专业英语翻译第四章

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1、第四章 超声检测4.1 前言2历史背景2优点和缺点34.2 理论及原理44.2.1 波的传播44.2.2 超声波74.2.3 声阻抗率114.2.4 临界面上的反射和透射134.2.5 波形转换154.2.6 波束衰减184.2.7 脉冲形状和波束形状204.3超声技术224.4设备和配件254.4.1 超声换能器254.4.2 脉冲回波显示系统254.4.3 自动化系统26超声波的标定及相关标准264.5 应用28超声组成员（共15人）及任务如下：陶京新:部分的前五段（课本P73-P74）；莫亚婧：（课本P74-P75）；付悦：4.2.1部分的前六段（课本P75-P76）；胡西洋： 课本P7

2、7-P78；邓文：部分（课本P78-P79）；戴翔：部分（课本P80-P81）；王禹：（课本P82-P83）；靳聪：（课本P84-P85）；潘文超：（课本P86-P88）；习璐颖： （课本P88-P89）；邱文涛：（课本P90-P91）；谢长鸿：4.3（课本P92-P94）；胡梦雪：4.4.1（课本P94-P96）；杜向阳：（课本P97-P98）；肖文凤：4.5以及部分的两个表（课本P82和P98）。4.1 前言历史背景正如许多有工业应用的工程理论一样，超声的应用在19世纪晚期和20世纪初发展最为迅速。但是我们对一般声波的理解仍然很陈旧。早在公元前240年，希腊哲学家克律西波斯通过观察水中的波

3、，推断声是通过波的形式传播的。但是直到16世纪末和17世纪初，伽利略伽利雷（被尊为“声学之父”）和马兰梅森总结出了关于声的第一条规律。1686年，艾萨克牛顿先生提出了第一条关于声的数学理论，把它解释成一种在粒子间传播的压力波。牛顿理论提到了例如衍射等波的现象。欧拉，拉格朗日和让勒朗达朗贝尔对牛顿理论的扩展对波的方程的出现做出了贡献。 波的方程的出现可以让波用数学的方式来表示。在19世纪末，瑞利勋爵（约翰威廉斯特拉特，1842-1919）是超声界最有成就的科学家之一，他发现了瑞利波，这种波在无损检测方法中被广泛应用。同时，他也与拉姆一同合作，发现了在板材中传播的导波。几乎所有扩散波的解析解都在1

4、9世纪中被计算出来。自从那时候，我们可以通过电脑解决一些复杂的问题，包括不同形状和复合材料的反射波的反射形式。 尽管我们现代无损检测方法是复杂的，但是声波已经在无损检测中应用了好几个世纪。有一种历史悠久的简单无损检测方法是用敲击物体观察它是否“健康”，这个方法给了我们一种“钟声”或是“真相回响”的表现力。这种方法的工作原理就是物体中的裂纹或是缺陷将会改变它的自然频率。如果如今你去火车站，你仍然可以看到拿着长柄锤子的工人敲击火车的轮子。这种检测方法的困难就在于它仅对于能产生低频（可听）的大缺陷敏感，这样才能让检验者听得见。若是去检验那些微小不易发现的缺陷，使用超声波检测就显得尤为重要。另外，只有

5、当超声波可以容易被产生和探测到的时候，超声检测才会内无损检测方法才会接受。1880年，居里兄弟发现了晶体，这种物质可以把超声能量转化为了电能。1881年，李普曼发现一种称为压电效应的转化效应，这种效应可以将电能在同一晶体中转化为超声能量。 在这些发现之后，早起的超声应用是在海洋冰山的探测出现在1912年，用于对沉没的泰坦尼克号的探测。战后，超声的应用得到了飞速的发展。1930年左右，索科洛夫提出了使用超声去检测材料。几乎就是同时，Mulhauser发明了一种超声检测设备，这种设备使用扥是带有分开的信号发射器和信号接收器的脉冲方法。1940年，钢铁协会为了提高产品的性能和耐久性，为钢铁制定出了超

6、声检测方法。这种方法也是使用两个传感器（如图4-1a所示）。图4-1 发射和接收超声的两种基本方法在20世级40年代初，Firestone和Simmons彻底改变了超声检测。在其他方面的改进，他们提出了脉冲超声波的概念（使用连续波这种方法有很低的信号噪声比同时难以解释）。Firestone还介绍了使用单探头的方法，其中所述发射器作为接收器（脉冲回波）的两倍。他的方法被称为运用“超声波反射探伤仪”产生的“回声反射”。 这项工作的基本原理基于现代超声波探伤方法。奇怪的是，这些超声波方法最初仅用于支持透视检查。然而，到了1960，超声波检测已被取代而不仅仅是补充X射线检查方法。由于这些原创性的发明，

7、超声波技术取得了很大的进展。现代技术包括浸没装置以及许多成像技术，包括断层重建和声学显微镜。另一个重要的发展是单音脉冲系统，它需要操作员更好地控制实验通过指定要施加到探头的信号。优点和缺点超声检测的主要优点是：1测试可以从一个单一的表面进行。2在许多常用的材料里高度渗透是可能的，其中对比与放射性金属测试所遇到的较低程度的渗透。3定位和测量缺陷的准确度。4发现和检测小缺陷的能力5自动扫描设备以及微处理器和电脑都有兼容性。但是超声技术有一些缺点，主要缺点是：1操作人员必须经过适当的培训，经验丰富，具有高度的可靠性和专业性。但是，通过100%自动测试，这些要求可能放松通过要求掌握了解的自动化系统的功

8、能这项条件。2在一个大的表面积上随着手动操作只有一小部分的表面可以在一次扫描中被浏览，虽然这可以被改进，在可行的情况下，要通过探头阵列。3探头和被扫描面之间耦合程度必须很高，虽然非接触类探头的发展取得了很多进步。4.2 理论及原理 波的传播波是在平衡状态下传播的扰动，例如，一个石头掉进水里引起的水波的微粒粒子将瞬间替换成沿水表面传播的波。只有波的能量和动量会沿着水的表面传播。就像叶子只会在水中上下浮动，不会和波一起运动，所以水的粒子不会和波一起运动，而是在一个点附近来回摆动。由于现象不是特别明显，一开始人们对微粒运动和能量传播的区别还是很迷惑的，直到我们发现了流体。之后，波在固体中能量的传播更

9、容易被人理解，但是很明显，固体质点不在材料中传播。波是什么形状的？你可能会意识到水波，波峰和波谷并不是二维和三维的，而是弯曲的，因为离传播源很远。即使如此，为方便起见，我们通常假设始波（或者在始波的短距离内）是直线或是平面。这个三维波在这一章将用得比较多。在超声中，我们区分两种类型、模式、三维波：（a）横向（b）纵向。在横向模式中，粒子运动垂直于波的传播方向。因为横向粒子运动有一个剪切应力，横向波模式通常叫做剪切波。像水或空气这种低粘度流体，就没有剪切应力，因此也不能提供剪切波。在纵向波模态中，粒子运动和波的传播方向一致。纵向模态波也被称作压力波或者P波，因为应力使粒子的震动方向沿着波传播的方

10、向。图4-2a和图4-2b分别是横向和纵向模式质点的定期位移。横向模式或者纵向模式中的一个不固定的单一周期可以很容易的被Slinky证明。可以通过将slinky放在平面上来创造一个横向模式，一端固定，并利用slinky的弹性迅速震动到另一侧，例如，位移垂直于波和能量的传播方向。通过一端固定创造一个纵向模式，弹簧绷紧，通过slinky的轴迅速传播到弹簧的另一端，将在波和能量传播的方向引起位移。图4-2 波在绳上传播a）横波b）纵波c）单个横波脉冲假设一个波传播的方向为x方向，振幅方向为y，将会有下列x和t的方程： y=f(x,t) (4-1)理论上，无论这个波传播的多远，脉冲形状将是连续的。如果

11、脉冲速度为v，时间为t,脉冲走的路程为： x=vt (4-2)脉冲波无论传播了多远，其振幅将始终保持保持，参数f中同时也要减去脉冲传播的距离。，根据它现在的位置可得出。此时，v所描述的是脉冲的移动速度，我们经常称之为相速度，实际上质子的振动我们也用相速度来描述它。大多数的超声波可以被认为是谐（正弦）波，因为任意脉冲都可以看作谐波的叠加。图4.3说明了在一个周期内传播的连续谐波。为了说明这个传播过程，我们在一个周期内标记一个点，例如，峰值的位移和它振动的相速度v。一个谐波有如下的几个特征：时间段=在传播通过静态观测器的一个完整周期的时间间隔；波长=假定在完整的时间味一个周期内传播的距离，如图3.

12、4所示，任意确定的时间段内，波长总是相等的。结合空间和时间段的概念，波速等于： 图4.3 波在传播距离为一个波长，一个周期内的传播距离通过间隔和波长可以创建几个常用的变量，包括：波速可以计作。一个振幅为A以速度为v在x方向上传播的的谐波可以用如下的公式表示：或者为更加常用的形式为：参数叫做波函数的相位，其中就是相速度。在有关于超声波的文献中，u代替y通常表示质点的位移。为了保持一致性，我们也将从现在开始使用u。为了将我们的工作从一维扩展到三维，质点的偏移标量u将会变为矢量 这个位移标量x将会被位移矢量代替：，（）此外，空间频率k将会扩展在三维中的矢量：因此，空间频率与位移的乘积就转化为在三维中

13、的向量积：是一个精确的空间频率，通常也称之为波矢量。通常指向相速度的方向，等等。垂直于波阵面（一个水平等相位的三维波）。分别表示在方向上的空间频率，通常也称之为波的个数。 超声波当一个扰动出现在一个固体的一端时，它作为一个由分子，原子或者粒子振动而产生的一种声波在一段有限的时间里穿过固体。这些振动导致了一个波长从1000m到m变化的传播波穿过介质。最长的波长对应是由在水中的船的螺旋桨发出的，并且最短的波长被用于一些医疗和工业研究应用中。可见的声音对应的频率范围近似于2020000Hz（周期每秒）。超声，超声波或者声波是一系列描述超过声频范围的机械振动波（频率大于20000Hz的超声波指的是物体

14、或粒子运动速度大于声音在空气中的传播速度，或者在所考虑的介质中的速度）。声音以不同速度穿过不同介质；声音在大部分的金属中随频率变化的变化很小。波长，频率和波速普遍应用于无损检测当中。1.波长：1到10mm。2.频率：0.1到超过15MHz；在大部分应用中频率都低于10MHz。3.声速：1到10km/s.超声波的分类是基于介质中的粒子的振动模式就波的传播方向来考虑的，即纵波，横波和表面波。图4-4 纵波示意图纵波 这些波也叫做压缩波。在这个类型的波当中，交替出现的疏密区域是由振动方向和波传播方向平行的粒子产生的。图44a表示的一个纵波。粒子的位移与合成压缩波波峰和稀疏区波谷的细节在图图44b中展

15、示。这种类型的超声波因为它的它的易于发出和接受而被广泛应用于超声波检测中。几乎所有的超声能量用于检测材料是源自它可以由一种类型然后转换到其他类型而被用于特种检测应用。这种类型的波可以再固体，液体和气体中传播。图4-5 横波示意图横波或剪切波 当一个超声波的介质粒子振动方向垂直或横向于波的传播方向时我们就叫这种波为横波或剪切波。它在图45中有所表示。对于这种波在材料中穿过，每一个材料的粒子剧烈的运动到塔的周围以便一个粒子运动，它会推动周围的粒子以与它相同的大约为横波一半的速度在材料中传播着超声波能量这是很必要的。对于所有实际应用，横波只能在固体中传播。这是由于分子或原子之间的距离，即意味着在液体

16、和气体的自由程太大以至于它们之间引力不够使它们中的一个移动到其他的一小部分的它自己的运动中去。因此横波迅速衰弱。这种在材料中传播的波可以由一根振动的绳子的模式简单的描述出来。每一个绳子上的粒子向上和向下运动而且波从激发点发出并沿着绳子传播。表面波（瑞丽波） Lord Rayleigh 第一个描述了表面波（也称瑞丽波），这种类型的波只能在具有弹性力的固体介质的表面以及几乎无弹性力的气体分子间传播，因此表面波几乎不存在于液体中的固体介质，除非固体介质表面的水层很薄。同一介质中表面波波速大约为横波波速的90%，并且只能在距离材料表面一个波长的区域内传播。图4-6 表面波示意图如图4-6所示，对于表面

17、波，介质表面质点作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波传播的表面，表面波在材料中的衰减比横波及纵波小，因此表面波检测很有用。又由于表面波能绕过角落，因此表面波也可以用来检测复杂形状构件。表面波能够探测表面及近表面缺陷。界面波 在有限大小的构件中，由于介质的边界超声波能形成界面波。一般研究人员在多层介质中称界面波为板波，在单层介质中称界面波为兰姆波。设想纵波以一定角度入射到板中（如图4-7所示），当纵波到达介质表面，将会反射出纵波和横波，然后这些波又到达介质的另一面且分离出额外的两种波形，这一过程会不断的重复，很显然这将会产生噪声。然而，这些波相互作用，导致波产生共振，这些被我们称为界面波的共振波是围绕

18、板中心位置振动的对称波和反对称波，很显然，这些波是由纵波和横波构成的。图4-7 反射纵波形成的Lamb波图4-8 对称和反对称模式的Lamb波质点位移a）对称b）反对称板中存在无数的对称模式谐波和反对称模式谐波，Lamb波波速取决于板的厚度、波的频率、材料的特性和波的模式。以上这些特点可以由复杂的方程式表示出来，采用数值方法来计算。通常，我们使用纵波和横波来进行检测，而很少使用瑞丽波、Lamb以及其它波型检测。对于一些材料，无损检测中使用的波速v、波长在表4-1中列出。这些波没有频散现象，即波速独立于波的频率。在无损检测中，0.1-15MHz范围的波可用于探测水、油以及大部分金属。超声检测能够

19、探测出四分之一波长大小的缺陷，尽管这取决于裂纹相对于波束的方向（测量出来的长度取决于超声波束的直径）。表4-1a 无损检测中用到的超声波的波长 材料纵波波速/(km/s)波长（）/mm(1MHz)波长（）/mm(10MHz)空气0.330.330.033水（20C）1.491.490.149油（变压器油）1.381.380.138铝6.356.350.635铜4.664.660.466镁5.795.790.579钢铁（温和）5.855.850.585合成树脂/树脂玻璃，有机玻璃2.672.670.267聚甲烯1.952.401.952.400.1950.240在频率0.115MHz的范围内，声

20、速在空气，水，油和铁中几乎是不变的。超声检测能检测到大小至少为/4的垂直缺陷。注：在相同的频率下，横波的波长大概是纵波波长的一半。表4-1b 超声波的频率范围和通常的应用频率范围应用200KHz1MHz粗晶粒铸件，灰口铸铁，球墨铸铁，铜，不锈钢400KHz5MHz细晶粒铸件，钢，铝，黄钢200KHz2.25MHz塑料，类塑料材料15MHz轧制产品，金属薄片，金属板，棒材，坏料2.2510MHz压拔产品，棒材，管材，模型110MHz锻件2.2510MHz玻璃和陶瓷制品12.25MHz焊接110MHz疲劳裂纹 声阻抗率在一个局部的压力或在远大于大气压的声压，的影响下声音通过材料传播。 因为分子或固

21、体原子被弹性绑定到另一个原子上。过多的压力会导致波通过固体传播。使粒子不定向运动的超压，与粒子位移速度，,的关系式： 式中Z 是特定的声阻抗介质，体现了粒子固体声波的特征。可表示为： 式中是材料的密度，是波速。纵波波速： 当物体尺寸。横波波速： 式中E是杨氏模量 ，G 是剪切刚度模量 ，是密度，是泊松比，是速度。由振荡的分子，原子或原子构成的分子或分子耦合聚集群导致的波,可表式为： 式中是波幅，是时间，是波长，波数或传播常数，转动频率/,和；见图4-9。在图4-9，震动变化的压力与传播距离时间的关系可表示为： 式中是波在周期每秒内周期的频率，。波的函数是有两个变量，和 。一周期内时间是，一周期

22、内的距离（波长）是。 波动函数通常由变量频率和波长描述。波速可表示为： 质点震动速度=，随着波传播的能量。(a)(b)图4-9(a) 特征的纵向波与粒子振荡波方向平行:粒子振荡产生交替压缩和稀疏的区域。(b) 特征的纵向波与粒子振荡波方向平行:波动函数，和。 临界面上的反射和透射在无损检测中，又不连续量Z的边界面会被探测，这是因为它们会引起超声波被反射。在反射波中的入射强度的一小部分可以被提取导出，因为质点速度Q和局部的质点压力P在通过边界时需要是连续的。这就是： （4-14）其中，分别是在入射，反射和透射波的边界上质点的速度。还有 （4-15）其中，是在入射，反射，透射波的边界上局部声压。

23、这个就引出了由泊松在19世纪早期提出的在垂直于两侧为特性声阻抗和的区域的边界上能量反射的一小部分的导出（声强反射率），就是 （4-16）还有在边界上能量透射的一小部分的导出（声强透射率）（见图4-10） （4-17）图4-10 在单一界面上垂直入射的超声波在具有特性声阻抗和的两种介质之间的一界面上的波动被用的边界长度要远大于声波波长。对于波在以角度（小于第一临界角）倾斜入射，如在图4-11中，由格林在1838年发现出的能量反射的一小部分，它有以下公式给出： （4-18）图4-11 无波动方式转换的简单情形（与图4-13进行比较）（如果第一临界角，则是实数；如果第一临界角第二临界角，则是序数）还

24、有能量透射的一小部分也被给出： （4-19） 类似于，的是一个实数，复数或者虚数，它取决于是小于第一临界角，还是在第一和第二临界角之间，还是大于第二临界角。图4-11说明了一个简单的情形，就是一个声波入射在有着不同特性的声阻抗和的两种固体介质之间的平坦界面上的反射。入射和反射波如图所示都以相同的角度倾斜，它不同于透射波束的角度。角度和由斯涅尔定律给出： 其中 和 是分别在第一和第二介质中的波速。入射和反射波的波速在第一个介质中都是相同的，但是其不同于在第二个介质中的速度 。假设声的波长是远小于边界的大小（长度）。对于第一个介质中的密度，还有第二个介质中的密度，有和（波的变换在图4-13中被描述

25、）。对于不同值的垂直于一个边界的入射（波）能量的比例（声强之比）被显示在图4-12中，假设边界界面是完好的，且其大小要远大于 。 图4-12 （超声波）垂直入射在具有特性的声阻抗和的两种介质之间单一界面上的入射与反射能量（入射波声强与反射波声强）之比 波形转换当纵波入射到边界时，会发生反射，同时，混合的纵波会穿过边界，在边界的另一侧以波速传播。如图4.13所示。入射角为，见图4-12和4-13所示，由斯涅尔定律得： （等式4.20a）当有混合的纵波入射到边界时，会转变为横波，不仅边界一侧有横波的反射，在另一侧还会发生折射。横波是通过边界的反射和传播产生的，并且横波在边界两侧的介质有不同的波速，

26、见图4-13所示。反射角和折射角可以有斯涅耳定律求得： （等式4.20b）纵波波速比横波波速度要大，他们的相对角的关系可以见图4-13。对比图4-12和4-13，为了简单起见，图4-12省略了波形转换。当纵波折射角等于90时，存在一个临界入射角，此时，纵波不穿过边界入射到另一介质。（见图4-14所示）。这种情况可表示为： （等式4.21a）用于无损检测的条件是：纵波在边界一侧完全反射，只有横波穿过界面。此时，超声波发生器激发的纵波入射角度要大于临界角度，只有这样，横波才能入射到工件。图4-13 界面处的波形转换。对比图4-12和4-13,为了简单起见，图4-12略去了波形换转。图4-14 入射

27、临界角度见图4-15。玻璃树脂锲块制作的探头，常用于钢构件的检测；纵波全反射的入射临界角度为27.5，这被称为第一临界角。当横波在边界一侧全反射，没有波进入工件，此时的纵波入射角被称为第二临界角。这种情况可以表示为： （等式4.21b）利用一个有机玻璃锲块探头，我们得到了几种不同材料纵波全反射和横波全反射，以及液浸实验的临界角。见表格4-2。第一临界角是纵波全反射，第二临界角是横波全反射。在检测时，需要单独的横波，入射角要介于第一临界角和第二临界角之间。用有机玻璃做锲块，当单独的横波入射到钢时，探头的临界角在40左右。钢材的临界角如下：水浸测得钢的第一临界角： 水浸得钢的第二临界角：有机玻璃斜

28、锲的钢的第一临界角： 有机玻璃斜锲的钢的第一临界角：图4-15 超声换能器只有这样安排才能使横波入射到构件当探头入射角为第二临界角时，在液体和气体、固体和液体的接触面会诱发表面（瑞利）波。表面波的波剖面主要是横向的，所以表面波是临界角下的近似横。在用于无损检测的频率范围内，速度随频率的变化是很小的。表4-2 在不锈钢试块上利用有机玻璃斜锲和水浸检测计算得到的超声临界角金属有机玻璃斜锲水浸第一临界角第二临界角第一临界角第二临界角钢27561527302型28591529不锈钢铝25591429合金2117-T4铍1218710镁27591529合金MIA钛26591429钨31681731 波束

29、衰减除了波束扩散引起的强度的减少外，在固体中传播的波的强度也会因为散射、反射和也固体中的粒子间发生的摩擦运动而减弱。波束强度的减弱可以用如下的公式表达：或其中分别为x轴和原点处的强度和幅度，分别是强度和幅度的吸附系数： 这些都是各项同性系数，尽管在固体中有异性吸收效应的影响。总吸收系数等于：来源于像固体中的质点间的内部摩擦一样的真吸收，而则来源于声波的散射。吸附性则与声波的频率有关，而散射性则与质点的平均尺寸有关，它于声波波长比较时，有：当 时，于成比例； 当时，与成比例； 当时，与成比例；分贝和奈培：声波的声强减弱时我们通常用分贝和奈培来讨论。吸收系数用奈陪定义为：因此：且其中分别距波源处距

30、离为0和x处的声强。吸收系数以分贝定义为：固有：举例来说，如果位于x=10cm处的波幅相对于x=0cm下降了1/10，有衰减系数为2.3每10cm，表达为2.3Np。 以分贝数的相同的计算如下：这个衰减系数表述为2dB，也就是等价于0.23Np。应该指出的是： 1、负号经常会被省略 2、用Np（dB）表示的衰减系数于距离线性相关，因此是增加的 3、纵波和横波有不一样的衰减性 4、衰减系数主要决定于声波的频率增益：当一个信号相对于初始值增加时，它们的比值就叫做增益。增益是仪器的一个功能，而衰减则是与被检材料有关。这个单位通常也用dB（Np）表示。其中均为信号的幅度。举例来说，当时，增益就为6dB

31、. 脉冲形状和波束形状超声脉冲波应用在回波检测法和脉冲传输法中。脉冲波大概持续1微秒（1到10次震动）并由如图4.16I中不同频率的波所组成。这些脉冲波可能会被修正或者锐化。当脉冲波经过材料，其波形随着时间改变和扩散导致它出现畸变。各个方向的光束形状变化取决于相关传感器的大小。如图4.16II中对于不同的比率，纵波、横波表面波在传感器上的扩散。当传感器的直径远远大于声波的波长的时候，超声波束就像一个探照灯一样。衍射效应一班应用于连续波而很少用在很短的脉冲波。这是相比连续波来说，脉冲波的另外一个优势。图4-16所展示的是脉冲波和光束波形。超声波的脉冲波是由许多经过材料时会衰减的不同频率的波所组成

32、。图中1Mhz的初始脉冲波（d）由0.8Mhz（a），1Mhz（b），1.2Mhz（c）的正玄波所组成。NDT中脉冲波通常只持续1微秒（1到10次震动）。脉冲波可能会被修正或者锐化。由于衍射效应，声波的各项属性会随着声源大小的变化而变化，这是因为V=各项属性也会随着频率的变化而变化。衍射效应常应用于连续波而很少用在脉冲波上：纵波，横波和表面波。图4-17 传感器的声束方向近表面和远表面 由于导致衍射效应的缺口大小的限制，声波的强度时不一致的。产生超声波的传统方法如图4.17所示，那声束就好像是一个发散的探照灯。事实上，在波源的附近或者说近表面（菲涅尔区域）波动起伏很大。近场长度N由以下公式可以

33、算出： （公式4.31） 对于更长的波长来说近场长度也显得更短。超声波束在远场上比较稳定，或者叫夫琅和费区域，这个区域的波是由传感器中心所辐射出来的。这个辐射叫由下面公式所确定： （公式4.32）图4-18中直径为的传感器传出的超声波在距离内有很强烈的变化，这个距离就是近场强度或者称为菲涅耳区域，比远场区域起伏变动的要大的多。超声脉冲波的前缘和后缘表明这是死角的扩展。4.3超声技术 超声波在细晶刚中可以传播的距离只有几米。而在一些铸铁铸造中只能够传播10厘米。组织不连续或者缺陷导致散射和反射的光波,检测的反射或透射波能够显现出缺陷特征。不同检测方法的探头布置在图4-19中可以说明。这个安排可以

34、使用一个传感器只,如脉冲回波(PE)(a)方法在图4-19a,或两个传感器,如图,图4-19c 4-19b,Figure4-19d。传输方法需要访问双方的标本,而背向反射方法可以管理当访问被限制为只在一侧的标本。耦合传感器试样表面一定很好。这种传输方法时,使用的是小缺陷存在不给足够的反射信号的脉冲回波模式。传输信号的强度降低,如果小缺陷存在。脉冲通过传输测试是很常见的,通常用于薄板金属哪里回波脉冲测试是不切实际的,由于死区效应。它也用于检查复合材料大缺陷。方法是可用的,反射从很远的标本,或从缺陷在标本,是捡到第二传感器,如图4-19c和图4-19d。这种方法允许选择的角传动剪切模式下只遍历和被

35、反射的标本。一个连续波连续波或脉冲回波PE方法可以使用。变送器一个探测器之间的距离传感器是具有良好的表面耦合保持不变。当一个脉冲技术是使用一个示波器保持不变和良好的表面耦合。当一个脉冲技术是使用,需要一个示波器检测时间以及发射脉冲的振幅。这个角梁脉冲反射法(见Figure4-19d)被称为裂纹尖端应力场衍射。在这个方法中,表面波的时间旅行到接收机是相比于其他信号散射从远远的表面或绕射从裂纹如图所示。裂缝的大小可以派生如果分散(衍射)梁的两端裂缝可以在探测器系统时间分辨。脉冲回波法是广泛使用,如图4。一个传感器接触表面的标本通过耦合液体,发出一个脉冲超声波穿过介质。另外,样品可能浸入水中,用探头

36、浸入也。脉冲是反映在一个不连续或从后面表面并被相同的传感器。需要的时间。脉冲去旅行,回来可以显示在一个示波器。和通常使用普通列车的超声波脉冲,以便示波器信号更容易观察到。初始脉冲可能会持续1(1到10个周期的振动),脉冲重复每一毫秒。存在一个缺陷潜水上升到一个信号之前从后方的表面。在说明在图4,假设后表面产生一个信号在50s在示波器。因为速度的骏马标本是6公里/秒,试样厚度为50公里/秒s * 6 * 0.5(时间x速度x 1/2因为信号来回旅行在标本),这是150毫米。因此。一个缺陷对应的信号在30s将。坐落在90毫米。在图4-20a,传感器探头(T / R探针)作为两个发射器和接收器和放置

37、在物体表面的检查,eouplant下使用。脉冲发生器电路和示波器的时基通常由一个脉冲同步从一个计时器的触发电路。水平扫描取决于时间:垂直振幅依赖,信号从探针。发射的脉冲称为初始脉冲,是指出在示波器,后来反思,也显示。在目前的说明,如果信号anti观察30s和50s后,分别在钢铁、试样厚度的将是150毫米和90毫米的缺陷在从上表面。在图4-20b,检讨控制可用。一、示波器的调整:垂直、水平、强度、专注、散光、规模照明,动力;B、门:延迟、宽度报警,水平,或灵敏度。允许自动报警,如果一个信号接收;C、阻尼:脉冲持续时间(提高分辨率与高阻尼);D,拒绝:调整基线删除噪声水平; E,增益分贝:增加振幅

38、回波信号在示波器;F,标记:平方波低于扫描行时间/距离标定;G、扫描、控制脉冲速度因此诉讼材料和试样厚度、延迟位置的初始脉冲左边或关闭. .屏幕,和控制这部分的测试模式是在屏幕上;H,频率/选择:广泛的乐队,乐队1-15调1、2、5、10、15、;,DAC:距离振幅校正补偿振幅随深度下降在标本。4.4设备和配件 超声换能器 超声波是由合适的一个单一的电气“尖峰”的上升时间（其时间 10 ns）的传感器,，转换成固体的高频机械振动。建设一个典型的传感器探头如图4 21所示。主动元件支持,穿板,电气连接显示 。支持具有较高的密度,阻抗匹配的传感器,和高吸收的辐射能量从背面的变换器有源元件。磨损板(

39、鞋)保护传感器,还可以提高声能量穿透到标本。氧化钛作为“普遍联系”.水浸、环氧树脂使用。在粗糙表面,穿板是用于软体提供最大接触标本和最低使用耦合剂。这可以降低噪音水平 。图4 21 a)建设一个传感器探头； b)角探头为横波,显示了有机玻璃鞋和探针指数点的被认为是发射的剪切波。商用传感器的直径范围一般从1/4到2。 正常梁反式传感器频率从0.5至15 MHZ。剪切梁传感器频率在美国使用的是1、2、2.5、5和10MHZ ，在欧洲使用的是1、2、4、10 MHZ。 脉冲回波显示系统A-或A型显示器的方法是脉冲回波,脉冲的转运时间,系统显示在图4。一个一维的观点给出了缺陷的超声波脉冲回波。 B-扫

40、描或B型指示器的方法涉及一系列平行的一个扫描并导致一个二维观点的缺陷出现在标本。这显示在图4-22. 这个C-扫描或C范围方法涉及一系列平行的一个扫描,它正在通过一个表面,和脉冲回波仅限于那些在一个固定的时间返回国际米兰瓦尔。这是相当于检查特殊的二维水平在标本。通过改变固定的时间间隔,可以检查标本在所有三个维度的节日。图4 -22 B-扫描(B型指示器)。该传感器探针穿过表面的水箱,其行为使超声波进入标本。探头的反射被记录在示波器上显示。用这样一个二维扫描对象的方法来实现。图4 -23 C-扫描（C型指示器)。超声波仪器是封闭的,收到的信号在一个固定的时间显示在示波器。探测器在x-y平面移动a

41、）结果是一个二维的图像从一个特定级别的对象在检查中；b)回波模式将不连续在这个级别的对象。 自动化系统一系列的A-扫描显示,如果有必要揭示特定的功能,标本可以通过传感器探头在表面移动机械产生封闭的回声自动检测。这个探针表面耦合可以维持不变,确保使用完全浸没在水中,压缩波发射探针穿过水面在标本之上。初始脉冲以及从试样表面反射的回声可以被丢弃。 超声波的标定及相关标准缺陷或者底面的回波可以在示波器上显示，但是很难简单而且直观地对缺陷的性质进行判定。因此，最简单的方法就是在相应的试块上进行对比。行业中有一些诸如此功用的试块，下面抽取几种常用标准试块作为范例。IIW-A2（IIW是国际焊接学会的缩写）

42、是一例被广泛使用的标准试块。它具有许多实用功能，譬如：IIW-A2试块可以对扫查范围、灵敏度、分辨率、声波入射点进行标定，它还可以测定斜探头横波入射角度（如图4-24）。具体标定步骤如下：图4-24 IIW试块a)试块尺寸（mm） b)标定程序1、扫查灵敏度（增益）：直探头和斜探头的标定位置分别在和处标定时通过调节增益使第一次回波达到几乎满屏即可2、时基线的标定：直探头和斜探头的标定位置分别在和处。示波器中的时基线应的设置符合检测要求。（x位置上涵盖25,50,75，.mm；位置上涵盖100，200，300，.mm；位置上涵盖100,200,300.mm）3、分辨力：在处可以清晰分辨出三个回波

43、（85,91和100mm）4、测定斜探头的入射点：在处找到最高幅值的回波（当斜探头发射的声波与弧面垂直即可）。5、测定斜探头的折射角：位置适用于4560，位置适用于6070。当回波幅 值最高时即可测定折射角。美国焊接学会（缩写为AWS）试块使用固定的斜探头角度，要求回波分别为45、 60和70。A处为70，B处为60，C处为45（每个角度的回波清晰可辨）。峰值都应在示波器上显示出来。斜探头可以使用上述试块测定。同时英国标准学会制定的BSI-A5试块也广为人知。无损检测操作手册中也提到了美国材料与试验协会（缩写为ASTM）的E127试块。其他试块，例如，A3、V2型试块均可标定时基线与灵敏度。这

44、些试块使用于ASTM和铝工业委员会（英国）。在英国，IIW以及ASTM试块都被广泛应用于无损检测中。4.5 应用超声无损检测在飞机、管道、半导体、建造业、铁道、动力和医药工业中有着非常广泛的应用。例如，在运输行业（其中突变性故障可能导致上百人的死亡）中，超声无损检测在安全性鉴定的时候用来检测裂纹和疲劳损伤。在过去，不管是否需要军用直升飞机需要定期的更换转子，现在我们可以利用超声无损检测对转子进行检测，当需要更换的时候再更换，这样既节省了时间又节约了开销。在飞机起飞前或者在半空中，超声无损检测同样可以进行检测飞机的机翼上是否有结冰从而决定是否需要除冰。除了检测材料的缺陷和特性外，超声同样可以用于成像技术。在医用行业，超声成像，例如B扫描和X线断层技术可以用来评估胎儿的发育情况和诊断软组织损伤。超声检测在外科手术中通常用来实现更少的侵入性外科手术（通过确定最佳的部位进行开刀）。在超声无损检测中，这种超声成像技术在其他的行业同样有非常广泛的应用。