16.分贝的概念与应用单位是贝尔(BeL)。实际应用时贝尔太大，常取1/10贝尔 即分贝(dB)来作单位。(取自然对数，单位为奈培NP如1NP=8.68dB)△=Ig (12/1)(Bel)=10 lg (12/1)=20 lg(P2/P1)=201gH2/H1(dB) 17.超声波垂直入射到界面时的反射与透射：声压反射率：=P/Po=(Za-Z?) (Z+Z?)声压透射率：t-P/Po=2Z?/(Zz+Z?)
18.界面两侧的声波必须满足两个条件：1.界面两侧的总声压相等P?+Po=P; 2.界面两侧质点振动速度幅值相等(Po-P)/Z?=P?/Z?
1+r=t (1-)/Z?=t/Z?声强反射率：R=I?l=[(Zz-Z)/(Zz+Z,]2声强透
射率：T=4 Z?Z?I(Z?+Z?1)2t-r=1 T+R=1
19.常见界面上声压和声强的反射和透射情况：(1)当Z2>Z1如水/钢r=
(Z2-Z1)/(Z1+Z2)>0,反射声压Pr和入射声压P0同相位，界面上入射波和反射 波叠加形成驻波，合成声压最大Pr+PO水/钢界面：r=0.935 R=0.875 t
=1.935 T=0.125 平面波垂直到水/钢界面(Z2>Z1)(2)当Z1>Z2
如钢水r=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)<0,反射声压Pr和入射声压PO相位相反，入射
波和反射波合成声压振幅减小钢/水界面：r=-0.935 R=0.875 t=0.065
T=0.125平面波垂直到钢/水界面(Z1>Z2)超声波垂直入射到某一界面时的
声强反射率与透射率与从何种介质入射无关(3)当Z1>>Z2如钢/空气 钢/空
气界面：r =-1 t =0 t-r=1 R =1 T =0 R+T=1
当入射波声阻抗远大于透射波介质声阻抗时，声压反射率趋于-1,透射率趋于
0,声压几乎全反射，无透射。探伤中，探头与工件间如不施加耦合剂，则形成 固/气界面，超声波无法进入工件。(4)当Z1≈Z2如钢板和焊缝r ≈0 t 1 R =0 T =1超声波垂直入射的声阻抗相差很近的界面时，几乎全透 射，无反射。在焊缝探伤中，母材和填充焊缝金属，声阻抗非常接近，若没有 任何缺陷，是不会产生界面回波的.
20.超声波纵波垂直入射到第一平界面上的声压、声强反射率和透射率的公式同 样适用于横波入射的情况，但必须注意的是在横波入射到固体/液体或固体/气体
界面上，横波全反射。因为横波不能在液体和气体中传播。
21.薄层界面的反射率与透射率；1、均匀介质中的异质薄层(Z1=Z3≠Z2)例如：
钢中有杂物声压反射率和声压透射率与d?/λ?有关。(1当dz=nλ?2 r==0,t = 1即薄层厚度为其半波长的整数倍时，超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异
质薄层一样.(2)当d:=(2n+1)λ?4 r=1,t =0即当异质薄层厚度等于其四 分之一波长的奇数倍时，声压透射率最低，声压反射率最高.钢和铝中气隙、水隙声
压透射率：(1)当f=1MHZ时，钢中厚度为d=10-?mm的气隙几乎100%反射。 两块紧贴在一起的十分精密的钢块之间的间隙也10?mm。可见超声波对检测含 有气体介质的裂纹等面积型缺陷的灵敏度是很高的。(2)当材料中的气隙或水 隙厚度一定时，频率增加，声压反射率随着增加
例：对钢中气隙d=107mm时，f=1MHz,r=20%;f=5MHz,r=60%提高超声 波探伤频率对于提供探伤灵敏度是有利的。
2、薄层两侧介质不同的双界面(Z1 ≠Z3≠Z2)例如：晶片一保护膜一工件 有机玻璃一耦合层一工件
(1当dz=n λy2(n为整数)时，r=0,t==1。这说明当薄层两侧介质声阻抗相等 且薄层厚度为其半波长的整数倍时，超声波全透射，几乎无反射(r=0),此时， 好象不存在异质薄层一样。这种透声层称为半波透声层。(2)当d==(2n+1)λ/4(n 为整数)时，异质薄层厚度等于四分之一波长的奇数倍时，声压透射率最低，声
压反射率最高。(3)当d<<λz,或Z=Z?时，r==0,t=1。说明当薄层厚度非常 小时，或薄层的声阻抗与介质的声阻抗非常接近时，超声波几乎不反射而全部透 射。 22.声压往复透射率T往-Pa/Po=P,Pa /(P,Po)=4Z?Zs/(Zz+Z?)1、往复 透射率高，探伤灵敏度高，反之，探伤灵敏度低。2、声压往复透射率与界面两 侧介质的声阻抗有关，与从何种介质入射到界面无关。3、界面两侧的介质声阻 抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低
23.波型转换与反射、折射定律、波型转换：当超声波斜入射的界面时，除产生
同种类型的反射和折射外，还会产生不同类型的反射和折射。几何光学三定律：
1在均匀介质中光线沿直线传播；2入射角=反射角；入射线、反射线、折射线 在同一平面内；3入射角a和折射角β满足
24.根据反射、折射定律：sinaJcLi=sina'Jczr=sina's/cst=sinβL/cLz=sin βsIcsz 同一介质中纵波的声速不变同一介质中纵波的声速大于横波的声 速，因此a">ag,β?>β。
25.第一临界角：当纵波折射角βL=90°时，所对应的纵波入射角，用a,表示a r=aresin cL/cu
26.第二临界角：当横波折射角β,=90°时，所对应的纵波入射角称为第二临界角
用a,表示an=arcsin cL?/C?2
27.1)当纵波入射角小于第一临界角时，第二介质中既有纵波又有横波：(2)
当纵波入射角介于第一临界角和第二临界角时，第二介质中只有横波，没有纵波 这就是常用横波斜探头的制作原理。(3)当纵波入射角大于等于第二临界角时，
第二介质中即没有纵波也没有横波，这是其介质的表面存在表面波，这就是常用 表面波探头的制作原理。由此可见有机玻璃横波探头aL=27.6°～57.7°,有机 玻璃表面波探头aL≥57.7°
28.第三临界角：a=90°这时所对应的横波入射角称为第三临界角，用am表示， am=aresin cg/cu当a≥am,横波入射角大于等于第三临界角时第一介质中 只有反射横波，没有反射纵波，横波全反射。当a,≥33.2*时，钢中横波全反 射 29.声压反射率 由于倾斜入射时，声压反射率、透射率不仅与介质的声阻抗有 关，还与入射角有关。1、纵波斜入射到钢空气界面的反射：当纵波倾斜入射到 钢空气界面时，纵波声压反射率u与横波声压反率rs随入射角aL而变化。当 aL=60°左右时，rL很低，rs很高。原因是纵波倾斜入射，当aL=60°左右时 产生一个较强的变型反射横波。2、横波斜入射到钢空气界面的反射：当a=30*
左右时，rss很低，rsL较高。当ag≥33.2°(aⅢ)时，rs=100%,即钢种横 波全反射。
29.斜入射时的声压往复透射率T=P?/Po纵波倾斜入射至水/钢界面时的声压 往复透射率与入射角的关系：当纵波入射角aL<14.5°(a?)时，折射纵波的往 复透射率Tu不超过13%,折射横波的往复透射率TLs小于6%。当aL=14.5~
27.27°(ag)时，钢中没有折射纵波，只有折射横波，其折射横波的往复透射 率Tus最高不到20%。实际检测中水浸检测钢材就属于这种情况
30.纵波倾斜入射至有机玻璃/钢界面时往复透射率与入射角之间的关系：当aL<
27.6°时，折射织波的往复透射率Tu不超过小于25%,折射横波的往复透射 率Ts小于10%。当a=27.6°～57.7°时，钢中只有折射横波，无折射纵波。 折射横波的往复透射率Ts最高不超过30%.这时所对应的a≈30,βs≈37° 实际检测中有机玻璃横波探头检测钢材就属于这种情况
31.端角反射：超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。例：钢空 气界面上钢中的端角反射率。纵波入射时，端角反射率都很低，这是因为纵波在 端角的两次反射中分离出较强的横波。横波入射时，入射角a g=30*或60*附 近时，端角反射率最低。as在35*～55°时端角反射率达100%,实际工作中 横波检测焊缝单面焊根部未焊透的情况就类似于这种情况，当横波入射角as(等 于横波探头的折射角βs)=35°～55°,即K=tan βg=0.7~1.43时，检测灵敏 度最高。当βs=56°,即K=1.5时，检测灵敏度较低，可能引起漏检
32.球面波的波振面为同心球面，超声场中某一点的声压与该点至波源的距离成 反比。此情况主要对探头保护膜设计具有指导意义。当超声波依次从三种介质
Z1、Z2、Z3(如晶片—保护膜—工件)中穿过，则当薄层厚度等于半波长的整数倍 时，通过薄层的声强透射与薄层的性质无关，即好象不存在薄层一样：当薄层 厚度等于四分之一波长的奇数倍且薄层声阻抗为其两侧介质声阻抗几何平均值 (Z?=(Z?Z?))时，超声波全进射。
33.平面波在曲界面上的反射与折射1、平面波在曲界面上的反射其余声线 的反射则随着距声轴距离的增大，反射角逐渐增大。当曲界面为凹球面时，反射 线汇聚于一个焦点上；当曲界面为凹圆柱面时，反射线汇聚于一条焦线上。此时 焦距为：f=r/2r:曲界面的曲率半径mm。平面波入射到球面时，其反射波发生聚焦 或发散，与球面的凹凸有关。反射波可视为从焦点发出的球面波。平面波入射到 柱面时，其反射波可视为从焦轴发出的柱面波.实际探伤中，球形、柱形气孔的反 射就属于以上两种情况
34.平面波在曲界面上的折射平面波入射到曲面上时，其折射波也将聚焦和发 散，这时聚焦和发散不仅仅与曲面的凹凸有关，而且，与界面两侧介质的波速有 关。对于凹面，当C1<C2时聚焦，当C1>C2时发散：对于凸面，当C1>C2 时聚焦，当C1<C2时发散。平面波入射至球面透镜时，其折射波可视为从焦点 发出的球面波，平面波入射到柱面透镜，其折射波可视为从焦轴发出的柱面波。 实际检测用的水没聚焦探头就是根据平面波入射到C1>C2的凸透镜上，折射波 发生聚焦的特点来设计的，这样可以提高检测灵敏度
35.超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着距离的增加，超声能量逐渐减弱 的现象叫做超声波衰减。衰减的原因扩散衰减、散射衰减、吸收衰减。1.扩 散衰减：声束的扩散，使超声波的能量随距离增加而减弱的现象。超声波的扩散 衰减仅取决与波振面的形状，与介质的性质无关。2.散射衰减：超声波在介质 中传播时，遇到声阻抗不同的界面产生散乱反射而引起的衰减现象。散射衰减与 介质的晶粒密切相关一晶粒散射。当材质晶粒度大时，散射衰减严重，被散射的 超声波沿复杂的路径传到探头，在示波屏上引起林状回波(又称草波)使信噪 比下降，严重时噪声湮没缺陷波。3.吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介 质中质点间内摩擦和热传导引起超声波的衰减。介质衰减通常是指吸收衰减和散 射衰减，而不包括扩散衰减。
36.衰减系数只考虑介质的散射和衰减，未涉及扩散，(1)介质的吸收系数与频
率成正比；(2)介质的散射系数与f、d、F有关。在实际探伤中，当介质的 晶粒较粗大时，若采用较高的频率，将会引起严重衰减，示波屏出现大量草波 使信噪比明显下降，超声波的穿透能力也显著下降。这就是晶粒粗大的奥氏体钢 和一些铸件探伤的困难所在。
37衰减系数与声阻抗的关系：材料的声阻抗越大，衰减系数越小，超声波传播 时的衰减越小。衰减系数与温度的关系：固体材料的衰减系数随温度的升高而增 大.一般地说，如果频率相同，则在粗晶材料中，纵波比横波具有更强的穿 透能力。换句话说，横波比纵波衰减严重。
38.薄板工件衰减系数的测定 介质的衰减系数按下面公式计算：a =[201g(Bm/Bn)-8]/[2(n-m)x]m、n为底波的反射次数；Bm、Bn第m、n 次底波高度：6为反射损失，每次反射损失约为(0.5~1)dB;x为薄板的厚度。
39.厚板或粗圆柱体的衰减系数的测定 对于厚度大于200mm的厚板或粗圆 柱体类工件，可根据第一、二次底波B1、B2的高度，计算公式为：a=(201gB,/B-6-
8)/2x B1、B2第一、二次底波的高度：8:反射损失：6:扩散衰减引起的 分贝差：x:工件厚度
发表于 2024-10-25 12:56:59