超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第1頁主要內(nèi)容：縱波發(fā)射聲場橫波發(fā)射聲場規(guī)則反射體回波聲壓AVG曲線超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第2頁

超聲波探頭（波源）發(fā)射超聲場含有特殊結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)缺點(diǎn)位于超聲場內(nèi)時(shí)，才有可能被發(fā)覺。因?yàn)橐后w介質(zhì)中聲壓能夠進(jìn)行線性疊加，而且測試比較方便。所以對聲場理論分析研究經(jīng)常從液體介質(zhì)入手，然后在一定條件下過渡到固體介質(zhì)。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第3頁3.1縱波聲場一、圓盤波源輻射縱波聲場波源軸線上聲壓分布xQXYZo超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第4頁P(yáng)－波源軸線上任意一點(diǎn)聲壓；P0－波源起始聲壓；FS

－波源面積；Rs–波源半徑λ

－波長；x

－軸線上Q點(diǎn)至波源距離。圓盤波源軸線上聲壓與距離成反比，與波源面積成正比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第5頁

近場區(qū)：波源附近因?yàn)椴ǜ缮娑霈F(xiàn)一系列聲壓極大極小值區(qū)域，成為超聲場近場區(qū)。近場區(qū)聲壓分布不均勻,輕易引發(fā)誤判，甚至漏檢，所以，應(yīng)盡可能防止近場區(qū)檢測。波源軸線上最終一個(gè)聲壓極大值至波源距離稱為近場區(qū)長度,用N表示.P/P0N3N6N0.5NX超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第6頁

近場區(qū)長度與波源面積成正比，與波長成反比。近場區(qū)檢測定量是不利，處于聲壓極小值處較大缺點(diǎn)回波可能較低，而處于聲壓極大值處較小缺點(diǎn)回波可能較高，這么就輕易引發(fā)誤判，甚至漏檢，應(yīng)盡可能防止在近場區(qū)檢測。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第7頁遠(yuǎn)場區(qū)波源軸線上至波源距離大于N區(qū)域稱為遠(yuǎn)場區(qū)。遠(yuǎn)場區(qū)軸線上聲壓隨距離增加而減?。划?dāng)x>3N時(shí)，聲壓與距離成反比，近似球面波規(guī)律。這是因?yàn)榫嚯x足夠大時(shí)，波源各點(diǎn)至軸線上某一點(diǎn)波程差很小，引發(fā)相位差也很小，這么干涉現(xiàn)象可略去不計(jì)。所以遠(yuǎn)場區(qū)軸線上不會(huì)出現(xiàn)聲壓極大極小值。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第8頁超聲場橫截面聲壓分布：

在x<N近場區(qū)，中心軸線上聲壓不一定最大；在x>N遠(yuǎn)場區(qū)，軸線上聲壓最高，偏離中心聲壓逐步降低，而且，分布完全對稱。實(shí)際檢測中，橫波斜探頭K值和探頭聲束軸線偏離測定，要求要在2N以外進(jìn)行就是這個(gè)原因。N/2N3N6N超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第9頁波束指向性和半擴(kuò)散角至波源充分遠(yuǎn)處任意一點(diǎn)聲壓，如圖所表示xP(r,θ)XYZoP(r,0))θ超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第10頁波束指向性)θ0Y3.83超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第11頁指向性系數(shù)：DC

波前充分遠(yuǎn)處任意一點(diǎn)聲壓P(r,θ)與波源軸線上同距離處聲壓P(r,0)之比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第12頁1、DC≤1說明超聲場中至波源充分遠(yuǎn)處同一橫截面上各點(diǎn)聲壓不一樣，以軸線上聲壓最高。實(shí)際探傷中，只有當(dāng)聲束軸線垂直于缺點(diǎn)時(shí)，缺點(diǎn)回波最高就是這個(gè)原因。2、半擴(kuò)散角θ0

－園盤源輻射縱波聲場第一零值發(fā)散角。

3、當(dāng)θ>θ0時(shí)，|DC|<0.15,說明半擴(kuò)散角以外聲壓很低，超聲波能量主要集中在半擴(kuò)散角以內(nèi)。2θ0以內(nèi)波束稱為主波束（或主聲束），只有當(dāng)缺點(diǎn)位于主波束范圍時(shí)，才輕易被發(fā)覺。以確定擴(kuò)散角向固定方向輻射超聲波特征稱為聲束指向性。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第13頁4、由θ0≈70λ/DS可知，增加探頭直徑DS，提升探傷頻率f,半擴(kuò)散角θ0將減小，即能夠改進(jìn)聲束指向性，使超聲波能量愈加集中，有利于提升探傷靈敏度。但由可知，增加探頭直徑DS和提升探傷頻率f,近場區(qū)長度增加，對探傷不利。所以，在實(shí)際探傷中，要綜合考慮DS和f對θ0及N影響，合理選擇DS和f。普通是在確保探傷靈敏度前提下盡可能減小近場區(qū)長度。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第14頁波束未擴(kuò)散區(qū)與擴(kuò)散區(qū)超聲波波源輻射超聲波是以特定角度向外擴(kuò)散出去，但并不是從波源開始擴(kuò)散，而是在波源附近存在一個(gè)未擴(kuò)散區(qū)，b=1.64N，在未擴(kuò)散區(qū)b內(nèi)，波束不擴(kuò)散，不存在擴(kuò)散衰減，各截面聲壓基礎(chǔ)相同。所以，薄板試塊前幾次底波相差無幾。到波源距離x>b區(qū)域稱為擴(kuò)散區(qū)，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)波束擴(kuò)散，存在擴(kuò)散衰減。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第15頁超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第16頁例題:計(jì)算2.5P20縱波直探頭探測鋼工件時(shí)近場區(qū)長度N、半擴(kuò)散角θ0和未擴(kuò)散區(qū)長度b。解：由題意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s

且λ=CL/f

近場區(qū)長度：半擴(kuò)散角：°

未擴(kuò)散區(qū)長度：超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第17頁例題:計(jì)算2.5MHz，φ20縱波直探頭（2.5P20）探測鋼工件時(shí)近場區(qū)長度N、半擴(kuò)散角θ0和未擴(kuò)散區(qū)長度b。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第18頁二、矩形波源輻射縱波聲場yxQz2a2br)θ)φ0超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第19頁矩形波源作活塞振動(dòng)時(shí)，在液體介質(zhì)中輻射縱波聲場一樣存在近場區(qū)和未擴(kuò)散角等。與圓盤波源輻射縱波聲場基礎(chǔ)類似。設(shè)矩形波源長邊為2a，寬邊為2b。因?yàn)槌暡z測主要在遠(yuǎn)場區(qū)，主要考慮在3N以外矩形波源與圓盤波源相同處與不一樣處。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第20頁波束軸線上聲壓:r≥3N時(shí)，式中：Fs—矩形波源面積，F(xiàn)=4ab

矩形波源近場區(qū)長度：矩形波源輻射主聲束為四棱錐形，以下列圖所表示超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第21頁X方向半擴(kuò)散角為：Y方向半擴(kuò)散角為：

矩形波源輻射縱波聲場與圓盤波源輻射聲場不一樣，矩形波源有兩個(gè)半擴(kuò)散角，其聲場橫截面為矩形。

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第22頁三、近場區(qū)在兩種介質(zhì)中分布

公式只適用均勻介質(zhì)。實(shí)際檢測中，有時(shí)近場區(qū)分布在兩種不一樣介質(zhì)中，如圖所表示水浸檢測，超聲波是先進(jìn)入水，然后再進(jìn)入鋼中。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第23頁

當(dāng)水層厚度較小時(shí)，近場區(qū)就會(huì)分布在水、鋼兩種介質(zhì)中，設(shè)水層厚度為L，則鋼中剩下近場區(qū)長度為式中N2—只有介質(zhì)Ⅱ時(shí)，鋼中近場長度；

C1—介質(zhì)Ⅰ水中波速；

C2—介質(zhì)Ⅱ鋼中波速；

λ2—介質(zhì)Ⅱ鋼中波長。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第24頁例：用2.5MHz，直徑14mm縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為20mm，鋼中縱波聲速5900m/s，水中縱波聲速1480m/s，求鋼中近場區(qū)長度N。解：鋼中縱波波長（mm）鋼中近場區(qū)長度：（mm）超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第25頁四、實(shí)際聲場與理想聲場

以上討論是液體介質(zhì)，波源作活塞振動(dòng)，輻射連續(xù)波等理想條件下聲場，簡稱理想聲場。實(shí)際檢測往往是固體介質(zhì)，波源非均勻激發(fā)，輻射脈沖波聲場，簡稱實(shí)際聲場。它與理想聲場是不完全相同。

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第26頁

由圖可知，實(shí)際聲場與理想聲場在遠(yuǎn)場區(qū)軸線上聲壓分布基礎(chǔ)一致。這是因?yàn)椋?dāng)至波源距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，波源各點(diǎn)至軸線上某點(diǎn)波程顯著降低，從而使波干涉大大減弱，甚至不產(chǎn)生干涉。但在近場區(qū)內(nèi)，實(shí)際聲場與理想聲場存在顯著區(qū)分。理想聲場軸線上聲壓存在一系列極大極小值，且極大值為2P0，極小值為零。實(shí)際聲場軸線上聲壓即使也存在極大極小值，但波動(dòng)幅度小，極大值遠(yuǎn)小于2P0。極小值也遠(yuǎn)大于零，同時(shí)極值點(diǎn)數(shù)量顯著降低。這可從以下幾方面來分析其原因。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第27頁（1）近場區(qū)出現(xiàn)聲壓極值點(diǎn)是因?yàn)椴ǜ缮嬖斐?。理想聲場是連續(xù)波，波源各點(diǎn)輻射聲波在聲場中某點(diǎn)產(chǎn)生完全干涉。實(shí)際聲場是脈沖波，脈沖波連續(xù)時(shí)間很短，波源各點(diǎn)輻射聲波在聲場中某點(diǎn)產(chǎn)生不完全干涉或不產(chǎn)生干涉。從而使實(shí)際聲場近場區(qū)軸線上聲壓改變幅度小于理想聲場，極值點(diǎn)降低。（2）實(shí)際聲場波源是非均勻激發(fā)，波源中心振幅大，邊緣振幅小。因?yàn)椴ㄔ催吘壱l(fā)波程差較大，對干涉影響也較大。所以這種非均勻激發(fā)實(shí)際波源產(chǎn)生干涉要小于均勻激發(fā)理想波源。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第28頁（3）理想聲場是針對液體介質(zhì)而言，而實(shí)際檢測對象往往是固體介質(zhì)。在液體介質(zhì)中，液體內(nèi)某點(diǎn)壓強(qiáng)在各個(gè)方向上大小是相同。波源各點(diǎn)在液體中某點(diǎn)引發(fā)聲壓可視為同方向而進(jìn)行線形迭加。在固體介質(zhì)中，波源某點(diǎn)在固體中某點(diǎn)引發(fā)聲壓方向在二者連線上。對于波源軸線上點(diǎn)，因?yàn)閷ΨQ性，使垂直于軸線方向聲壓分量相互抵消，使軸線方向聲壓分量相互迭加。顯然這種迭加干涉要小于液體介質(zhì)中迭加干涉，這也是實(shí)際聲場近場區(qū)軸線上聲壓分布較均勻一個(gè)原因。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第29頁序號(hào)實(shí)際聲場理想聲場1差異固體介質(zhì)聲壓不能線性疊加液體介質(zhì)聲壓可進(jìn)行線性疊加脈沖波非均勻激發(fā)連續(xù)波均勻激發(fā)不完全干涉或不干涉完全干涉、干涉大頻率不是單一頻率單一衰減系數(shù)α≠0衰減系數(shù)α=02＜N極值點(diǎn)少極值點(diǎn)多極大值＜2P0；極小值＞0Pmax=2P0；Pmin=0波動(dòng)幅度小波動(dòng)幅度大3＞N軸線上聲壓單調(diào)減小4＞3N軸線上聲壓P=P0F/λX擴(kuò)散角：

θ0=sin-11.22λ/D指向性：實(shí)際聲場波束指向性比理想聲場波束指向性愈加好，波束更集中近場長度：N=D2/4λ未擴(kuò)散區(qū)：b=1.64N超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第30頁3.2橫波發(fā)射聲場一、橫波波源假設(shè)

當(dāng)前常見橫波探頭，是使縱波傾斜入射到界面上，經(jīng)過波型轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)橫波檢測。當(dāng)αL=αⅠ～αⅡ時(shí)，縱波全反射，第二介質(zhì)中只有折射橫波。橫波探頭輻射聲場由第一介質(zhì)中縱波聲場與第二介質(zhì)中橫波聲場兩個(gè)別組成，兩個(gè)別聲場是折射，以下列圖所表示，為了便于了解計(jì)算，特將第一介質(zhì)中縱波波源轉(zhuǎn)換為軸線與第二介質(zhì)中橫波波束軸線重合假想橫波波源，這時(shí)整個(gè)聲場可視為由假想橫波波源輻射出來連續(xù)橫波聲場。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第31頁超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第32頁

當(dāng)實(shí)際波源為圓形時(shí)，其假想橫波波源為橢圓形，橢圓長軸等于實(shí)際波源直徑，短軸為:

式中α—縱波折射角；

β—橫波入射角。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第33頁二、橫波聲場結(jié)構(gòu)

橫波軸線上聲壓橫波聲場同縱波聲場一樣因?yàn)椴ǜ缮娲嬖诮鼒鰠^(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)。當(dāng)x≥3N時(shí)，橫波聲場波束軸線上聲壓為

式中K—系數(shù)；

FS—波源面積；

λS2—第二介質(zhì)中橫波波長；

x—軸線上某點(diǎn)至假想波源距離。

由以上公式可知，橫波聲場中，當(dāng)x≥3N時(shí)，波束軸線上聲壓與波源面積成正比，與至假想波源距離成反比，類似縱波聲場。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第34頁近場區(qū)長度橫波聲場近場區(qū)長度為

式中N—近場區(qū)長度，由假想波源算起由以上公式可知，橫波聲場近場區(qū)長度和縱波聲場一樣，與波長成反比，與波源面積成正比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第35頁橫波聲場中，第二介質(zhì)中近場區(qū)長度為

式中FS—波源面積；

λS2—第二介質(zhì)中橫波波長；

L1—入射點(diǎn)至波源距離；

L2—入射點(diǎn)至假想波源距離。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第36頁

我國橫波探頭常采取值（K=tanβ）來表示橫波折射角大小，常見值為1.0、1.5、2.0和2.5等。為了便于計(jì)算近場區(qū)長度，在第Ⅰ介質(zhì)為有機(jī)玻璃;第二介質(zhì)為鋼Ⅱ探頭,特將與cosα/cosβ、tanα/tanβ關(guān)系列于表2.2。k值1.01.52.02.5

Cosβ/cosα0.880.780.680.6tanα/tanβ0.750.660.580.5超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第37頁例1，試計(jì)算2.5MHZ、14×16方晶片K1.0(2.5P14×16K1)和K2.0(2.5P14×16K2)橫波探頭近場區(qū)長度。（鋼中CS2=3230m/s）解：

由上式計(jì)算表明，橫波探頭晶片尺寸一定，K值增大，近場區(qū)長度將減小。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第38頁例2，試計(jì)算2.5MHZ、10×12mm方晶片K2.0橫波探頭，有機(jī)玻璃中入射點(diǎn)至晶片距離為12mm，求此探頭在鋼中近場區(qū)長度。（鋼中CS2=3230m/s）解：超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第39頁半擴(kuò)散角從假想橫波聲源輻射橫波聲束同縱波聲場一樣，含有良好指向性，能夠在被檢材料中定向輻射，只是聲束對稱性與縱波聲場有所不一樣，以下列圖所表示。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第40頁（1）在聲束軸線與界面法線所決定入射平面內(nèi)，聲束不再對稱于聲束軸線，而是聲束上半擴(kuò)散角θ上大于聲束下半擴(kuò)散角θ下（2）在經(jīng)過聲束軸線與入射平面垂直平面內(nèi)，聲束對稱于軸線，這時(shí)半擴(kuò)散角可按下式計(jì)算。

對于圓片形聲源：對于矩形正方形聲源：由公式能夠看出，在其它條件相同時(shí)，橫波聲束指向性比縱波好，橫波能量更集中一些。因?yàn)闄M波波長比縱波短。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第41頁Δ

盲區(qū):從探測面到能夠發(fā)覺缺點(diǎn)最小距離。不是近場區(qū)，盲區(qū)是脈沖寬度+儀器阻塞效應(yīng)。Δ

橫波探頭晶片尺寸一定，K值增大，近場區(qū)長度將減小。Δ

頻率越高，指向性越好；Δ

小晶片指向性差，大晶片指向性好；Δ

在其它條件相同時(shí)，橫波聲束指向性比縱波好，橫波能量更集中一些。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第42頁3.3規(guī)則反射體回波聲壓

前面討論是超聲波發(fā)射聲場中聲壓分布情況，實(shí)際檢測中常見反射法。反射法是依據(jù)缺點(diǎn)反射波聲壓高低來評(píng)價(jià)缺點(diǎn)大小。然而工件中缺點(diǎn)形狀性質(zhì)各不相同，當(dāng)前檢測技術(shù)還難以確定缺點(diǎn)真實(shí)大小和形狀。反射波聲壓相同缺點(diǎn)實(shí)際大小可能相差很大，為此特引用當(dāng)量法。當(dāng)量法是指在一樣檢測條件下，當(dāng)自然缺點(diǎn)反射波與某人工規(guī)則反射體回波等高時(shí)，則該人工規(guī)則反射體尺寸就是此自然缺點(diǎn)當(dāng)量尺寸。自然缺點(diǎn)實(shí)際尺寸往往大于當(dāng)量尺寸。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第43頁一、規(guī)則反射體反射波聲壓公式超聲波檢測中常見規(guī)則反射體有平底孔、長橫孔、短橫孔、球孔和大平底面等，下面分別討論以上各種規(guī)則反射體回波聲壓。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第44頁平底孔回波聲壓

在X≥3N圓盤波源軸線上存在一平底孔缺點(diǎn)，設(shè)波束軸線垂直于平底孔，超聲波在平底孔上全反射，平底孔直徑較小，表面各點(diǎn)聲壓近似相等。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第45頁依據(jù)惠更斯原理能夠把平底孔看成一個(gè)新圓盤源，其起始聲壓就是入射波在平底孔處聲壓超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第46頁平底孔反射波聲壓

式中P0—波源起始聲壓；

FS—波源面積，

Ff—平底孔缺點(diǎn)面積；

λ—波長

x—平底孔至波源距離由上式可知，當(dāng)檢測條件（FS

，λ

）一定時(shí)，平底孔缺點(diǎn)回波聲壓或波高與平底孔面積成正比，與距離平方成反比。

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第47頁任意兩個(gè)距離直徑不一樣平底孔反射波聲壓之比為：二者回波分貝差為：⑴當(dāng)Df1=Df2，X2=2X1時(shí),

這說明平底孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12db。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第48頁⑵當(dāng)X2=X1,Df1=2Df2，時(shí),這說明平底孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高12db超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第49頁長橫孔回波聲壓

當(dāng)x≥3N，超聲波垂直入射，全反射，長橫孔直徑較小，長度大于波束截面尺寸時(shí)，超聲波在長橫孔表面反射就類似于球面波在柱面鏡上反射。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第50頁長橫孔回波聲壓

式中Df—長橫孔直徑。由上式可知，當(dāng)探測條件（FS，λ

）一定時(shí)，長橫孔回波聲壓與長橫孔直徑平方根成正比，與距離二分之三次方成反比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第51頁任意兩個(gè)距離、直徑不一樣長橫孔回波分貝差為：

⑴當(dāng)Df1=Df2，X2=2X1時(shí),

這說明:長橫孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降9db。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第52頁⑵當(dāng)X2=X1,Df1=2Df2，時(shí),

這說明：長橫孔距離一定，直徑增加一倍，其回波升高3db超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第53頁短橫孔回波聲壓短橫孔是長度顯著小于波束截面尺寸橫孔，設(shè)短橫孔直徑為Df，長度為Lf。當(dāng)X≥3N時(shí)，超聲波在短橫孔上反射回波聲壓為：

LfxDsDf超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第54頁

由上式可知，當(dāng)探測條件（FS

，λ

）一定時(shí)，短橫孔回波聲壓與短橫孔長度成正比，與直徑平方根成正比，與距離平方成反比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第55頁

任意兩個(gè)距離、長度和直徑不一樣短橫孔回波分貝差為：

⑴當(dāng)Df1=Df2，Lf1=Lf2,X2=2X1時(shí),

這說明短橫孔直徑和長度一定，距離增加一倍，其回波下降12db，與平底孔改變規(guī)律相同。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第56頁⑵當(dāng)X2=X1,Df1=Df2，Lf1=2Lf2時(shí),

這說明短橫孔直徑和距離一定，長度增加一倍，其回波上升6db。（3）當(dāng)X2=X1,Df1=2Df2，Lf1=Lf2時(shí),

這說明短橫孔長度和距離一定，直徑增加一倍，其回波升高3db超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第57頁大平底面回波聲壓當(dāng)X≥3N時(shí)，超聲波在與波束垂直、表面光潔大平底面上反射就是球面波在大平面上反射，x超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第58頁其回波聲壓為:

由上式可知，當(dāng)探測條件（FS

，λ

））一定時(shí)，大平底面回波聲壓與距離成反比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第59頁兩個(gè)不一樣距離大平底面回波分貝差為：

當(dāng)X2=2X1

時(shí)這說明大平底面距離增加一倍，其回波下降6db。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第60頁球孔回波聲壓設(shè)球孔直徑為Df,超聲波垂直入射，全反射，Df足夠小。Dfx超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第61頁

當(dāng)X≥3N時(shí)，超聲波在球孔上反射就類似于球面波在球面上反射，其回波聲壓為:

由上式可知，當(dāng)探測條件（Fs，λ）一定時(shí)，球孔回波聲壓與距離平方成反比，與球孔直徑成正比。

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第62頁

任意兩個(gè)直徑、距離不一樣球孔回波分貝差為：（1）當(dāng)Df1=Df2,x2=2x1時(shí)，這說明球孔直徑一定，距離增加一倍，其回波下降12dB，與平底孔改變規(guī)律相同。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第63頁（2）當(dāng)Df1=2Df2,x2=x1時(shí)，這說明球孔距離不變，直徑增加一倍，其回波上升6dB超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第64頁實(shí)心圓柱體曲底面回波聲壓

ax超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第65頁球面波在凹柱面上反射聲壓：這里a=x，P1/a:球面頂點(diǎn)處入射波聲壓f=D/4=x/4,代入上式

這說明實(shí)心圓柱體反射波聲壓與大平底面回波聲壓相同。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第66頁空心圓柱體曲底面回波聲壓超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第67頁空心圓柱體曲底面回波聲壓-外柱面徑向探傷

上式說明外圓檢測空心圓柱體，其回波聲壓低于同距離大平底面回波聲壓。因?yàn)橥怪娣瓷洳òl(fā)散。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第68頁空心圓柱體曲底面回波聲壓-內(nèi)柱面徑向探傷

上式說明內(nèi)孔檢測圓柱體，其回波聲壓大于同距離大平底回波聲壓。因?yàn)榘贾娣瓷洳ň劢埂３暡ㄌ絺暡òl(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第69頁

以上各種規(guī)則反射體反射波聲壓公式均未考慮介質(zhì)衰減，假如考慮介質(zhì)衰減，則全部公式均應(yīng)增加式中：x–反射體至探頭距離，x≥3N

α–介質(zhì)單程衰減系數(shù)，dB/mm超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第70頁3.4AVG曲線AVG曲線是描述規(guī)則反射體距離A、反射波高度V及當(dāng)量大小G之間關(guān)系曲線。A、V、G是德文距離、增益和大小字頭縮寫。英文縮寫為DGS。AVG曲線可用于對缺點(diǎn)定量和靈敏度調(diào)整。

AVG曲線有各種類型，依據(jù)通用性分為通用AVG和實(shí)用AVG；據(jù)波型不一樣分為縱波AVG和橫波AVG；據(jù)反射體不一樣分為平底孔AVG和橫孔AVG等。下面以縱波平底孔為例來說明AVG曲線原理和繪制方法。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第71頁一、縱波平底孔AVG曲線1、通用AVG曲線—適合用于全部縱波探頭當(dāng)X≥3N，不考慮介質(zhì)衰減時(shí)，大平底面與平底孔回波聲壓為當(dāng)儀器垂直線性良好時(shí)，示波屏上波高與聲壓成正比。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第72頁為了簡化計(jì)算，對上式進(jìn)行歸一化處理。令，，并代入上式得若用dB表示波高，則有

式中A—?dú)w一化距離；

G—?dú)w一化缺點(diǎn)當(dāng)量大小；

V1—底波與始波高dB差；

V2—平底孔回波與始波高dB差。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第73頁縱波平底孔通用AVG曲線超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第74頁

圖中V均為負(fù)dB值，說明各底波與平底孔反射波均比始波低，需要增益對應(yīng)dB值，才能到達(dá)與始波等高。在A＜3區(qū)域內(nèi)，因?yàn)槔碚摴讲贿m用，所以該區(qū)域曲線普通不繪出或由實(shí)測得到。由平底孔缺點(diǎn)通用AVG曲線可見，當(dāng)A＜1時(shí)，因?yàn)椴ǜ缮?，使平底孔回波聲壓趨于?fù)雜化，出現(xiàn)極大極小值。但對于大平底而言，其回波幾乎不隨距離改變，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)入射波可視為平面波一個(gè)別，平均聲壓為常數(shù)。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第75頁

通用AVG曲線因?yàn)椴扇×藲w一化距離和歸一化缺點(diǎn)當(dāng)量大小，所以通用性好，適用不一樣規(guī)格探頭。通用AVG曲線能夠用來調(diào)整檢測靈敏度和對缺點(diǎn)進(jìn)行定量。

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第76頁比如，用2.5MHZ、Φ20mm直探頭探測厚400mm鋼制餅形鍛件，已知鋼中，檢測中在170mm處發(fā)覺一缺點(diǎn)，其回波高度比底波低10dB。⑴怎樣利用底波調(diào)整φ2平底孔靈敏度？⑵求此缺點(diǎn)當(dāng)量平底孔尺寸為多少？解:調(diào)靈敏度

1、求N超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第77頁2、求400mm處，Φ2mm平底孔對應(yīng)A和G

3、查AVG曲線過A=9.4處作垂線交G=0.1線于N，交B線于M，則MN所對應(yīng)分貝值為400mm處大平底與φ2平底孔反射波分貝差：

Δ=［B］-［φ2］=44dB

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第78頁4、調(diào)整φ2靈敏度

調(diào)整儀器使第一次底波B1達(dá)基準(zhǔn)波高（比如80%），然后釋放44dB（增益型儀器，增加44dB，衰減型儀器，衰減44dB），至此φ2靈敏度調(diào)好，即這時(shí)400mm處φ2平底孔回波恰好達(dá)基準(zhǔn)波高。對缺點(diǎn)定量

1、求Af

2、求Gf

過Af=4處作垂線,與比點(diǎn)M低10dBP點(diǎn)作水平線相交于Q點(diǎn)，則Q點(diǎn)所對應(yīng)G值為所求：

Gf=0.3。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第79頁3、求缺點(diǎn)當(dāng)量尺寸

通用AVG曲線即使通用性好，但使用中要進(jìn)行歸一化換算，不大方便，為此引入了適合用于特定探頭專用AVG曲線，常稱實(shí)用AVG曲線。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第80頁2、實(shí)用AVG曲線

以橫坐標(biāo)表示實(shí)際聲程，縱坐標(biāo)表示規(guī)則反射體相對波高，用來描述距離、波幅、當(dāng)量大小之間關(guān)系曲線，稱為實(shí)用AVG曲線，下列圖為平底孔實(shí)用AVG曲線

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第81頁實(shí)用AVG曲線可由以下公式得到。不一樣距離大平底反射波dB差不一樣距離不一樣大小平底孔反射波dB差同距離大平底與平底孔反射波dB差超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第82頁

用以上公式計(jì)算繪制實(shí)用AVG曲線時(shí)，要統(tǒng)一靈敏度基準(zhǔn)。比如上圖是x=750mm，φ2平底孔為0dB。實(shí)用AVG曲線中X≥3N個(gè)別，可由理論公式計(jì)算得到，還可由實(shí)測CS-Ⅱ試塊得到或由通用AVG曲線進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到，但x＜3N區(qū)域只能經(jīng)過實(shí)測得到。

超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲壓第83頁例：晶片直徑D=20mm，頻率2.5MHZ縱波直探頭，利用公式繪制鋼中實(shí)用AVG曲線。解：（1）首先要確定一個(gè)統(tǒng)一靈敏度基準(zhǔn)。比如確定基準(zhǔn)為x=750mm時(shí)，Φ2平底孔回波高度為0dB(2)計(jì)算不一樣距離處同一大小平底孔回波dB差依據(jù)此時(shí)Df1=Df2,則有，把X2＝750mm代入，分別計(jì)算X1=100,200,…..對應(yīng)Δ（dB值）就得到Φ2平底孔距離波幅曲線。超聲波探傷超聲波發(fā)射聲場和規(guī)則反射體分回波聲