超声问题

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse螇超声波探伤期末复习肄第一章超声波探伤的物理基础1.2.蒃什么是机械振动和机械波？二者有何关系？蒀答：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。葿机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。机械波产生有两个条件a要由机械振动的波源。b要有能传播机械振动的弹性介质。袃振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。振动能量的传播由各质点的位移连续变化来逐渐传递出去。波动中介质的各质点并不随波前进，只是以交变得振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。3.4.薂什么是振动的周期和振动的频率？二者有何关系？袁答：振动的频率是指振动物体在单位时间内完成的全振动的次数。用f表示。（在波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数。）羇振动的周期是指振动物体完成一次全振动所需的时间。用T表示。振动的周期和频率二者互为倒数关系。T=1/f。5.6.袆谐振动的方程？各参数的物理意义？蚂答：（T④谐振动方程）y=Acos(ωt+φ)羈式中：A—振幅，即最大的水平位移；虿ω—圆频率，即一秒钟内变化的弧度数，ω=2πf=2π/T；蚅φ—初相位，即t=0时质点M的相位；螂ωt+φ—质点M在t时刻的相位如书中图1.1所示。7.8.荿什么是弹性介质？简述超声波在介质中的传播过程？膇答：介质质点间以弹性力联系的物质叫弹性介质。莄超声波遇到物体时产生声压和施加的外力介质质点受力，就会离开平衡位置。由于弹性力的联系，质点在平衡位置来回往复运动产生振动。同时由于弹性力的联系周围质点也受到大小相等方向相反的力，也在各自的平衡位置作往复运动。由于弹性力的联系，振动在相邻的质点间扩散传播。于是振动就以一定的速度在由近及远向各个方向传播开来。9.10.袂什么是波动频率、波速、波长？三者的关系？螀答：任一给定点在一秒钟内通过的完整波的个数，称为波动的频率。袈同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，称为波长。蒇波动中波在单位时间内传播的距离，称波速。羂波长与波速成正比，与频率成反比。当频率一定时，波速愈大，波长就愈长。当波速一定时，频率愈低，波长愈长。c=λf或λ=cf⁄11.12.膀什么是超声波？产生超声波的条件？探伤中应用了那些主要特性？芆答：频率高于20,000Hz的机械波称为超声波。膅产生超声波必须具备两个条件a要有机械振动的波源。b要有能传播机械振动的弹性介质。羂超声波的特性应用了a方向性好b能量高c能在界面上产生反射、折射和波型转换d穿透能力强。13.14.薁何为纵波、横波、表面波和板波？固体和液体中各传播何种波？为什么？肈答：纵波，介质中质点的振动方向与波的传播方向相平行的波。羄横波，介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波。肂表面波，当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波。蚈板波，在板厚与波长相当的薄板中传播的波。蒆固体介质中可以传播纵波、横波、表面波、板波。液体介质中只能传播纵波。因为液体介质不能承受剪切应力，质点不能产生切变变形。横波、板波、表面波传播过程都要求质点产生切变变形。所以液体中不能传播。15.16.螃什么是波线、波阵面、波前？它们有何关系？膂答：波线，波的传播方向。聿波阵面，同一时刻振动相位相同的所有质点所连成的面。膈波前，某一时刻，波动所到达的空间个点所连成的面。螆最前面的波阵面是波前，是波阵面的特例。任意时刻波前只有一个，波阵面有很多。再各向同性的介质中，波线恒垂直于波阵面或波前。17.18.芁什么是平面波、柱面波、球面波？各自特点？实际应用中探头发出的是何种波？蒀答：平面波，波阵面为互相平行的平面的波。波源为平面。波束不扩散，各质点振幅为常数。蚆柱面波，波阵面维同轴圆柱面的波。波源为一条线。波束向四周扩散，各质点振幅与距离平方根成反比。薅球面波，波阵面为同心球面的波。波源为一点。波束向四面八方扩散，各质点振幅与距离成反比。莁实际应用的超声波探头波源近似于活塞波。当离源距离足够大时，活塞波类似于球面波。19.20.羁超声波在介质中传播的速度与何种因素有关？钢中横波、纵波、表面波波速的关系？莈答：超声波在介质中传播的速度与介质的弹性模量和密度有关。莄对特定介质弹性模量和密度是常数，故声速也是常数。不同介质声速不同。介质弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。声速还与波的类型有关。在同一介质钢中纵波声速大于横波声速、横波声速大于表面波声速。钢泊松比0.28，纵波=1.8倍的横波，表面波=0.9倍的横波。即CL：CS：CR=1.8：1：0.9。21.22.蒁什么是波的叠加原理？波的干涉现象？两列波相遇时，何时相互加强，何时相互减弱？莂答：波的叠加原理，几列波相遇后仍各自保持原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播反响继续前进，好像并没遇到其它的波一样。又称独立性原理。袆两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方振动互相加强，另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象。叫作波的干涉现象。莇干涉的特性是a当两相干波的波程差等于波长的整数倍时，二者互相加强，合振幅达最大值。b两相干波的波程差等于半波长的奇数倍时，二者互相抵消，合振幅达最小值。23.24.薁什么是波的绕射（衍射）？对超声探伤有何影响？葿答；绕射，波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物的边缘改变方向继续前进的现象。波的绕射对探伤既有利又不利。由于波的绕射使超声波产生晶粒绕射顺利地在介质中传播。同时由于波的绕射，使一些小缺陷回波显著下降，以致造成漏检。薇14.什么是超声场？描述超声场的物理量有哪些？膆答：充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，叫超声场。描述超声场的物理量有声压、声强、声阻抗。薁声压，超声场中某一点在某一时刻所具有的压强与没有超声波时的静态压强之差。单位：帕斯卡。公式：Pm=ρcu（u=2πfA）衿声阻抗，超声场中任一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗。单位：克/厘米2.秒。公式：Z=ρC。艿声强，单位时间内垂直通过单位面积的声能。单位：瓦/厘米2。公式：I=12Zu2=12P2Z。袄18.分贝和奈培？二者关系？50dB是相对于什么而言？蚁答：分贝和奈培就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。通常规定引起听觉的最弱声强作为声强的标准，另一声强与标准声强之比的常用对数称为声强级，单位贝尔。∆=logI2I1（BeL）十分之一贝尔即分贝。∆=10logI2I1=20logP2P1=20logH2H1（dB）。对超声探伤中的声压与波高成正比时，对声压比或波高比取对数，则其单位为奈培。∆=lnP2P1=lnH2H1（NP）。1NP=8.68dB，1dB=0.115NP。50dB是相对于标准声强I1=10−16瓦/厘米2而言的，利用公式∆=10logI2I1=20logP2P1计算得到的声音分贝数。芀19.什么是声压的反射率和透射率？垂直入射时声压的反射率和透射率与那些因素有关？什么情况下反射率最高？蚇答：在超声波垂直入射的情况下，界面上反射波声压与入射波声压之比称为界面的声压反射率。蚃界面上透射波声压与入射波声压之比称为界面的声压透射率。螁必要条件，a界面两侧的总声压相等。（P0+Pr=Pt）b界面两侧质点振动速度幅值相等。[（P0-Pr）/Z1=Pt/Z2]超声波垂直入射时，声压的反射率和透射率仅与界面两侧介质的声阻抗有关。当入射波介质声阻抗远大于透射波介质声阻抗时声压反射率趋于-1，透射率趋于零，声压几乎全反射。反射波声压与入射波声压有180度的相位变化。蚁声压反射率：r=prp0=Z2−Z1Z2+Z1声压透射率：t=ptp0=2Z2Z2+Z1葿声强反射率：R=IrI0=(Z2−Z1Z2+Z1)2声强透射率：T=ItI0=4Z1Z2(Z2+Z1)2蚆关系式：T+R=1t-r=120.21.袀超声波垂直入射到Z1Z2截面时，声压透射率t1是否违反能量守恒？为什么？螈答：不违反能量守恒原理。因为声压是力的概念，而力只会平衡不会守恒，只有能量才会守恒。声强是能量的概念，符合守恒原理。22.23.袇什么是声压的往复透射率？与那些因素有关？蒅答：超声波探伤中探头接收到的回波声压Pa与入射波声压之比称为声压往复透射率。羀声压的往复透射率只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。界面两侧的声阻抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。往复透射率高探伤灵敏度高。底面全反射时声压的往复透射率与声强透射率在数值上相等。24.25.腿何为波型转换？产生波型转换的条件是什么？蕿答：当超声波倾斜入射到界面时，产生同种类型的反射和折射波的同时，还产生不同类型的反射和折射波，这种想象称为波型转换。芄产生波型转换的条件是超声波倾斜入射到界面。26.27.芄说明超声波反射、折射定律和式中个参数的物理意义？28.29.薀什么是第一、第二临界角？产生条件是什么？说明常用横波和表面波探头的制作原理？肇答：纵波倾斜入射到固/固界面时，发生波型转换，其折射纵波的角度等于90度时，所对应的纵波入射角称为第一临界角。芇纵波倾斜入射到固/固界面时，发生波型转换，其折射横波的角度等于90度时，所对应的纵波入射角第二临界角。莄产生条件纵波倾斜入射到固/固界面。羁原理当纵波的入射角在第一临界角和第二临界角之间时，第二介质中只有折射的横波没有折射的纵波，这是常用横波探头的制作原理。当纵波的入射角大于第二临界角时第二介质中无横波也无纵波，在其介质表面存在表面波，这就是常用表面波探头的制作原理。30.31.蝿什么第三临界角？与那些因素有关？肆答：横波倾斜入射到固/固界面时也存在波型转换，当其反射纵波的反射角等于90度时，所对应的横波入射角称为第三临界角（33.2度）。第三临界角与介质中纵波和横波的声速有关。32.33.蒄超声波倾斜入射到界面时声压的反射率和透射率与那些因素有关？莂答：超声波倾斜入射到界面时声压的反射率和透射率与介质的声阻抗有关也与其入射角有关纵波倾斜入射时，当入射角等于60度左右产生一个较强的变型反射横波。横波倾斜入射时，入射角等于30度时反射横波很低，反射纵波较高。当横波入射角大于等于33.2度时钢中横波全反射。声压的往复透射率：超声波倾斜入射时，折射波全反射，探头接收到的回波声压，与入射波声压之比称为声压往复透射率。水/钢界面，纵波倾斜入射角在14.5—27.27度之间时，钢中没有折射的纵波，只有折射的横波其往复透射率最高不到20%。有机玻璃/钢界面入射角在27—57.7度之间钢中只有折射横波无折射纵波。折射横波的往复透射率不超过30%。34.35.芆什么是端角反射？有何特点？超声检测单面焊根部未焊透等缺陷时K值在什么范围？螅答：超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射。端角反射时超声波经历了两次反射，不考虑波型转换时，端角反射的二次反射回波与入射波互相平行。纵波入射时端角反射率很低。横波入射时入射角在30度或60度附近时端角反射率最低。入射角在35—55度之间，端角反射率达100%。超声波横波探伤焊缝单面焊根部未焊透或裂纹的情况。就类似端角反射，所以探头K值在0.7至1.43之间时探伤灵敏度较高。36.37.薄平面波入射到曲面时，其反射和折射波什么情况下聚焦，什么情况发散？水聚焦探头的设计原理？薈答：平面波不扩散，球面波声压与距离成反比，柱面波声压与距离的平方根成反比。平面波入射到曲面时从入射方向看，凹曲面反射波聚焦，凸曲面反射波发散。平面波入射到凹面时，当C1＜C2时透射波聚焦，当C1＞C2时透射波发散。入射到凸面时，当C1＜C2时透射波发散，当C1＞C2时透射波聚焦。实际探伤中水浸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。c1有机玻璃，C2水。32.33.羈什么是超声波的衰减？引起衰减的主因？介质衰减指什么衰减？薃答：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，超声波能量逐渐减弱的现象叫作超声波衰减。引起超声波衰减的主因是波束扩