文档介绍：1. 1 超声检测的基础知识
描述超声波的基本物理量
超声波的产生依赖于做高频机械振动的“声源”和传播机械振动的弹性介质,所以机械振动和波动是超声检测的物理基础。描述超声波波动特性的基本物理量有: 声速c、频率f、波长λ、周期T 、角频率ω。其中频率和周期是由波源决定的,声速与传声介质的特性和波型有关。这些量之间的关系如下:
超声检测的基础知识
超声波的特点
超声波波长很短,这决定了超声波具有一些重要特性,使其能广泛应用于无损检测。
1) 方向性好超声波具有像光波一样定向束射的特性。
2)穿透能力强对于大多数介质而言,它具有较强的穿透能力。例如在一些金属材料中,其穿透能力可达数米。
3)能量高超声检测的工作频率远高于声波的频率,超声波的能量远大于声波的能量。
4)遇有界面时,将产生反射、折射和波型的转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象,经过巧妙的设计,使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。
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超声波的分类
超声波的分类方法很多,如图1所示。主要有:按介质质点的振动方向与波的传播方向之间的关系分类,即按波型分类;按波振面的形状分类,即按波形分;按振动的持续时间分类等。其中,按波型是研究超声波在介质中传播规律的重要理论依据,将着重讨论。
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图 1-1 超声波的分类
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1) 超声波的波型
超声波的波型指的是介质质点的振动方向与波的传播方向的关系。按波型可分为纵波、横波、表面波和板波等。
(1) 纵波。介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波叫纵波,用L表示(见图1-2)。介质质点在交变拉压应力的作用下,质点之间产生相应的伸缩变形,从而形成了纵波。纵波传播时,介质的质点疏密相间,所以纵波有时又称为压缩波或疏密波。
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图1-2 纵波
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(2) 横波。介质中质点的振动方向垂直于波的传播方向的波叫横波,用S或T表示。横波的形成是由于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播,不能在液体和气体介质中传播。
(3) 表面波(瑞利波)。当超声波在固体介质中传播时, 对于有限介质而言,有一种沿介质表面传播的波即表面波。瑞利首先对这种波给予了理论上的说明,因此表面波又称为瑞利波, 常用R表示。
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图1-3 横波
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表面波
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(4) 板波(兰姆波)。在板厚和波长相当的弹性薄板中传播的超声波叫板波(或兰姆波)。板波传播时声场遍及整个板的厚度。薄板两表面质点的振动为纵波和横波的组合, 质点振动的轨迹为一椭圆,在薄板的中间也有超声波传播(见图1-5)。板波按其传播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的中间层作对称型还是非对称型运动来决定的。