常用無損檢測(cè)方法

1、第6章 常用無損檢測(cè)方法,6.1 超聲檢測(cè) 6.2 射線檢測(cè) 6.3 渦流檢測(cè) 6.4 聲發(fā)射檢測(cè) 6.5 紅外檢測(cè) 6.6 激光全息檢測(cè) 6.7 其他無損檢測(cè)方法 思考與練習(xí)題,6.1 超 聲 檢 測(cè),6.1.1 超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)　　1. 描述超聲波的基本物理量　　超聲波的產(chǎn)生依賴于做高頻機(jī)械振動(dòng)的“聲源”和傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)是超聲檢測(cè)的物理基礎(chǔ)。 描述超聲波波動(dòng)特性的基本物理量有： 聲

2、速c、頻率f、波長(zhǎng)λ、周期T 、角頻率ω。其中頻率和周期是由波源決定的，聲速與傳聲介質(zhì)的特性和波型有關(guān)。 這些量之間的關(guān)系如下：,（6-1）,2. 超聲波的特點(diǎn)　超聲波波長(zhǎng)很短，這決定了超聲波具有一些重要特性，使其能廣泛應(yīng)用于無損檢測(cè)?！?) 方向性好 超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。 2）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）能量高 超聲檢測(cè)的工作頻率

3、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)，將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢測(cè)工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。,3. 超聲波的分類　　超聲波的分類方法很多，如圖6.1所示。主要有：按介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的關(guān)系分類，即按波型分類；按波振面的形狀分類，即按波形分；按振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類等。其中，按波型是研究超聲波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的重

4、要理論依據(jù)，將著重討論。,圖 6-1 超聲波的分類,1） 超聲波的波型　　超聲波的波型指的是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的關(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)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波，用L表示(見圖6-2)。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在交變拉壓應(yīng)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成了縱波?？v波傳播時(shí)，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)疏密相間，所以縱波有時(shí)又稱為壓縮波或疏密波。,圖6-2 縱波,（2）

5、 橫波。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叫橫波，用S或T表示(見圖6-3)。橫波的形成是由于介質(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)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。 　?。?） 表面波（瑞利波）。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，有一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟幢砻娌?見圖6-4)。瑞利首先對(duì)這種波給予

6、了理論上的說明，因此表面波又稱為瑞利波， 常用R表示。,圖6-3 橫波,圖6-4 表面波,（4） 板波（蘭姆波）。在板厚和波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡ń邪宀?或蘭姆波)。板波傳播時(shí)聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。 薄板兩表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)為縱波和橫波的組合， 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡為一橢圓，在薄板的中間也有超聲波傳播(見圖6-5)。板波按其傳播方式又可分為對(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)于板的中間層作對(duì)稱型還是非對(duì)稱型運(yùn)動(dòng)來決定的。,

7、圖6-5 板波(a) 對(duì)稱型； (b) 非對(duì)稱型,2) 超聲波的波形　　超聲波由聲源向周圍傳播的過程可用波陣面進(jìn)行描述。 如圖6-6所示，在無限大且各向同性的介質(zhì)中，振動(dòng)向各方向傳播， 用波線表示傳播的方向；將同一時(shí)刻介質(zhì)中振動(dòng)相位相同的所有質(zhì)點(diǎn)所連成的面稱為波陣面；某一時(shí)刻振動(dòng)傳播到達(dá)的距聲源最遠(yuǎn)的各點(diǎn)所連成的面稱為波前。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)的一個(gè)波陣面。 波前只有一個(gè)，而波陣面可以

8、有任意多個(gè)。,圖6-6 波線、 波前與波陣面(a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波,根據(jù)波陣面的形狀(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的波，而柱面波的波陣面為同軸圓柱面，球面波的波陣面為同心球面，如圖6-6所示。當(dāng)聲源是一個(gè)點(diǎn)時(shí)，在各向同性介質(zhì)中的波陣面為以聲源為中心的球面。 可以證明，球面波中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度與距聲源的距離成反比。 當(dāng)聲源的尺寸遠(yuǎn)小于測(cè)量點(diǎn)距聲源的距離時(shí)，可以

9、把超聲波看成是球面波。 球面波的波動(dòng)方程為,（6-2）,3）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)間為無窮時(shí)的波。脈沖波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間很短的波，超聲檢測(cè)中最常用的是脈沖波。對(duì)脈沖波進(jìn)行頻譜分析，可知它并非單一頻率，而是包括多種頻率成分。其中人們關(guān)心的頻譜特征量主要有峰值頻率、頻帶寬度和中心頻率。,6.1.2 超聲場(chǎng)及介質(zhì)的聲參量簡(jiǎn)介　　1.超聲場(chǎng)的物理量　1) 聲壓　　當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中

10、壓強(qiáng)交替變化。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱為該點(diǎn)的聲壓，用P表示,即,(6-3),對(duì)于平面余弦波， 可以證明：,（6-4）,式中：　為介質(zhì)的密度;c為介質(zhì)中的聲速；　為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振幅；V為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的角頻率； 為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的幅值；t為時(shí)間；x為質(zhì)點(diǎn)距聲源的距離； 為聲壓幅值?！　∮缮鲜娇芍撼晥?chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與角頻率成正比，也就與頻率成

11、正比。由于超聲波的頻率很高，遠(yuǎn)大于聲波的頻率，故超聲波的聲壓一般也遠(yuǎn)大于聲波的聲壓。,2） 聲阻抗 　介質(zhì)中某一點(diǎn)的聲壓幅值Pm與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值Vm之比，稱為聲阻抗，常用Z表示。在同一聲壓下，聲阻抗Z愈大，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就愈小。聲阻抗表示超聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。 由式(6-4)得,（6-5）,3） 聲強(qiáng)　　單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能，稱為聲強(qiáng)，用I表示。 對(duì)于平面縱波，其聲強(qiáng)I為,（6-6）,由式(6-6

12、)可知，超聲場(chǎng)中，聲強(qiáng)與角頻率平方成正比。由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于探傷的重要依據(jù)。,4） 分貝的概念　實(shí)際探傷中，將聲強(qiáng)I1與I2之比取對(duì)數(shù)的10倍得到二者相差的數(shù)量級(jí)，這時(shí)單位為分貝，用dB表示，即,（6-7）,根據(jù)式（6-6），有,（6-8）,式中： Pm1、 Pm2分別為聲強(qiáng)I1、 I2對(duì)應(yīng)的聲壓幅值。,對(duì)于線性良好的超聲波探傷儀，示波屏上波高與聲壓成正比，即任意兩波高H1、H2之比等于相應(yīng)

13、的聲壓Pm1、Pm2之比， 即,（6-9）,2. 介質(zhì)的聲參量　　1） 聲速　　聲速表示聲波在介質(zhì)中傳播的速度，它與超聲波的波型有關(guān)，但更依賴于傳聲介質(zhì)自身的特性。因此，聲速又是一個(gè)表征介質(zhì)聲學(xué)特性的參量。了解受檢材料的聲速，對(duì)于缺陷的定位和定量分析都有重要的意義。 　　聲速又可分為相速度和群速度。相速度是指聲波傳播到介質(zhì)的某一選定相位點(diǎn)時(shí)在傳播方向上的聲速。群速度是指?jìng)鞑ヂ暡ǖ陌j(luò)上具有某種特征（如幅值最大）的點(diǎn)上沿傳播方

14、向上的聲速。 群速度是波群的能量傳播速度。,（1）縱波、橫波和表面波的聲速?？v波、橫波和表面波的聲速主要是由介質(zhì)的彈性性質(zhì)、密度和泊松比決定的，而與頻率無關(guān)，即它們各自的相速度和群速度相同，因此一般說到它們的聲速都是指相速度。不同材料聲速值有較大的差異。 在給定的材料中，頻率越高，波長(zhǎng)越短。 　　同一固體介質(zhì)中，縱波聲速c1大于橫波聲速cs，橫波聲速cs又大于瑞利波聲速cr。對(duì)于鋼材，c1 ≈1.8cs，cs≈1.1cr?！　。?

15、） 板波的聲速。板波的聲速與其他波型不同，其相速度隨頻率變化而變化。相速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象被稱為頻散。,2） 聲衰減系數(shù)　　超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時(shí)，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象。引起衰減的原因主要有三個(gè)方面：一是聲束的擴(kuò)散；二是由于材料中的晶粒或其他微小顆粒引起聲波的散射；三是介質(zhì)的吸收。  在超聲檢測(cè)中，談到超聲波在材料中的衰減時(shí)，通常關(guān)心的是散射衰減和吸收衰減，而不包括擴(kuò)散衰減。 對(duì)于平

16、面波來說， 聲壓幅值衰減規(guī)律可用下式表示：,（6-10）,介質(zhì)中超聲波的衰減系數(shù)α與超聲波的頻率關(guān)系密切， 通常情況下，衰減系數(shù)隨頻率的增高而增大。 　 將式(6-10)兩邊取對(duì)數(shù)可轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系式：,（6-11）,此時(shí)，的單位為dB／mm(分貝／毫米)?！　≡诔暀z測(cè)中，直接可測(cè)量的量是兩個(gè)聲壓比值的分貝數(shù)。 因此衰減系數(shù)可通過超聲波穿過一定厚度（Δx）材料后聲壓衰減的分貝（ΔdB）數(shù)進(jìn)行測(cè)量，將衰減量(ΔdB)除以厚度即

17、為衰減系數(shù)α。,6.1.3 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性　　1. 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射　　如圖6-7所示，當(dāng)超聲波垂直入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)， 一部分能量透過界面進(jìn)入第二種介質(zhì)，成為透射波(聲強(qiáng)為It)， 波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來，沿與入射波相反的方向傳播，成為反射波(聲強(qiáng)為Ir)。聲波的這一性質(zhì)是超聲波檢測(cè)缺陷的物理基礎(chǔ)。,圖6-7 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射,通常將反射波聲壓Pr與

18、入射波聲壓P0的比值稱為聲壓反射率r，將透射波聲壓Pt和P0的比值稱為聲壓透射率t?？梢宰C明， r和t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,（6-12）,（6-13）,式中： Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗； Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗。,為了研究反射波和透射波的能量關(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。,（6-14）,（6-15）,對(duì)于脈沖反射技術(shù)來說，還有一個(gè)

19、有意義的量是聲壓往返透過率，如圖6-8所示。通常入射聲壓經(jīng)過兩種介質(zhì)的界面透射到試件中后，均需經(jīng)過相反的路徑（假設(shè)在工件底面的反射為全反射）再次穿過界面到第一介質(zhì)中才被探頭所接收。 兩次穿透界面時(shí)透射率的大小，決定著接收信號(hào)的強(qiáng)弱。因此， 將聲壓沿相反方向兩次穿過界面時(shí)總的透射率稱為聲壓往返透過率(tp)，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積， 由式（6-13）可得,（6-16）,圖6-8 聲壓往返透過率,2. 超聲波垂直入射到多層界面

20、上時(shí)的反射和透射　　在超聲檢測(cè)中經(jīng)常遇到超聲波進(jìn)入第二種介質(zhì)后，穿過第二種介質(zhì)再進(jìn)入第三種介質(zhì)的情況。如圖6-9所示，當(dāng)超聲波從介質(zhì)1（聲阻抗為Z1）中垂直入射到介質(zhì)1和介質(zhì)2（聲阻抗為Z2）的界面上時(shí)， 一部分聲能被反射，另一部分透射到介質(zhì)2中；當(dāng)透射的聲波到達(dá)介質(zhì)2和介質(zhì)3（聲阻抗為Z3）的界面時(shí)，再次發(fā)生反射與透射，其反射波部分在介質(zhì)2中傳播至介質(zhì)2與介質(zhì)1的界面，則又會(huì)發(fā)生同樣的過程。如此不斷地繼續(xù)下去，則在兩個(gè)界面的兩側(cè)

21、，產(chǎn)生一系列的反射波與透射波。,圖6-9 在兩個(gè)界面上的反射和透射,3. 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、 折射和波型變換　　當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，見圖6-10。入射聲波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱為入射角。,圖6-10 超聲波傾斜入射到平界面上的反射、折射和波型變換(a) 縱波入射； (b) 橫波入射,1) 反射 　　如圖6-10（a）所

22、示，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)法線的另一側(cè)產(chǎn)生與法線成一定夾角αL′的反射縱波。 反射波與入射點(diǎn)法線之間的夾角稱為反射角。入射縱波與反射縱波之間的關(guān)系符合幾何光學(xué)的反射定律，即αL=αL′?！　∨c光的反射不同的是，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αS′與縱波入射角之間的關(guān)系與光學(xué)中的斯奈爾定律相同，為,（

23、6-17）,若入射聲波為橫波，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象，見圖6-10（b)， 這時(shí)橫波入射角αS與橫波反射角αS′相等。介質(zhì)1為固體時(shí)縱波反射角與橫波入射角之間的關(guān)系為,（6-18）,由于固體中縱波聲速總是大于橫波聲速，因此，無論是縱波入射還是橫波入射，均有　　　　。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。,2） 折射　　當(dāng)兩種介質(zhì)聲速不同時(shí)，透射部分的聲波會(huì)發(fā)生傳播方向的改變，稱為折射。不論是縱波入射還是橫波入射，只要介質(zhì)2

24、為固體， 則介質(zhì)2中除有與入射波相同波型的折射波外，均可因在界面發(fā)生波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生與入射波不同波型的折射波。 這時(shí)，介質(zhì)2中可能同時(shí)存在縱波與橫波(見圖6-10)。折射角與入射角之間的關(guān)系符合斯奈爾定律。 　　折射角相對(duì)于入射角的大小和折射波聲速與入射波聲速的比率有關(guān)。同時(shí)，由于縱波聲速總是大于橫波聲速，因此縱波折射角βL要大于橫波折射角βS。,3） 臨界角　　當(dāng)?shù)诙N介質(zhì)中的折射波型的聲速比第一種介質(zhì)中入射波型的聲速大時(shí)，折射

25、角大于入射角。此時(shí)，存在一個(gè)臨界入射角，在這個(gè)角度下，折射角等于90°。大于這一角度時(shí)， 第二種介質(zhì)中不再有相應(yīng)波型的折射波。 　　(1) 第一臨界角。當(dāng)入射波為縱波，且cL2>cL1時(shí)，使縱波折射角達(dá)到90°的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。,(2) 第二臨界角。當(dāng)入射波為縱波，第二介質(zhì)為固體， 且cS2>cL1時(shí)，使橫波折射角達(dá)到9

26、0°的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)為固體或液體的情況。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的范圍，在固體中產(chǎn)生一定角度范圍內(nèi)的純橫波， 對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)。,(3) 第三臨界角。第三臨界角是在固體介質(zhì)與另一種介質(zhì)的界面上，用橫波作為入射波時(shí)產(chǎn)生的。使縱波反射角達(dá)到90°時(shí)的橫波入射角稱為第三臨界角，用表示αⅢ。 　　4

27、） 斜入射時(shí)的聲壓反射率和透射率　　斜入射時(shí)反射波和透射波的聲壓關(guān)系較為復(fù)雜。但在超聲檢測(cè)中，關(guān)心的是斜入射的反射率和透射率隨入射角度的變化。 對(duì)脈沖反射法， 更關(guān)心的是聲壓往返透過率隨入射角度的變化。,3. 超聲波入射到曲界面上的反射和透射　　1） 平面波入射到曲界面上的反射　　平面波入射到曲界面上時(shí)的情況如圖6-11所示。平面波束與曲面上各入射點(diǎn)的法線成不同的夾角：入射角為0°的聲線沿原方向返回，稱為聲軸；其

28、余聲線的反射角則隨著距聲軸距離的增大而增大。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的關(guān)系為,（6-19）,圖6.11 平面波入射至曲面時(shí)的反射,2） 平面波在曲面上的折射 　　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， 如圖6-12所示。這時(shí)折射波的聚焦或發(fā)散不僅與曲面的凹凸有關(guān)，而且與界面兩側(cè)介質(zhì)的

29、聲速有關(guān)。對(duì)于凹面，c1c2時(shí)發(fā)散；對(duì)于凸面， c1>c2時(shí)聚焦，c1<c2時(shí)發(fā)散。 　　折射后的焦距F為,（6-20）,圖6-12 平面波在曲面上的折射,6.1.4 由圓形壓電晶片產(chǎn)生的聲場(chǎng)簡(jiǎn)介　　1. 圓形壓電晶片聲源的聲場(chǎng)　　理想的圓盤聲源是指圓形平面的聲振動(dòng)源，當(dāng)它沿平面法線方向振動(dòng)時(shí)，其面上各點(diǎn)的振動(dòng)速度幅值和相位都相同， 發(fā)射的波稱為活塞波。 　　圓盤聲源發(fā)出的聲場(chǎng)，由于聲源尺寸有限，必然在其邊緣

30、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斷擴(kuò)大的擴(kuò)散聲束。另一方面，聲源上各點(diǎn)發(fā)出的聲波相互干涉又使得聲壓的空間分布不是隨距離單調(diào)變化的。 因此，對(duì)圓盤聲源聲場(chǎng)中聲壓分布的描述非常復(fù)雜。從圓盤聲源的對(duì)稱性來分析，通過圓盤中心且垂直于盤面的直線應(yīng)是聲場(chǎng)的對(duì)稱軸，稱為圓盤聲源軸線。討論圓盤聲源的聲場(chǎng)將從聲壓沿軸線的分布以及聲束擴(kuò)散的特性著手。,1) 圓盤聲源軸線上的聲壓分布　　根據(jù)疊加原理，圓盤聲源軸線上任何一

31、點(diǎn)處的聲壓等于聲源上各點(diǎn)輻射的聲壓在該點(diǎn)的疊加。如果聲源發(fā)出的波為連續(xù)簡(jiǎn)諧波，并假定介質(zhì)為無衰減的液體介質(zhì)，則可推出聲源軸上聲壓幅值P的分布符合下式：,（6-21）,式中：P0為聲源的起始聲壓；D為圓盤聲源的直徑； λ為傳聲介質(zhì)中聲波的波長(zhǎng)；x為圓盤聲源軸線上某一點(diǎn)距聲源的距離。,圖6-13 圓盤聲源軸線上的聲壓分布,由式(6-21)，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到最后一個(gè)聲壓極大值點(diǎn)距聲源距離的表達(dá)式：,（6-22）,當(dāng)D>>λ時(shí)，

32、λ/4可以忽略，從而得到近場(chǎng)長(zhǎng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下，可用于實(shí)際工作中近場(chǎng)長(zhǎng)度的估算：,（6-23）,再看圖6-13中遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)部分的特點(diǎn)，圖中標(biāo)有“P球”的虛線為球面波聲壓隨距離的變化曲線，可以看出，距離大于3N 以后，圓盤聲源聲軸上的聲壓幅值變化與球面波的曲線非常接近。這一結(jié)論也可通過式(6-21)導(dǎo)出。,當(dāng)4λx/D2>3，也就是x>3N時(shí)，式（6-21）可簡(jiǎn)化為,（6-24）,式中：S=πD2/4為圓盤聲源的面積。聲壓幅值

33、與距聲源的距離成反比，正是球面波的聲壓幅值的變化規(guī)律。,2） 指向性與擴(kuò)散角 　指向性與擴(kuò)散角研究的是聲束在空間擴(kuò)散的規(guī)律。同樣根據(jù)疊加原理，可將在空間中距聲源有一定距離的任一點(diǎn)的聲壓，看做是聲源上各點(diǎn)的輻射聲壓的疊加(見圖6-14)，從而得到聲場(chǎng)內(nèi)聲壓幅值的分布情況， 如圖6-15所示。,圖6-14 圓盤聲源遠(yuǎn)場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓推導(dǎo),圖6-15 圓盤聲源聲場(chǎng)指向性示意圖,超聲場(chǎng)中超聲波的能量主要集中于以聲軸為中心的某一角度范圍內(nèi)，

34、這一范圍稱為主聲束。這種聲束集中向一個(gè)方向輻射的性質(zhì)叫做聲場(chǎng)的指向性。在主聲束角度范圍以外還存在一些能量很低的、只分布于聲源附近的副瓣聲束。　　主聲束所包含的角度范圍可由距聲源充分遠(yuǎn)處的聲壓分布得到。設(shè)Rs為圓形聲源的半徑，r為空間任一點(diǎn)M到聲源中心的距離，θ為M點(diǎn)與聲源中心的連線與聲源軸線的夾角。當(dāng)滿足條件r>3R2s/λ，也就是r>3N時(shí)，聲壓幅值的表達(dá)式為,（6-25）,式中： J1為第一類第一階貝塞爾函數(shù)； S為

35、聲源面積。,根據(jù)上式可知，距聲源充分遠(yuǎn)處的任一橫截面上，以聲源軸線上的聲壓為最高。這是超聲檢測(cè)中對(duì)缺陷定位的依據(jù)。 同時(shí)，存在偏離軸線的若干個(gè)角度θ上的聲壓的幅值為零。 將遠(yuǎn)場(chǎng)中第一個(gè)聲壓為零的角度，稱為指向角或半擴(kuò)散角， 以θ0表示為,（6-26）,指向角是代表主聲束范圍的角度，反映了聲束的定向集中程度，也反映了聲束隨距離擴(kuò)散的快慢。指向角越大，則聲束指向性越差，聲束擴(kuò)散越快。由式(6-26)可看出，聲源的直徑越大， 波長(zhǎng)越短，則聲束

36、指向角越小， 指向性越好。,圖6-16 圓盤聲源非擴(kuò)散區(qū)示意圖,當(dāng)λ<<D時(shí)，式(6-26)可簡(jiǎn)化為,（6-27）,由于超聲能量主要集中于主聲束，對(duì)于圓形晶片，可以認(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的范圍， 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)， 如圖6-16所示。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)的長(zhǎng)度b為,(6-28),3) 實(shí)際聲源的聲場(chǎng)　　簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)假定聲源是

37、均勻、連續(xù)激發(fā)的，而實(shí)際探頭多是非均勻激發(fā)的脈沖波源；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)的研究結(jié)果表明，實(shí)際聲場(chǎng)與簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果的差別主要在于近場(chǎng)區(qū)的聲壓分布。簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果中近場(chǎng)區(qū)聲壓變化劇烈，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，幅度變化小，極值點(diǎn)的數(shù)量也明顯減少。 　　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)是基本符合的。因此，可以應(yīng)用簡(jiǎn)化推導(dǎo)得出的結(jié)果

38、，進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)中的近似計(jì)算。,2. 規(guī)則反射體回波聲壓與AVG曲線　　1） 規(guī)則反射體回波聲壓　　超聲檢測(cè)用于發(fā)現(xiàn)材料中缺陷的最常用的技術(shù)是脈沖反射法， 是根據(jù)接收到的反射波的位置、幅度等信息判斷材料內(nèi)部存在缺陷的情況。因此，研究聲場(chǎng)中存在反射界面時(shí)反射波的聲壓對(duì)于缺陷的檢出和缺陷的評(píng)價(jià)是十分重要的。實(shí)際中總是結(jié)合圓盤聲源聲場(chǎng)規(guī)律，討論在圓盤聲場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)中，介質(zhì)衰減可以忽略且界面聲壓反射率為1時(shí)，不同形狀反射體反射聲壓的變化規(guī)律。,

39、由于實(shí)際缺陷形狀是各種各樣的，甚至可能是不規(guī)則的， 在進(jìn)行理論分析時(shí)，采用幾種簡(jiǎn)化的規(guī)則形狀模型來進(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， 用于儀器的調(diào)整和缺陷的評(píng)價(jià)。規(guī)則形狀反射體主要包括大平面、圓形或方形平面、球形反射體和圓柱形反射體。具體的規(guī)則反射體回波聲壓公式可查閱有關(guān)資料。當(dāng)對(duì)實(shí)際缺陷大小進(jìn)行計(jì)算時(shí)，往往得到的是該缺陷相當(dāng)于多大的規(guī)則反射體， 把這個(gè)大小稱為缺陷的當(dāng)量尺寸。,2) AVG曲線　　所

40、謂AVG曲線，是描述規(guī)則反射體距聲源的距離(A)、回波高度(V)、當(dāng)量尺寸(G)三者之間關(guān)系的曲線。A、V、G是德文距離、增益和大小三詞的字頭。利用AVG曲線，可以進(jìn)行缺陷當(dāng)量的評(píng)定。 　　AVG曲線有多種類型，有縱波AVG曲線和橫波AVG曲線、 平底孔AVG曲線和橫孔AVG曲線、通用AVG曲線和實(shí)用AVG曲線等。通用AVG曲線和實(shí)用AVG曲線都可以用于調(diào)整檢測(cè)靈敏度和對(duì)缺陷進(jìn)行定量。,6.1.5 超聲波檢測(cè)方法　　1. 超聲檢

41、測(cè)設(shè)備和器材　　超聲檢測(cè)設(shè)備和器材包括超聲波檢測(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)的性能起著關(guān)鍵性的作用，是產(chǎn)生超聲波并對(duì)經(jīng)材料中傳播后的超聲波信號(hào)進(jìn)行接收、處理、顯示的部分。由這些設(shè)備組成一個(gè)綜合的超聲檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的總體性能不僅受到各個(gè)分設(shè)備的影響，還在很大程度上取決于它們之間的配合。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)檢測(cè)的可靠性、速度提出了更高的要求，以往的手工檢測(cè)越來越多地被自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)取

42、代。,1) 超聲波檢測(cè)儀　　超聲波檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備， 是專門用于超聲檢測(cè)的一種電子儀器。 　　(1) 超聲波檢測(cè)儀的作用。它的作用是產(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)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后以一定方式顯示出來，從而得到被探測(cè)工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷的位置和大小等信息。,圖6-17 A型顯示原理圖,② 按缺陷顯示方式分類：脈沖式檢測(cè)儀按回波信號(hào)的顯示方式又可分為A型顯示、B型顯示和C型顯示三種

43、類型。 　　A型顯示是一種波形顯示，屏幕的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)代表反射波的聲壓幅度。 可以認(rèn)為該方式顯示的是沿探頭發(fā)射聲束方向上一條線上的不同點(diǎn)的回波信息。圖6-17為A型顯示原理圖。圖中，T表示發(fā)射脈沖，F(xiàn)表示來自缺陷的回波，B表示底面回波。　　B型顯示顯示的是試件的一個(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)掃查的位置坐標(biāo)，橫坐標(biāo)是聲傳播的時(shí)間（或距離）。該方式可以直觀地顯示出被探工件任一縱

44、截面上缺陷的分布及缺陷的深度等信息。,圖6-18 B型顯示原理圖,C型顯示顯示的是試件的一個(gè)平面投影圖，探頭在試件表面做二維掃查，屏幕的二維坐標(biāo)對(duì)應(yīng)探頭的掃查位置。探頭在每一位置接收的信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示。該方式可形象地顯示工件內(nèi)部缺陷的平面投影圖像，但不能顯示缺陷的深度。圖6-19為C型顯示原理圖。,圖6-19 C型顯示原理圖,③ 按超聲波的通道分類：可分為單通道和多通道檢測(cè)儀。 　?、?按是否數(shù)字化分類：可分為數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀

45、和模擬式超聲波檢測(cè)儀所謂數(shù)字式主要指發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號(hào)的處理、顯示均采用數(shù)字方式的儀器。 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)合的產(chǎn)物。 它具有傳統(tǒng)模擬式檢測(cè)儀的基本功能，同時(shí)又增加了數(shù)字化帶來的先進(jìn)功能，即實(shí)現(xiàn)了儀器功能的精確、自動(dòng)控制，信號(hào)獲取和處理的數(shù)字化和自動(dòng)化，檢測(cè)結(jié)果的可記錄性和可再現(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、

46、CTS-21、 JTS-5、CST-3等。圖6-20為一組超聲波檢測(cè)儀的圖片。,圖6-20 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,2) 超聲波探頭　　（1） 超聲波探頭的作用。 超聲波探頭用于實(shí)現(xiàn)聲能和電能的互相轉(zhuǎn)換。它是利用壓電晶體的正、逆壓電效應(yīng)進(jìn)行換能的。探頭是組成檢測(cè)系統(tǒng)的最重要的組件，其性能的好壞直接影響超聲檢測(cè)的效果。 　　（2） 常用超聲波探頭的類型。超聲波檢測(cè)中由于被探

47、測(cè)工件的形狀和材質(zhì)、探測(cè)的目的、探測(cè)的條件不同， 因而要使用各種不同形式的探頭。其中最常用的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。一般橫波斜探頭的晶片為方形，縱波直探頭的晶片為圓形，而聚焦聲源的圓形晶片為聲透鏡。 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)射的橫波聲場(chǎng)。 圖6-21為一組探頭的圖片。,圖6-21 各種探頭 (a) 縱波直探頭； (b) 橫波斜探頭； (c) 雙晶探頭,3） 試塊與耦合

48、劑　　與一般的測(cè)量過程一樣，為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性、可比性，必須用一個(gè)具有已知固定特性的試樣(試塊)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。這種按一定的用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單形狀人工反射體的試件即稱為試塊。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)。,當(dāng)探頭和試件之間有一層空氣時(shí)，超聲波的反射率幾乎為100％，即使很薄的一層空氣也可以阻止超聲波傳入試件。 因此，排除探頭和試件之間的空氣非常重要。耦合劑就是為了

49、改善探頭和試件間聲能的傳遞而加在探頭和檢測(cè)面之間的液體薄層。耦合劑可以填充探頭與試件間的空氣間隙，使超聲波能夠傳入試件，這是使用耦合劑的主要目的。除此之外， 耦合劑有潤(rùn)滑作用，可以減少探頭和試件之間的摩擦， 防止試件表面磨損探頭，并使探頭便于移動(dòng)。在液浸法檢測(cè)中， 通過液體實(shí)現(xiàn)耦合，此時(shí)液體也是耦合劑。常用的耦合劑有水、甘油、 變壓器油、化學(xué)漿糊等。,2. 超聲檢測(cè)方法　　超聲檢測(cè)的方法很多，可按原理、波型和使用探頭的數(shù)目及探頭接觸

50、方式來分類。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。,1） 穿透法　　穿透法通常采用兩個(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)接收穿透試件后的脈沖信號(hào)， 依據(jù)脈沖波穿透試件后幅值的變化來判斷內(nèi)部

51、缺陷的情況(見圖6-22)。,圖6-22 直射聲束穿透法 (a) 無缺陷； (b) 有缺陷,2） 脈沖反射法　　脈沖反射法是由超聲波探頭發(fā)射脈沖波到試件內(nèi)部，通過觀察來自內(nèi)部缺陷或試件底面的反射波的情況來對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)的方法。圖6-23 顯示了接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法的基本原理。,圖6-23 接觸法單探頭直射聲束脈沖反射法(a) 無缺陷； (b) 有缺陷,3） 液浸法 液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體

52、介質(zhì)作耦合劑，使聲波首先經(jīng)過液體耦合劑，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，大大提高了檢測(cè)速度。液浸法的缺點(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)還需要相應(yīng)的輔助設(shè)備，有時(shí)是復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備，它們對(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?？傊?，液浸法與直接接觸法各有利弊，應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的具體情況(幾何形狀的復(fù)雜

53、程度和產(chǎn)品的產(chǎn)量等)， 選用不同的方法。,3. 超聲檢測(cè)通用技術(shù)　　超聲檢測(cè)方法可采用多種檢測(cè)技術(shù)，每種檢測(cè)技術(shù)在實(shí)施過程中，都有其需要考慮的特殊問題，其檢測(cè)過程也各有特點(diǎn)。 但各種超聲檢測(cè)技術(shù)又都存在著通用的技術(shù)問題。例如，檢測(cè)的過程都可歸納為以下幾個(gè)步驟：　?、?試件的準(zhǔn)備。 　?、?檢測(cè)條件的確定，包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊等的選擇。 　?、?檢測(cè)儀器的調(diào)整。 　?、?掃查。 　　⑤ 缺陷的評(píng)定。 

54、　?、?結(jié)果記錄與報(bào)告的編寫。,1） 超聲波檢測(cè)儀的選擇　　一般市場(chǎng)上出售的A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀已具備一些基本功能，其基本性能參數(shù)(垂直線性、水平線性等)也能滿足通常超聲檢測(cè)的要求。對(duì)于給定的任務(wù)，在選擇超聲波檢測(cè)儀時(shí)，主要考慮的是該任務(wù)的特殊要求，可從以下幾方面進(jìn)行考慮：　?。?） 所需采用的超聲頻率特別高或特別低時(shí)， 應(yīng)注意頻帶寬度。 　?。?） 對(duì)薄試件檢測(cè)和近表面缺陷檢測(cè)時(shí)，應(yīng)注意發(fā)射脈沖是否可調(diào)為窄脈沖。 

55、　?。?） 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、電噪聲低的超聲波檢測(cè)儀，有助于提高穿透能力和小缺陷顯示能力。,（4） 對(duì)衰減小或厚度大的試件，選用重復(fù)頻率可調(diào)為較低數(shù)值的超聲波檢測(cè)儀，可避免幻象波的干擾。 　　（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)的便攜式超聲波檢測(cè)儀。 　　（6） 自動(dòng)快速掃查時(shí)應(yīng)選擇最高重復(fù)頻率高的超聲波檢測(cè)儀。,2） 探頭的選擇 　（1） 頻率

56、。超聲波的頻率在很大程度上決定了其對(duì)缺陷的探測(cè)能力。頻率的選擇可以這樣考慮：對(duì)于小缺陷、 近表面缺陷或薄件的檢測(cè)，可以選擇較高頻率；對(duì)于大厚度試件、高衰減材料，應(yīng)選擇較低頻率。在靈敏度滿足要求的情況下， 選擇寬帶探頭可提高分辨力和信噪比。針對(duì)具體對(duì)象，適用的頻率需在上述考慮當(dāng)中取得一個(gè)最佳的平衡，既要保證所需尺寸缺陷的檢出，并滿足分辨力的要求，也要保證在整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)具有足夠的靈敏度與信噪比。,（2） 晶片尺寸。探頭晶片尺寸對(duì)檢測(cè)的影響

57、主要是通過其對(duì)聲場(chǎng)特性的影響體現(xiàn)出來的。多數(shù)情況下，檢測(cè)大厚度的試件時(shí)，采用大直徑探頭較為有利；檢測(cè)厚度較小的試件時(shí)， 則采用小直徑探頭較為合理。 應(yīng)根據(jù)具體情況， 選擇滿足檢測(cè)要求的探頭。,3） 耦合劑的選擇　　選擇耦合劑主要考慮以下幾方面的要求：　?。?） 透聲性能好。 聲阻抗盡量和被探測(cè)材料的聲阻抗相近。 　　（2） 有足夠的潤(rùn)濕性、 適當(dāng)?shù)母街驼扯取?　　（3） 對(duì)試件無腐蝕，對(duì)人體無損害，對(duì)環(huán)境無污染。

58、　?。?） 容易清除，不易變質(zhì)， 價(jià)格便宜，來源方便。,6.1.6 超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用　　1. 典型構(gòu)件的超聲探傷技術(shù)　　1） 鍛件檢測(cè)　　鍛件的種類和規(guī)格很多，常見的類型有：餅盤件、環(huán)形件、軸類件和筒形件等。鍛件中的缺陷多呈現(xiàn)面積形或長(zhǎng)條形的特征。由于超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)面積型缺陷檢測(cè)最為有利，因此鍛件是超聲檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用的主要對(duì)象。,（1） 鍛件中的常見缺陷。鍛件中的缺陷主要來源于兩個(gè)方面：材料鍛造過程中形成的縮孔、縮松、夾雜及

59、偏析等； 熱處理中產(chǎn)生的白點(diǎn)、裂紋和晶粒粗大等。 　?。?） 鍛件超聲檢測(cè)的特點(diǎn)。鍛件可采用接觸法或液浸法進(jìn)行檢測(cè)。鍛件的組織很細(xì)，由此引起的聲波衰減和散射影響相對(duì)較小。因此，鍛件上有時(shí)可以應(yīng)用較高的檢測(cè)頻率(如10 MHz以上)， 以滿足高分辨力檢測(cè)的要求， 以及實(shí)現(xiàn)較小尺寸缺陷檢測(cè)的目的。,圖6-24 軸類件徑向和軸向檢測(cè)示意圖,2) 鑄件檢測(cè)　　鑄件具有組織不均勻、組織不致密、表面粗糙和形狀復(fù)雜等特點(diǎn)，因此常見缺陷有孔洞類

60、（包括縮孔、縮松、疏松、 氣孔等）、裂紋冷隔類（冷裂、熱裂、白帶、冷隔和熱處理裂紋）、夾雜類以及成分類（如偏析）等。 　　鑄件的上述特點(diǎn)，形成了鑄件超聲檢測(cè)的特殊性和局限性。檢測(cè)時(shí)一般選用較低的超聲頻率，如0.5～2 MHz，因此檢測(cè)靈敏度也低，雜波干擾嚴(yán)重，缺陷檢測(cè)要求較低。 　　鑄件檢測(cè)常采用的超聲檢測(cè)方法有直接接觸法、 液浸法、 反射法和底波衰減法。,3) 焊接接頭檢測(cè)　　許多金屬結(jié)構(gòu)件都采用焊接的方法制造。超聲檢測(cè)是

61、對(duì)焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要檢測(cè)手段之一。焊縫形式有對(duì)接、搭接、T型接、角接等，如圖6-25所示。焊縫超聲檢測(cè)的常見缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和焊接裂紋等。　　焊縫探傷一般采用斜射橫波接觸法，在焊縫兩側(cè)進(jìn)行掃查。探頭頻率通常為2.5～5.0 MHz。發(fā)現(xiàn)缺陷后，即可采用三角法對(duì)其進(jìn)行定位計(jì)算。儀器靈敏度的調(diào)整和探頭性能測(cè)試應(yīng)在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試塊或自制試塊上進(jìn)行。,圖6-25 焊接接頭形式(a) 對(duì)接接頭； (b) 搭接接頭； (

62、c) T型接頭； (d) 角接接頭,4） 復(fù)合材料檢測(cè)　　復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料軋制或粘合在一起制成的。其粘合質(zhì)量的檢測(cè)主要有接觸式脈沖反射法、 脈沖穿透法和共振法。  　　脈沖反射法適用于復(fù)合材料是由兩層材料復(fù)合而成，粘合層中的分層多數(shù)與板材表面平行的情況。用縱波檢測(cè)時(shí)， 粘合質(zhì)量好的，產(chǎn)生的界面波會(huì)很低，而底波幅度會(huì)較高； 當(dāng)粘合不良時(shí)，則相反。,圖6-26 復(fù)合材料的C掃描圖,5） 非金屬材料的檢測(cè)

63、圖　　超聲波在非金屬材料（木材、混凝土、有機(jī)玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、砂輪、炸藥藥餅等）中的衰減一般比在金屬中的大，多采用低頻率檢測(cè)。 一般為20～200 kHz，也有用2～5 MHz 的。為了獲得較窄的聲束，需采用晶片尺寸較大的探頭。 　　塑料零件的探測(cè)一般采用縱波脈沖反射法；陶瓷材料可用縱波和橫波探測(cè)； 橡膠檢測(cè)頻率較低，可用穿透法檢測(cè)。,,6.2 射線檢測(cè),6.2.1 射線檢測(cè)的物理基礎(chǔ)　　1. 射線的種類和頻譜　　在射

64、線檢測(cè)中應(yīng)用的射線主要是X射線、γ射線和中子射線。X射線和γ射線屬于電磁輻射，而中子射線是中子束流。 　　1) X射線　　X射線又稱倫琴射線，是射線檢測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種射線，波長(zhǎng)范圍約為0.0006～100 nm(見圖6-27)。 在X射線檢測(cè)中常用的波長(zhǎng)范圍為0.001～0.1 nm。X射線的頻率范圍約為3×109～5×1014 MHz。,圖6-27 射線的波長(zhǎng)分布,2) γ射線 　　γ射線是一種

65、波長(zhǎng)比X射線更短的射線，波長(zhǎng)范圍約為0.0003～0.1 nm（見圖6-27），頻率范圍約為3×1012～1×1015MHz。 　　工業(yè)上廣泛采用人工同位素產(chǎn)生γ射線。由于γ射線的波長(zhǎng)比X射線更短，所以具有更大的穿透力。在無損檢測(cè)中γ射線常被用來對(duì)厚度較大和大型整體工件進(jìn)行射線照相。,3） 中子射線　　中子是構(gòu)成原子核的基本粒子。中子射線是由某些物質(zhì)的原子在裂變過程中逸出高速中子所產(chǎn)生的。工業(yè)上常用人工同

66、位素、加速器、反應(yīng)堆來產(chǎn)生中子射線。在無損檢測(cè)中中子射線常被用來對(duì)某些特殊部件(如放射性核燃料元件)進(jìn)行射線照相。,圖6-28 鎢與鉬的X射線譜,2. X射線的產(chǎn)生　　X射線是一種波長(zhǎng)比紫外線還短的電磁波，它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等現(xiàn)象。 它能使一些結(jié)晶物體發(fā)生熒光、氣體電離和膠片感光。 　　X射線通常是將高速運(yùn)動(dòng)的電子作用到金屬靶(一般是重金屬)上而產(chǎn)生的。圖6-28是在35 kV的電壓下操作

67、時(shí)，鎢靶與鉬靶產(chǎn)生的典型的X射線譜。鎢靶發(fā)射的是連續(xù)光譜，而鉬靶除發(fā)射連續(xù)光譜之外還疊加了兩條特征光譜，稱為標(biāo)識(shí)X射線，即Kα線和Kβ線。若要得到鎢的Kα線和Kβ線，則電壓必須加到70 kV以上。,1） 連續(xù)X射線　　根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論，具有加速度的帶電粒子將產(chǎn)生電磁輻射。在X射線管中，高壓電場(chǎng)加速了陰極電子，當(dāng)具有很大動(dòng)能的電子達(dá)到陽極表面時(shí)，由于猝然停止，它所具有的動(dòng)能必定轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄝ椛涑鋈?。由于電子被停止的時(shí)間和條件不同， 所

68、以輻射的電磁波具有連續(xù)變化的波長(zhǎng)。 　　在任何X射線管中，只要電壓達(dá)到一定數(shù)值，連續(xù)X射線總是存在的。連續(xù)X射線具有以下特點(diǎn)： 　　(1) 連續(xù)X射線的波長(zhǎng)與陽極的材料無關(guān)。,(2) 連續(xù)X射線的波長(zhǎng)在長(zhǎng)波方向，理論上可以擴(kuò)展到λ=∞；而在短波方向，實(shí)驗(yàn)證明具有最短波長(zhǎng)λmin(見圖6-28)， 且有,（6-29）,式中：U為X射線管的管電壓，單位為kV。,（3） X射線管的效率為,（6-30）,式中：P=αZIU2為連續(xù)X射