第47次课基础知识课件.ppt

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1、第4-7次课(基础知识)1第四节第四节 由圆形压电晶片产生的声场简介由圆形压电晶片产生的声场简介 一、圆形压电晶片声场中的声压一、圆形压电晶片声场中的声压圆盘声源轴线上的声压公式：圆盘声源轴线上的声压公式：)4/(sin2220 xxDppx第4-7次课(基础知识)2圆盘声源轴线上声压分布曲线圆盘声源轴线上声压分布曲线 二、近场区、远场区和超声波的指向性二、近场区、远场区和超声波的指向性 1 1近场区近场区 近场长度近场长度N N：声源轴线上最后：声源轴线上最后一个声压极大值点距声源的距离。一个声压极大值点距声源的距离。442DN第4-7次课(基础知识)3 实际工作中近场长度的计算公式为：实际

2、工作中近场长度的计算公式为：42DN 近场区：声场中距离小于近场区：声场中距离小于N N的区域，又称菲涅尔区。的区域，又称菲涅尔区。近场区的声压特点：声束扩展不明显，但由于干涉作用，近场区的声压特点：声束扩展不明显，但由于干涉作用，声压与距离的关系较复杂，存在多个极大值点与极小值点。声压与距离的关系较复杂，存在多个极大值点与极小值点。2 2远场区远场区 远场区：大于近场长度远场区：大于近场长度N N的区域，又称为夫琅和费区。的区域，又称为夫琅和费区。远场区声压特点：声压随距离的增大单调下降。远场区声压特点：声压随距离的增大单调下降。当当 时，时，Nx 3xDpxSpp14200第4-7次课(基

3、础知识)4 3 3超声波的指向性超声波的指向性 主声束：超声场中超声波的能量主要集中于以声轴为中心的主声束：超声场中超声波的能量主要集中于以声轴为中心的某一角度范围内，这一范围称为主声束。某一角度范围内，这一范围称为主声束。声场的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质。声场的指向性：声束集中向一个方向辐射的性质。副瓣声束：在主声束角度范围以外，还存在一些能量很低的副瓣声束：在主声束角度范围以外，还存在一些能量很低的、只存在于声源附近的副瓣声束。、只存在于声源附近的副瓣声束。)/22.1arcsin()/61.0arcsin(Da或指向角：指向角：第4-7次课(基础知识)5一、超声检测设备一、超声

4、检测设备 1 1超声波检测仪超声波检测仪第五节第五节 超声波检测方法超声波检测方法（1 1）A A型显示型显示 横坐标横坐标时间时间纵坐标纵坐标信号幅度信号幅度 xfBBFTtftb探头探头缺陷缺陷接收接收声压声压超声波传超声波传播时间播时间fbfttBx优点：简单，方便，适用面广。优点：简单，方便，适用面广。缺点：难以判断缺陷的几何形状。缺点：难以判断缺陷的几何形状。第4-7次课(基础知识)6（2 2）B B型显示型显示 横轴横轴探头移动的距离；纵轴探头移动的距离；纵轴探伤深度探伤深度 缺点：当声束照射的路径中存在大的缺陷时，其后面的小缺点：当声束照射的路径中存在大的缺陷时，其后面的小缺陷和

5、底面反射就无法被记录下来。缺陷和底面反射就无法被记录下来。（3 3）C C型显示型显示显示的是试件的一个平面投影图。显示的是试件的一个平面投影图。优点：能得出缺陷的形状及大小。优点：能得出缺陷的形状及大小。缺点：不能确定缺陷的深度。缺点：不能确定缺陷的深度。第4-7次课(基础知识)72 2超声波探头超声波探头 （1 1）工作原理）工作原理 正压电效应：压电晶体在拉力或压力作用下形变时产生正压电效应：压电晶体在拉力或压力作用下形变时产生交变电场的现象。交变电场的现象。接收超声波。接收超声波。逆压电效应：压电晶体在交变电场作用下产生伸缩形变逆压电效应：压电晶体在交变电场作用下产生伸缩形变的现象。的

6、现象。产生（发射）超声波。产生（发射）超声波。压电晶片压电晶片第4-7次课(基础知识)8（2 2）探头的结构）探头的结构第4-7次课(基础知识)9 压电晶片压电晶片 以压电效应发射并接收超声波的元件。以压电效应发射并接收超声波的元件。阻尼块和吸声材料阻尼块和吸声材料 a.a.阻尼吸收块阻尼吸收块 作用：作用：.对压电晶片的振动起阻尼作用对压电晶片的振动起阻尼作用 .吸收晶片向其背面发射的超声波吸收晶片向其背面发射的超声波 .对晶片起支撑作用对晶片起支撑作用 保护膜保护膜 斜楔斜楔 第4-7次课(基础知识)10 （3 3）探头的主要种类）探头的主要种类 接触式纵波直探头接触式纵波直探头 用于发射

7、垂直于探头表面传播的纵波用于发射垂直于探头表面传播的纵波 接触式斜探头接触式斜探头 包括横波斜探头、瑞利波探头、兰姆波探头等。包括横波斜探头、瑞利波探头、兰姆波探头等。特点：压电晶片贴在一有机玻璃特点：压电晶片贴在一有机玻璃斜楔斜楔上，上，晶片与探头表面晶片与探头表面成一定倾角成一定倾角。其他：双晶探头、水浸探头、可变角探头等。其他：双晶探头、水浸探头、可变角探头等。第4-7次课(基础知识)11 （4 4）探头的主要性能指标）探头的主要性能指标 频率频率 频率对超声波检测的主要影响：频率对超声波检测的主要影响：1 1）超声波的检测灵敏度约为）超声波的检测灵敏度约为 ；2 2）频率高脉冲宽度小，

8、分辨力高；）频率高脉冲宽度小，分辨力高；3 3）频率高，声束指向性好，能量集中，有利于缺陷定位；）频率高，声束指向性好，能量集中，有利于缺陷定位；4 4）频率高，近场长度大；）频率高，近场长度大；5 5）频率高，衰减大。）频率高，衰减大。2 频率的选择基本原则：在保证灵敏度的前提下，频率的选择基本原则：在保证灵敏度的前提下，尽可能选用较低的频率。尽可能选用较低的频率。第4-7次课(基础知识)12频率范围频率范围 应应 用用2525100KHz100KHz混凝土、木杆、岩石及其它粗结构材料混凝土、木杆、岩石及其它粗结构材料200KHz200KHz1MHz1MHz铸件：灰口铁、可锻铸铁及其它粗晶材

9、料，如铜铸件：灰口铁、可锻铸铁及其它粗晶材料，如铜400KHz400KHz5MHz5MHz铸件：钢、铅、黄铜及其它细晶材料铸件：钢、铅、黄铜及其它细晶材料200KHz200KHz2.25MHz2.25MHz塑料和类似材料，如固体火箭燃料和粉末料塑料和类似材料，如固体火箭燃料和粉末料1 110MHz10MHz锻件（黑色和有色金属）锻件（黑色和有色金属）1 110MHz10MHz维修检查，特别是疲劳裂纹维修检查，特别是疲劳裂纹2.252.2510MHz10MHz玻璃、陶瓷玻璃、陶瓷小缺陷、近表面缺陷、薄件小缺陷、近表面缺陷、薄件较高频率；较高频率；大厚试件、高衰减材料大厚试件、高衰减材料较低频率较

10、低频率第4-7次课(基础知识)13 检测灵敏度检测灵敏度 指的是探头与探伤仪配合起来，在最大深度上发现最小指的是探头与探伤仪配合起来，在最大深度上发现最小缺陷的能力。缺陷的能力。检测分辨力检测分辨力 纵向分辨力：沿声波传播方向，对两个相邻缺陷的分辨纵向分辨力：沿声波传播方向，对两个相邻缺陷的分辨能力。能力。横向分辨力：声波传播方向上对两个并排缺陷的分辨能横向分辨力：声波传播方向上对两个并排缺陷的分辨能力。力。试分析，纵向分辨力和横向分辨力与哪些因素有关？试分析，纵向分辨力和横向分辨力与哪些因素有关？第4-7次课(基础知识)14（5 5）超声波探头型号的表示方法）超声波探头型号的表示方法 探头型

11、号的组成项目及排列顺序探头型号的组成项目及排列顺序基本频率基本频率晶片尺寸晶片尺寸晶片材料晶片材料探头种类探头种类特征特征 压电材料压电材料代号代号锆钛酸铅陶瓷锆钛酸铅陶瓷P钛酸钡陶瓷钛酸钡陶瓷B钛酸铅陶瓷钛酸铅陶瓷T铌酸锂单晶铌酸锂单晶L碘酸锂单晶碘酸锂单晶I石英单晶石英单晶Q其他压电材料其他压电材料N种类种类代号代号直探头直探头Z斜探头斜探头（用（用K值表示）值表示）K斜探头（用折射角表示）斜探头（用折射角表示）X分割探头分割探头FG水浸探头水浸探头SJ表面波探头表面波探头BM可变角探头可变角探头KB表示晶片材料的代号表示晶片材料的代号表示探头种类的代号表示探头种类的代号第4-7次课(基础

12、知识)152.5 B 20 Z直探头直探头圆形晶片，直径圆形晶片，直径20mm钛酸钡钛酸钡频率为频率为2.5MHz 5 P K 3用用K值表示的斜探头值表示的斜探头矩形晶片矩形晶片锆钛酸铅陶瓷锆钛酸铅陶瓷频率为频率为5MHz66K值为值为3思考思考：2.5 I 14 SJ 10DJ特征：水浸聚焦探头：水中焦距特征：水浸聚焦探头：水中焦距 聚焦探头：聚焦探头：DJDJ点聚焦，点聚焦，XJXJ线聚焦线聚焦例：例：第4-7次课(基础知识)16 （1 1）标准试块（校准试块）标准试块（校准试块）具有规定的材质、表面状态、几何形状与尺寸，可用以评定具有规定的材质、表面状态、几何形状与尺寸，可用以评定和校

13、准超声检测设备。和校准超声检测设备。常用标准试块：国际焊接学会常用标准试块：国际焊接学会IIWIIW试块、美国试块、美国ASTMASTM铝合金标铝合金标准试块（准试块（ASTME127ASTME127）、我国的）、我国的CSK-1CSK-1试块。（试块。（P34P34）（2 2）对比试块（参考试块）对比试块（参考试块）以特定方法检测特定试件时所用的试块。以特定方法检测特定试件时所用的试块。3 3试块试块 第4-7次课(基础知识)17 耦合剂：为了改善探头与试件间声能的传递而加在探头和耦合剂：为了改善探头与试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。检测面之间的液体薄层。4 4耦合剂耦合剂

14、 （1 1）耦合剂的作用）耦合剂的作用 排除探头和试件之间的空气。排除探头和试件之间的空气。润滑作用润滑作用。（2 2）对耦合剂的要求）对耦合剂的要求 透声性能好，声阻抗尽量和被探测材料的声阻抗相近。透声性能好，声阻抗尽量和被探测材料的声阻抗相近。有足够的润湿性，适当的附着力和粘度。有足够的润湿性，适当的附着力和粘度。对试件无腐蚀，对人体无损害，对环境无污染。对试件无腐蚀，对人体无损害，对环境无污染。容易清除，不易变质，价格便宜，来源方便。容易清除，不易变质，价格便宜，来源方便。第4-7次课(基础知识)18（3 3）常用耦合剂）常用耦合剂 水水 甘油甘油 全损耗系统用油（俗称机油）和变压器油全

15、损耗系统用油（俗称机油）和变压器油 其他的耦合方式？其他的耦合方式？第4-7次课(基础知识)19二、仪器与探头的选择二、仪器与探头的选择 1.1.检测仪的选择检测仪的选择 基本要求：性能稳定、重复性好和可靠性好。基本要求：性能稳定、重复性好和可靠性好。根据探测要求和现场条件选择：根据探测要求和现场条件选择：定位要求高定位要求高水平线性误差小；水平线性误差小；定量要求高定量要求高垂直线性好、衰减器精度高；垂直线性好、衰减器精度高；大型零件大型零件灵敏度高、信噪比高、功率大；灵敏度高、信噪比高、功率大；发现近表面缺陷、区分相邻缺陷发现近表面缺陷、区分相邻缺陷盲区小、分辨率高；盲区小、分辨率高；室外

16、现场检测室外现场检测重量轻、荧光屏亮度好、抗干扰能力重量轻、荧光屏亮度好、抗干扰能力强的便携式检测仪。强的便携式检测仪。第4-7次课(基础知识)20 2.2.探头的选择探头的选择 选择依据：被检对象的形状、衰减和技术要求。选择依据：被检对象的形状、衰减和技术要求。（1 1）探头型式的选择）探头型式的选择纵波直探头纵波直探头平行于探测面的缺陷；平行于探测面的缺陷；横波斜探头横波斜探头与探测面成一定角度的缺陷；与探测面成一定角度的缺陷；表面波探头表面波探头工件表面缺陷；工件表面缺陷；双晶探头双晶探头工件近表面缺陷；工件近表面缺陷；聚焦探头聚焦探头水浸探测管材或板材。水浸探测管材或板材。第4-7次课(基础知识)21（2 2）频率的选择）频率的选择小缺陷、近表面缺陷、薄件小缺陷、近表面缺陷、薄件较高频率；较高频率；大厚试件、高衰减材料大厚试件、高衰减材料较低频率较低频率 频率对超声波检测的主要影响：频率对超声波检测的主要影响：1 1）超声波的检测灵敏度约为）超声波的检测灵敏度约为 ；2 2）频率高脉冲宽度小，分辨力高；）频率高脉冲宽度小，分辨力高；3 3）频率高，声束指向性好，能量集中，有利于