无损检测李喜孟主编课后习题答案解析

第一章1、试述超声波的特点和适用范围。答：（1）特点：a)超声波的方向性好。b)超声波的穿透能力强。c)超声波的能量高。d)遇有界面时，超声波将产生反射、折射和波型转变。e）对人体无害。（2）适用范围：工业超声检测常用的工作频率为0.5~10MHz。较高的频率主要用于细晶材料和高灵敏度检测，而较低的频率则常用于衰减较大和粗晶材料的检测。有此特殊要求的检测工作，往往首先对超声波的频率作出选择，如粗晶材料的超声检测常选用1MHz以下的工作频率，金属陶瓷等超细晶材料的检测，其频率选择可达10~200MHz,甚至更高。2、简述超声波有哪此基本波型和分类方法?答：超声波的基本波型：纵波L、横波S（T）、表面波R、板波（S型、A型）超声波有很多分类方法：主要的分类方法有按波振面的形状分类，按振动持续时间分类。纵波横波S型按质点的振动方向与声波板波传播方向之间的关系分类表面波A型平面波超声波的分类按波的形状分类柱面波球面波连续波按振动持续的时间分类脉冲波3、何谓超声场，它有哪些基本参量?答：（1）声场：充满超声波的空间，或在介质中超声振动所波及的质点占据的范围叫超声场。（2）基本参量：声压p，声强I，分贝和奈培，声阻抗；质点振动位移、质点振动速度。4、试分述介质声参量的物理意义和数学表达式。答：声参量包括声阻抗、声速和声衰减系数。声阻抗：表示声场中介质对质点振动的阻碍作用。Z=P/V；声速：声波在介质中的传播速度；常用c表示，。声衰减系数：超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加能量逐渐减弱的现象叫做超声波的衰减；5、简述超声波垂直人射时的r、t、R、T及界面两侧必须满足的边界条件。答：界面上反射声波压Pr与入射声波压P0之比称为界面的声压反射率，用r表示；界面上投射波声压Pt与入射波声压P0之比称为界面的声压透射率，用t表示；界面上反射波声强Ir与入射波声强I0之比称之为声强反射率R；界面上投射声强It与入射声强I0之比称之为声强透射率T0；界面两侧的声波必须满足两个边界条件：1）一侧总声压等于另一侧，否则界面两侧受力不等，将会发生界面运动；2）两侧质点速度振幅相等，以保持波的连续性。6、默写斯涅尔定律，第一.第二临界角的数学表达式。答：斯涅尔定律：式中，α——入射角，β——折射角，γ——反射角，L——纵波，S——横波第一临界角表达式：当时，必然有βLβS；令βL=90°，得第一临界角：αⅠ=arcsin；当αL=αⅠ时，第二介质中将只存在折射横波。第二临界角表达式：若,则βSαL；令βS=90°，得：αⅡ=arcsin7、何谓超声波的聚焦?简述水浸聚焦探头的设计思路。答：由斯涅耳定律可得，超声波平面波入射到C1C2的凹曲面和C1C2的凸曲面上时，其投射波将聚焦。水浸聚焦探头：根据平面波入射到C1C2的凸曲面上时，投射波将产生聚焦的原理设计制作的。聚焦探头中的声透镜，如果为球面，将获得点聚焦；如果为柱面，将获得线聚焦。8、何谓超声场的近场区、远场区和指向性?答：近场区：X（声程）N（近场长度）的区域为声源的近场区；远场区：XN时的区域为远场区；指向性：声场的指向性是指声场中θ方向的声压振幅Pmax（θ）与θ为0°时的声压振幅Pmax（θ）之比，它表达了声场中声压P的振幅与方向角θ之间的变化关系，以Dc来表示。Dc=9、同一个探头发射超声波，传播介质分别为水、铝、钢和有机玻璃，试问，在哪种材料中越声波的扩散角最大?答：铝的扩散角最大，因为超声波在铝中的波长最长。10、简述标准试块的作用和分类。答：标准试块可用于测试探伤仪的性能、调整检测灵敏度和声时的测定范围。例如我国的标准试块CSK-11、国际标准试块ⅡW、ⅡW2等。第二章1、对比射线检测和超声检测的优缺点和适用范围：答：射线检测：对气孔、夹渣、疏松等体积型缺陷的检测灵敏度较高，对于平面缺陷的检测灵敏度较低，如当射线方向与平面缺陷垂直是就很难检测出来，另外，射线对人体有害，需要有保护措施；超声波检测：方向性好、穿透力强、能量高、遇到界面时，超声波将反射、折射和波形的转换以及对人体无害2、X射线、γ射线和中子射线是如何产生的？答：X射线：是一种两级电子管，将阴极灯丝通电加热，使之白炽而放出电子，在管的两板间加上几十甚至几百千伏电压后，由灯丝发出的电子即以很高的速度撞击靶面，此时电子能量的绝大部分将转化为热能散发掉，而极少一部分以X射线能量形式辐射出来。γ射线：是一种电磁波，可以从天然放射性原子核中产生，也可以从人工放射性原子核中产生，天然放射性同位素如镭-226、铀-235等，价格昂贵；人工放射源应用较广的有钴-60、銥-192、銫-137、铥-170等中子射线：通过原子核反应产生。除了普通的氢核之外，其他任何原子都含有中子，对其施加强大的作用，中子就释放出来了。3、X射线检测的原理是什么？答：当射线通过被检测物体时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线吸收能力不同，一般情况是透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位射线的强度，因而可以通过检测透过被检测物体后的射线强度的差异，来判断被检测物体中是否有缺陷4、透度计的使用原则。答：将透度计摆放在透照灵敏度最低的位置，为此，透度计应放在工件靠近射线源的一侧，并靠近透照场边缘的表面上，让透度计上浅槽的一端或直径小的一侧远离射线中心。每张底片原则上必须有透度计5、不同形状的工件如何确定合适的投射方向？答：（1）、平板形工件：让X射线从前方照射，将胶片放在被检测部位的后面。再检测V形坡口对焊的焊缝和X形坡口对焊的焊缝时，除了从垂直方向进行照射外，还要在坡口斜面的垂直方向进行照射。(2)、圆管：使胶片与被检测部位的贴合要紧密，并使锥形中心辐射线与被检测区域中心的切面相互垂直。(3)、角形件：X射线照射的方向多为其角的二等分线的方向(4)、管接头焊缝：照射在接头和管的连接处(5)、圆柱体：使用滤波板，安装在X射线管保护罩的窗口上。6、铸件和焊件中常见缺陷在底片上的特征是什么？答：（1）铸件：1）气孔：呈圆形、椭圆形、长形或梨形黑斑，边界清晰，有单个有密集或呈链状分布。2）疏松：羽毛或层条状的暗色影像或为海绵状或云状的暗色团块。3）缩孔：呈树枝状、细丝或锯齿状的黑色影像。4）针孔：呈近似圆形的暗点或长形暗色影像。5）溶剂夹渣：白色斑点或雪花状，有的还呈蘑菇云状。6）氧化夹渣：形状不定而轮廓清晰的黑斑，单个或者密集。7）夹砂：呈近白色的半点或黑色斑点，边界较清晰，形状不规则，分布不均匀。8）金属夹渣物：明亮影像或黑色影像，轮廓较明晰，形状不规则，分布不均匀。9）冷隔：呈明显的似断似续的黑色条纹，形状不规则，边缘模糊不清。10）偏析：亮的斑点或云状。11）裂纹：呈黑色的曲线或直线。（2）焊件：1）气孔：呈圆形、椭圆形、长形或梨形黑斑，边界清晰，有单个有密集或呈链状分布。2）夹渣：不规则的黑色块状、条状和点状或白色斑点3）未焊透：呈平行于焊缝方向的连续的或间断的黑线或断续点状，黑度的深浅不一。4）未熔合：呈直线状的黑色条纹，密度较大且直或不是很长。5）裂纹：呈黑色的曲线或直线。方向可能是任意方向7、γ射线和中子射线检测的特点是什么？答：（1）γ射线：1)可以根据不同检测厚度来调节能量，它有自己固定的能量；2）曝光时间比较长，一般都要增感屏；3）随时都在放射4）穿透力强，但是灵敏度低，可用于高空、水下和野外作业（2）中子射线：有更强的穿透力，对不同元素有不同的吸收系数，可以真实地转换中子射线图像，一般用来检测的含氢、硼、锂的物质与重金属组合的物体、检查爆炸装置。检查陶瓷中的含水情况、检查密封在金属中的固体火箭推进剂。第三章1、何谓趋肤效应?趋肤效应用什么物理量表示，它与哪些物理参数有关?答:①当交变电流通过导体时，分布在导体横截面上的电流密度是不均匀的，即表层电流密度最大，越靠近截面的中心电流密度则越小，这种现象即所谓交变电流分布的趋肤效应。②趋肤效应的存在使交变电流激励磁场的强度以及感生涡流的密度从被检材料或工件的表面到其内部按指数分布规律递减。在涡流检测中，将涡流密度衰减为其表面（36.8％）时对应的深度定义为渗透深度，其数学表达为：h=503/，式中，h——渗透深度（m）、f——电流频率（Hz）、μr——相对磁导率、γ——电导率（S/m）③渗透深度是反应涡流密度分布与被检材料的电导率，磁导率以及激励频率之间基本关系的特征值。2、Z何谓规一化阻抗？为什么要对检测线圈阻抗进行规一化处理?答:规一化阻抗是一种归一化方法，选取一个固定电阻R作为基准电阻用基准电阻R去除实际阻抗Z就得到了规一化处理。原因：为了消除初级线圈自身阻抗的变化对Z的这种影响需要进行规一化处理。3、何谓涡流检测的相似律?何谓涡流检测线圈的提离效应!答:①只要规定频率比f/fg相同：f1μ1γ1=f2μ2γ2成立，则两个不同工件内的有效磁导ueff，涡流密度和磁感应强度的分布也相同,这即所谓的涡流检测的相似律。②线圈充填系数：；是表示实际占据线圈横截面的分数。d为电圆柱体的直径Da检测线圈的内径。③用探头式线圈检测板材时，线圈阻抗的变化不仅与材料的电导率,磁导率等因素的变化有关，而且还受线圈至板材表面距离变化的影响，此即所谓“提离效应”。第四章1、简述磁粉检测原理。磁粉检测能否检验不锈钢焊缝中的缺陷？答：磁粉探伤的原理是指铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小，从而显示缺陷。磁痕宽度比缺陷的实际宽度大数倍至数十倍，所以磁痕容易观察出来。磁粉检测只能检测部分不锈钢焊缝中的缺陷，由于不同的不锈钢其晶体结构不同，所表现出来的性质也有所不同。奥氏体不锈钢是面心立方结构，在常温下，面心立方晶格的铁是非磁性材料，不能被磁化，故奥氏体不锈钢中的缺陷不能用磁粉检测出来；铁素体不锈钢是体心立方结构，体心立方结构的铁则是铁磁性材料，会被强烈磁化，故铁素体不锈钢中的缺陷可以用磁粉检测出来。2、简述磁化方法的选择依据及其分类方法。分析交叉电磁轭旋转磁场探伤的工作原理。答：（1）选择依据：鉴于实际缺陷可能有各种取向，因此在实际检测中，常需要采用不同的磁化方法，以使工件内的磁力线能与缺陷表面基本正交，获得尽可能强的缺陷漏磁场。（2）分类方法：根据磁化方向可分为周向磁化、纵向磁化、复合磁化。（3）交叉电磁轭旋转磁场探伤的工作原理：交叉电磁轭由两个参数相同的单磁轭交叉构成，交叉角度一般为90°。用幅值相等，相位相差120°的交流电分别对两个单磁轭励磁。由磁场的矢量叠加原理可知，在四个磁极包围的被检表面上将产生方向随时间变化的椭圆形旋转磁场，使用交叉电磁轭时在被检表面上作连续行走检测。交叉电磁轭在被检工件上移动，实际上是椭圆形旋转磁场的移动。由于被检表面上有效磁化场内任意取向的缺陷都有与旋转磁场最大幅值方向正交的机会，因此使用交叉电磁轭能获得最强的缺陷磁场。