无损检测学习

精品文档---下载后可任意编辑 第二章 超声波发射声场与规则反射体的回波声压 第一节 纵波发射声场 一、圆盘波源辐射的纵波声场声源固定在无限大障板上 1．波源轴线上声压 ρ1 RS Z Q Z或X h R h 声源在Q点产生的总声压 此处用到公式 Q点处的声压振幅P可表示为 式中波源半径 x轴线上Q点至波源的距离 P0 1近场区 a当时 声压具有最大值,此声压为2倍平面波声压。 此位置 n0,1,2有n1个值 其中n0为距声源最远一个最大值， 此时（条件） N称为近场长度。近场区内，与声轴垂直且与声源面积相当的范围内，其平均声压等于平面波声压。 b声压最小值点 当时,该位置声压振幅P0。 以表示声压最小值点的位置,则 ，得n[]取整，最小值个数为1、2、3[] 其中n1相应于最远的最小值点， 且此点的值为 cN内其他各点的声压介于0与之间。 d当xN时,声轴线上的声压从单调下降。 e当x时, 相对误差为 ,故当xN时,误差 x1.67N, f 声轴线上远场区 X N N/2 即远场中,声轴线上声压与距离成反比。 式中 远场中任意一点Mr,处的声压为 称为圆盘源远场的方向性函数。 的特性是 a当V即时即声轴线处 D1,为最大值,即声轴线上声压最高， b1时,辐射各向均匀。 1即1,为低频辐射 c当大于3.83时,辐射具有复杂的指向性,其指向特性下图所示， 当3.83时出现第一个零值,此时相应的值以表示 精品文档---下载后可任意编辑 精品文档---下载后可任意编辑 当时,弧度度 称为第一零辐射角或半扩散角,此角度处声压振幅为零。 主声束宽度为2为球面角 2． 束未扩散区与扩散区 得 N b≈ 波束未扩散区长度为1.64倍近场长度。 例求2.5P20直探头在钢中的N、和b钢中纵波声速为5900m/s N b42.469.5mm 3． 超声场截面声压分布。 二、矩形波源辐射的纵波声场 1. 方向性函数 声轴上声压为 YOZ平面内的半扩散角 度 在XOZ平面内的半扩散角为 度近场长度 几何平均值 或 经典声学公式 教材上给的公式 不很妥当 三.、近场区在两种介质中的分布 在均匀介质中 介质Ⅱ中钢中近场长度 L水层厚度 介质Ⅰ中水中波速 介质Ⅱ中钢中波速 介质Ⅱ中钢中波长 例求2.5P14纵波直探头水浸探伤钢板,已知水层厚度为20mm,钢中5900mm/s,水中1480m/s。求钢中近场区长度 四、实际声场与理想声场比较 1理想声源连续,单频波,干涉充分 实际声源脉冲,多频波,干涉不充分 2脉冲波可分解为多频波,每个重量都有各自的近场长度和半扩散角,观察点处的总声压为各重量声压之和,即 近场长度内,各重量的零值点位置不同,因此实际上不存在真正的零值点。远场区亦不存在绝对的零辐射角。 3 实际声源是非均匀激发,理想声源是均匀激发活塞型 4 理想声场是针对液体介质而言的,而实际探伤对象是固体介质 。 第二节 横波发射声场 一、假想横波源 椭圆短轴 1. 波束轴线上的声压略 2. 近场长度 圆晶片 方晶片可参照上式近似计算 第二介质中的近场长度 波源面积 介质Ⅱ中横波波长 入射点至波源的距离 入射点至假想波源的距离 例1MHz、1416㎜方晶片K1.0和K2.0横波探头的近场区长度N。（钢中CS23230m/s） 解λS2CS2/ƒ3.23/2.51.29（㎜） （㎜） （㎜） 由上计算表明，横波探头晶片尺寸一定，K值增大，近场区长度将减小。 例2MHz、1012㎜方晶片横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为12㎜，求此探头在钢中的近场区长度。 解λS2CS2/ƒ3.23/2.51.29（㎜） （㎜） 3. 半扩散角 DS I II 横波声场半扩散角 在声束轴线与入射平面垂直的平面内即与低面垂直的平面内 晶片圆 晶片圆 方晶片 度2a晶片在a方向边长 例题MHz、φ12㎜纵波直探头探伤钢工件，钢中CL5900m/s，求其半扩散角。 解λLCL/f5.9/2.52.36 ㎜ θ070λL/DS702.36/1213.8 第三节 聚焦声源发射声场 一、 声场的形成 1液浸型 条件 ,即透镜中声速大于液体中声速 F的值为 ， 设米/秒,有机玻璃米/秒 2接触型 条件 如有机玻璃中2700米/秒 如聚枫中2300米/秒 二、聚焦声场的特点与应用 1聚焦声束轴线上的声压分布 在声程xR,焦距FR的条件下， 声压P的近似公式为 式中F焦距 r声透镜曲率半径 x观察点声源的距离 ，R为波源半径 在焦点处xF,上式可简化为（225） 当B10 精品文档---下载后可任意编辑 由图可见，B越大，即F相对近场长度越小，聚焦效果愈好。 当FN时，B1， 结论焦距应选在近场之内 精品文档---下载后可任意编辑 2．焦柱的几何尺寸 因为声波的波动性,焦点附近为一个聚焦区。对柱面形透镜而言,焦柱直径d和焦柱长度L可表示为声压下降6dB测量法 （d焦柱直径） （L焦柱长度） L/d2F/R常数 3．聚焦探头的应用 1） 缺陷尺寸的测定 2） 裂纹高度的测定，裂纹高度配合断列力学计算使用寿命 3） 特别工件粗晶材料检测 三、聚焦探头焦柱直径推导 RS θ0 d f f焦距 RS晶片半径 λ波长 d 焦距直径 四、 焦探伤时水距的选择 推导 在三角形ABC中 B S2 lL H F α β A C 即 即 当很小时， ∴ 第四节 规则反射体的回波声压 概述超声探伤中常用反射法,反射法是根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。由于工件中缺陷的形状性质各相同,以前的探伤技术还难以确定缺陷的真实大小和形状。回波声压相同缺陷,其实际大小可能相差很大,为此引入当量法。 当量法的定义在同样的探测条件下,当自然缺陷回波与某人工反射体回波等高时,就认定该人工反射体尺寸就是此自然缺陷的当量尺寸。自然缺陷的实际尺寸往往大于当尺寸 人工缺陷或规则反射体的种类主要有平底孔、长横孔、短横孔、球孔、大平底、圆柱曲底面。 下面分析这些人