《無(wú)損檢測(cè)（第2版）》 課件全套 林莉 第0-7章 緒論、超聲檢測(cè)-無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)（第2版）

緒論一、無(wú)損檢測(cè)概述現(xiàn)代化工業(yè)的實(shí)現(xiàn)建立在材料（或構(gòu)件）高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，為確保這種優(yōu)異的質(zhì)量，必須采用不破壞產(chǎn)品原來(lái)的形狀、不改變使用性能的檢測(cè)方法，以確保產(chǎn)品的安全可靠性，即無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。無(wú)損檢測(cè)以不損害被檢驗(yàn)對(duì)象的使用性能為前提，應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效地檢驗(yàn)和測(cè)試，借以評(píng)價(jià)它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性和某些物理性能。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已在機(jī)械制造、石油化工、、能源、鐵路、冶金、造船、汽車(chē)、航空航天等工業(yè)中被普遍采用。無(wú)損檢測(cè)人員已發(fā)展為一支龐大的生力軍，并享有“工業(yè)衛(wèi)士”的美譽(yù)。1.無(wú)損檢測(cè)的意義一、無(wú)損檢測(cè)概述無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是材料的物理性質(zhì)，包括：材料在彈性波作用下呈現(xiàn)出的性質(zhì)，在射線照射下呈現(xiàn)出的性質(zhì)，在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)作用下呈現(xiàn)出的性質(zhì)等。例如：（1）射線檢測(cè)（X射線、射線、高能X射線、中子射線、質(zhì)子和X光工業(yè)電視等）；（2）超聲和聲振檢測(cè)（超聲脈沖反射、超聲透射、超聲共振、超聲成像、超聲頻譜、電磁超聲和聲振檢測(cè)等）；（3）電學(xué)和電磁檢測(cè)（電位法、電阻法、渦流法、微波法、錄磁與漏磁法、磁粉法、核磁共振法、巴克豪森效應(yīng)和外激電子發(fā)射等）；（4）力學(xué)和光學(xué)檢測(cè)（目視法和內(nèi)窺鏡、熒光法、著色法、光彈性覆膜法、脆性涂層、激光全息干涉法、泄露檢測(cè)、應(yīng)力測(cè)試等）；（5）熱力學(xué)方法（熱電勢(shì)法、液晶法、紅外線熱圖法等）；（6）化學(xué)分析方法（電解檢測(cè)法、離子散射、俄歇電子分析和穆斯堡爾譜等）。2.無(wú)損檢測(cè)的分類(lèi)一、無(wú)損檢測(cè)概述（一）質(zhì)量控制對(duì)非連續(xù)加工（如多工序生產(chǎn)）或連續(xù)加工（如自動(dòng)化生產(chǎn)流水線）的原材料、零部件提供實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制，例如控制材料的冶金質(zhì)量、加工工藝質(zhì)量、組織狀態(tài)、涂鍍層的厚度以及缺陷的大小、方位與分布等等。（二）在役檢測(cè)使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)裝置或構(gòu)件在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，或者在檢修期進(jìn)行定期檢測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響裝置或構(gòu)件繼續(xù)安全運(yùn)行的隱患，防止事故的發(fā)生。（三）質(zhì)量鑒定對(duì)于制成品（包括材料、零部件）在進(jìn)行組裝或投入使用之前，應(yīng)進(jìn)行最終檢驗(yàn)，確定被檢對(duì)象是否達(dá)到設(shè)計(jì)性能，能否安全使用，亦即判斷其是否合格，這既是對(duì)前面加工工序的驗(yàn)收，也可以避免給以后的使用造成隱患。3.無(wú)損檢測(cè)的目的一、無(wú)損檢測(cè)概述（一）質(zhì)量控制對(duì)非連續(xù)加工（如多工序生產(chǎn)）或連續(xù)加工（如自動(dòng)化生產(chǎn)流水線）的原材料、零部件提供實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制，例如控制材料的冶金質(zhì)量、加工工藝質(zhì)量、組織狀態(tài)、涂鍍層的厚度以及缺陷的大小、方位與分布等等。（二）在役檢測(cè)使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)裝置或構(gòu)件在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，或者在檢修期進(jìn)行定期檢測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響裝置或構(gòu)件繼續(xù)安全運(yùn)行的隱患，防止事故的發(fā)生。（三）質(zhì)量鑒定對(duì)于制成品（包括材料、零部件）在進(jìn)行組裝或投入使用之前，應(yīng)進(jìn)行最終檢驗(yàn)，確定被檢對(duì)象是否達(dá)到設(shè)計(jì)性能，能否安全使用，亦即判斷其是否合格，這既是對(duì)前面加工工序的驗(yàn)收，也可以避免給以后的使用造成隱患。3.無(wú)損檢測(cè)的目的綜上所述，無(wú)損檢測(cè)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量鑒定以及經(jīng)濟(jì)效益、工作效率的提高等方面都顯示了極其重要的作用。二、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展小型輕量X射線機(jī)、X射線工業(yè)電視和圖像增強(qiáng)與處理裝置、安全可靠的γ射線裝置和微波直線加速器、回旋加速器等；X射線、γ射線和中子射線的計(jì)算機(jī)輔助層析攝影術(shù)（CT技術(shù)）；超聲檢測(cè)中的A掃描、B掃描、C掃描和超聲全息成像裝置、超聲顯微鏡；具有多種信息處理和顯示功能的多通道聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)；高速自動(dòng)化檢測(cè)的漏磁和錄磁探傷裝置及多頻多參量渦流檢測(cè)儀；各類(lèi)高速、高溫檢測(cè)、高精度和遠(yuǎn)距離檢測(cè)等技術(shù)。1.微機(jī)技術(shù)促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展2.新材料推動(dòng)無(wú)損檢測(cè)研究需求復(fù)合材料、膠結(jié)結(jié)構(gòu)、陶瓷材料以及記憶合金等功能材料的出現(xiàn)，為無(wú)損檢測(cè)提出了新的檢測(cè)課題，還需研究新的無(wú)損檢測(cè)儀器和方法，以滿足對(duì)這些材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的需要。二、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展即無(wú)損探傷（NondestructiveInspection，NDI）、無(wú)損檢測(cè)(NondestructiveTesting，NDT)和無(wú)損評(píng)價(jià)(NondestructiveEvaluation，NDE)。3.無(wú)損檢測(cè)的3個(gè)階段

第一階段第二階段第三階段簡(jiǎn)稱(chēng)NDI階段NDT階段NDE階段漢語(yǔ)名稱(chēng)無(wú)損探傷無(wú)損檢測(cè)無(wú)損評(píng)價(jià)英文名稱(chēng)Non-destructiveInspectionNon-destructiveTestingNon-destructiveEvaluation基本工作內(nèi)容主要用于產(chǎn)品的最終檢驗(yàn)，在不破壞產(chǎn)品的前提下，發(fā)現(xiàn)零部件中的缺陷（含人眼觀察、耳聽(tīng)診斷等），以滿足工程設(shè)計(jì)中對(duì)零部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的需要。不但要進(jìn)行最終產(chǎn)品的檢驗(yàn)，還要測(cè)量過(guò)程工藝參數(shù)，特別是測(cè)量在加工過(guò)程中所需要的各種工藝參數(shù)。諸如溫度、壓力、密度、粘度、濃度、成分、液位、流量、壓力水平、殘余應(yīng)力、組織結(jié)構(gòu)、晶粒大小等不但要進(jìn)行最終產(chǎn)品的檢驗(yàn)以及過(guò)程工藝參數(shù)的測(cè)量，而且當(dāng)認(rèn)為材料中不存在致命的裂紋或大的缺陷時(shí)，還要：1.從整體上評(píng)價(jià)材料中缺陷的分散程度2.在NDE的信息與材料的結(jié)構(gòu)性能（如強(qiáng)度、韌性等）之間建立聯(lián)系3.對(duì)決定材料的性質(zhì)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和服役性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)值（如斷裂韌性、高溫持久強(qiáng)度）等因素進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展階段及其基本工作內(nèi)容簡(jiǎn)介二、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展隨著現(xiàn)代化工業(yè)水平的提高，我國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速。已形成了一個(gè)包括中等專(zhuān)業(yè)教育、大學(xué)專(zhuān)科、大學(xué)本科（或無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)業(yè)方向）和無(wú)損檢測(cè)碩士生、博士生培養(yǎng)方向等門(mén)類(lèi)齊全的教育體系。與此同時(shí)，我國(guó)已有一批生產(chǎn)無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備的專(zhuān)業(yè)企業(yè)。從整體上講，我國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備的水平整體仍落后于發(fā)達(dá)國(guó)家5-10年，但一些專(zhuān)門(mén)儀器設(shè)備（如X射線探傷儀、多頻渦流儀、超聲波探傷儀等）的自動(dòng)化大大提高了我國(guó)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平，有效地縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。從某種意義上講，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展水平，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平高低的重要標(biāo)志，也是在現(xiàn)代企業(yè)中，開(kāi)展全面質(zhì)量管理工作的一個(gè)重要標(biāo)志。4.我國(guó)無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀三、無(wú)損檢測(cè)方法的選用及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響一般而言，選擇不同的無(wú)損檢測(cè)方法，主要基于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面的考慮。1.經(jīng)濟(jì)方面的考慮在質(zhì)量和成本競(jìng)爭(zhēng)中?？紤]制造成本和使用期成本。成本的高低，往往主要取決于對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量及對(duì)關(guān)鍵零部件及組裝件的檢測(cè)效能。例如：德國(guó)奔馳汽車(chē)公司對(duì)汽車(chē)的幾千個(gè)零件全部進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)后，運(yùn)行公里數(shù)增加了一倍，大大提高了在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，必須有全局觀念，對(duì)其局部的有限的使用，經(jīng)濟(jì)收益未必能表現(xiàn)得那么明顯，應(yīng)考慮必要的資本投入，并詳細(xì)評(píng)估資金的回收。在檢測(cè)方法和可靠性方面增加費(fèi)用所引發(fā)的效果三、無(wú)損檢測(cè)方法的選用及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響工程技術(shù)界人們普遍認(rèn)為：①?zèng)]有缺陷的材料是不存在的。②不產(chǎn)生缺陷的（缺陷的多少輕重不一）加工方法是沒(méi)有的。2.技術(shù)方面的考慮各種加工工藝和材料中常見(jiàn)的缺陷材料與工藝常見(jiàn)的缺陷加工工藝鑄造氣泡、疏松、縮孔、裂紋、冷隔鍛造偏析、疏松、夾雜、縮孔、白點(diǎn)、裂紋焊接氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋熱處理開(kāi)裂、變形、脫碳、過(guò)燒、過(guò)熱冷加工表面粗糙度、缺陷層深度、組織轉(zhuǎn)變、晶格扭曲金屬型材板材夾層、夾灰、裂紋等管材內(nèi)裂、外裂、夾雜、翹皮、折疊等棒材夾雜、縮孔、裂紋等鋼軌白核、黑核、裂紋非金屬材料橡膠氣泡、裂紋、分層塑料氣孔、夾雜、分層、粘合不良等陶瓷夾雜、氣孔、裂紋混凝土空洞、裂紋等復(fù)合材料未粘合、粘合不良、脫粘、樹(shù)脂開(kāi)裂、纖維斷裂、水溶脹、柔化等三、無(wú)損檢測(cè)方法的選用及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響在對(duì)材料或構(gòu)件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，不論在什么情況下，首先要明確檢測(cè)對(duì)象，才能確定應(yīng)該采用怎樣的檢測(cè)方法和檢測(cè)規(guī)范來(lái)達(dá)到預(yù)定的目的。諸多的無(wú)損檢測(cè)方法中，沒(méi)有哪一種方法是萬(wàn)能的。就一個(gè)成功的NDT工藝設(shè)計(jì)而言，還應(yīng)考察被檢對(duì)象的許多情況：（1）材料的特性（鐵磁性、非鐵磁性、金屬、非金屬等）。（2）零（部）件的形狀（管、棒、板、餅及各種復(fù)雜的形狀）。（3）零（部）件中可能產(chǎn)生的缺陷的形態(tài)（體積型、面積型、連續(xù)型、分散型）。（4）缺陷在零（部）件中可能存在的部位（表面、近表面或內(nèi)部）。2.技術(shù)方面的考慮三、無(wú)損檢測(cè)方法的選用及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響就缺陷類(lèi)型來(lái)說(shuō)，通常可分為體積型和面積型兩種。2.技術(shù)方面的考慮不同的體積型缺陷及其可采用的檢測(cè)方法不同的面積型缺陷及其可采用的檢測(cè)方法缺陷類(lèi)型可采用的檢測(cè)方法夾雜、夾渣、夾鎢、疏松、縮孔、氣孔、腐蝕坑目視檢測(cè)（表面）、滲透檢測(cè)（表面）磁粉檢測(cè)（表面及近表面）渦流檢測(cè)（表面及近表面）超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、紅外檢測(cè)、微波檢測(cè)、中子照相、光全息檢測(cè)缺陷類(lèi)型可采用的檢測(cè)方法分層、粘接不良、折疊、冷隔、裂紋、未熔合目視檢測(cè)、超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)、微波檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、紅外檢測(cè)三、無(wú)損檢測(cè)方法的選用及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響無(wú)損評(píng)價(jià)（NDE）相比無(wú)損檢測(cè)（NDT）考慮的問(wèn)題要復(fù)雜得多：NDE往往是同時(shí)采用幾種檢測(cè)技術(shù)，利用傳感器獲取被檢對(duì)象的信息，并轉(zhuǎn)換成材料性能和（或）缺陷的參數(shù)，以便對(duì)被檢對(duì)象的使用狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.技術(shù)方面的考慮失效模式分析示意圖腐蝕性缺陷產(chǎn)生的原因和無(wú)損檢測(cè)方法一覽三、無(wú)損檢測(cè)方法的選用及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響下圖中的金三角表達(dá)了NDE工程設(shè)計(jì)思想的內(nèi)涵。2.技術(shù)方面的考慮金三角（NDE模式簡(jiǎn)圖）

謝謝！無(wú)損檢測(cè)（第2版）

第一章超聲檢測(cè)第一節(jié)超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)第一章超聲檢測(cè)

超聲波簡(jiǎn)介超聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，頻率高于20kHz。工業(yè)超聲檢測(cè)常用的工作頻率為0.5~10MHz。一、超聲波的特點(diǎn)（1）超聲波的方向性好。超聲波具有像光波一樣良好的方向性，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)可以定向發(fā)射。（2）超聲波的穿透能力強(qiáng)。對(duì)于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。（3）超聲波的能量高。超聲檢測(cè)的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。（4）遇有界面時(shí)，超聲波將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。（5）對(duì)人體無(wú)害。超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)

（一）描述超聲波的基本物理量超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)1.縱波L：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，有時(shí)又被稱(chēng)為壓縮波或疏密波。固體、液體和氣體介質(zhì)都可以傳播縱波。2.橫波S（T）：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波，又叫作切變波，由于只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。3.表面波R：當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)，對(duì)于有限介質(zhì)而言的一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟ǎ?885年瑞利（Raleigh）首先對(duì)這種波給予理論上的說(shuō)明，因此表面波又稱(chēng)為瑞利波。（二）超聲波的分類(lèi)超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)1.縱波L：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，有時(shí)又被稱(chēng)為壓縮波或疏密波。固體、液體和氣體介質(zhì)都可以傳播縱波。（二）超聲波的分類(lèi)超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)2.橫波S（T）：介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波，又叫作切變波，由于只有固體介質(zhì)能夠承受切應(yīng)力，因而橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。（二）超聲波的分類(lèi)超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)3.表面波R：當(dāng)超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)，對(duì)于有限介質(zhì)而言的一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟ǎ?885年瑞利（Raleigh）首先對(duì)這種波給予理論上的說(shuō)明，因此表面波又稱(chēng)為瑞利波。（二）超聲波的分類(lèi)超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)4.板波：在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡?，又稱(chēng)為蘭姆波。板波傳播時(shí)薄板的兩表面和板中間的質(zhì)點(diǎn)都在振動(dòng)，聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。按其傳播方式可分為對(duì)稱(chēng)型（S型）和非對(duì)稱(chēng)型（A型）兩種。（二）超聲波的分類(lèi)板波（蘭姆波）：a)對(duì)稱(chēng)型b)非對(duì)稱(chēng)型超聲波簡(jiǎn)介二、超聲波的分類(lèi)超聲波的分類(lèi)方法很多，主要的分類(lèi)方法還有，按波陣面的形狀分類(lèi)、按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類(lèi)等。（二）超聲波的分類(lèi)超聲檢測(cè)過(guò)程中常采用脈沖波。脈沖波并非單一頻率。每種頻率的聲波決定一個(gè)聲場(chǎng)，總聲場(chǎng)為各種頻率的聲場(chǎng)成分的疊加。第二節(jié)超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量第一章超聲檢測(cè)

一、描述超聲場(chǎng)的物理量（一）聲壓p超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓強(qiáng)，與沒(méi)有超聲場(chǎng)存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)之差叫作該點(diǎn)的聲壓，常用p表示。單位為帕[帕斯卡]，記作Pa（(1Pa=1N/m2

）。對(duì)于平面余弦波可以證明：可見(jiàn)聲壓的絕對(duì)值與波速、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度振幅（或角頻率）成正比。因?yàn)槌暡ǖ念l率高，所以超聲波比聲波的聲壓大。一、描述超聲場(chǎng)的物理量（二）聲強(qiáng)I

可見(jiàn)，超聲波的聲強(qiáng)正比于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移振幅的平方、角頻率的平方和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度振幅的平方。由于超聲波的頻率高，其強(qiáng)度(能量）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可聞聲波的強(qiáng)度。一、描述超聲場(chǎng)的物理量（三）分貝和奈培的概念

若取自然對(duì)數(shù)，則其單位為奈培（NP），計(jì)算可知：

二、介質(zhì)的聲參量（一）聲阻抗

二、介質(zhì)的聲參量（二）聲速聲波在介質(zhì)中傳播的速度稱(chēng)為聲速，常用c表示。在同一種介質(zhì)中，超聲波的波型不同，其傳播速度亦各不相同，超聲波的聲速還取決于介質(zhì)的密度、彈性模量等。聲速又可分為相速度與群速度。相速度：聲波傳播到介質(zhì)的某一選定的相位點(diǎn)時(shí)，在傳播方向上的聲速。群速度：傳播聲波的包絡(luò)上，具有某種特性（如幅值最大）的點(diǎn)上，聲波在傳播方向上的速度。群速度是波群的能量傳播速度，在非頻散介質(zhì)中，群速度等于相速度。聲速的一般表達(dá)式為：聲速=彈性率/密度二、介質(zhì)的聲參量（二）聲速

二、介質(zhì)的聲參量（二）聲速

二、介質(zhì)的聲參量（三）聲衰減系數(shù)

二、介質(zhì)的聲參量（三）聲衰減系數(shù)

二、介質(zhì)的聲參量（三）聲衰減系數(shù)（4）衰減系數(shù)的測(cè)定2）薄件衰減系數(shù)的測(cè)定：薄工件衰減系數(shù)只存在介質(zhì)衰減，因此通常采用比較多次反射回波高度的方法予以測(cè)定。其衰減系數(shù)：式中，m、n是超聲波的底面反射次數(shù)，Hm、Hn分別是m和n次底面反射波的高度，d是試塊的厚度。

第三節(jié)超聲波在介質(zhì)中的傳播特性第一章超聲檢測(cè)

一、超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射（一）單一界面

超聲波在無(wú)限大介質(zhì)中傳播時(shí)，將一直向前傳播，并不改變方向。但遇到異質(zhì)界面（即聲阻抗差異較大的界面）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。一、超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射（一）單一界面

在鋼和水組成的界面上的反射和透射聲壓：a）鋼-水入射

b）水-鋼入射一、超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射（二）薄層界面

一、超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射（二）薄層界面

二、超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射（一）斯涅爾定律

當(dāng)聲波沿傾斜角到達(dá)固體介質(zhì)的表面時(shí)，由于介質(zhì)的界面作用，可能引起聲波傳輸模式的改變（例如從縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波，反之亦然）。（二）臨界角（專(zhuān)指入射角）

二、超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射（二）臨界角（專(zhuān)指入射角）

二、超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射（三）聲壓反射率與透射率在斜入射情況下，各種類(lèi)型的反射波和折射波的聲壓反射率和透射率，不僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，而且還與入射波的類(lèi)型以及入射角的大小有關(guān)。由于其理論計(jì)算公式復(fù)雜，一般借助于由公式或?qū)嶒?yàn)得到的幾種常見(jiàn)界面的聲壓反射率和透射率圖來(lái)確定檢測(cè)方案。縱波入射至鋼-空氣界面時(shí)的反射縱波入射至水-鋁界面時(shí)的反射和折射縱波入射至有機(jī)玻璃-鋼界面時(shí)的反射和折射二、超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射（四）聲壓往復(fù)透射率

各種界面上的往復(fù)透射率：a）水-鋁界面b）水-鋼界面c）有機(jī)玻璃-鋁界面d）有機(jī)玻璃-鋼界面二、超聲波傾斜入射到平界面上的反射和折射（五）端角反射當(dāng)工件的兩個(gè)相鄰表面構(gòu)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)，即構(gòu)成了端角反射的情況。此時(shí)同類(lèi)型的反射波和入射波總是互相平行，方向相反；不同類(lèi)型的反射波和入射波互不平行，且難以被發(fā)射探頭接收。

三、超聲波在曲界面上的反射和透射1.反射波

平面波入射彎曲界面時(shí)的反射：a）凹面鏡；b）凸面鏡三、超聲波在曲界面上的反射和透射2.透射波

平面波入射彎曲界面時(shí)的透鏡作用三、超聲波在曲界面上的反射和透射3.水浸聚焦探頭的設(shè)計(jì)

聲透鏡聚焦作用原理a）水中無(wú)工件b）水中有工件三、超聲波在曲界面上的反射和透射3.水浸聚焦探頭的設(shè)計(jì)

聲透鏡聚焦作用原理a）水中無(wú)工件b）水中有工件三、超聲波在曲界面上的反射和透射3.水浸聚焦探頭的設(shè)計(jì)

聲透鏡聚焦作用原理a）水中無(wú)工件b）水中有工件三、超聲波在曲界面上的反射和透射3.水浸聚焦探頭的設(shè)計(jì)

聲透鏡聚焦作用原理a）水中無(wú)工件b）水中有工件第四節(jié)由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場(chǎng)（活塞源聲場(chǎng)）第一章超聲檢測(cè)

一、圓形壓電晶片聲場(chǎng)中的聲壓超聲檢測(cè)中使用的超聲波探頭，其主要部件是用壓電材料做的壓電晶片，在壓電晶片的兩表面涂有導(dǎo)電銀層作為電極，使晶片表面上各點(diǎn)都具有相同的電位。將晶片接于高頻電源時(shí)，晶片兩面便以相同的相位產(chǎn)生拉伸或壓縮效應(yīng)，發(fā)射超聲波的晶片恰如活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)一樣輻射出聲能。因此它相當(dāng)于一個(gè)活塞聲源，通常將直探頭所產(chǎn)生的超聲場(chǎng)作為圓形活塞聲源來(lái)處理。圓盤(pán)源遠(yuǎn)場(chǎng)中任意一點(diǎn)的聲壓推導(dǎo)圖一、圓形壓電晶片聲場(chǎng)中的聲壓

一、圓形壓電晶片聲場(chǎng)中的聲壓

圓盤(pán)源軸線上聲壓推導(dǎo)圖二、近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)和超聲波的指向性

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

二、近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)和超聲波的指向性在聲場(chǎng)中，稱(chēng)x<N的區(qū)域?yàn)槁曉吹慕鼒?chǎng)區(qū)，最后一個(gè)聲壓最大值至聲源的距離N稱(chēng)為近場(chǎng)長(zhǎng)度。在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)，聲源表面上各點(diǎn)輻射至被考察點(diǎn)的波程差大，聲源振幅差和相位差也大，彼此互相干涉，使近場(chǎng)區(qū)聲壓分布十分復(fù)雜，因此在近場(chǎng)區(qū)對(duì)缺陷的判斷十分困難。近場(chǎng)區(qū)截面聲壓分布（黑色部分為波峰）二、近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)和超聲波的指向性在聲場(chǎng)中沿中心軸線聲壓最大，形成聲場(chǎng)的主瓣，即主聲束。在近場(chǎng)區(qū)聲壓交替出現(xiàn)極大與極小值，形成聲束的副瓣。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

（單位：度）來(lái)描述主聲束寬度，或稱(chēng)半擴(kuò)散角：圓盤(pán)源遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓的指向性a）主瓣聲束和副瓣聲束b）主瓣聲束a）b）第五節(jié)超聲檢測(cè)方法第一章超聲檢測(cè)

一、超聲檢測(cè)通用技術(shù)1、儀器選擇選擇檢測(cè)儀器應(yīng)從被檢對(duì)象的材質(zhì)及缺陷存在的狀況來(lái)考慮，如果儀器選擇不當(dāng)，不但檢測(cè)結(jié)果不可靠，在經(jīng)濟(jì)上也將蒙受不應(yīng)有的損失。超聲波探傷儀種類(lèi)繁多，以脈沖式超聲波探傷儀應(yīng)用最為廣泛。脈沖式超聲波探傷儀主要可分為A型顯示和平面顯示兩大類(lèi)，為了更好地進(jìn)行缺陷的定量和定位，還研發(fā)了例如B型顯示、C型顯示、準(zhǔn)三維顯示和超聲透視等檢測(cè)設(shè)備。A型顯示：構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、適用面廣，但難以判斷缺陷的幾何形狀，缺乏直觀性。B型顯示：可以顯示出工件某一縱斷面的聲像顯示方法。C型顯示：可以顯示出工件的某一橫斷面的聲像顯示方法。在獲得B型顯示和C型顯示的基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算機(jī)信號(hào)處理技術(shù)，可以獲得準(zhǔn)三維顯示的缺陷圖像，經(jīng)過(guò)仔細(xì)處理后，該圖像將具有較好的立體感。一、超聲檢測(cè)通用技術(shù)2、探頭的選擇目前超聲檢測(cè)工作中應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的是以壓電效應(yīng)為工作原理的超聲波探頭，或稱(chēng)之為超聲波換能器。探頭是電子設(shè)備和超聲場(chǎng)間聯(lián)系的紐帶，是超聲檢測(cè)設(shè)備的重要組成部分。在超聲檢測(cè)中，超聲波探頭大多使用脈沖信號(hào)，其脈沖又分為寬脈沖和窄脈沖。寬脈沖：頻率近乎單一的脈沖，發(fā)射的超聲波在聲束軸線上的聲壓分布近似于連續(xù)激勵(lì)。窄脈沖：包含較多頻率成分的諧波。各頻率諧波的聲壓疊加后近場(chǎng)變平滑，故而窄脈沖能減小干涉現(xiàn)象的影響。與寬脈沖相比，其分辨率高。利用窄脈沖發(fā)射超聲波，聯(lián)合頻譜分析技術(shù)，是今后超聲檢測(cè)的發(fā)展方向之一。探頭的種類(lèi)繁多、形式各異，其基本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：常用的有橫波探頭、表面波探頭、板波探頭等。其它探頭：聚焦探頭、高溫探頭、高分辨率探頭、可變角探頭和組合探頭等。一、超聲檢測(cè)通用技術(shù)2、探頭的選擇探頭的主要使用性能指標(biāo)除頻率外，還有檢測(cè)靈敏度和分辨力。檢測(cè)靈敏度：是指在最大深度上發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力，與探頭的換能特性有關(guān)。一般來(lái)講輻射效率高、接收靈敏度高的探頭，其檢測(cè)靈敏度亦高。且輻射面積越大，檢測(cè)靈敏度越高。檢測(cè)分辨力：可分為橫向分辨力和縱向分辨力，縱向分辨力是指沿聲波傳播方向、對(duì)兩個(gè)相鄰缺陷的分辨能力。脈沖愈窄，頻率愈高，分辨能力亦愈高。然而其靈敏度愈高，則分辨力愈低。橫向分辨力是指聲波傳播方向上對(duì)兩個(gè)并排缺陷的分辨能力，探頭發(fā)射的聲束愈窄，頻率愈高，則橫向分辨力愈高。總之，性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)可靠、使用方便，并能滿足靜壓力、溫度等條件的要求，是探頭選擇工作中應(yīng)考慮的基本內(nèi)容。一、超聲檢測(cè)通用技術(shù)3、試塊的選用在當(dāng)量法中所采用的具有簡(jiǎn)單幾何形狀的人工反射體的試樣被稱(chēng)為試塊。在超聲檢測(cè)中常用其調(diào)整和確定探傷儀的測(cè)定范圍，確定合適的檢測(cè)方法、檢驗(yàn)儀器和探頭的性能以及檢測(cè)靈敏度，測(cè)量材料的聲學(xué)特性（如聲速、聲衰減系數(shù)、彈性模量等)。試塊主要可分兩種：即標(biāo)準(zhǔn)試塊（簡(jiǎn)稱(chēng)STB）和參考試塊（簡(jiǎn)稱(chēng)RB）。標(biāo)準(zhǔn)試塊：用以測(cè)試探傷儀的性能、調(diào)整檢測(cè)靈敏度和聲時(shí)的測(cè)定范圍。例如我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)試塊CSK-I、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)試塊IIW、IIW2等。參考試塊：針對(duì)特定條件（如特殊的厚度、形狀與缺陷等）而設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)試塊，一般要求該試塊的材質(zhì)和熱處理工藝與被檢對(duì)象基本相同。如我國(guó)的RB-1、RB-2及RB-3試塊等。CSK-I型試塊CSK-I型試塊一、超聲檢測(cè)通用技術(shù)4、聲波的耦合為了使探頭有效地向試件中發(fā)射和接收超聲波，必須保持探頭與試件之間良好的聲耦合，即在二者之間填充耦合劑以排除空氣。耦合劑應(yīng)具有較好的透聲性能和較高的聲阻抗等，如水、甘油、硅油、機(jī)油等。根據(jù)不同的耦合條件和耦合介質(zhì)，探頭與試件之間的耦合方式可分為直接接觸法和液浸法。二、超聲檢測(cè)方法（一）透射法透射法又叫穿透法，是最早采用的一種超聲檢測(cè)技術(shù)。1.透射法的工作原理透射法是將發(fā)射探頭和接收探頭分別置于試件的兩個(gè)相對(duì)面上，根據(jù)超聲波穿透試件后的能量變化情況，來(lái)判斷試件內(nèi)部質(zhì)量的方法。穿透法示意圖1—脈沖波高頻發(fā)生器2—發(fā)射探頭3—工件4—缺陷5—接收探頭6—放大器7—顯示屏二、超聲檢測(cè)方法（一）透射法2.透射法檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)簡(jiǎn)單易懂，便于實(shí)施，不需考慮反射脈沖幅度。2)聲波在試件中只做單向傳播，適合檢測(cè)高衰減的材料。3)當(dāng)選擇好耦合劑后，特別適用于單一產(chǎn)品大批量加工制造過(guò)程中的機(jī)械化自動(dòng)檢測(cè)。4)在探頭與試件相對(duì)位置布置得當(dāng)后，即可進(jìn)行檢測(cè)，在試件中幾乎不存在盲區(qū)。缺點(diǎn)：1)一對(duì)探頭單收單發(fā)的情況下，只能判斷缺陷的有無(wú)和大小，不能確定缺陷的方位。2)當(dāng)缺陷尺寸小于探頭波束寬度時(shí)，該方法的探測(cè)靈敏度低。二、超聲檢測(cè)方法（二）脈沖反射法脈沖反射法是應(yīng)用最廣泛的超聲檢測(cè)方法。在實(shí)際檢測(cè)中，直接接觸式脈沖反射法最為常用。該法按照檢測(cè)時(shí)所使用的波型大致可分為：縱波法、橫波法、表面波法、板波法。

a）b）c）直接接觸脈沖反射法a)無(wú)缺陷b)有小缺陷c)有大缺陷：A—一次B—多次1—探頭2—缺陷3—工件4—顯示屏1.脈沖反射法的工作原理脈沖反射法是利用超聲波脈沖在試件內(nèi)傳播的過(guò)程中，遇有聲阻抗相差較大的兩種介質(zhì)的界面時(shí)，將發(fā)生反射的原理進(jìn)行檢測(cè)的方法。根據(jù)缺陷及底面反射波的有無(wú)、大小及其在時(shí)基軸上的位置來(lái)判斷缺陷的有無(wú)、大小及其方位。二、超聲檢測(cè)方法（二）脈沖反射法2.脈沖反射法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）檢測(cè)靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)較小的缺陷。2）當(dāng)調(diào)整好儀器的垂直線性和水平線性后，可得到較高的檢測(cè)精度。3）適用范圍廣，可采用多種不同的方法對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)。4）操作簡(jiǎn)單、方便、容易實(shí)施。缺點(diǎn)：1）單探頭檢測(cè)往往在試件上留有一定盲區(qū)。2）由于探頭的近場(chǎng)效應(yīng)，不適用于薄壁試件和近表面缺陷的檢測(cè)。3）缺陷波的大小與被檢缺陷的取向關(guān)系密切，容易有漏檢現(xiàn)象發(fā)生。4）因聲波往返傳播，故不適用于衰減太大的材料。二、超聲檢測(cè)方法（二）脈沖反射法3.直接接觸脈沖反射法使探頭與試件之間直接接觸，接觸情況取決于探測(cè)表面的平行度、平整度和粗糙度，一般在二者之間填充很薄的一層耦合劑，耦合劑的性能直接影響聲耦合的效果。直接接觸脈沖反射法中，可分為縱波法、橫波法、表面波法和板波法等，其中以縱波法應(yīng)用最為普遍。4.液浸法液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體介質(zhì)作耦合劑，探頭與試件并不直接接觸，探頭角度可任意調(diào)整，聲波的發(fā)射、接收也比較穩(wěn)定，便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是當(dāng)耦合層較厚時(shí)，聲能損失較大，對(duì)單一產(chǎn)品（或幾種產(chǎn)品）往往具有很高的檢測(cè)能力，但缺乏靈活性。5．聲波在標(biāo)準(zhǔn)幾何反射體上的反射在超聲檢測(cè)中常用直探頭，一般采用圓形壓電陶瓷晶片作為超聲波的聲源，此時(shí)發(fā)射探頭又稱(chēng)為活塞聲源。在確定缺陷當(dāng)量時(shí)，聲束軸線上不同位置的入射聲壓應(yīng)分兩個(gè)區(qū)域來(lái)考慮：當(dāng)N<L≤6N時(shí)，入射聲壓按活塞近場(chǎng)聲壓處理；當(dāng)L>6N時(shí)，入射聲壓則應(yīng)按球面波公式處理。第六節(jié)傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用第一章超聲檢測(cè)

一、典型構(gòu)件的超聲檢測(cè)技術(shù)（一）大型鍛件檢測(cè)鍛件是一種常見(jiàn)的構(gòu)件，在使用中承擔(dān)的載荷很高，制造成本也較高。因此對(duì)其內(nèi)在質(zhì)量和缺陷的檢測(cè)要求一般都比較嚴(yán)格。通常，大型鍛件的超聲檢測(cè)一般采用2～5MHz；檢測(cè)方法廣泛采用直探頭縱波脈沖反射法，有時(shí)還要用斜探頭進(jìn)行補(bǔ)充性檢測(cè)；軸類(lèi)鍛件以圓周檢測(cè)為主，必要時(shí)輔以?xún)啥嗣娴奶綔y(cè)；對(duì)于方形鍛件，則應(yīng)在相互垂直的兩個(gè)端面上進(jìn)行檢測(cè)。大型鍛件纖維組織的探傷方法一、典型構(gòu)件的超聲檢測(cè)技術(shù)（一）大型鍛件檢測(cè)1.鍛件中的常見(jiàn)缺陷可由超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷主要分兩類(lèi)：一類(lèi)是在材料制造工藝過(guò)程中（如冶煉和鑄造）形成的縮孔、疏松、夾雜與偏析等；另一類(lèi)是在金屬熱加工過(guò)程中（如鍛造和熱處理）形成的白點(diǎn)、裂紋和晶粒粗大等。2.鍛件缺陷的定量對(duì)于小于聲束直徑的缺陷來(lái)說(shuō)，一般使用當(dāng)量法對(duì)其定量。當(dāng)量法是以圓形平底孔試塊為基準(zhǔn)，同時(shí)先假設(shè)試塊和鍛件的測(cè)試條件基本相當(dāng)，將缺陷的回波聲壓和與之同聲程的某種標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波聲壓來(lái)進(jìn)行當(dāng)量對(duì)比，若二者的反射回波聲壓相等，則認(rèn)為該人工缺陷與實(shí)際缺陷是同當(dāng)量的，這種方法稱(chēng)為“當(dāng)量法”。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際缺陷比當(dāng)量缺陷大3～5倍。常用的標(biāo)準(zhǔn)幾何反射體有：標(biāo)準(zhǔn)平底孔（或稱(chēng)圓片形反射體）、標(biāo)準(zhǔn)橫通孔（或稱(chēng)圓柱形反射體）、短橫孔，其它還有球形和矩形的反射體等。當(dāng)量法還可細(xì)分為：當(dāng)量試塊直接比較法、當(dāng)量曲線族法、距離波幅曲線定量法，波高比較法以及比例作圖法等。一、典型構(gòu)件的超聲檢測(cè)技術(shù)（二）鑄件缺陷的檢測(cè)鑄件內(nèi)部組織粗大、致密性差，與鍛件相比，對(duì)超聲波的衰減大，穿透性亦較差。因此一般選用較低的超聲波頻率，如0.5～2MHz，檢測(cè)靈敏度較低，只能檢出面積較大的缺陷。缺陷類(lèi)型往往以體積型缺陷為主，常見(jiàn)的缺陷有縮孔、疏松、夾渣、夾砂、氣孔和鑄造裂紋等。經(jīng)過(guò)表面加工的鑄件，可用機(jī)油作耦合劑，采用直接接觸法進(jìn)行超聲檢測(cè)。表面粗糙的鑄件可采用水浸法，也可使用粘度大的耦合劑（如潤(rùn)滑油或漿糊等）并敷設(shè)塑料薄膜后，采用直接接觸法進(jìn)行檢測(cè)。（三）小型壓力容器殼體檢測(cè)小型壓力容器殼體是由低碳鋼鍛造成形的，經(jīng)機(jī)械加工后成半球殼狀。對(duì)此類(lèi)鍛件進(jìn)行超聲檢測(cè)，通常以斜探頭橫波檢測(cè)為主，輔以表面波探頭檢測(cè)表面缺陷。對(duì)于壁厚3mm以下的薄壁殼體可只用表面法檢測(cè)。探傷前必須將探頭楔塊磨制成與工件相同曲率的球面，以利于聲耦合，但磨制后的超聲波束不能帶有雜波。通常使用易于磨制的塑料外殼環(huán)氧樹(shù)脂小型K值探頭，K值選1.5~2，頻率2.5~5MHz。探傷時(shí)采用接觸法，用機(jī)油耦合。探頭一方面沿經(jīng)線上下移動(dòng)，一方面沿緯線繞周長(zhǎng)水平移動(dòng)一周，使聲束掃描線覆蓋整個(gè)球殼。在掃查過(guò)程中通常沒(méi)有底波，但遇到裂紋時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺陷波，可以制作帶有人工缺陷與工件相同的模擬件調(diào)試靈敏度。一、典型構(gòu)件的超聲檢測(cè)技術(shù)（四）復(fù)合材料檢測(cè)復(fù)合材料粘合質(zhì)量的檢測(cè)主要有脈沖反射法、脈沖穿透法和共振法。復(fù)合材料粘合層中的分層多與板材表面平行，常選用脈沖反射法進(jìn)行檢測(cè)。用縱波檢測(cè)時(shí)，若其粘合質(zhì)量良好，產(chǎn)生的界面波會(huì)很低，而底波幅度則較高。當(dāng)粘合不良時(shí)，界面波較高，而底面波較低甚至消失。若采用穿透法，當(dāng)粘合良好時(shí)，接收的超聲能量大，否則聲能減小。此法特別適用于檢測(cè)聲阻抗不同的多層復(fù)合材料。共振法適用于檢測(cè)聲阻抗相近的復(fù)合材料，粘合良好時(shí)，測(cè)得的厚度為兩層之和；粘合不好時(shí)，只能測(cè)得第一層的厚度。一、典型構(gòu)件的超聲檢測(cè)技術(shù)（五）各類(lèi)構(gòu)件焊縫的檢測(cè)在科研和生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常遇到各類(lèi)焊接結(jié)構(gòu)件，如試驗(yàn)筒體、大型測(cè)試鋼架、焊接容器和殼體等。焊縫形式有對(duì)接、角接、搭接、T形接和接管焊縫等。超聲檢測(cè)常遇到的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和焊接裂紋等。在科研和生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常遇到各類(lèi)焊接結(jié)構(gòu)件，如試驗(yàn)筒體、大型測(cè)試鋼架、焊接容器和殼體等。焊縫形式有對(duì)接、角接、搭接、T形接和接管焊縫等。超聲檢測(cè)常遇到的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和焊接裂紋等。（六）非金屬材料檢測(cè)超聲波在塑料、有機(jī)玻璃、陶瓷、橡膠、混凝土等非金屬材料中的衰減一般都比金屬大。為減少聲能衰減，多采用低頻率檢測(cè)，一般為20~200kHz，也有的用2~5MHz,為了獲得較窄的聲束，需采用尺寸較大的探頭。塑料零件的探測(cè)一般采用縱波法，探測(cè)頻率0.5~1MHz，使用脈沖反射法。陶瓷材料可用0.5~2MHz的縱波和橫波探測(cè)。橡膠檢測(cè)頻率更低，可用穿透法檢測(cè)。

b)

c)

d)焊接接頭形式a)對(duì)接接頭b)搭接接頭c)T形接頭d)角接接頭二、超聲波測(cè)量技術(shù)借助特定的超聲檢測(cè)方式、信號(hào)處理方法識(shí)別超聲信號(hào)特征，能夠?qū)缀纬叽?、微觀組織、材料屬性和/或缺陷性質(zhì)等材料特性進(jìn)行無(wú)損表征，這些特性參數(shù)對(duì)于材料性能評(píng)價(jià)及質(zhì)量控制非常重要，用超聲波方法進(jìn)行無(wú)損測(cè)量具有重要意義。1.彈性常數(shù)彈性常數(shù)是描述材料彈性階段力學(xué)行為的工程指標(biāo)，是屈服強(qiáng)度、硬度和殘余應(yīng)力等力學(xué)性能測(cè)量與評(píng)定的基礎(chǔ)。對(duì)于各向同性材料，材料的彈性行為采用彈性模量E、泊松比υ?xún)蓚€(gè)獨(dú)立彈性常數(shù)即可描述。通過(guò)測(cè)量材料的縱波聲速和橫波聲速，或者縱波聲速與表面波聲速，結(jié)合材料的密度值，即可測(cè)定彈性模量和泊松比。各向異性材料需要多個(gè)獨(dú)立彈性常數(shù)來(lái)描述其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。通常需要結(jié)合旋轉(zhuǎn)裝置或多組探頭實(shí)現(xiàn)多方位聲速的精準(zhǔn)測(cè)量，然后依據(jù)Christoffel描述的聲速、彈性常數(shù)、密度與聲波入射角之間的關(guān)系，通過(guò)解析或反演即可確定材料的彈性常數(shù)。二、超聲波測(cè)量技術(shù)2.覆層厚度覆層厚度是反映覆層質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。利用超聲測(cè)量覆層厚度主要包括表面波法、蘭姆波法和脈沖回波法。脈沖回波法操作簡(jiǎn)便、在工程中最常用，但由于實(shí)際工程應(yīng)用中覆層厚度往往很薄(數(shù)μm~數(shù)百μm)，界面回波可能產(chǎn)生疊加干涉，常通過(guò)對(duì)超聲干涉信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)較薄覆層厚度的評(píng)價(jià)，也稱(chēng)為超聲干涉法測(cè)厚技術(shù)。3.覆層內(nèi)界面粗糙度界面粗糙化是提高覆層和基體結(jié)合強(qiáng)度的有效措施，但在服役過(guò)程中增加界面粗糙度會(huì)使覆層內(nèi)殘余應(yīng)力增大，容易導(dǎo)致覆層剝落失效?？梢圆捎孟嗥两?粗糙度Rq<＜波長(zhǎng)λ)理論對(duì)覆層內(nèi)界面粗糙度的定量表征。二、超聲波測(cè)量技術(shù)4.晶粒尺寸利用超聲衰減系數(shù)或超聲波聲速可以對(duì)多晶金屬材料的平均晶粒尺寸進(jìn)行無(wú)損測(cè)量。當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于平均晶粒尺寸時(shí)，衰減主要由散射引起，因此通過(guò)測(cè)量超聲波散射衰減可以評(píng)定材料的晶粒尺寸。在某些特定的條件下，也可以利用超聲波聲速評(píng)定晶粒尺寸。一般認(rèn)為，聲速法評(píng)估平均晶粒尺寸的最大不確定度是20%。5.復(fù)合材料孔隙率復(fù)合材料的強(qiáng)度與孔隙率有關(guān)，通過(guò)測(cè)量超聲波聲速或衰減可以評(píng)估復(fù)合材料的孔隙率。類(lèi)似地，通過(guò)測(cè)量超聲波速度或衰減，還可以對(duì)復(fù)合材料中增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行無(wú)損評(píng)估。例如，顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)等。第七節(jié)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)第一章超聲檢測(cè)

一、相控陣超聲檢測(cè)原理概述隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展以及制造業(yè)水平的提高，成像化、數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化等成為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。近年來(lái)隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)等的快速發(fā)展，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)日益精進(jìn)，設(shè)備功能不斷完善，特別是有關(guān)法規(guī)的制訂和發(fā)布，為相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的普及應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和條件。常規(guī)超聲檢測(cè)多采用單晶片探頭，超聲聲束以單一折射角沿聲束軸線傳播。相控陣超聲波探頭則基于惠更斯原理設(shè)計(jì)，由多個(gè)相互獨(dú)立的壓電晶片組成陣列。每個(gè)晶片稱(chēng)為一個(gè)陣元，按一定的規(guī)則和時(shí)序用計(jì)算機(jī)控制激發(fā)各個(gè)陣元，各陣元波陣面疊加形成一個(gè)新的波陣面，從而產(chǎn)生波束聚焦、偏轉(zhuǎn)等相控效果；在反射波的接收過(guò)程中，采用同樣的方法控制波束并進(jìn)行信號(hào)合成，最后將合成結(jié)果以適當(dāng)形式顯示。二、相控陣超聲發(fā)射和接收在相控陣發(fā)射過(guò)程中，超聲波探傷儀將觸發(fā)信號(hào)傳送至相控陣控制器，后者把觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換成高壓電脈沖。其間，脈沖寬度應(yīng)預(yù)先設(shè)定，而時(shí)間延遲則由聚焦法則界定。每個(gè)陣元接收一個(gè)電脈沖，并按照發(fā)射聚焦法則產(chǎn)生具有一定角度并聚焦在一定深度的超聲波束。在探傷過(guò)程中，該聲束遇到缺陷即反射回來(lái)。接收到回波信號(hào)后，相控陣控制器按接收聚焦律改變延遲時(shí)間后將這些信號(hào)疊加在一起，形成一個(gè)脈沖信號(hào)，繼而傳送至探傷儀。相控陣超聲發(fā)射、接收及時(shí)間延遲三、相控陣超聲聲束控制相控陣超聲檢測(cè)時(shí)，聲束的控制主要有3種類(lèi)型：聲束的偏轉(zhuǎn)、聲束的聚焦以及聚焦聲束的偏轉(zhuǎn)。下面僅就一維線陣探頭的聲束控制加以討論。（一）聲束的偏轉(zhuǎn)若相鄰陣元按一定時(shí)間差τs被激勵(lì)源激勵(lì)，則各相鄰陣元所產(chǎn)生的聲脈沖亦將相應(yīng)延遲τs，這樣合成的波陣面不再與陣列平行，即合成波束與陣列軸線成一夾角θ，從而實(shí)現(xiàn)了聲束的偏轉(zhuǎn)。合成波陣面

探頭陣列

12N-1

N

激勵(lì)脈沖

合成波束方向θ

D相控陣聲束偏轉(zhuǎn)原理三、相控陣超聲聲束控制（一）聲束的偏轉(zhuǎn)根據(jù)波合成理論可知，相鄰兩陣元的時(shí)間延遲τs為式中，d為陣元中心間距，c是介質(zhì)聲速，τs也被稱(chēng)為發(fā)射偏轉(zhuǎn)延遲，通過(guò)改變?chǔ)觭可改變超聲波束的偏轉(zhuǎn)角度θ。若以探頭中心作為參考點(diǎn)，則陣元n相對(duì)于探頭中心的延遲時(shí)間τn可通過(guò)下式來(lái)描述：當(dāng)陣元個(gè)數(shù)N為奇數(shù)時(shí)，當(dāng)陣元個(gè)數(shù)N為偶數(shù)時(shí)，式中，n=0，±1，…，±N/2。三、相控陣超聲聲束控制（二）聲束的聚焦在發(fā)射聚焦時(shí)，兩端陣元最先激勵(lì)，逐漸向中間陣元加大延遲，最終各陣元的波陣面在介質(zhì)內(nèi)合成一個(gè)新的波陣面，并指向一個(gè)曲率中心即焦點(diǎn)P處實(shí)現(xiàn)聲束的聚焦。在P點(diǎn)聲波同相疊加而增強(qiáng)，在P點(diǎn)以外則因異相疊加而減弱，甚至抵消。以陣列中心為參考點(diǎn)，當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，根據(jù)幾何聲程差可計(jì)算出各陣元發(fā)射的聲波在P點(diǎn)聚焦時(shí)的相對(duì)延遲時(shí)間為當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，式中的n改為（n+0.5）。合成波陣面

探頭陣列

P12N-1NDF激勵(lì)脈沖

相控陣聲束聚焦原理三、相控陣超聲聲束控制（三）聚焦聲束的偏轉(zhuǎn)以探頭中心作為參考點(diǎn)，當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，根據(jù)幾何聲程差可計(jì)算出聲束在焦距為F、偏轉(zhuǎn)角為θ的P點(diǎn)聚焦時(shí)的相對(duì)延遲時(shí)間為當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，式中的n改為（n+0.5）。通過(guò)各陣元的相位、幅度控制以及聲束形成等方法，能夠產(chǎn)生聚焦、變孔徑、變跡等多種相控效果。合成波陣面

探頭陣列

P

12N-1

N

激勵(lì)脈沖

DF

r1

rN

θ

相控陣聚焦聲束偏轉(zhuǎn)原理四、相控陣超聲聲束掃描方式在超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)中，由計(jì)算機(jī)控制的聲束掃描方式主要有電子掃描、動(dòng)態(tài)深度聚焦和扇形掃描三種。（一）線性掃描線性掃描，又稱(chēng)E掃描、電子掃描，是以固定數(shù)量的陣元，以相同聚焦法則沿著探頭排列方向移動(dòng)掃描，直到整個(gè)探頭掃描完畢。電子掃描過(guò)程中無(wú)需移動(dòng)探頭即可完成聲束的大范圍覆蓋，特別適合于對(duì)板、管等規(guī)則形狀工件焊縫的高效檢測(cè)。線性掃描示意圖（3個(gè)陣元，間隔1個(gè)陣元的掃描）四、相控陣超聲聲束掃描方式（二）動(dòng)態(tài)深度聚焦動(dòng)態(tài)深度聚焦，也稱(chēng)DDF（DynamicDeepFocusing）。對(duì)同一組陣元施加不同的延時(shí)律，聲束在掃描過(guò)程中沿聲束軸線對(duì)不同深度進(jìn)行聚焦掃描。動(dòng)態(tài)深度聚焦示意圖對(duì)不同深度橫孔的標(biāo)準(zhǔn)相控陣聚焦和DDF成像比較可知，標(biāo)準(zhǔn)相控陣檢測(cè)僅在焦距（50mm）附近獲得較好的分辨力，偏離焦距區(qū)域的橫孔成像質(zhì)量下降明顯。相比之下，DDF在更大的深度范圍內(nèi)都能獲得較好的分辨力。位于近場(chǎng)區(qū)的兩個(gè)橫孔，DDF可檢出，而標(biāo)準(zhǔn)相控陣聚焦則可能漏檢。（a）（b）不同深度橫孔標(biāo)準(zhǔn)相控陣聚焦與DDF成像比較：（a）標(biāo)準(zhǔn)相控陣聚焦；（b）DDF四、相控陣超聲聲束掃描方式（三）扇形掃描扇形掃描，又稱(chēng)S掃描，是對(duì)固定數(shù)量的陣元，通過(guò)改變聚焦法則使得探頭在某個(gè)角度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。扇形掃描有實(shí)際深度指示和體積校正的功能，缺陷的幾何位置可測(cè)，在實(shí)際檢測(cè)中很常用。扇形掃描示意圖在超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)中，扇形掃描一般有以下四種聚焦方式可供選擇：（1）投影聚焦：所有聲束聚焦在垂直于楔塊底面的一個(gè)平面上，適用于檢測(cè)窄間隙焊縫。（2）真實(shí)深度聚焦：所有聲束聚焦在預(yù)設(shè)的某一個(gè)固定深度，不同角度聲束的聚焦深度相同，適用于內(nèi)壁疲勞裂紋的檢測(cè)。（3）半聲程聚焦：所有聲束聚焦在以單聲程為半徑的圓弧上，不同角度聲束的聚焦路程相同，是扇形掃描中常用的聚焦類(lèi)型。（4）聚焦平面聚焦：所有聲束聚焦在自定義的任意平面，適用于焊縫中未熔合缺陷的檢測(cè)。扇形掃描的四種聚焦方式五、超聲相控陣的掃查圖像顯示模式（一）A掃描視圖A掃描視圖表示相控陣探頭接收到的超聲回波幅度與超聲傳播時(shí)間的關(guān)系，可為射頻信號(hào)或檢波信號(hào)，所有相控陣掃查圖像均由A掃描信號(hào)轉(zhuǎn)換而來(lái)，對(duì)于A掃描顯示的射頻信號(hào)，可利用系統(tǒng)中的相關(guān)功能分析其頻譜。S掃描視圖（扇形顯示或方位角顯示）是超聲相控陣特有的顯示方式，是延時(shí)和折射角經(jīng)校正后的特定通道內(nèi)所有A掃描信號(hào)的二維圖形顯示。典型的S掃描是用相同的陣元組聚焦在相同深度，通過(guò)一定角度的掃查獲得。（二）S掃描視圖A掃描視圖S掃描視圖五、超聲相控陣的掃查圖像顯示模式（三）B掃描視圖B掃描視圖是超聲相控陣系統(tǒng)記錄接收超聲波數(shù)據(jù)的二維顯示圖，通常水平軸表示掃查位置，垂直軸表示超聲聲程，也可根據(jù)顯示的需要反轉(zhuǎn)各軸。在對(duì)焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，B掃描顯示為焊縫寬度方向上的橫截面圖像，可顯示缺陷的深度和寬度。C掃描視圖是被檢工件俯視圖的超聲數(shù)據(jù)二維顯示。對(duì)于超聲相控陣，一軸為機(jī)械軸，另一軸則為電子掃描軸。在C掃描圖像上，僅顯示每個(gè)點(diǎn)的最大波幅，從圖中可以獲得缺陷的水平位置信息，但不能獲得缺陷深度信息。（四）C掃描視圖（五）D掃描視圖D掃描視圖也是超聲數(shù)據(jù)的二維圖形顯示，一軸是進(jìn)位軸，另一軸是超聲軸。它和B掃描顯示類(lèi)似，如果B掃描視圖是側(cè)視圖，則D掃描視圖就是端視圖，具體情況由放置探頭的傾角來(lái)定。B掃描、C掃描、D掃描視圖六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（一）相控陣探頭的類(lèi)型按照陣元排列方式的不同，相控陣探頭有一維陣列、二維陣列和環(huán)陣等多種類(lèi)型。其中，一維線陣探頭結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，超聲發(fā)射和接收的通道數(shù)較少，通用性好。一維陣列探頭產(chǎn)生的聲束僅能在x方向（陣元分布方向）聚焦，聲束焦點(diǎn)具有較大尺寸，對(duì)小缺陷的檢測(cè)能力較弱。相比于一維陣列探頭，二維陣列探頭能夠控制超聲波束在一定的三維空間進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和聚焦，具有更強(qiáng)的聲束控制能力。典型的超聲相控陣探頭類(lèi)型一維陣列和二維陣列的聲束掃查方式六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（二）相控陣探頭的陣元及孔徑一維線陣探頭陣元參數(shù)主要包括陣元數(shù)（N），陣元寬度（e）、陣元芯距（d）、陣元間距（g）、主動(dòng)窗孔徑（A）以及從動(dòng)窗孔徑（W）等。一維線陣探頭陣元的相關(guān)參數(shù)陣元數(shù)（N）：相控陣探頭包含的單個(gè)陣元數(shù)量為陣元數(shù)。陣元數(shù)增加可增加主瓣幅值，抑制旁瓣，有利于提高相控陣超聲探頭品質(zhì)。但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性提高，綜合考慮，一般選擇16或32個(gè)。陣元寬度（e）：指單個(gè)壓電陣元的寬度。陣元寬度主要影響相控陣探頭的旁瓣和主瓣聲壓。六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（二）相控陣探頭的陣元及孔徑陣元間距（g）：指相鄰兩陣元的絕緣寬度。陣元芯距（d）：指相鄰兩陣元中心的距離。陣元芯距會(huì)影響超聲波穿透能力、聲束的偏轉(zhuǎn)能力，以及陣元間的串?dāng)_信號(hào)、旁瓣信號(hào)，陣元芯距的選擇對(duì)檢測(cè)應(yīng)用至關(guān)重要。主動(dòng)窗孔徑（D）：指探頭陣列受激勵(lì)的總長(zhǎng)度。主動(dòng)窗孔徑越大，探頭穿透能力越強(qiáng)，能夠聚焦的深度范圍越大，相應(yīng)的探頭尺寸也越大。主動(dòng)窗孔徑長(zhǎng)度由下式給出：從動(dòng)窗孔徑（W）：指陣列探頭寬度。從動(dòng)窗孔徑對(duì)檢測(cè)靈敏度和缺陷長(zhǎng)度定量有較大影響。推薦的從動(dòng)窗孔徑由探頭頻率和聚焦深度范圍決定：六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（三）相控陣探頭的聲場(chǎng)分析相控陣探頭的聲場(chǎng)理論是超聲相控陣檢測(cè)的基礎(chǔ)。此處以一維線陣探頭為例說(shuō)明相控陣探頭的聲場(chǎng)。一維線陣探頭的指向性函數(shù)由乘積定理可求出。乘積定理：由相同特征的陣元組成陣列后的指向性函數(shù)，等于單個(gè)陣元的指向性函數(shù)與當(dāng)每個(gè)陣元由位于其中心位置的點(diǎn)聲源代替時(shí)的指向性函數(shù)的乘積：因此，對(duì)于由N個(gè)線源組成的均勻線陣當(dāng)各陣元以相同的頻率、相位和振幅振動(dòng)時(shí)，其聲壓歸一化指向性函數(shù)為：式中，d是相鄰陣元的間距，W是線源的長(zhǎng)度，θ1是聲線在xoz平面上的投影與z軸的夾角，θ2是聲線在yoz平面上的投影與z軸的夾角，k是角波數(shù)，k=2π/λ。六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（三）相控陣探頭的聲場(chǎng)分析當(dāng)陣元間距等于3mm、波長(zhǎng)等于2.05mm、陣元數(shù)等于16時(shí)，由一維陣列的指向性函數(shù)可計(jì)算得到均勻線陣在xoz平面的聲壓指向性，如下圖。從圖中可以看出，在0°方向出現(xiàn)了一個(gè)相對(duì)幅值為1的聲壓極大值，這是主瓣。在主瓣的兩邊各出現(xiàn)了一個(gè)相對(duì)幅值也為1的極大值，稱(chēng)為柵瓣；在主瓣和柵瓣之間可見(jiàn)許多幅值較小的尖峰，稱(chēng)作旁瓣。一維線陣及其計(jì)算坐標(biāo)均勻條形線陣在xoz平面的聲壓指向性圖六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（四）相控陣超聲檢測(cè)分辨率及影響因素相控陣超聲檢測(cè)的成像質(zhì)量是衡量系統(tǒng)檢測(cè)能力的重要依據(jù)，它主要取決于相控陣超聲探頭的聲束特性，對(duì)于相控陣超聲探頭，有五種分辨率值得考慮。1.近表面分辨率和遠(yuǎn)表面分辨率近表面分辨率：指離掃查表面的最小可檢測(cè)距離，孔徑越大，增益越大，則盲區(qū)越大。遠(yuǎn)表面分辨率：指離試件內(nèi)表面的最小可檢測(cè)距離，具體為對(duì)離試件內(nèi)表面1到5mm的反射體（橫通孔或平底孔），超聲相控陣探頭能區(qū)分其回波與底面回波。近表面分辨率和遠(yuǎn)表面分辨率示意圖六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（四）相控陣超聲檢測(cè)分辨率及影響因素2.橫向分辨率橫向分辨率，也稱(chēng)側(cè)向分辨率，指超聲相控陣探頭能區(qū)分（缺陷回波峰谷差值達(dá)到6dB以上）位于同一深度的相鄰缺陷的最小距離。通常，橫向分辨率由系統(tǒng)脈沖回波響應(yīng)主瓣的-6dB寬度來(lái)評(píng)估，是超聲相控陣系統(tǒng)成像真實(shí)分辨率的粗略估計(jì)。橫向分辨率示意圖六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（四）相控陣超聲檢測(cè)分辨率及影響因素3.縱向分辨率縱向分辨率，也稱(chēng)軸向分辨率，指超聲相控陣探頭在同一角度下能區(qū)分（缺陷回波峰谷差值達(dá)到6dB以上）沿聲束軸線上不同深度缺陷的最小距離。超聲脈沖發(fā)射持續(xù)時(shí)間越短，即脈沖寬度越小，縱向分辨力越高。縱向分辨率示意圖六、相控陣探頭及聲場(chǎng)（四）相控陣超聲檢測(cè)分辨率及影響因素4.角度分辨率角度分辨率，指能區(qū)分位于相同深度的相鄰缺陷A掃描信號(hào)的最小角度。角度分辨率示意圖5.對(duì)比度分辨率對(duì)比度分辨率表征缺陷與背景在色彩灰度上的差異，主要由檢測(cè)系統(tǒng)信噪比和AD采樣精度位數(shù)決定，該指標(biāo)越好，圖像越細(xì)膩柔和，細(xì)節(jié)信息越豐富。七、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用（一）技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以靈活、便捷而有效地控制聲束指向、波前形狀及聲壓分布；其焦柱長(zhǎng)度、焦點(diǎn)位置和焦斑大小在一定范圍內(nèi)連續(xù)、動(dòng)態(tài)可調(diào)；通過(guò)相位控制可以快速偏轉(zhuǎn)或者移動(dòng)聲束實(shí)現(xiàn)掃查。由于各聲束在焦點(diǎn)處的相干疊加，缺陷檢測(cè)信號(hào)的信噪比有顯著提高。局限性：檢測(cè)參數(shù)多，對(duì)操作人員要求高，數(shù)據(jù)分析和缺陷評(píng)定要求高等。七、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用（二）應(yīng)用情況1.提高檢測(cè)效率和缺陷檢出率采用相控陣超聲探頭配合掃查器進(jìn)行碳鋼、合金鋼管道焊縫檢測(cè)，通過(guò)設(shè)置合適的工藝參數(shù)，能夠在現(xiàn)場(chǎng)方便地實(shí)施快速掃查和高效檢測(cè)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單規(guī)則的板、管等結(jié)構(gòu)，一般而言，相控陣超聲檢測(cè)速度比傳統(tǒng)檢測(cè)方法能提高5~10倍。傳統(tǒng)超聲檢測(cè)采用普通單晶片探頭，進(jìn)入到工件的聲束角度有限且固定，探頭移動(dòng)距離有限，方向不利或者遠(yuǎn)離聲束軸線位置的缺陷很容易漏檢。超聲相控陣能夠控制超聲波在工件中的聲束偏轉(zhuǎn)及聚焦掃描，即使是遠(yuǎn)離聲束軸線，隨機(jī)分布在不同方位的裂紋，相控陣超聲也能以鏡面反射方式有效檢出。常規(guī)單晶片探頭超聲和相控陣超聲的多向裂紋檢測(cè)比較：（a）常規(guī)超聲檢測(cè)；（b）相控陣超聲檢測(cè)碳鋼管道焊縫相控陣超聲檢測(cè)：(a)帶有兩個(gè)探頭的管道掃查器；(b)激光對(duì)中裝置七、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用（二）應(yīng)用情況2.復(fù)雜幾何形狀工件的超聲檢測(cè)在對(duì)幾何形狀復(fù)雜的工件進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，傳統(tǒng)的單探頭超聲檢測(cè)實(shí)施困難。利用相控陣超聲進(jìn)行檢測(cè)，可靈活控制聲束在不同方向、不同區(qū)域的掃描，在不移動(dòng)或少移動(dòng)探頭的情況下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀工件的高效檢測(cè)。反應(yīng)堆容器管座焊縫及其根部相控陣超聲檢測(cè)轉(zhuǎn)子焊接區(qū)的相控陣超聲檢測(cè)七、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用（二）應(yīng)用情況3.粗晶高衰減材料的超聲檢測(cè)奧氏體不銹鋼粗晶材料曾被視為傳統(tǒng)超聲檢測(cè)的“禁區(qū)”，檢測(cè)難點(diǎn)主要表現(xiàn)為高衰減、檢測(cè)信噪比低，檢測(cè)靈敏度和分辨率差。相控陣超聲為解決此類(lèi)檢測(cè)難題提供了解決途徑。使用一發(fā)一收縱波面陣探頭，盡可能消除反射法檢測(cè)盲區(qū)，同時(shí)利用相控陣超聲對(duì)聲束的調(diào)控優(yōu)勢(shì)獲得更大的聚焦深度，且在所有深度范圍內(nèi)保持良好的側(cè)向分辨率，提高對(duì)不同取向缺陷的檢出率，壓電晶片的高阻尼特性又提高了軸向分辨率和信噪比。目前，低頻一發(fā)一收縱波相控陣檢測(cè)技術(shù)已在“華龍一號(hào)”全球首堆核電示范工程福清5#機(jī)組等多個(gè)核電機(jī)組推廣應(yīng)用。奧氏體不銹鋼焊縫相控陣超聲檢測(cè)焊縫試塊及人工槽模擬的側(cè)壁未熔合全聚焦成像相控陣超聲扇掃描圖像相位相干處理后的圖像七、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用（二）應(yīng)用情況4.不規(guī)則工件超聲檢測(cè)耦合問(wèn)題對(duì)于形狀不規(guī)則的工件，相控陣探頭與工件之間的耦合是困擾檢測(cè)人員的問(wèn)題。為此，法國(guó)原子能委員會(huì)（CEA）研制出了“柔性”相控陣探頭，其各陣元幾何位置可靈活改變，從而緊貼在各種形狀曲面上，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，“柔性”相控陣探頭的應(yīng)用尚未普及。大連理工大學(xué)推出一種固體柔性聲耦合楔塊。這種聲楔塊是固體介質(zhì)，透聲性好，且柔性可變形、裁剪方便，可根據(jù)工件的形狀規(guī)格進(jìn)行仿形定制，能夠顯著改善楔塊與工件之間的耦合效果。配套了固體柔性聲耦合楔塊的相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)目前已用于核工程厚壁壓力容器以及航空復(fù)材構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，相控陣超聲技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)中得以進(jìn)一步充分體現(xiàn)，十分高效便捷。航空復(fù)合材料R角相控陣超聲檢測(cè)（a）固體柔性聲耦合楔塊；（b）R角耦合楔塊及工裝；（c）R角相控陣超聲檢測(cè)成像八、相控陣全聚焦超聲檢測(cè)技術(shù)（一）相控陣全聚焦超聲檢測(cè)原理概述全聚焦方法是一種后處理成像技術(shù)，由英國(guó)Bristol大學(xué)Homles等于2004年首先提出，以全矩陣捕捉技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)檢測(cè)區(qū)域各位置點(diǎn)的聚焦成像顯示，以獲得最佳成像質(zhì)量，被認(rèn)為是相控陣超聲成像技術(shù)領(lǐng)域的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。包含N個(gè)陣元的線性陣列探頭在進(jìn)行全矩陣數(shù)據(jù)采集時(shí)，所有活動(dòng)陣元順序發(fā)射，同時(shí)各自獨(dú)立地接收超聲回波信號(hào)，共獲得N2個(gè)A掃描信號(hào)。全矩陣捕捉技術(shù)原理示意圖八、相控陣全聚焦超聲檢測(cè)技術(shù)（一）相控陣全聚焦超聲檢測(cè)原理概述全聚焦成像算法采用離線計(jì)算的方式對(duì)全矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)全矩陣數(shù)據(jù)執(zhí)行“延遲與疊加”后處理，可將檢測(cè)區(qū)域內(nèi)各位置點(diǎn)的反射回波同相位疊加，實(shí)現(xiàn)聚焦成像。對(duì)于聚焦點(diǎn)(x,z)，其全聚焦成像幅值I(x,z)可由如下公式求得：式中，tij(x,z)表示聲波由陣元i發(fā)射傳播至成像點(diǎn)，并經(jīng)反射后返回至接收陣元j所需時(shí)間。全聚焦方法原理示意圖八、相控陣全聚焦超聲檢測(cè)技術(shù)（二）全聚焦與常規(guī)相控陣超聲檢測(cè)方法的比較全聚焦方法能夠?qū)崿F(xiàn)待檢測(cè)區(qū)域逐點(diǎn)聚焦，成像分辨力具有空間一致性，盲區(qū)小，可提高焊縫及鄰近定向缺陷(裂紋類(lèi)面型缺陷)的檢出率，且有利于薄壁工件及近表面缺陷的檢測(cè)。但是，全聚焦數(shù)據(jù)量比常規(guī)相控陣超聲大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)系統(tǒng)計(jì)算處理能力要求明顯提高。實(shí)際應(yīng)用中，通常首先采用相控陣超聲技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如需要對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行精細(xì)表征，可采用高分辨率的全聚焦成像和分析工具。第八節(jié)超聲TOFD檢測(cè)技術(shù)第一章超聲檢測(cè)

一、TOFD檢測(cè)原理超聲波衍射時(shí)差(UltrasonicTimeofFlightDiffraction)，簡(jiǎn)稱(chēng)TOFD，20世紀(jì)70年代由英國(guó)哈威爾無(wú)損檢測(cè)中心提出，利用缺陷端部的衍射波來(lái)檢出缺陷并對(duì)其進(jìn)行定量。TOFD法具有精度高、檢測(cè)快捷、實(shí)時(shí)成像、檢測(cè)數(shù)據(jù)易保存等優(yōu)點(diǎn)。在核工業(yè)、電力和石油化工等領(lǐng)域的在役設(shè)備檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。TOFD檢測(cè)時(shí)采用一對(duì)頻率、尺寸、角度都相同的縱波斜探頭，一發(fā)一收，發(fā)射探頭向被檢工件發(fā)射超聲波，一部分聲波沿物體表面?zhèn)鞑?，直接被接收探頭接收，具有傳播時(shí)間最短的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圖的①直通波。當(dāng)工件內(nèi)部有缺陷時(shí)，超聲波在缺陷上下端點(diǎn)分別發(fā)生衍射，相應(yīng)的衍射波②和③在直通波之后到達(dá)接收探頭。此外，探頭還能接收到工件底面的反射回波④。TOFD檢測(cè)原理示意圖二、TOFD檢測(cè)圖像TOFD檢測(cè)圖像由一維射頻A掃描信號(hào)和能夠顯示缺陷深度及位置信息的二維灰度圖像構(gòu)成。A掃描信號(hào)對(duì)應(yīng)某一位置沿焊縫厚度方向的檢測(cè)情況，其縱坐標(biāo)代表信號(hào)的幅度，橫坐標(biāo)反映超聲波傳播時(shí)間，射頻信號(hào)能夠體現(xiàn)波的相位信息。TOFD灰度圖像由大量A掃描信號(hào)構(gòu)成，，灰度圖像的橫坐標(biāo)表示探頭位移，數(shù)值代表掃查距離的長(zhǎng)短；縱坐標(biāo)表示聲時(shí)，代表信號(hào)傳播的時(shí)間，可以直觀記錄缺陷信息，有利于缺陷的識(shí)別與判讀。TOFDA掃描信號(hào)與灰度圖像轉(zhuǎn)換示意圖三、TOFD掃描方式非平行掃描：即D掃描，探頭沿焊縫方向移動(dòng)，探頭聲束出射面與探頭移動(dòng)方向垂直。目的是用來(lái)確定檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部缺陷情況，如缺陷數(shù)量、深度、長(zhǎng)度等信息。平行掃描：也稱(chēng)為B掃描，探頭垂直于焊縫方向移動(dòng)，探頭聲束出射面與探頭移動(dòng)方向平行，用來(lái)輔助D掃描，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行精確定位及定量。TOFD掃描方式示意圖四、TOFD參數(shù)選擇TOFD檢測(cè)參數(shù)主要包括探頭頻率、探頭尺寸、探頭角度以及探頭中心間距。根據(jù)超聲探頭半擴(kuò)散角公式可知，TOFD探頭頻率和探頭尺寸共同決定了探頭的聲束擴(kuò)散范圍：式中，γ

是發(fā)射聲束半擴(kuò)散角；D是探頭尺寸；cp是縱波聲速；f

是探頭頻率；F是聲束擴(kuò)散因子，TOFD中一般取其值為0.7，對(duì)應(yīng)的γ

值表示聲束幅值下降12dB時(shí)的擴(kuò)散角度。由上式可以看出，探頭尺寸和探頭頻率越小，聲束擴(kuò)散角度越大，即檢測(cè)覆蓋范圍越大。但探頭頻率越小，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)分辨率降低，因此頻率的選擇需要綜合考慮檢測(cè)分辨率、工件厚度、衰減等。探頭的角度和探頭中心間距（ProbeCenterSpacing，PCS）共同決定了超聲波在工件內(nèi)的檢測(cè)深度區(qū)域和主聲束交點(diǎn)深度。探頭角度越小，主聲束交點(diǎn)深度越深，深度覆蓋區(qū)域越小，但聲波能量越集中，主聲束交點(diǎn)聲壓幅值越高。同時(shí)直通波與底波的時(shí)間間隔越大，沿時(shí)間軸的信號(hào)分辨率越高。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，對(duì)薄板試塊或厚板試塊的上層檢測(cè)時(shí)，常采用大角度探頭；為了保證聲束寬度盡可能多的覆蓋到目標(biāo)區(qū)域，使探頭聲束交點(diǎn)在目標(biāo)區(qū)域的三分之二處，既保證聲束覆蓋范圍，又保證檢測(cè)區(qū)域的聲場(chǎng)能量。五、TOFD缺陷定位定量TOFD技術(shù)根據(jù)直通波（或底面回波）與缺陷尖端衍射波之間的時(shí)差對(duì)缺陷深度定位。此處以典型的平板中埋藏型缺陷為例，對(duì)缺陷定位定高方法進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)探頭中心間距為2S，材料縱波聲速為cl

，缺陷上端衍射波傳播時(shí)間為t1，下端衍射波傳播時(shí)間為t2，根據(jù)幾何關(guān)系有：整理可得缺陷埋深d為：則缺陷自身高度h為：在實(shí)際檢測(cè)中，為避免探頭延遲時(shí)間帶來(lái)的測(cè)量誤差，一般以直通波或底面回波作參考，測(cè)量缺陷衍射波與直通波（底面波）之間的聲時(shí)差，來(lái)確定缺陷位置。設(shè)直通波和缺陷上端點(diǎn)衍射波之間的聲時(shí)差為tD（tD=t1-tL，tL為直通波傳播時(shí)間），根據(jù)幾何關(guān)系，可求得缺陷的深度d：對(duì)于表面開(kāi)口缺陷，因聲束無(wú)法從上表面通過(guò)，故缺陷高度由底面波與缺陷下端衍射信號(hào)之間的時(shí)間差求得。底面開(kāi)口缺陷類(lèi)似。五、TOFD缺陷定位定量TOFD檢測(cè)中缺陷長(zhǎng)度主要通過(guò)D掃描過(guò)程中缺陷出現(xiàn)和消失對(duì)應(yīng)的衍射信號(hào)時(shí)間差計(jì)算獲得。若缺陷表面平行于焊縫縱截面，檢測(cè)得到的缺陷長(zhǎng)度即表示缺陷的實(shí)際長(zhǎng)度，若缺陷走向與焊縫縱截面不平行或缺陷表面有弧度，此時(shí)缺陷長(zhǎng)度以其投影在焊縫面上的長(zhǎng)度為準(zhǔn)。TOFD檢測(cè)受聲束寬度的影響，所記錄的缺陷長(zhǎng)度通常被拉長(zhǎng)。假設(shè)具有一定長(zhǎng)度的缺陷與工件表面平行，且探頭移動(dòng)方向與缺陷走向一致，則移動(dòng)過(guò)程中始終有位于探頭聲束中心線所在垂直平面上的點(diǎn)的衍射信號(hào)最先被接收，從而形成一個(gè)向下彎曲的特征弧線，即甩弧。甩弧現(xiàn)象導(dǎo)致難以準(zhǔn)確確定缺陷起始位置，影響對(duì)缺陷長(zhǎng)度的定量。甩弧的大小與聲束寬度成正比。TOFD檢測(cè)D掃描成像原理六、TOFD檢測(cè)盲區(qū)超聲波脈沖具有一定寬度，當(dāng)缺陷埋深較大時(shí)，可清晰識(shí)別出缺陷的端點(diǎn)衍射波信號(hào)，。若缺陷位于工件近表面，則缺陷端點(diǎn)的衍射波易與直通波發(fā)生混疊，導(dǎo)致缺陷不能被發(fā)現(xiàn)，即形成所謂近表面盲區(qū)。近表面盲區(qū)是TOFD檢測(cè)技術(shù)固有的。設(shè)被測(cè)工件為平面結(jié)構(gòu)，材料縱波聲速為cp，直通波的脈沖寬度為tp，則近表面盲區(qū)深度d可由下式給出：一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)減小PCS、增大探頭頻率、減小脈沖寬度等可以減小近表面盲區(qū)。但由于直通波脈沖寬度只能減小不能消除，因此近表面盲區(qū)不可避免。不同區(qū)域內(nèi)缺陷TOFD檢測(cè)信號(hào)對(duì)比：（a）盲區(qū)外；（b）盲區(qū)內(nèi)七、TOFD檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用超聲TOFD法基于缺陷衍射波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，缺陷高度及深度定量準(zhǔn)確，具有較高的檢測(cè)可靠性，且檢測(cè)記錄方便保存，對(duì)在役設(shè)備的缺陷評(píng)價(jià)特別有價(jià)值。（一）技術(shù)特點(diǎn)（二）應(yīng)用情況國(guó)際上圍繞TOFD與射線檢測(cè)、常規(guī)超聲脈沖回波法的缺陷檢測(cè)效果比較開(kāi)展了大量研究，其中比較典型的是德國(guó)聯(lián)邦材料研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)。針對(duì)厚度為15-40mm的平板試塊，分別采用TOFD、脈沖回波法、射線檢測(cè)三種方法進(jìn)行檢測(cè)，如圖所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于取向在90°-10°的缺陷，TOFD檢測(cè)技術(shù)的缺陷檢出率遠(yuǎn)高于脈沖回波法和射線檢測(cè)，特別是對(duì)于小尺寸缺陷，TOFD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。不同無(wú)損檢測(cè)方法缺陷檢出率對(duì)比七、TOFD檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用（二）應(yīng)用情況此外，荷蘭焊接協(xié)會(huì)針對(duì)21個(gè)厚度在6-15mm之間的薄板焊縫試塊，內(nèi)置裂紋、未焊透、未熔合、氣孔和夾渣等共計(jì)250個(gè)缺陷。分別采用TOFD技術(shù)、機(jī)械掃查和手動(dòng)掃查脈沖回波超聲檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)等進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)試塊缺陷進(jìn)行了解剖，對(duì)比結(jié)果如圖所示。從圖中可以看出，相較于其他方法，TOFD檢測(cè)技術(shù)具有較高的缺陷檢出概率（ProbabilityofDetection,POD）以及可靠性（Reliability），同時(shí)，TOFD的缺陷誤報(bào)率（FalseCallRate）最低。配合機(jī)械掃查的脈沖回波法雖有最高的缺陷檢出概率，但它所需的掃查時(shí)間比TOFD要長(zhǎng)好幾倍。不同無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的焊縫缺陷檢測(cè)情況對(duì)比鑒于TOFD檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。特別是對(duì)于射線檢測(cè)透照困難的厚壁焊縫結(jié)構(gòu)，TOFD技術(shù)不但能夠提供高效、便捷的解決途徑，同時(shí)避免了射線檢測(cè)技術(shù)本身的輻射防護(hù)、環(huán)境污染等問(wèn)題，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)優(yōu)勢(shì)尤其明顯。

謝謝！無(wú)損檢測(cè)（第2版）

第二章射線檢測(cè)射線檢測(cè)簡(jiǎn)介射線檢測(cè)是利用X射線、γ射線、中子射線等各種高能射線對(duì)材料的透射性能及不同材料對(duì)射線的吸收、衰減程度的不同，使底片或探測(cè)器感光成襯度不同的圖像來(lái)觀察的，作為五大常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一，在汽車(chē)、化工、冶金、機(jī)械、電力航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。特點(diǎn)：適用于幾乎所有材料，對(duì)零件形狀及其表面粗糙度均無(wú)嚴(yán)格要求。射線檢測(cè)能直觀地顯示缺陷影像，便于對(duì)缺陷進(jìn)行定性、定量和定位。射線圖像能長(zhǎng)期存檔備查，便于分析事故原因。射線檢測(cè)對(duì)氣孔、夾渣、疏松等體積型缺陷的檢測(cè)靈敏度較高，對(duì)裂紋、未熔合等平面缺陷的檢測(cè)靈敏度較低，如當(dāng)射線方向與平面缺陷（如裂紋）垂直時(shí)就很難檢測(cè)出來(lái)，只有當(dāng)裂紋與射線方向平行時(shí)才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效檢測(cè)。第一節(jié)射線檢測(cè)的物理基礎(chǔ)第二章射線檢測(cè)

一、射線的種類(lèi)波長(zhǎng)較短的電磁波叫射線，那些速度高，能量大的粒子流也叫射線。射線由射線源向四外發(fā)射的過(guò)程又稱(chēng)為輻射，一般分為非電離輻射與電離輻射兩大類(lèi)。前者是指那些能量很低，因而不足以引起物質(zhì)發(fā)生電離的射線，如微波輻射、紅外線等；而后者則是指那些能夠直接或間接引起物質(zhì)電離的輻射。直接電離輻射：通常是帶電離子，如陰極射線、β射線、α射線和質(zhì)子射線等。穿透本領(lǐng)較差，一般不直接利用這類(lèi)射線進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。間接電離輻射：不帶電的離子，如X射線，γ射線及中子射線等，屬于電中性，不會(huì)受到庫(kù)倫場(chǎng)的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)較強(qiáng)，故廣泛地被用于無(wú)損檢測(cè)。二、射線的產(chǎn)生（一）X射線的產(chǎn)生X射線源即X射線發(fā)生器，其核心部分為X射線管。X射線管是一種兩極電子管，將陰極燈絲通電加熱，使之白熾而放出電子，此時(shí)電子能量的絕大部分將轉(zhuǎn)化為熱能形式散發(fā)掉，而極少一部分以X射線能量形式輻射出來(lái)，其波長(zhǎng)約為0.01~50nm，它是一種混合線，即由連續(xù)X射線和標(biāo)識(shí)X射線組成。連續(xù)X射線：主要是由于管電壓波型不同，使電子的加速程度不同，這樣就不可能使所有電子轉(zhuǎn)換為X射線。另外，電子在陽(yáng)極靶上受阻止的程度不同。因此，轉(zhuǎn)換為X射線的能量或波長(zhǎng)也不同，并呈連續(xù)分布。標(biāo)識(shí)（特征）X射線：當(dāng)管電壓超過(guò)某一臨界值時(shí)，電子能量增高到足以使原子中的核外電子激發(fā)或脫離原子時(shí)，當(dāng)一個(gè)內(nèi)層電子被激發(fā)，就可能引起一系列外層電子的躍遷。外層高能級(jí)上的電子向內(nèi)層低能級(jí)躍遷將釋放出多余能量，并以X射線形式呈現(xiàn)，其能量或波長(zhǎng)是確定的，即標(biāo)識(shí)（特征）X射線。在工業(yè)探傷中所獲得的X射線譜中既有連續(xù)譜，也有標(biāo)識(shí)譜，標(biāo)識(shí)射線與連續(xù)射線能量相比要小得多，所以起主要作用的是連續(xù)譜。X射線產(chǎn)生示意圖1-燈絲2-陽(yáng)極靶3-高壓發(fā)生器4-電源5-X射線鉬靶的X射線波譜二、射線的產(chǎn)生（二）γ射線的產(chǎn)生γ射線是一種電磁波，可以從天然放射性原子核或人工放射性原子核中產(chǎn)生。天然放射性同位素：如鐳-226、鈾-235等，價(jià)格高，且不能制成體積小而輻射能量高的射線源。人工放射線源：射線探傷中使用的γ射線源。應(yīng)用較廣的射線源有鈷-60、銥-192、銫-137、銩-170等。（三）中子射線的產(chǎn)生中子是通過(guò)原子核反應(yīng)產(chǎn)生的。對(duì)除氫以外的原子核施加強(qiáng)大的作用，給予原子核的能量超過(guò)中子的結(jié)合能時(shí)，中子便釋放出來(lái)了。激發(fā)方法大致有：用質(zhì)子、氘核、α粒子和其它帶電粒子以及γ射線來(lái)轟擊原子核。目前常用的中子源有三大類(lèi)：同位素中子源：利用天然放射性同位素（如鐳、釙等）的α粒子去轟擊鈹，引起核反應(yīng)而產(chǎn)生中子，但中子強(qiáng)度較低；加速器中子源：用被加速的帶電粒子去轟擊適當(dāng)?shù)陌校梢援a(chǎn)生各種能量的中子，其強(qiáng)度比普通同位素中子源要高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)；反應(yīng)堆中子源：利用重核裂變，在反應(yīng)堆內(nèi)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不斷地產(chǎn)生大量的中子，反應(yīng)堆中子源是目前強(qiáng)度最大的中子源。三、射線的特性（一）具有穿透物質(zhì)的能力X射線和γ射線隨被穿透物質(zhì)原子序數(shù)的增大而逐漸減弱，輕元素對(duì)中子射線吸收系數(shù)特別大，如氫、硼一類(lèi)稀土元素和鎘等；鐵、鉛等重元素對(duì)中子的吸收系數(shù)反而小。對(duì)同一元素的不同同位素，中子的質(zhì)量吸收系數(shù)也差別很大。（二）不帶電荷、不受電磁場(chǎng)的作用X射線、γ射線和中子射線均不受電磁場(chǎng)的作用，即具有不帶電性。（三）具有波動(dòng)性、粒子性即所謂二象性X射線、γ射線和中子射線在材料中傳播的過(guò)程中，可以產(chǎn)生折射、反射，干涉和衍射等現(xiàn)象，但不同于可見(jiàn)光在傳播時(shí)的折射、反射、干涉和衍射等。（四）能使某些物質(zhì)起光化學(xué)作用使某些物質(zhì)產(chǎn)生熒光現(xiàn)象，能使X光膠片感光；但中子對(duì)X光膠片作用效率較低。（五）能使氣體電離和殺死有生命的細(xì)胞因射線具有一定能量，當(dāng)穿過(guò)某些氣體時(shí)與其分子發(fā)生作用而電離，能產(chǎn)生生物效應(yīng)，殺死有生命的細(xì)胞，特別是中子射線，它具有比X射線和γ射線更強(qiáng)的殺傷力。四、射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)的衰減X射線、γ射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，主要與物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、湯姆森散射和電子對(duì)產(chǎn)生等作用。光電效應(yīng)：射線光子透過(guò)物質(zhì)時(shí)，與原子殼層電子作用，將所有能量傳給電子，使其脫離原子而成為自由電子，但光子本身消失，并伴隨次級(jí)標(biāo)識(shí)X射線的產(chǎn)生?？灯疹D效應(yīng)：當(dāng)X射線的入射光子與被檢物質(zhì)的一個(gè)殼層電子碰撞時(shí)，光子的一部分能量傳給電子并將其打出軌道（該電子稱(chēng)為康普頓電子），光子本身能量減少并改變了傳