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超声波检测专题知识讲座;超声波是超声振动在弹性介质中传输机械波。与声波和次声波在弹性介质中传输类同,区分在于超声波频率高于20kHz。
可听声波:20-0Hz,人耳可听到声波范围;
次声波:低于20Hz;
超声波:高于0Hz。
工业超声检测常见工作频率为0.5-10MHz。较高频率主要用于细晶材料和高灵敏度检测,较低频率用于衰减较大和粗晶材料(1MHz以下)。;超声波波长很短,这决定了超声波含有一些主要特征,使其能广泛应用于无损检测。
1、方向性好超声波含有像光波一样定向束射特征。
2、穿透能力强对于大多数介质而言,它含有较强穿透能力。比如在一些金属材料中,其穿透能力可达数米。
3、能量高超声检测工作频率远高于声波频率,超声波能量远大于声波能量。
4、遇有界面时,将产生反射、折射和波型转换。利用超声波在介质中传输时这些物理现象,经过巧妙设计,使超声检测工作灵活性、准确度得以大幅度提升。
5、对人体无害。;(一)描述超声波基础物理量
超声波产生依赖于做高频机械振动“声源”和传输机械振动弹性介质,所以机械振动和波动是超声检测物理基础。
1、声速c:单位时间内,超声波在介质中传输距离;
超声波速度就是声音速度,即声在空气(15℃)中速度是340米/秒,只不过它们频率不一样而已;超声波在20℃钢中是5200米/秒;在铝中传输速度为5100米/秒。
2、频率f:单位时间内,超声波在介质中任一给定点所经过完整波个数;
3、波长λ:声波在传输时,同一波线上相邻两个相位相同质点之间距离;;4、周期T:声波向前传输一个波长距离时所需时间;
5、角频率ω:
其中频率和周期是由波源决定,声速与传声介质特征和波型相关。
上述各量之间关系:;(二)超声波分类
超声波分类方法很多,主要有:
按介质质点振动方向与波传输方向之间关系分类;
按波振面形状分类;
按振动连续时间分类等。
其中,按按介质质点振动方向与波传输方向之间关系分类是研究超声波在介质中传输规律主要理论依据,将着重讨论。;第一章超声波检???;超声波波型
超声波波型指是介质质点振动方向与波传输方向关系。按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等。
1、纵波。介质中质点振动方向与波传输方向相同波叫纵波,用L表示。介质质点在交变拉压应力作用下,质点之间产生对应伸缩变形,从而形成了纵波。纵波传输时,介质质点疏密相间,所以纵波有时又称为压缩波或疏密波。
;纵波(Longitudinalwave);2、横波。介质中质点振动方向垂直于波传输方向波叫横波,用S或T表示。横波形成是因为介质质点受到交变切应力作用时,产生了切变形变,所以横波又叫做切变波。
液体和气体介质不能承受切应力,只有固体介质能够承受切应力,因而横波只能在固体介质中传输,不能在液体和气体介质中传输。
如抖动绳子时
;横波(Transversewave);3、表面波(瑞利波)。当超声波在固体介质中传输时,对于有限介质而言,有一个沿介质表面传输波即表面波。介质表面质点作椭圆运动。椭圆长轴垂直于波传输方向,短轴平行于波传输方向,介质质点椭圆振动可视为纵波与横波合成。瑞利首先对这种波给予了理论上说明,所以表面波又称为瑞利波(Rayleighwave),常见R表示。如采取表面波探伤只能发觉工件表面缺点。;4、板波(兰姆波)。
在板厚和波长相当弹性薄板中传输超声波叫板波(或兰姆波)。板波传输时声场遍布整个板厚度。薄板两表面质点振动为纵波和横波组合,质点振动轨迹为一椭圆,在薄板中间也有超声波传输。板波按其传输方式又可分为对称型(S型)和非对称型(A型)两种,这是由质点相对于板中间层作对称型还是非对称型运动来决定。;板波(Platewave)
(a)对称型;(b)非对称型;连续波与脉冲波
连续波是介质中各质点振动时间为无穷时波。脉冲波是质点振动时间很短波,超声检测中最常见是脉冲波。对脉冲波进行频谱分析,可知它并非单一频率,而是包含各种频率成份。其中大家关心频谱特征量主要有峰值频率、频带宽度和中心频率。;超声波几个概念
超声波由声源向周围传输过程可用波阵面进行描述。在无限大且各向同性介质中,振动向各方向传输,用波线表示传输方向;将同一时刻介质中振动相位相同全部质点所连成面称为波阵面;某一时刻振动传输抵达距声源最远各点所连成面称为波前。在各向同性介质中波线垂直于波阵面。在任何时刻,波前总是距声源最远一个波阵面。波前只
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