《超声波检测物理基础》课件

超声波检测物理基础课程概述课程目标学习内容掌握超声波检测基本原理声波基础、检测方法、应用实践重要性第一章声波基础定义机械能量传播形式特性频率、波长、振幅传播声波的定义

1.1机械波纵波横波物质质点振动传递能量振动方向与传播方向平行振动方向与传播方向垂直需介质传播压缩稀疏区交替出现-声波的特性

1.2频率波长每秒振动次数，单位赫兹相邻两个振动相同点间距振幅声速

1.3定义1声波传播速度影响因素2介质弹性系数和密度计算公式3弹性模量密度C=√/声阻抗

1.4Z=ρc

1.48公式水中值为介质密度，为声速单位ρc106kg/m²·s

0.0004空气中值单位106kg/m²·s声波的传播

1.5反射声波遇边界返回原介质折射声波进入新介质方向改变衍射声波绕过障碍物传播第二章超声波基础定义特点产生方法高频声波压电效应应用领域传播特性工业医疗方向性强超声波定义

2.1类型频率范围特点次声波人耳听不见20Hz可听声波人耳可听见20Hz-20kHz超声波人耳听不见20kHz检测用超声波工业应用

0.5-25MHz超声波的产生

2.2压电效应磁致伸缩效应电能转换为机械能磁场作用下材料变形石英、锆钛酸铅晶体镍、铁等铁磁材料工业检测主要方法低频超声应用超声波的特性

2.3方向性穿透能力聚焦性沿特定方向传播可穿透不透明物体能量可集中于小区域反射性边界反射明显超声波的应用领域

2.4工业检测医疗诊断焊缝、铸件缺陷检查产科、心脏超声检查清洗加工水下探测超声波清洗机声呐系统SONAR第三章超声波检测原理基本原理探测内部缺陷回波分析判断缺陷位置信号处理确定缺陷特性脉冲回波法

3.1发射脉冲1探头发射超声波波传播2穿透被检物体遇缺陷反射3回波返回探头接收分析4评估缺陷情况透射法

3.2原理应用场景测量透过被检物的声能薄板检测需两个探头分别置于物体两侧层合材料检测材料厚度测量共振法

3.31原理利用材料厚度与波长关系工作方式2频率调谐至工件共振3特点适合薄板精确测厚4局限性难以检测尺寸缺陷相控阵技术

3.4基本概念优势应用多阵元独立控制扫描角度可调复杂形状检测电子扫描控制声束检测速度快高精度成像第四章超声波传播理论波动方程

4.1一维波动方程三维波动方程∇∂²u/∂t²=c²·∂²u/∂x²²u=1/c²·∂²u/∂t²描述单向传播描述空间传播边界条件

4.2自由边界固定边界声压为零位移为零位移最大声压最大相位反转相位不变180°反射和透射

4.3R T反射系数透射系数R=Z₂-Z₁/Z₂+Z₁T=2Z₂/Z₂+Z₁Z声阻抗比影响反射强度模式转换

4.4入射纵波与界面非垂直入射界面相遇能量分配转换产生反射波反射纵波和横波产生透射波透射纵波和横波第五章超声波衰减吸收衰减散射衰减转化为热能晶粒边界散射总衰减衍射衰减多因素综合效应波阵面能量扩散吸收衰减

5.1机理影响因素声能转化为热能材料内部摩擦数学表达吸收∝αf²散射衰减

5.2机理影响因素晶界或不均匀处发生散射晶粒尺寸声能向各方向分散频率大小材料不均匀性衍射衰减

5.3机理影响因素12声能随传播距离扩散波源尺寸与波长比3声场特点4实际表现近场区域复杂远场声压反比于距离总衰减

5.4计算方法总吸收散射衍射α=α+α+α指数规律A=A₀e^-αx实际应用缺陷评估时需考虑第六章超声波声场近场远场声束角声场分布干涉区域发散区域能量集中范围空间能量分布近场

6.1N Dλ近场长度探头直径波长影响近场长度频率越高近场越长N=D²/4λ远场

6.2定义1超过近场距离的区域特征2声压随距离衰减声强分布3呈现明显主瓣和旁瓣声束角

6.3概念计算方法声强降至最大值一半的角度sinθ=

0.61λ/r决定检测分辨率为探头半径r为波长λ声场分布

6.4轴向分布径向分布近场多次波动中心声压最大远场单调递减远场呈现旁瓣点处声压最大焦点处集中性好N第七章超声探头直探头

7.1结构类型应用垂直安装压电晶片宽带探头厚度测量声束与表面垂直窄带探头平行缺陷检测斜探头

7.2结构特点应用晶片安装于楔块声束呈一定角度入射焊缝检测双晶探头

7.3结构优势两个独立晶片消除死区一发一收近表面检测能力强中间隔声材料降低电噪声影响相控阵探头

7.4原理特点多个独立控制阵元电子聚焦扫描成像优势3实时扫描可变角度检测sectorial第八章超声波检测系统发射系统产生激励脉冲接收系统放大处理回波显示系统呈现检测结果发射系统

8.1功能主要参数产生高压激励脉冲脉冲重复频率控制发射频率脉冲宽度类型尖峰脉冲方波脉冲接收系统

8.21功能接收放大回波信号主要部件2前置放大器3主要参数增益控制4处理方式时间增益补偿显示系统

8.3扫描扫描扫描A BC幅度时间显示截面显示平面显示-最常用显示方式缺陷剖面视图缺陷平面分布直观显示缺陷位置显示深度与位置类似光片效果X数据处理系统

8.4信号滤波信号增强去除噪声提高信噪比图像重建信号分析3生成缺陷图像特征提取第九章超声波检测方法垂直检测法

9.1原理声束垂直入射探头选择直探头优点操作简单应用板材厚度测量斜射检测法

9.2原理应用声束斜向入射焊缝检测利用横波检测管道检查适合检测垂直缺陷压力容器检验水浸检测法

9.3原理水作为耦合介质装置水槽或水柱优点耦合稳定特点易于自动化技术

9.4TOFD1原理衍射波检测技术特点2两探头配置3优势高精度尺寸测量4应用焊缝在役检测第十章超声波检测标准试块试块试块曲线CSK IIWDAC国内常用试块国际标准试块距离振幅校正试块

10.1CSK结构用途阶梯状钢试块灵敏度校准含有人工缺陷分辨率测试国家标准推荐水平和垂直线性评价试块

10.2IIW结构用途国际焊接学会标准试块探头入射点确定含多种参考反射体折射角校准特点国际通用操作简便距离振幅曲线（）

10.3DAC概念反射波幅度与距离关系曲线制作方法使用已知反射体用途缺陷当量尺寸评估时间横向曲线（）

10.4TCG概念1电子补偿不同深度衰减工作原理2随深度自动调整增益应用优势3直观显示缺陷尺寸应用领域4精确缺陷评估第十一章超声波检测的应用焊缝检测铸件检测复合材料检测检测焊接缺陷发现内部气孔分层缺陷识别焊缝检测

11.11方法主要采用斜射法检测缺陷2裂纹、气孔、夹渣3技术要点多角度扫查4注意事项表面粗糙度影响铸件检测

11.2特点频率选择技巧晶粒粗大宜选低频探头合理设置增益锻件检测

11.3方法难点多方向扫查组织各向异性基于产品特点选择合适探头表面状态不均匀建立合适灵敏度形状复杂复合材料检测

11.4特点检测难点衰减大层间离析界面多孔隙率评估应用航空航天新能源领域第十二章超声波检测新技术相控阵电子扫描高效导波长距离检测非线性超声微损伤敏感激光超声非接触检测课程总结未来发展趋势智能化、自动化、无人化关键点回顾物理原理、检测方法、应用技巧学习建议理论结合实践，持续学习更新。