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超声波的产生以及探伤原理

超声波是频率大于20000Hz 的声波,它属于机械波。在金属探伤中使用的超声波,其频率为0.5~10MHz,其中以2~5MHz较为常用。

一、超声波的产生与接收

探伤中采用压电法来产生超声波。压电法是利用压电晶体片来产生超声波的。压电晶体片是一种特殊的晶体材料,当压电晶体片受拉应力或压应力的作用产生变形时,会在晶片表面出现电荷;反之,其在电荷或电场作用下,会发生变形,前者称为正压电效应,后者称为逆压电效应。

超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡,以高频电压形式加载于探头中的压电晶体片的两面上,由于逆压电效应的结果,压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形,形成了机械振动。若压电晶体片与工件表面有良好的耦合时,机械振动就以超声波形式传播进入被检工件,这就是超声波的产生。

二、超声波的性质

1、超声波具有良好的指向性

由于超声波的波长非常短,因此,它在弹性介质中能象光波一样沿直线传播。而且超声波在固定的介质中传播速度是个常数,所以,根据传播时间就能求得其传播距离,这样就为探伤中缺陷的定位提供了依据。

2、超声波能在弹性介质中传播,不能在真空中传播

一般探伤中通常把空气介质作为真空处理,所以认为超声波也不能通过空气进行传播。

3、超声波如同声波一样,通过介质时,根据介质质点的振动方向与波的传播方向之间的相互关系的不同,有不同的波型。

4、超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性

超声波的这一性质与射线相似,但超声波的能量很大,因而具有更强的穿透能力。超声波在大多数介质中,尤其在钢等金属材料中传播时,传输损失少,传播距离大时可以达到数米远。所以,超声波探伤能够有较大的探测深度,这一优势是其他探伤方法没有的。

超声波在介质中传播时,其能量随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。在金属材料的超声波探伤中,引起超声波衰减的原因主要是散射,其声压按负指数规律衰减。


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