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特种设备无损检测相关知识 2010 年3月长春第九章超声波检测基础知识第九章、超声检测一、超声波的性质 1、声波次声波超声波声波、次声波、超声波都是机械波,有声速、频率、波长、声压、声强等参数,在界面也会发生反射、折射。我们能够听到声音是因为声波传到了我们的耳内,声波的频率在 20HZ ~ 20000HZ ,频率低于或超过上述范围时人们无法听到声音,频率低于 20HZ 的声波称为次声波,频率超过 20000HZ 的声波称为超声波。工业探伤上常用的超声波范围是: ~ 20MHz ; 其中金属探伤最常用的频率是: 1~ 5MHz ;探水泥构建用的频率是: < , 如 100KHz,200KHz; 探测玻璃陶瓷中μm级小缺陷用的频率是 100MHz ~ 200MHz, 甚至更高。一、超声波的性质 2、超声波的特点(1)有良好的指向性: (2)能量高由于能量(声强)与频率的平方成正比,故超声波的能量远大于声波的能量 I 1 /I 2 =1MHz 2 /1KHz 2 =100 万倍。一、超声波的性质(3)能像光线一样呈直线传播,并在界面上产生反射、折射和波型转换,在传播过程中还有干涉、叠加、绕射现象,故可以充分利用这些几何、物理特征进行探伤。(4)在金属材料中的传播速度很快, 穿透能力强、衰减小,如对某些金属的穿透能力可达数米,其他检测手段无法相比。一、超声波的性质 3、超声波的波型与声速(1)纵波(L) 质点的振动方向与波的传播方向相平行。纵波在固、液、气三种介质中均能传播。(2)横波( S) 质点的振动方向与传播方向相垂直, 质点受到的是交变剪切应力的作用, 故亦称切变波。液体和气体不能够承受剪切应力,故无横波传播。(3)表面波,在固体表面传播。 2260 3080 1460 ----- 3230 横波声速米每秒 4700 铜 6260 铝 2720 有机玻璃 1400 水 5900 钢纵波声速米每秒材料一、超声波的性质 4、超声波的反射折射波型转换(1)入射纵波反射折射波型转换纵波倾斜入射到不同介质的表面时会产生反射纵波反射横折射纵波折射横波,反射、折射角度符合一般的反射折射定律。介质 1介质 2αβ Lβ S α S’α L’ Sin α C 1LC 1S C 2L C 2S= Sin β S Sin β L= = Sin α S ’一、超声波的性质(2) 第一临界角当在第二介质中的折射纵波角等于 90 度时,称这时的纵波入射角为第一临界角α I。这时在第二介质中已没有纵波, 只有横波。焊缝探伤用的横波就是,经过界面波型转换得到的。(3)第二临界角当纵波入射角继续增大时,在第二介质中的横波折射角也增大, 当β S达 90 度时,第二介质中没有超声波,超声波都在表面,为表面波。介质 1介质 2α介质 1介质 2αβ Lβ S 一、超声波的性质在有机玻璃与钢的介面,第一临界角为α 1= 0β S = 0第二临界角为 0,用于焊缝检测的超声波斜探头的入射角必须大于第一临界角而小于第二临界角。我国****惯:斜探头的横波折射角用横波折射角度的正切值表示,如 K=2 S 二、超声波的发射与接收 1、压电效应与逆压电效应某些晶体材料在交变拉压应力作用下,产生交变电场的效应称为压电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下,产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。