波按其傳輸方式又可分為對(duì)稱型（S型）和非對(duì)稱型（A型）兩種，這是由質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于板中間層作對(duì)稱型還是非對(duì)稱型運(yùn)動(dòng)來(lái)決定。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第13頁(yè)板波（Platewave）(a)對(duì)稱型；

(b)非對(duì)稱型

第一章超聲波檢測(cè)薄板中部質(zhì)點(diǎn)以縱波形式振動(dòng)和傳輸薄板中部質(zhì)點(diǎn)以橫波形式振動(dòng)和傳輸S型A型超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第14頁(yè)連續(xù)波與脈沖波連續(xù)波是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間為無(wú)窮時(shí)波。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短波，超聲檢測(cè)中最常見是脈沖波。對(duì)脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包含各種頻率成份。其中大家關(guān)心頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第15頁(yè)

超聲波幾個(gè)概念超聲波由聲源向周圍傳輸過(guò)程可用波陣面進(jìn)行描述。在無(wú)限大且各向同性介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳輸，用波線表示傳輸方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同全部質(zhì)點(diǎn)所連成面稱為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳輸?shù)诌_(dá)距聲源最遠(yuǎn)各點(diǎn)所連成面稱為波前。在各向同性介質(zhì)中波線垂直于波陣面。在任何時(shí)刻，波前總是距聲源最遠(yuǎn)一個(gè)波陣面。

波前只有一個(gè)，而波陣面能夠有任意多個(gè)。

第一章超聲波檢測(cè)平面波柱面波球面波超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第16頁(yè)波線、波前與波陣面(a)平面波；

(b)柱面波；

(c)球面波

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第17頁(yè)依據(jù)波陣面形狀(波形)，可將超聲波分為平面波、柱面波和球面波等。平面波即波陣面為平面波，而柱面波波陣面為同軸圓柱面，球面波波陣面為同心球面。當(dāng)聲源是一個(gè)點(diǎn)時(shí)，在各向同性介質(zhì)中波陣面為以聲源為中心球面。能夠證實(shí)，球面波中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅度與距聲源距離成反比。當(dāng)聲源尺寸遠(yuǎn)小于測(cè)量點(diǎn)距聲源距離時(shí)，能夠把超聲波看成是球面波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第18頁(yè)

一、描述超聲場(chǎng)物理量充滿超聲波空間，或在介質(zhì)中超聲振動(dòng)所涉及質(zhì)點(diǎn)占據(jù)范圍叫超聲場(chǎng)。為描述超聲場(chǎng)，常見物理量有：聲壓、聲強(qiáng)、聲阻抗、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。

第一章超聲波檢測(cè)第二節(jié)超聲場(chǎng)及介質(zhì)聲參量介紹超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第19頁(yè)

1、聲壓p當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳輸時(shí)，因?yàn)榻橘|(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替改變。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所含有壓強(qiáng)p1與沒有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱為該點(diǎn)聲壓，用p表示,單位為帕，Pa，即

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第20頁(yè)對(duì)于平面余弦波，

能夠證實(shí)：

式中：為介質(zhì)密度；c為介質(zhì)中聲速；為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振幅；為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圓頻率；為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值；t為時(shí)間；x為質(zhì)點(diǎn)距聲源距離，為聲壓極大值。由上式可知：超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)聲壓幅值P與速度振幅成正比，也就與頻率成正比。因?yàn)槌暡l率很高，遠(yuǎn)大于聲波頻率，故超聲波聲壓普通也遠(yuǎn)大于聲波聲壓。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第21頁(yè)

2、聲強(qiáng)I

在超聲場(chǎng)傳輸方向上，單位時(shí)間內(nèi)介質(zhì)中單位截面上聲能叫聲強(qiáng)，用I表示，單位W/cm2。以平面縱波在均勻各向同性固體介質(zhì)中傳輸時(shí),有

由上式可知，超聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)與角頻率平方成正比。因?yàn)槌暡l率很高，故超聲波聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于探傷主要依據(jù)。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第22頁(yè)

3、分貝概念

以引發(fā)聽覺最弱聲強(qiáng)I0=10-16W/cm2為聲強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)，在聲學(xué)上稱為“聞閾”，即f=1000Hz時(shí)引發(fā)人耳聽覺聲強(qiáng)最小值。將某一聲強(qiáng)I與標(biāo)準(zhǔn)聲強(qiáng)I0之比取常見對(duì)數(shù)得到二者相差數(shù)量級(jí)，稱為聲強(qiáng)級(jí)，用IL表示。聲強(qiáng)級(jí)單位為貝爾BeL，即

IL=lg(I/I0)貝爾（BeL）在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，貝爾這個(gè)單位太大，常見分貝（dB）作為聲強(qiáng)級(jí)單位。

第一章超聲波檢測(cè)因?yàn)榭萍歼M(jìn)步,認(rèn)

識(shí)到人類對(duì)聲音響應(yīng)是按對(duì)數(shù)規(guī)律改變,于是有了一個(gè)單位就是貝爾(bel，美國(guó)創(chuàng)造家,電話創(chuàng)造人)。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第23頁(yè)

第一章超聲波檢測(cè)1分貝人類耳朵剛才能聽到聲音20分貝以下認(rèn)為是平靜，15分貝以下,認(rèn)為是“死寂”20-40分貝大約是情侶耳邊喃喃細(xì)語(yǔ)40-60分貝正常交談聲音60分貝以上屬于喧華范圍70分貝很吵，而且開始損害聽力神經(jīng)汽車噪音介乎80-100分貝90分貝以上會(huì)使聽力受損100-120分貝如無(wú)意外，一分鐘人類就得暫時(shí)性失聰（致聾）

聲音與噪音對(duì)人影響超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第24頁(yè)

1分貝是人類耳朵剛才能聽到聲音，20分貝以下聲音，普通來(lái)說(shuō)，咱們認(rèn)為它是平靜，當(dāng)然，普通來(lái)說(shuō)15分貝以下咱們就能夠認(rèn)為它屬于"死寂"了。20-40分貝大約是情侶耳邊喃喃細(xì)語(yǔ)。40-60分貝屬于咱們正常交談聲音。60分貝以上就屬于喧華范圍了，70分貝咱們就能夠認(rèn)為它是很吵，而且開始損害聽力神經(jīng)，90分貝以上就會(huì)使聽力受損，而呆在100-120分貝空間內(nèi)，如無(wú)意外，一分鐘人類就得暫時(shí)性失聰（致聾）。其中汽車噪音介乎80-100分貝，以一輛汽車發(fā)出90分貝噪音為例，在一百米處，依然能夠聽到81分貝噪音（以上標(biāo)準(zhǔn)會(huì)因環(huán)境差異有所不一樣，并非絕對(duì)值）。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第25頁(yè)

第一章超聲波檢測(cè)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，超聲波幅度或強(qiáng)度也用相同方法即分貝表示，定義：IL分貝差超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第26頁(yè)

當(dāng)前市售超聲波探傷儀，其示波屏上波高與聲壓成正比，即任意兩點(diǎn)波高之比等于對(duì)應(yīng)聲壓之比，二者分貝差若對(duì)二者取自然對(duì)數(shù)，則其單位為奈培NP：奈培與分貝關(guān)系為：實(shí)際檢測(cè)時(shí)，常按此式計(jì)算超聲波探傷儀示波頻上任意兩個(gè)波高分貝差。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第27頁(yè)聲波在介質(zhì)中傳輸是由其聲學(xué)參量（聲速、聲阻抗、聲衰減系數(shù)等）決定，所以需要研究介質(zhì)聲參量。

1、聲阻抗Z

超聲波在介質(zhì)中傳輸時(shí)，任一點(diǎn)聲壓p與該點(diǎn)速度振幅V之比叫聲阻抗Z，單位：g/(cm2.s)；kg/(cm2.s)。

聲阻抗表示聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)妨礙作用。在同一聲壓下，介質(zhì)聲阻抗越大，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度就越小。試驗(yàn)證實(shí)，氣體、液體與金屬之間特征聲阻抗之比大約為1:3000:8000。二、介質(zhì)聲參量

第一章超聲波檢測(cè)物理學(xué)術(shù)語(yǔ)。關(guān)于介質(zhì)聲學(xué)特征物理量。在超聲診療領(lǐng)域簡(jiǎn)稱聲阻抗。聲波在介質(zhì)中某點(diǎn)有效聲壓與經(jīng)過(guò)該點(diǎn)有效質(zhì)點(diǎn)速度比值。又可用介質(zhì)密度與聲速乘積來(lái)表示。聲波經(jīng)均質(zhì)性介質(zhì)時(shí)基礎(chǔ)按直線連續(xù)傳輸；聲波經(jīng)兩種介質(zhì)時(shí)，其聲阻抗差超出0.1%即產(chǎn)生聲學(xué)界面，引發(fā)反射。脈沖反射式超聲診療儀顯示人體組織斷面聲像，實(shí)質(zhì)上是人體組織中聲阻抗差異空間分布圖。

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第28頁(yè)

2、聲速聲速表示聲波在介質(zhì)中傳輸速度，它與超聲波波型相關(guān)，但更依賴于傳聲介質(zhì)本身特征。所以，聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特征參量。了解受檢材料聲速，對(duì)于缺點(diǎn)定位和定量分析都有主要意義。聲速又可分為相速度和群速度。相速度：聲波傳輸?shù)浇橘|(zhì)某一選定相位點(diǎn)時(shí)，在傳輸方向上聲速；群速度：在傳輸聲波包絡(luò)面上，含有某種特征（如幅值最大）點(diǎn)上，聲波在傳輸方向上速度。群速度是波群能量傳輸速度。非頻散介質(zhì)中，相速度等于群速度。

第一章超聲波檢測(cè)相速度隨頻率改變而改變現(xiàn)象被稱為頻散。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第29頁(yè)（1）縱波、橫波和表面波聲速。縱波、橫波和表面波聲速主要是由介質(zhì)彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定，而與頻率無(wú)關(guān)，即它們各自相速度和群速度相同，所以普通說(shuō)到它們聲速都是指相速度。不一樣材料聲速值有較大差異。在給定材料中，頻率越高，波長(zhǎng)越短。同一固體介質(zhì)中，縱波聲速cL大于橫波聲速cs，橫波聲速cs又大于表面波聲速cr。對(duì)于鋼材，cL≈1.8cs，cs≈1.1cr。（2）板波聲速。板波聲速與其它波型不一樣，其相速度隨頻率改變而改變，含有頻散特征。幾個(gè)不一樣波形聲速

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第30頁(yè)（1）液體中聲速：（2）無(wú)限固體介質(zhì)中縱波聲速：（3）無(wú)限固體介質(zhì)中橫波聲速：幾個(gè)不一樣介質(zhì)中聲速

第一章超聲波檢測(cè)K——液體體積彈性模量，MPa；E——固體楊氏彈性模量，MPa

；G——固體剪切彈性模量，MPa

。聲速普通表示式超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第31頁(yè)

3、聲衰減系數(shù)a

超聲波在介質(zhì)中傳輸時(shí)，伴隨傳輸距離增加能量逐步減弱現(xiàn)象叫做超聲波衰減。在傳聲介質(zhì)中，單位距離內(nèi)某一頻率下聲波能量衰減值叫做該頻率下該介質(zhì)衰減系數(shù)a，單位為dB/m或dB/cm。引發(fā)衰減原因主要有三個(gè)方面：一是聲束擴(kuò)散；二是因?yàn)椴牧现芯Я；蚱渌⑿☆w粒引發(fā)聲波散射；三是介質(zhì)吸收。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第32頁(yè)

（1）擴(kuò)散衰減：聲波在介質(zhì)中傳輸時(shí)，因波前在逐步擴(kuò)展，從而造成聲波能量逐步減弱現(xiàn)象叫做超聲波擴(kuò)散衰減。它主要取決于波陣面幾何形狀，與傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)。平面波不存在擴(kuò)散衰減，而球面波和柱面波有擴(kuò)散衰減現(xiàn)象。（2）散射衰減：散射是因?yàn)槲镔|(zhì)不均勻產(chǎn)生，不均勻材料含有聲阻抗急劇改變界面，在這兩種物質(zhì)界面上，將產(chǎn)生聲波反射、折射和波形轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，必定造成聲能降低。（3）吸收衰減：超聲波在介質(zhì)中傳輸時(shí)，因?yàn)榻橘|(zhì)質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)摩擦、熱傳導(dǎo)、引發(fā)聲波能量減弱現(xiàn)象，叫做超聲波吸收衰減。

固體介質(zhì)中，吸收衰減相對(duì)于散射衰減幾乎可忽略不計(jì)，但對(duì)液體介質(zhì)，吸收衰減是主要衰減方式。

在超聲檢測(cè)中，談到超聲波在材料中衰減時(shí)，通常關(guān)心是散射衰減和吸收衰減，而不包含擴(kuò)散衰減。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第33頁(yè)一、超聲波垂直入射到平界面上反射和透射超聲波在無(wú)限大介質(zhì)中傳輸時(shí)，將一直向前傳輸，不改變方向。但碰到異介質(zhì)界面（即聲阻抗差異較大異質(zhì)界面）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。第三節(jié)超聲波在介質(zhì)中傳輸特征

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第34頁(yè)超聲波垂直入射于平界面反射與透射

當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)界面時(shí)，一個(gè)別能量透過(guò)界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波(聲強(qiáng)為It)，波傳輸方向不變；另一個(gè)別能量則被界面反射回來(lái)，沿與入射波相反方向傳輸，成為反射波(聲強(qiáng)為Ir)。聲波這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺點(diǎn)物理基礎(chǔ)。

1、單一界面

當(dāng)超聲波垂直入射到足夠大光滑平界面時(shí)，將在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反反射波，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相同透射波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第35頁(yè)反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0比值稱為聲壓反射率r，透射波聲壓Pt和P0比值稱為聲壓透射率t。

r和t數(shù)學(xué)表示式為：式中：

Z1、Z2分別為兩種介質(zhì)聲阻抗。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第36頁(yè)為了研究反射波和透射波能量關(guān)系，引入聲強(qiáng)反射率R和聲強(qiáng)透射率T兩個(gè)量。R為反射波聲強(qiáng)(Ir)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比；T為透射波聲強(qiáng)(It)和入射波聲強(qiáng)(I0)之比。

第一章超聲波檢測(cè)

聲波垂直入射到平界面上時(shí)，聲壓和聲強(qiáng)分配百分比僅與界面兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗相關(guān)。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第37頁(yè)

在垂直入射時(shí)，界面兩側(cè)聲波必須滿足兩個(gè)邊界條件：（1）一側(cè)總聲壓等于另一側(cè)總聲壓，不然界面會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)；（2）兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)速度振幅相等，以保持波連續(xù)性。上述超聲波縱波垂直入射到單一平界面上聲壓、聲強(qiáng)與其反射率、透射率計(jì)算公式，一樣適合用于橫波入射情況。但在固液、固氣界面上，橫波將發(fā)生全反射，這是因?yàn)闄M波不能在液體和氣體中傳輸。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第38頁(yè)

2、薄層界面在進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常碰到很薄耦合層和缺點(diǎn)薄層，這些都能夠歸納為超聲波在薄層界面反射和透射問(wèn)題。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波由聲阻抗為Z1第一介質(zhì)入射到Z1和Z2交界面，然后經(jīng)過(guò)聲阻抗為Z2第二介質(zhì)薄層射到Z2和Z3交界面，最終進(jìn)入聲阻抗為Z3第三介質(zhì)。當(dāng)然在有三層介質(zhì)時(shí)，很多情況是第一介質(zhì)和第三介質(zhì)為同一個(gè)介質(zhì)（超聲波檢測(cè)即是這種情況）。在兩個(gè)界面上反射和透射d2超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第39頁(yè)（1）當(dāng)?shù)谝弧⑷橘|(zhì)為同一介質(zhì)時(shí)

由上兩式可知：

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第40頁(yè)

即超聲波垂直入射到兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗不一樣薄層，如薄層厚度等于半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，經(jīng)過(guò)薄層聲壓往復(fù)透射率與薄層性質(zhì)無(wú)關(guān)。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波測(cè)厚此時(shí)為全透射情況。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第41頁(yè)

二、超聲波傾斜入射到平界面上反射和折射

當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定角度傾斜入射到兩種不一樣介質(zhì)界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。入射聲波與入射點(diǎn)法線之間夾角稱為入射角。光折射是因?yàn)楣庠诓灰粯咏橘|(zhì)傳輸速度不一樣而引發(fā)。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第42頁(yè)超聲波傾斜入射到平界面上反射、折射(a)縱波入射；

(b)橫波入射

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第43頁(yè)

1、反射當(dāng)縱波以入射角αL傾斜入射到異質(zhì)界面上時(shí)，將會(huì)在介質(zhì)1中于入射點(diǎn)法線另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角反射縱波。稱為反射角。入射縱波與反射縱波之間關(guān)系符合幾何光學(xué)反射定律，即αL=。與光反射不一樣是，當(dāng)介質(zhì)1為固體時(shí)，界面上既產(chǎn)生反射縱波，同時(shí)又發(fā)生波型轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生反射橫波，即反射后同時(shí)產(chǎn)生縱波與橫波兩種波型。這時(shí)，橫波反射角與縱波入射角之間關(guān)系與光學(xué)中斯涅耳定律相同，為

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第44頁(yè)

第一章超聲波檢測(cè)

斯涅耳定律Snell'sLaw(光折射定律）：光入射到不一樣介質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生反射和折射。其中入射光和折射光位于同一個(gè)平面上，而且與界面法線夾角滿足以下關(guān)系：

n1sinθ1=n2sinθ2

其中，n1和n2分別是兩個(gè)介質(zhì)折射率，θ1和θ2分別是入射光（或折射光）與界面法線夾角，叫做入射角和折射角。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第45頁(yè)若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生一樣現(xiàn)象，這時(shí)橫波入射角αS與橫波反射角相等。介質(zhì)1為固體時(shí)縱波反射角與橫波入射角之間關(guān)系為

因?yàn)楣腆w中縱波聲速總是大于橫波聲速，所以，不論是縱波入射還是橫波入射，都有。當(dāng)介質(zhì)1為液體或氣體時(shí)，則入射波和反射波只能為縱波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第46頁(yè)

2、折射

當(dāng)兩種介質(zhì)聲速不一樣時(shí)，透射個(gè)別聲波會(huì)發(fā)生傳輸方向改變，稱為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質(zhì)2為固體，則介質(zhì)2中除有與入射波相同波型折射波外，均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不一樣波型折射波。這時(shí)，介質(zhì)2中可能同時(shí)存在縱波與橫波。折射角與入射角之間關(guān)系符合斯涅耳定律。

第一章超聲波檢測(cè)斯涅耳定律折射角相對(duì)于入射角大小和折射波聲速與入射波聲速比率相關(guān)。同時(shí)，因?yàn)榭v波聲速總是大于橫波聲速，所以縱波折射角βL要大于橫波折射角βS。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第47頁(yè)

3、臨界角

(1)第一臨界角αⅠ

。當(dāng)入射波為縱波，且cL2>cL1時(shí)，折射角大于入射角，使縱波折射角到達(dá)90°縱波入射角稱為第一臨界角，用符號(hào)αⅠ表示。當(dāng)縱波入射角大于第一臨界角時(shí)，第二介質(zhì)中不再有折射縱波，只有折射橫波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第48頁(yè)

(2)第二臨界角αⅡ

。當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體，且cS2>cL1時(shí)，使橫波折射角到達(dá)90°縱波入射角為第二臨界角，用符號(hào)αⅡ表示。通常在超聲檢測(cè)中，臨界角主要應(yīng)用于第二介質(zhì)為固體，而第一介質(zhì)為固體或液體情況。這種情況下，可利用入射角在第一臨界角和第二臨界角之間范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)純橫波，對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)?；颍旱诙橘|(zhì)中既無(wú)折射縱波，又無(wú)折射橫波，介質(zhì)表面將產(chǎn)生表面波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第49頁(yè)

(3)第三臨界角αⅢ

。第三臨界角是在固體介質(zhì)與另一個(gè)介質(zhì)界面上，用橫波作為入射波時(shí)產(chǎn)生。使縱波反射角到達(dá)90°時(shí)橫波入射角稱為第三臨界角，用表示αⅢ。此時(shí)，介質(zhì)中只存在反射橫波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第50頁(yè)

4斜入射時(shí)聲壓反射率和透射率斯涅耳反射、折射定律只討論了超聲波傾斜入射到界面上時(shí)，各種類型反射波和折射波傳輸方向，沒有包括它們聲壓反射率和透射率。斜入射時(shí)反射波和透射波聲壓關(guān)系較為復(fù)雜。但在超聲檢測(cè)中，關(guān)心是斜入射反射率和透射率隨入射角度改變。對(duì)脈沖反射法，更關(guān)心是聲壓往返透過(guò)率隨入射角度改變。在斜入射情況下，各種類型反射波和折射波聲壓反射率和透射率不但與界面兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗相關(guān)，還與入射波類型及入射角大小相關(guān)。因?yàn)槔碚撚?jì)算公式復(fù)雜，所以借助于公式或試驗(yàn)得到幾個(gè)常見界面聲壓反射率和透射率圖，見圖1-7~1-9。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第51頁(yè)

5、聲壓往復(fù)透射率超聲波傾斜入射時(shí)，聲壓往復(fù)透射率等于兩次相反方向經(jīng)過(guò)同一界面聲壓透射率乘積，即

第一章超聲波檢測(cè)見圖1-10。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第52頁(yè)

6、端角反射當(dāng)工件兩個(gè)相鄰表面組成直角，超聲波束傾斜射向任一表面，且其反射波束指向另一表面時(shí)，即組成端角反射情況。在這種情況下，同類型反射波和入射波總是相互平行，方向相反；不一樣類型反射波和入射波互不平行，且難以被發(fā)射探頭接收。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第53頁(yè)

三、超聲波入射到曲界面上反射和透射

1、平面波入射到曲界面上反射

平面波束與曲面上各入射點(diǎn)法線成不一樣夾角：入射角為0°聲線沿原方向返回，稱為聲軸；其余聲線反射角則伴隨距聲軸距離增大而增大。當(dāng)曲面是球面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上；反射面為圓柱面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一條焦線上。此時(shí)，焦距f

與曲面曲率半徑r關(guān)系為

第一章超聲波檢測(cè)平面波入射至曲面時(shí)反射（a）凹面鏡（b）凸面鏡超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第54頁(yè)

超聲波入射時(shí)，凹曲面反射波聚焦，凸曲面反射波發(fā)散。當(dāng)曲面是球面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)上。反射波波陣面為球面，凹球面反射波好像從實(shí)焦點(diǎn)出發(fā)球面波，凸球面反射波好像從虛焦點(diǎn)出發(fā)球面波。反射面為圓柱面時(shí)，反射線或其延長(zhǎng)線匯聚于一條焦線上，稱為焦軸。反射波波陣面為柱面，凹柱面反射波好像從實(shí)焦點(diǎn)出發(fā)柱面波，凸柱面反射波好像從虛焦點(diǎn)出發(fā)柱面波。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第55頁(yè)

2、平面波在曲面上透射平面波入射到曲面上時(shí)，其折射波也將發(fā)生聚焦或發(fā)散。折射波聚焦或發(fā)散不但與曲面凹凸相關(guān)，而且與界面兩側(cè)介質(zhì)聲速相關(guān)。由斯涅耳定律，對(duì)于凹面，c1<c2時(shí)聚焦，c1>c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面，c1>c2時(shí)聚焦，c1<c2時(shí)發(fā)散。

折射后焦距f為

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第56頁(yè)

第一章超聲波檢測(cè)

由斯涅耳定律，對(duì)于凹面，c1<c2時(shí)聚焦，c1>c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面，c1>c2時(shí)聚焦，c1<c2時(shí)發(fā)散。

平面波在曲面上透射

c1＜c2c1＞c2c1＞c2c1＜c2聚焦發(fā)散凹面凹面凸面凸面超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第57頁(yè)

透射波陣面形狀取決于曲界面形狀。如曲面為球面，則透射波陣面為球面，透射波好像是從焦點(diǎn)出發(fā)球面波；曲面為柱面時(shí)，則透射波好像是從焦軸出發(fā)柱面波。聲束發(fā)散，將使按原擴(kuò)散角擴(kuò)散聲束愈加發(fā)散，指向性變差，聲能損失增加，中心軸線上聲壓降低。聲束聚焦，使得聲能更為集中，中心軸線上聲壓增強(qiáng)，聲束指向性愈加改進(jìn)，對(duì)提升檢測(cè)靈敏度和分辨率都有利。所以在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，有時(shí)在探頭晶片前加裝聲透鏡，使透過(guò)聲束聚焦，水浸聚焦探頭就是一例。

3、水浸聚焦探頭設(shè)計(jì)水浸聚焦探頭是依據(jù)平面波入射到c1>c2凸曲面上時(shí)透射波將產(chǎn)生聚焦原理設(shè)計(jì)制作。聚焦探頭中聲透鏡，假如為球面，將取得點(diǎn)聚焦；假如為柱面，將取得線聚集。當(dāng)前在實(shí)際檢測(cè)中，線聚焦多用于機(jī)械化自動(dòng)檢測(cè)，點(diǎn)聚焦多用于人工檢測(cè)。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第58頁(yè)一、圓形壓電晶片聲源聲場(chǎng)

超聲檢測(cè)中使用超聲波探頭，主要部件是用壓電材料做壓電晶片，壓電晶片兩表面涂有導(dǎo)電銀層作為電極，使晶片表面上各點(diǎn)都含有相同電位。將晶片接于高頻電源時(shí)，晶片兩面便以相同相位產(chǎn)生拉伸或壓縮效應(yīng)，發(fā)射超聲波晶片恰如活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)一樣輻射出聲能。所以它相當(dāng)于一個(gè)活塞聲源，通常將直探頭所產(chǎn)生超聲場(chǎng)作為圓形活塞聲源來(lái)處理。理想圓盤聲源是指圓形平面聲振動(dòng)源，當(dāng)它沿平面法線方向振動(dòng)時(shí)，其面上各點(diǎn)振動(dòng)速度幅值和相位都相同，發(fā)射波稱為活塞波。第四節(jié)由圓形壓電晶片產(chǎn)生聲場(chǎng)介紹

第一章超聲波檢測(cè)壓電效應(yīng)原理是，假如對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱之為正壓電效應(yīng)），反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱為逆壓電效應(yīng)）。假如壓力是一個(gè)高頻震動(dòng)，則產(chǎn)生就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)（機(jī)械振動(dòng)），這就是咱們?nèi)粘Ｋf(shuō)超聲波信號(hào)。也就是說(shuō)，壓電陶瓷含有機(jī)械能與電能之間轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換功效。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第59頁(yè)圓盤聲源發(fā)出聲場(chǎng)，因?yàn)槁曉闯叽缬邢?，必定在其邊緣發(fā)生衍射效應(yīng)使聲束向周圍空間擴(kuò)散，形成一個(gè)隨距離增大而波陣面面積不停擴(kuò)充擴(kuò)散聲束。另首先，聲源上各點(diǎn)發(fā)出聲波相互干涉又使得聲壓空間分布不是隨距離單調(diào)改變。所以，對(duì)圓盤聲源聲場(chǎng)中聲壓分布描述非常復(fù)雜。從圓盤聲源對(duì)稱性來(lái)分析，經(jīng)過(guò)圓盤中心且垂直于盤面直線應(yīng)是聲場(chǎng)對(duì)稱軸，稱為圓盤聲源軸線。討論圓盤聲源聲場(chǎng)將從聲壓沿軸線分布以及聲束擴(kuò)散特征著手。

圓盤聲源遠(yuǎn)場(chǎng)中任一點(diǎn)聲壓推導(dǎo)

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第60頁(yè)

圓盤聲源軸線上聲壓分布依據(jù)疊加原理，圓盤聲源軸線上任何一點(diǎn)處聲壓等于聲源上各點(diǎn)輻射聲壓在該點(diǎn)疊加。假如聲源發(fā)出波為連續(xù)簡(jiǎn)諧波，并假定介質(zhì)為無(wú)衰減液體介質(zhì)，則可推出聲源軸上聲壓幅值P分布符合下式：

式中：P0為聲源起始聲壓；D為圓盤聲源直徑；λ為傳聲介質(zhì)中聲波波長(zhǎng)；x為圓盤聲源軸線上某一點(diǎn)距聲源距離。這是描述直探頭中心軸線上聲壓分布公式。在采取當(dāng)量法超聲波缺點(diǎn)測(cè)定時(shí)，它是最基礎(chǔ)公式。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第61頁(yè)

二、近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)和超聲波指向性

由軸線上聲壓公式，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，能夠得到最終一個(gè)聲壓極大值點(diǎn)距聲源距離表示式：當(dāng)D>>λ時(shí)，λ/4能夠忽略，從而得到近場(chǎng)長(zhǎng)度簡(jiǎn)化計(jì)算公式以下，可用于實(shí)際工作中近場(chǎng)長(zhǎng)度估算：

第一章超聲波檢測(cè)圓盤聲源軸線上聲壓分布

近場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)

圖中標(biāo)有“P球”虛線為球面波聲壓隨距離改變曲線，能夠看出，距離大于3N以后，圓盤聲源聲軸上聲壓幅值改變與球面波曲線非常靠近。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第62頁(yè)

在聲場(chǎng)中，稱x<N區(qū)域?yàn)槁曉唇鼒?chǎng)區(qū)，最終一個(gè)聲壓最大值至聲源距離N稱為近場(chǎng)長(zhǎng)度。在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)，因?yàn)槁曉幢砻嫔细鼽c(diǎn)輻射至被考查點(diǎn)波程差大，所引發(fā)聲源振幅差和相位差也大，且它們彼此相互干涉，結(jié)果是近場(chǎng)區(qū)聲源分布十分復(fù)雜，出現(xiàn)很多極大值與極小值。所以在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)假如有缺點(diǎn)存在，其反射波極不規(guī)則，對(duì)缺點(diǎn)判斷十分困難。在聲場(chǎng)中，x>N區(qū)域?yàn)槁曉催h(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，聲壓隨距離增加而減小，聲源軸線上距離為x處聲壓p最大值為

第一章超聲波檢測(cè)近場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第63頁(yè)

指向性與擴(kuò)散角研究是聲束在空間擴(kuò)散規(guī)律。依據(jù)疊加原理，可將在空間中距聲源有一定距離任一點(diǎn)聲壓，看做是聲源上各點(diǎn)輻射聲壓疊加，從而得到聲場(chǎng)內(nèi)聲壓幅值分布情況。

指向性與擴(kuò)散角

第一章超聲波檢測(cè)圓盤聲源遠(yuǎn)場(chǎng)中任一點(diǎn)聲壓推導(dǎo)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第64頁(yè)

聲場(chǎng)中指向性是指聲場(chǎng)中θ方向聲壓振幅pmax(θ)與θ=0°時(shí)聲壓振幅pmax(0)之比，它表示了聲場(chǎng)中聲壓p振幅與方向角θ之間改變關(guān)系，以Dc表示：

第一章超聲波檢測(cè)J1——第一類一階貝塞爾函數(shù)：第一類貝塞爾函數(shù)，記作Jn（x），用x偶次冪無(wú)窮和來(lái)定義，數(shù)n稱為貝塞爾函數(shù)階，它依賴于函數(shù)所要處理問(wèn)題。

圓盤聲源聲場(chǎng)指向性示意圖

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第65頁(yè)超聲場(chǎng)中超聲波能量主要集中于以聲軸為中心某一角度范圍內(nèi)，這一范圍稱為主聲束。這種聲束集中向一個(gè)方向輻射性質(zhì)叫做聲場(chǎng)指向性。在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低、只分布于聲源附近副瓣聲束。

第一章超聲波檢測(cè)圓盤聲源聲場(chǎng)指向性示意圖

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第66頁(yè)設(shè)a為圓形聲源半徑，x為空間任一點(diǎn)M到聲源中心距離，θ為M點(diǎn)與聲源中心連線與聲源軸線夾角。聲壓p最大值表示式為

第一章超聲波檢測(cè)圓盤聲源聲場(chǎng)指向性示意圖

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第67頁(yè)主聲束所包含角度范圍可由距聲源充分遠(yuǎn)處聲壓分布得到。當(dāng)聲源為圓形活塞聲源且直徑為D、半徑為a時(shí)，用指向角θ來(lái)描述主聲束寬度（又稱半擴(kuò)散角）指向角是代表主聲束范圍角度，反應(yīng)了聲束定向集中程度，也反應(yīng)了聲束隨距離擴(kuò)散快慢。指向角越大，則聲束指向性越差，聲束擴(kuò)散越快。聲源直徑越大，

波長(zhǎng)越短，則聲束指向角越小，

指向性越好。

第一章超聲波檢測(cè)當(dāng)λ<<D時(shí)，可簡(jiǎn)化為

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第68頁(yè)因?yàn)槌暷芰恐饕杏谥髀暿瑢?duì)于圓形晶片，能夠認(rèn)為在距聲源一定距離內(nèi)，超聲能量未逸出以晶片直徑所約束范圍，聲束直徑小于晶片直徑。這一距離之內(nèi)就稱為非擴(kuò)散區(qū)。非擴(kuò)散區(qū)之外，則稱為擴(kuò)散區(qū)。按幾何關(guān)系，可得到非擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度b為

第一章超聲波檢測(cè)圓盤聲源非擴(kuò)散區(qū)示意圖

超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第69頁(yè)

實(shí)際聲源聲場(chǎng)簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)假定聲源是均勻、連續(xù)激發(fā)，而實(shí)際探頭多是非均勻激發(fā)脈沖波源；簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)假定介質(zhì)是液體介質(zhì)，實(shí)際檢測(cè)對(duì)象多為固體介質(zhì)。對(duì)實(shí)際聲場(chǎng)研究結(jié)果表明，實(shí)際聲場(chǎng)與簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果差異主要在于近場(chǎng)區(qū)聲壓分布。簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果中近場(chǎng)區(qū)聲壓改變猛烈，可有多處極大值和極小值。而實(shí)際聲場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)聲壓分布比較均勻，幅度改變小，極值點(diǎn)數(shù)量也顯著降低。

盡管實(shí)際聲場(chǎng)與簡(jiǎn)化分析結(jié)果有所差異，但在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)是基礎(chǔ)符合。所以，能夠應(yīng)用簡(jiǎn)化推導(dǎo)得出結(jié)果，進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)中近似計(jì)算。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第70頁(yè)一、超聲檢測(cè)通用技術(shù)

1.超聲檢測(cè)儀

超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包含超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊、耦合劑和機(jī)械掃查裝置等。超聲檢測(cè)儀和探頭對(duì)超聲檢測(cè)系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性作用，是產(chǎn)生超聲波并對(duì)經(jīng)材料中傳輸后超聲波信號(hào)進(jìn)行接收、處理、顯示個(gè)別。由這些設(shè)備組成一個(gè)綜合超聲檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)總體性能不但受到各個(gè)分設(shè)備影響，還在很大程度上取決于它們之間配合。伴隨工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度提升，對(duì)檢測(cè)可靠性、速度提出了更高要求，以往手工檢測(cè)越來(lái)越多地被自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)取代。

第五節(jié)超聲波檢測(cè)方法

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第71頁(yè)超聲波檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)主體設(shè)備，是專門用于超聲檢測(cè)一個(gè)電子儀器。它是依據(jù)超聲波傳輸原理、電聲轉(zhuǎn)換原理和無(wú)線電測(cè)量原理設(shè)計(jì)，種類繁多，性能也不盡相同，脈沖式超聲波檢測(cè)儀應(yīng)用最廣泛。

(1)超聲波檢測(cè)儀作用。它作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器——探頭，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭送回電信號(hào)進(jìn)行放大處理后以一定方式顯示出來(lái)，從而得到被探測(cè)工件內(nèi)部有沒有缺點(diǎn)及缺點(diǎn)位置和大小等信息。

（2）按缺點(diǎn)顯示方式分類：脈沖式檢測(cè)儀按回波信號(hào)顯示方式又可分為A型顯示、B型顯示和C型顯示三種類型。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第72頁(yè)

A型顯示是一個(gè)波形顯示，屏幕橫坐標(biāo)代表聲波傳輸時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)代表反射波聲壓幅度。能夠認(rèn)為該方式顯示是沿探頭發(fā)射聲束方向上一條線上不一樣點(diǎn)回波信息。圖為A型顯示原理圖，T表示發(fā)射脈沖，F(xiàn)表示來(lái)自缺點(diǎn)回波，B表示底面回波。A型顯示缺點(diǎn)：難以判斷缺點(diǎn)幾何形狀，缺乏直觀性。A型顯示原理圖

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第73頁(yè)

B型顯示顯示是試件縱斷面一個(gè)二維截面圖，屏幕縱坐標(biāo)代表探頭在探測(cè)面上沿一直線移動(dòng)掃查位置坐標(biāo)，橫坐標(biāo)是聲傳輸時(shí)間（或距離）。該方式能夠直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺點(diǎn)分布及缺點(diǎn)深度等信息。B型顯示原理圖

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第74頁(yè)

C型顯示顯示是試件橫斷面一個(gè)平面投影圖，探頭在試件表面做二維掃查，屏幕二維坐標(biāo)對(duì)應(yīng)探頭掃查位置。探頭在每一位置接收信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示。該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺點(diǎn)平面投影圖像，但不能顯示缺點(diǎn)深度。

C型顯示原理圖

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第75頁(yè)（3）按超聲波通道分類：可分為單通道和多通道檢測(cè)儀。（4）按是否數(shù)字化分類：可分為數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀和模擬式超聲波檢測(cè)儀所謂數(shù)字式主要指發(fā)射、接收電路參數(shù)控制和接收信號(hào)處理、顯示均采取數(shù)字方式儀器。數(shù)字式超聲檢測(cè)儀是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物。它含有傳統(tǒng)模擬式檢測(cè)儀基礎(chǔ)功效，同時(shí)又增加了數(shù)字化帶來(lái)先進(jìn)功效，即實(shí)現(xiàn)了儀器功效準(zhǔn)確、自動(dòng)控制，信號(hào)獲取和處理數(shù)字化和自動(dòng)化，檢測(cè)結(jié)果可統(tǒng)計(jì)性和可再現(xiàn)性。以上分類中，模擬式和數(shù)字式A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛，其型號(hào)有CTS-22、CTS-21、JTS-5、CST-3等。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第76頁(yè)超聲波檢測(cè)儀(a)、

(b)、

(c)數(shù)字式超聲檢測(cè)儀；

(d)探傷小車

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第77頁(yè)

2、超聲波探頭

（1）超聲波探頭作用。超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能相互轉(zhuǎn)換。它是利用壓電晶體正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能。探頭是組成檢測(cè)系統(tǒng)最主要組件，其性能好壞直接影響超聲檢測(cè)效果。（2）常見超聲波探頭類型。超聲波檢測(cè)中因?yàn)楸惶綔y(cè)工件形狀和材質(zhì)、探測(cè)目標(biāo)、探測(cè)條件不一樣，因而要使用各種不一樣形式探頭?；A(chǔ)形式是直探頭和斜探頭，直探頭主要用于發(fā)射和接收縱波，斜探頭常見有橫波探頭、表面波探頭、板波探頭等。其中最常見是接觸式縱波直探頭、接觸式橫波斜探頭、雙晶探頭、水浸探頭與聚焦探頭等。普通橫波斜探頭晶片為方形，縱波直探頭晶片為圓形，而聚焦聲源圓形晶片為聲透鏡。所以聲場(chǎng)就有圓盤源聲場(chǎng)、聚焦聲源聲場(chǎng)和斜探頭發(fā)射橫波聲場(chǎng)。

大多數(shù)探頭直徑為5-40mm，直徑大于40mm時(shí)，極難取得與之對(duì)應(yīng)平整接觸面，普通不采取。而當(dāng)探頭直徑小于5mm時(shí)，檢測(cè)靈敏度顯著下降，不宜采取。下圖為一組探頭圖片。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第78頁(yè)各種探頭(a)縱波直探頭；

(b)橫波斜探頭；

(c)雙晶探頭

選擇探頭時(shí)，應(yīng)綜合考慮性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)可靠、使用方便，并能滿足靜壓力、溫度等條件要求。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第79頁(yè)

3、試塊與普通測(cè)量過(guò)程一樣，為了確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性與重復(fù)性、可比性，必須用一個(gè)含有已知固定特征試樣(試塊)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。這種按一定用途設(shè)計(jì)制作含有簡(jiǎn)單形狀人工反射體試件即稱為試塊。超聲檢測(cè)用試塊通常分為兩種類型，即標(biāo)準(zhǔn)試塊(校準(zhǔn)試塊)和對(duì)比試塊(參考試塊)。標(biāo)準(zhǔn)試塊用于測(cè)試探傷儀性能、調(diào)整檢測(cè)靈敏度和聲時(shí)測(cè)定范圍。

當(dāng)量法：因?yàn)閷?shí)際缺點(diǎn)形狀是各種各樣，甚至可能是不規(guī)則，在進(jìn)行理論分析時(shí)，采取幾個(gè)簡(jiǎn)化規(guī)則形狀模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。有些形狀可在試樣上人工制作，從而可作為人工模擬反射體，用于儀器調(diào)整和缺點(diǎn)評(píng)價(jià)。規(guī)則形狀反射體主要包含大平面、圓形或方形平面、球形反射體和圓柱形反射體。詳細(xì)規(guī)則反射體回波聲壓公式可查閱相關(guān)資料。當(dāng)對(duì)實(shí)際缺點(diǎn)大小進(jìn)行計(jì)算時(shí)，往往得到是該缺點(diǎn)相當(dāng)于多大規(guī)則反射體，把這個(gè)大小稱為缺點(diǎn)當(dāng)量尺寸。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第80頁(yè)

第一章超聲波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)試塊(校準(zhǔn)試塊):用以測(cè)試探傷儀性能、調(diào)整檢測(cè)靈敏度和聲速測(cè)定范圍。參考試塊：針對(duì)特定條件（如特殊厚度與形狀）而設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)試塊，普通要求該試塊材質(zhì)和熱處理工藝與被檢對(duì)象基礎(chǔ)相同。超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第81頁(yè)

4、聲波耦合

當(dāng)探頭和試件之間有一層空氣時(shí)，超聲波反射率幾乎為100％，即使很薄一層空氣也能夠阻止超聲波傳入試件。所以，排除探頭和試件之間空氣非常主要。耦合劑就是為了改進(jìn)探頭和試件間聲能傳遞而加在探頭和檢測(cè)面之間液體薄層。耦合劑能夠填充探頭與試件間空氣間隙，使超聲波能夠傳入試件，這是使用耦合劑主要目標(biāo)。除此之外，耦合劑有潤(rùn)滑作用，能夠降低探頭和試件之間摩擦，預(yù)防試件表面磨損探頭，并使探頭便于移動(dòng)。

依據(jù)不一樣耦合條件和耦合介質(zhì)，探頭與試塊之間耦合方式有直接接觸法和液浸法。在液浸法檢測(cè)中，經(jīng)過(guò)液體實(shí)現(xiàn)耦合，此時(shí)液體也是耦合劑。常見耦合劑有水、甘油、

變壓器油、化學(xué)漿糊等。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第82頁(yè)

二、超聲檢測(cè)方法超聲檢測(cè)方法很多，可按原理、波型和使用探頭數(shù)目及探頭接觸方式來(lái)分類。按原理分類，有脈沖反射法、穿透法和共振法；按顯示方式分類，有A型顯示、B型顯示和C型顯示；按波型分類，有縱波法、橫波法、表面波法和板波法；按探頭數(shù)目分類，有單探頭法、雙探頭法和多探頭法；按耦合方式分類，有接觸法和液浸法；按入射角度分類，有直射聲束法和斜射聲束法。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第83頁(yè)

1、共振法

應(yīng)用共振現(xiàn)象對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)方法叫共振法。當(dāng)試件厚度為聲波半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，發(fā)生共振。在測(cè)得超聲波頻率和共振次數(shù)后，可計(jì)算試件厚度：當(dāng)試件中有較大缺點(diǎn)或厚度改變時(shí)，共振點(diǎn)偏移甚至共振現(xiàn)象消失，所以共振法常見于壁厚測(cè)量，不用來(lái)檢測(cè)缺點(diǎn)。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第84頁(yè)

2、透射法（穿透法）

透射法通常采取兩個(gè)探頭，分別放置在試件兩側(cè)，一個(gè)將脈沖波發(fā)射到試件中，另一個(gè)接收穿透試件后脈沖信號(hào)，依據(jù)脈沖波穿透試件后幅值改變來(lái)判斷內(nèi)部缺點(diǎn)情況。

直射聲束穿透法(a)無(wú)缺點(diǎn)；

(b)有缺點(diǎn)

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第85頁(yè)

透射法檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)：①在試件中聲波單向傳輸，適合檢測(cè)高衰減材料；②對(duì)發(fā)射和接收探頭相對(duì)位置要求嚴(yán)格，須專門探頭支架。尤其適合用于單一產(chǎn)品大批量加工過(guò)程中自動(dòng)化檢測(cè)；③檢測(cè)時(shí)幾乎不存在盲區(qū)。

透射法檢測(cè)缺點(diǎn)：①一對(duì)探頭單發(fā)單收，只能判斷缺點(diǎn)大小和有沒有，不能確定缺點(diǎn)方位；②當(dāng)缺點(diǎn)尺寸小于探頭波束寬度時(shí)，該方法探測(cè)靈敏度低。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第86頁(yè)

3、脈沖反射法

（1）脈沖反射法工作原理

脈沖反射法是利用超聲波探頭脈沖試件內(nèi)傳輸過(guò)程中，遇有聲阻抗相差較大兩種介質(zhì)界面時(shí)，將發(fā)生反射原理進(jìn)行檢測(cè)方法。采取一個(gè)探頭兼做發(fā)射和接收器件，接收信號(hào)在探傷儀熒光屏上顯示，并依據(jù)缺點(diǎn)及底面反射波有沒有、大小及其在時(shí)基軸上位置來(lái)判斷缺點(diǎn)有沒有、大小及方位。實(shí)際檢測(cè)中，常采取直接接觸式脈沖反射法。下列圖顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法基礎(chǔ)原理。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第87頁(yè)接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法(a)無(wú)缺點(diǎn)；

(b)有缺點(diǎn)

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第88頁(yè)

（2）脈沖反射法優(yōu)點(diǎn)：①檢測(cè)靈敏度高，能發(fā)覺較小缺點(diǎn)；②檢測(cè)精度較高；③適用范圍廣；④操作簡(jiǎn)單方便。（3）脈沖反射法缺點(diǎn)：①單探頭檢測(cè)，易出現(xiàn)盲區(qū)；②因?yàn)樘筋^近場(chǎng)效應(yīng)，不適合用于薄壁件和近表面缺點(diǎn)檢測(cè)；③缺點(diǎn)波大小與被檢缺點(diǎn)取向關(guān)系親密，易漏檢；④因聲波往返傳輸，故不適合用于衰減大材料。（4）直接接觸式脈沖反射法探頭與試件直接接觸，中間可涂少許耦合劑。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第89頁(yè)

（5）液浸法

液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度液體介質(zhì)作耦合劑，使聲波首先經(jīng)過(guò)液體耦合劑，而后再入射到試件中，探頭與試件并不直接接觸。液浸法中，探頭角度可任意調(diào)整，聲波發(fā)射、接收也比較穩(wěn)定，便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，大大提升了檢測(cè)速度。液浸法缺點(diǎn)是當(dāng)耦合層較厚時(shí)，聲能損失較大。另外，自動(dòng)化檢測(cè)還需要對(duì)應(yīng)輔助設(shè)備，有時(shí)是復(fù)雜機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備，它們對(duì)單一產(chǎn)品(或幾個(gè)產(chǎn)品)往往含有很高檢測(cè)能力，但缺乏靈活性。總之，液浸法與直接接觸法各有利弊，應(yīng)依據(jù)被檢對(duì)象詳細(xì)情況(幾何形狀復(fù)雜程度和產(chǎn)品產(chǎn)量等)，

選取不一樣方法。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第90頁(yè)

4、超聲檢測(cè)通用技術(shù)小結(jié)超聲檢測(cè)方法可采取各種檢測(cè)技術(shù)，每種檢測(cè)技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中，都有其需要考慮特殊問(wèn)題，其檢測(cè)過(guò)程也各有特點(diǎn)。但各種超聲檢測(cè)技術(shù)又都存在著通用技術(shù)問(wèn)題。比如，檢測(cè)過(guò)程都可歸納為以下幾個(gè)步驟：①試件準(zhǔn)備。②檢測(cè)條件確實(shí)定，包含超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊等選擇。③檢測(cè)儀器調(diào)整。④掃查。⑤缺點(diǎn)評(píng)定。⑥

結(jié)果統(tǒng)計(jì)與匯報(bào)編寫。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第91頁(yè)

1）超聲波檢測(cè)儀選擇普通市場(chǎng)上出售A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀已具備一些基礎(chǔ)功效，其基礎(chǔ)性能參數(shù)(垂直線性、水平線性等)也能滿足通常超聲檢測(cè)要求。對(duì)于給定任務(wù)，在選擇超聲波檢測(cè)儀時(shí)，主要考慮是該任務(wù)特殊要求，可從以下幾方面進(jìn)行考慮：（1）所需采取超聲頻率尤其高或尤其低時(shí)，應(yīng)注意頻帶寬度。（2）對(duì)薄試件檢測(cè)和近表面缺點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)注意發(fā)射脈沖是否可調(diào)為窄脈沖。（3）檢測(cè)大厚度試件或高衰減材料時(shí)，選擇發(fā)射功率大、增益范圍大、電噪聲低超聲波檢測(cè)儀，有利于提升穿透能力和小缺點(diǎn)顯示能力。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第92頁(yè)（4）對(duì)衰減小或厚度大試件，選取重復(fù)頻率可調(diào)為較低數(shù)值超聲波檢測(cè)儀，可防止幻象波干擾。（5）室外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)選擇重量輕，熒光屏亮度好，抗干擾能力強(qiáng)便攜式超聲波檢測(cè)儀。（6）

自動(dòng)快速掃查時(shí)應(yīng)選擇最高重復(fù)頻率高超聲波檢測(cè)儀。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第93頁(yè)

2）

探頭選擇

（1）頻率。超聲波頻率在很大程度上決定了其對(duì)缺點(diǎn)探測(cè)能力。頻率選擇能夠這么考慮：對(duì)于小缺點(diǎn)、近表面缺點(diǎn)或薄件檢測(cè)，能夠選擇較高頻率；對(duì)于大厚度試件、高衰減材料，應(yīng)選擇較低頻率。在靈敏度滿足要求情況下，選擇寬帶探頭可提升分辨力和信噪比。針對(duì)詳細(xì)對(duì)象，適用頻率需在上述考慮當(dāng)中取得一個(gè)最正確平衡，既要確保所需尺寸缺點(diǎn)檢出，并滿足分辨力要求，也要確保在整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)含有足夠靈敏度與信噪比。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第94頁(yè)（2）晶片尺寸。探頭晶片尺寸對(duì)檢測(cè)影響主要是經(jīng)過(guò)其對(duì)聲場(chǎng)特征影響表達(dá)出來(lái)。多數(shù)情況下，檢測(cè)大厚度試件時(shí)，采取大直徑探頭較為有利；檢測(cè)厚度較小試件時(shí)，則采取小直徑探頭較為合理。

應(yīng)依據(jù)詳細(xì)情況，

選擇滿足檢測(cè)要求探頭。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第95頁(yè)

3）耦合劑選擇選擇耦合劑主要考慮以下幾方面要求：

（1）透聲性能好。聲阻抗盡可能和被探測(cè)材料聲阻抗相近。（2）有足夠潤(rùn)濕性、適當(dāng)附著力和粘度。（3）對(duì)試件無(wú)腐蝕，對(duì)人體無(wú)損害，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。（4）

輕易去除，不易變質(zhì)，

價(jià)格廉價(jià)，起源方便。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第96頁(yè)一、經(jīng)典構(gòu)件超聲檢測(cè)技術(shù)（一）大型鍛件超聲檢測(cè)鍛件種類和規(guī)格很多，常見類型有：餅盤件、環(huán)形件、軸類件和筒形件等。鍛件中缺點(diǎn)多展現(xiàn)面積形或長(zhǎng)條形特征。因?yàn)槌暀z測(cè)技術(shù)對(duì)面積型缺點(diǎn)檢測(cè)最為有利，所以鍛件是超聲檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用主要對(duì)象。

第六節(jié)超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第97頁(yè)

通常，大型鍛件超聲檢測(cè)普通采取2-5MHz，檢測(cè)方法廣泛采取直探頭縱波脈沖反射法，有時(shí)用斜探頭補(bǔ)充檢測(cè)。軸類鍛件以圓周檢測(cè)為主，必要時(shí)輔以兩端面檢測(cè)；方形鍛件，應(yīng)在相互垂直兩個(gè)端面上檢測(cè)。軸類件徑向和軸向檢測(cè)示意圖

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第98頁(yè)

1、鍛件中常見缺點(diǎn)

可由超聲波檢測(cè)發(fā)覺鍛件中缺點(diǎn)主要起源于兩個(gè)方面：材料鑄造過(guò)程中形成縮孔、疏松、夾雜及偏析等；熱處理中產(chǎn)生白點(diǎn)（內(nèi)缺點(diǎn)白點(diǎn)，即熱加工后鋼縱斷面上有表面光滑銀白色斑點(diǎn)，形狀是圓或橢圓。嚴(yán)重影響工件延伸率、斷面收縮率與沖擊韌性）、裂紋和晶粒粗大等。

在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過(guò)程中，氫會(huì)和CO、N2等氣體一起析出，形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點(diǎn)和發(fā)紋。鋼熱加工過(guò)程中，鋼中含有氫氣氣孔會(huì)沿加工方向被拉長(zhǎng)形成微裂紋，進(jìn)而引發(fā)鋼材強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性降低，即發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象。在鋼材縱向斷面上，展現(xiàn)出圓形或橢圓形銀白色斑點(diǎn)稱之為“白點(diǎn)”，實(shí)為交織細(xì)小裂紋。主要原因是鋼中氫在小孔隙中析出壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生組織應(yīng)力綜協(xié)力超出了鋼強(qiáng)度，產(chǎn)生了“白點(diǎn)”。普通白點(diǎn)產(chǎn)生溫度低于℃。

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2、鍛件缺點(diǎn)定量

對(duì)小聲束直徑缺點(diǎn)，常使用當(dāng)量法。以圓形平底孔試塊為基準(zhǔn)，先假設(shè)試塊和鍛件測(cè)試條件基礎(chǔ)相當(dāng)，將缺點(diǎn)回聲波壓和與之同聲程某種標(biāo)準(zhǔn)反射體回波聲壓來(lái)進(jìn)行當(dāng)量對(duì)比，若二者反射回聲波壓相等，則認(rèn)為該人工缺點(diǎn)與實(shí)際缺點(diǎn)是同當(dāng)量。因?yàn)檫@么確定下來(lái)缺點(diǎn)大小，并不是鍛件中實(shí)際缺點(diǎn)大小，而只是一個(gè)相對(duì)比較（或稱當(dāng)量），把這種方法稱為“當(dāng)量法”。對(duì)鍛件中缺點(diǎn)長(zhǎng)度定量常采取連續(xù)移動(dòng)探頭檢測(cè)法，移動(dòng)探頭，聲束軸線逐步偏離缺點(diǎn)，反射波幅逐步降低，當(dāng)波幅下降為最高波幅二分之一時(shí)，聲束軸線所指位置即為缺點(diǎn)邊緣，兩個(gè)邊緣之間距離即為被測(cè)缺點(diǎn)長(zhǎng)度。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第100頁(yè)

3、鍛件超聲檢測(cè)特點(diǎn)鍛件可采取接觸法或液浸法進(jìn)行檢測(cè)。鍛件組織很細(xì)，由此引發(fā)聲波衰減和散射影響相對(duì)較小。所以，鍛件上有時(shí)能夠應(yīng)用較高檢測(cè)頻率(如10MHz以上)，

以滿足高分辨率檢測(cè)要求，

以及實(shí)現(xiàn)較小尺寸缺點(diǎn)檢測(cè)目標(biāo)。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第101頁(yè)

（二）鑄件缺點(diǎn)檢測(cè)鑄件內(nèi)部組織粗大、不均勻、致密性差、表面粗糙、形狀復(fù)雜。與鍛件相比，對(duì)超聲波衰減大，穿透性較差。鑄件上述特點(diǎn)，形成了鑄件超聲檢測(cè)特殊性和不足。檢測(cè)時(shí)普通選取較低超聲頻率，如0.5～2MHz，所以檢測(cè)靈敏度也低，雜波干擾嚴(yán)重，缺點(diǎn)檢測(cè)要求較低，只能檢測(cè)出面積較大缺點(diǎn)。缺點(diǎn)類型往往以體積型缺點(diǎn)為主，常有各種形狀和性質(zhì)缺點(diǎn)混在一起，且以鑄件中心、冒口和澆口附近較多，常見缺點(diǎn)有：縮孔、疏松、夾渣、夾砂、氣孔和鑄造裂紋等。鑄件檢測(cè)常采取超聲檢測(cè)方法有直接接觸法、液浸法、反射法和底波衰減法。

第一章超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)專題知識(shí)講座第102頁(yè)

（三）小型壓力容器殼體超聲檢測(cè)小型壓力容器殼體由低碳不銹鋼鑄造而成，機(jī)械加工成半球殼狀。對(duì)這類鍛件超聲檢測(cè)，通常以斜探頭橫波檢測(cè)為主，輔以表面波探頭檢測(cè)表面缺點(diǎn)。對(duì)壁厚在3mm以下薄壁殼體，可只用表面法檢測(cè)。

第一章