超声波检测
(船舶教材)
（幻灯片稿本1、2 编写：孟传亨）
§1超声波检测物理基础
1 机械振动和机械波
1.1 机械振动：一个物理量的值在观测时间内不停地经过极大值和极小值的
周期变化，这种变化状态称为振动。如果振动量是个力学量，如位移、角位移等，所作的振动称之为机械振动。图1－1(教材图2－1和图2－
2)表示了机械振动的两个示例。
1.1.1两个表征振动的参数：
周期T：完成一次全振动所需的时间，常用单位秒(s)。
频率f：单位时间内完成全振动的次数，单位为赫芝(Hz)。
1Hz＝1次/秒＝秒－1；1MHz＝106Hz。
1.1.2振动方程：
最简单最基本的直线振动称为谐振动，任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成。描述谐振动质点M位移y与时间t关系的谐振动方程如下：y＝Acos(ωt＋φ) （1－1）式中：y——为振动幅度在任一瞬间时t的数值；
A——为振幅，是y的最大值；
ω——角频率(角速度)，ω＝2πf；
φ——初始相位角，即t＝0时质点M的相位；
(ωt＋φ)——质点M在t时刻的相位。
可用图1－2（教材图2－6）来进一步说明
物体谐振动时，位移是时间的正弦或余弦函数。
1.2 机械波和声波：
1.2.1机械波的形成
机械振动在介质中的传播称为机械波，机械振动在弹性体中的传播称之为弹性波（声波）。
图1—3（教材图2－3）是弹性体的模型，可用来说明机械波的形成。
1.2.2产生机械波的两个条件：
1.作机械振动的波源；
2.传播振动的介质。
1.2.3超声波
如果以频率f来表征声波，并以人的可闻频率为分界线，则可把声波划分为次声波（f＜20Hz）、可闻声波（20Hz≤f≤20kHz）和超声波（f＞20kHz）。在超声波检测中最常用的频率范围为0.5～10MHz。
1.2.4三个表征波动的参数：
频率f：波在单位时间内通过给定点的完整波的个数称为波的波动频率；
波长λ：波在一个周期内传播的距离称为波长；
波速c：声波在单位时间所传播的距离称为波速。
c＝λf （1－2）1.2.5波动方程
如图1－4（教材图2－7）所示，当振动从O点传播到B点时，B点开始振动。由于振
动从O点传播到B点需要时间为x / c，因此B点的振动滞后于O点x / c 秒，即B点在t时刻的位移等于O点在(t－x / c)时刻的位移：
y＝A cosω(t－x / c)＝A cos(ωt－kx) （1－3）式中：k——波数，k＝ω/ t＝2π/λ；
x——B点至O点的距离。
波动方程式（1－3）描述了波线上任意一点在任意时刻的位移情况。1.2.6连续波、简谐波和脉冲波
连续波：介质各质点振动持续时间为无穷的波动，见图1—5a（教材图2－4a）。
简谐波：介质各质点都作同频率的谐振动的连续波。
脉冲波：介质各质点振动持续时间有限的的波动，见图1—5b（教材图2－4b）。
脉冲波的频谱：根据傅里叶分析，对于非周期的振动都可认为是由无限多个频率连续变化的谐振动的合成，即可将脉冲波视为具有一定频率范
围的连续频率的简谐波的合成。这个频率范围称之为频带宽度，图1—6（教材图2－5）。
脉冲越窄频谱越宽，脉冲越宽频谱越窄。
2 超声波的传播
2.1波的类型
2.1.1纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向一致的波，一般用L表示，
图1—7（教材图2－8）。
2.1.2横波：介质中质点振动方向与波的传播方向向垂直的波，一般用S表
示，图1—8（教材图2－9）。
2.1.3表面波：当固体半无限弹性介质表面受到交替变化的表面张力作用时，介质表面的质点就产生相应纵向振动和横向振动，其结果导致质点作这两种振动的合成振动，即绕其平衡位置作椭圆轨迹的振动，这种振动的传播形成表面波，是一种沿固体表面传播的波，图1—9（教材图2－10）。
由于液体和气体不能产生剪切应变，故不能传播横波和表面波，只能传播纵波。
板波：应用很少，不讲。
2.2 波形(指波的形状)
2.2.1波线、波前和波阵面的概念，图1—10（教材图2－12）：
波线：波动的传播方向。
波前：某一时刻振动传播到最前沿的各质点的轨迹。
波阵面：在同一时刻介质中振动的相位相同的所有轨迹。
2.2.2平面波：
波阵面为平面的波称为平面波，图1—10a（教材图2－12a），波幅不随距离变化。波动方程见式（10－3）。
2.2.3球面波：
波阵面为同心球面的波称为球面波，图1—10b（教材图2－12b），其波动方程如下式：
A
y＝—cos(ωt－kx) （1－4）x
从式中看出，波幅与距离成反比。
2.2.4柱面波：
波阵面为同轴柱面的波称为柱面波，图1—10c （教材图2－12c ），其波
动方程如下式：
A y ＝— cos(ωt －kx ) （1－5） x 1/2
从式中看出，波幅与距离的平方根成反比。
3 声波的波动特性
3.1波的迭加原理
当几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播方向继续前进，好象在各自的途中没有遇到其他波一样，这就是波的迭加原理，又称波的独立性原理。
波的迭加现象可以从许多事实观察到，如两石子落水，可以看到两个以
石子入水处为中心的圆形水波的迭加情况和相遇后的传播情况。又如乐队合奏或几个人谈话，人们可以分辨出各种乐器和各人的声音，这些都可以说明波传播的独立性。
3.2波的干涉
当两个频率相同，振动方向相同、相位相
同或相位差恒定的波在介质某点相遇后，会使
一些点处的振动始终加强，而在另一些点处的
振动始终减弱或完全抵消，这种现象称为波的
干涉。这两束波称为相干波，波源称为相干波
源。
如图1—11所示，点波源S 1、S 2分别在M
点引起的振动为：
??? ?
?-=c x t A y 111cos ???? ?
?-=c x t A y 212cos ?
至点M 的合振幅为：
y ＝A cos (ωt ＋φ)
式中：A 1、A 2——S 1、S 2在M 点引起的振幅；
A ——M 点的合振幅；
λ——波长；
δ——波程差，δ＝x 2－x 1。
(1)当δ＝n λ(n 为整数)时，A ＝A 1+A 2。这说明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。
(2)当δ＝(2n +1)λ／2(n 为整数)时，A ＝│A 1－A 2│。这说明当两相干
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。若A 1＝A 2，则A ＝0，即二者完全抵消。
波的迭加原理是波的干涉现象的基础，波的干涉是波动的重要特征。在
超声波探伤中，由于波的干涉，使超声波源附近出现声压极大极小值。
3.3驻波：
两个振幅和频率都相同的相干波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加而成的波，称为驻波。驻波是波的干涉现象的特例，见图1—12（教材中的图2－13）。
设入射波和反射波的波动方程为：
则驻波的波动方程为：
由驻波方程可知：
(1)驻波波线上各点作振幅为│2A cos2πx ／λ│的谐振动，x 满足 │cos2πx ／λ│＝0的那些点，振幅恒为0，即这些点始终静止不动，称为波节。x 满足│cos2πx ／λ│＝1的那些点，振幅最大；为2A ，称为波腹。波线上其余各点的振幅在0和2A 之间。可见，
驻波波线上各点似乎在作分δλπ2cos 221222
1A A A A A ++
=
段振动。
(2)驻波波线上波节和波腹的位置是特定的，相邻两波节或波腹的间距可用下述方法求得。
对于波节处cos2πx／λ＝0有2πx／λ＝(2n+1)π／2
∴波节的位置：x＝(2n+1)λ／4
于是相邻两波节的间距为：
Δx＝[2(n+1)+1]λ／4一(2n+1)λ／4＝λ／2
同理可得相邻两波腹的间距也等于λ／2。
由于波节与波腹相间出现，所以相邻波节与波腹的距离为λ／4。
由此可见，对于两端固定的弦线，只有当弦线长度等于半波长λ／2的整数倍时，才能形成驻波。这就是超声波探头中压电晶片(波源)的设计依据。
(3)形成驻波时，在界面处产生波节还是波腹与两种介质的疏密程度有关，当波从波疏介质垂直入射到波密介质，又从波密介质反射回到波疏介质时，在界面反射处产生波节；反之，则在界面反射处产生波腹。如超声波垂直入射到水／钢界面，就会在水／钢界面处形成位移波节；超声波垂直入射到钢／水界面，就会在钢／水界面处形成位移波腹。
3.4惠更斯原理：
如前所述，波动是振动状态的传播，如果介质是连续的，那么介质中任何质点的振动都将引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又会引起较远质点的振动，因此波动中任何质点都可以看作是新的波源。据此惠更斯于1690。年提出了著名的惠更斯原理：介质中波动传播到的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后任意时刻这些子波的包迹就决定新的波阵面。图1—12（教材中的图2－14）是其例证。
惠更斯原理在超声检测中获得了广泛的应用。如图1—13（教材中的图2－15）所示，一个作活塞式振动的压电晶片，振动面上各点以速度c向外辐射超声波，设在t时刻的波前为S1，在t＋Δt时刻的波前为S2，具体画法如下，先以S l面上各点为中心，以cΔt为半径，画出许多球形子波，再柞相切于各子波的波前的包迹面，就得新的波前S2。
4 声场及其特征量
4.1 声场：充满声波的空间称为声场。
4.2 特征量：
4.2.1声压：超声场中某一点在某一时刻所具有的压强P1与没有超声波存在
时的静态压强P0之差，称为该点的压强P。P＝P1－P0
根据动量原理和波动方程可导出：
P＝ρcAωcos(ωt＋φ)＝ρcv（1—8）式中：ρ——介质密度；
v——介质质点振动速度；
c——波速。
声压P的绝对值与介质密度ρ、波速c、角频率ω成正比，而ω＝2πf，所以声压也和频率f成正比。在超声波检测中测量的量值就是声压。
声压的单位就是压强的单位：Pa(帕斯卡)
4.2.3声阻抗：超声场中任意点的声压与该点振动速度之比，
Z＝p / v＝ρc v / v＝ρc（1—9）由v＝p / Z可看出，声压不变，v与Z成反比，Z↑，v↓
4.2.4声强：在垂直于声波传播方向的单位面积上，单位时间内通过的平均能
量，称为声强度，简称声强，用符号I表示，单位：瓦/㎝2。
1 p2
I＝—2——（1—10）
2 ρc
声强与声压的平方成正比。
4.2.5声强级及单位：声强I1与标准声强I0之比的常用对数称为声强级，单
位：贝尔B
IL＝lg(I1/I0) （Bel，贝尔）（1—11）标准声强是听觉的最小声强：I0＝10－16瓦/㎝2
实际使用嫌贝尔太大，取其1/10，称为分贝dB
IL＝10lg(I1/I0) dB （1—12）因声强与声压的平方成正比，故式（1—12）可写为：
IL＝10lg(P12/P22)＝20lg(P1/P2) （1—13）例1、2见教材p17～18。
5 波速
声波在介质中传播的速度称为波速，又称声速。
波速的大小取决于波型和传播介质特性，其一般表达式为：
（1—14）
式中：E ——正弹性模量；
ρ——介质密度；
K ——与材料泊松比ζ有关的常数。
5.1液体的纵波波速
如前所述，液体介质只能传播纵波，其纵波波速为：
式中：c l ——纵波波速；
K a ——介质的体积弹性模量；
ρ——介质密度。
5.2无限大固体介质的纵波波速
式中：c l ——纵波波速；
E ——介质的杨氏弹性模量；
ζ——介质的泊松比。
5.3无限大固体介质的横波波速
式中：c t ——横波波速；
G ——介质的剪切弹性模量；
ρ——介质密度。
5.4半无限大固体介质中的表面波波速
当泊松比ζ在0＜ζ＜0.5的范围内，其近似式为： E /K ＝密度弹性率波速＝
在同一固体介质中c l / c t ≈2；对钢而言c l / c t ≈1.8，c r / c t ≈0.92。
因此，在固体介质中，c l ＜c t ＜c r 。这一性质在超声检测中有其实际意义。
6 超声波垂直入射到界面的反射和透射
6.1超声波垂直入射到单一界面的反射和透射
6.1.1反射率和透射率（见图1—14）
Z 2－Z 1 1－m
声压反射率：r p ＝P r / P ＝————＝——— （1—19） Z 2＋Z 1 1＋m
2 Z 2 2
声压透射率：t P ＝P t / P ＝————＝——— （1—20） Z 2＋Z 1 1＋m
(Z 2－Z 1)2 (1－m )2
声强反射率：R ＝I r / I ＝————＝———＝r p 2 （1—21） (Z 2＋Z 1)2 (1＋m )2
4 Z 1 Z 2 4 m
声强透射率：T ＝I t / I ＝————＝———＝1－r p 2 （1—22） (Z 2＋Z 1)2 (1＋m )2
式中：P 、P r 和P t ——分别表示入射声压、反射声压和透射声压；
I 、I r 和I t ——分别表示入射声强、反射声强和透射声强；
Z 1、Z 2——分别表示第一介质和第二介质的声阻抗；
m ——Z 1/ Z 2。
根据能量守恒定律：R ＋T ＝1 T ＝1－R ＝1－r p 2
2 1－m 1＋m
t P －r p ＝——— － ———＝———＝1 （1－23） 1＋m 1＋m 1＋m
即t P－r p＝1 或t P＝1＋r p
6.1.2介质对反射、透射的影响
6.1.2.1 Z2＞Z1
以水/钢界面为例，如图1—15（教材图2－22）所示：
Z2－Z1 2 Z2
r p＝————＞0 t P＝————＞0
Z2＋Z1Z2＋Z1
从而可知，反射声压、透射声压与入射声压都是同相位。
6.1.2.2 Z2＜Z1
以钢/水界面为例，如图1—16（教材图2－23）所示：
Z2－Z1 2 Z2
r p＝————＜0 t P＝————＞0
Z2＋Z1Z2＋Z1
从而可知，反射声压与入射声压相位相反，透射声压相位与入射声压仍相同。
6.1.2.3 Z1>>Z2
Z2－Z1
r p＝————≈－1 t P＝1＋r p＝1＋(－1)＝0
Z2＋Z1
例如钢空气界面，此时Z1(钢)＝463106kg/m22s,Z2(空气)＝0.00043106kg/m22s，则声压反射率为：
Z2－Z10.0004－46
r p＝————＝——————≈－1
Z2＋Z10.0004＋46
声压透射率为：
t P＝1＋r p＝1＋(－1)＝0
结果表明，在这种情况下声波全反射。
6.1.2.4 Z1≈Z2
Z2－Z1
r p＝————≈0 t P＝1＋r p＝1＋0＝1
Z2＋Z1
例如普通碳钢焊缝的母材金属和焊缝金属声阻抗仅相差1％，在焊缝探伤时，超声波从母材金属射入焊缝金属，其m≈0.99，则声压反射率为：
1－m 1－0.99
r p ＝———＝—————＝0.005
1＋m 1＋0.99
声压透过率为：
t P ＝1＋r p ＝1＋0.005≈1
结果表明，在这种情况下声波全透射。
6.2声压往复透过率
实际探伤中，探头发出声波经过工件表面进入工件，遇反射体（例如底面）被反射回来又经过工件表面到达探头。声波往复通过工件界面后的声压与探头发出声压之比，称为声压往复透过率，参见图1—17（教材中的图2－21）。
声压往复透过率不难导出，设声压往复透过率为T P ，输入至工件表面的声压为P ，穿透入工件内的声压为P 1返回工件表面的声压为P t ’，则：
P 2t p 入2t p 出 2 Z 2 2Z 1
T P ＝P t ’/ P ＝—————＝t p 入2t p 出＝———2————
P Z 2＋Z 1 Z 2＋Z 1
4 Z 1 Z 2
＝—————＝1－r p 2 （1—24） (Z 2＋Z 1)2
6.3 薄层双平界面
6.3.1Z 1＝Z 3≠Z 2
如图1—18所示，当薄层厚度很小时，通过薄层的声压反射率和透射率可由式1—22和式1—23表示。
式中：d 2——异质薄层厚度；
λ2——异质薄层中的波长；
m ——m ＝Z 1/Z 2
上两式说明:
6.3.1.1当d 2＝n λ2/2（n ＝1、2、3……），即d 2等于λ2/2的整数倍时，r ＝0，
t ＝1，如工件中有一缺陷（例如钢板中的夹层），其厚度刚好为λ2/2的整数，
超声波就探不出来。
6.3.1.2当d 2＝(2n ＋1)λ2/4，即d 2等于λ2/4的奇数倍时， r →r max ，t →t min ，超声波反射率最高，透射率最低，有利于缺陷的检出。
6.3.1.3d 2/λ2、Z 2一定时，Z 1↑，m ＝Z 1/Z 2↑，r ↑，t ↓，这说明大的工件检测灵敏度高。
总的说来，超声波垂直入射到薄层时，其声压反射率、透射率不仅与两种介质的声阻抗Z 1、Z 2有关，而且与d 2/λ2有关。
6.3.2 Z 1≠Z 2≠Z 3
这种情况下的声强透射率T 可由下式描述（符号同式1—22和1—23）：
由上式可知：
6.3.2.1当d 2＝n λ2/2（n ＝1、2、3……）或d 2→0时，
4 Z 1Z 3
T ＝—————— （1—28） (Z 1＋Z 3)2
这说明在这种条件下，声强透射率与薄层无关，好像不存在薄层。
6.3.2.2当d 2＝(2n ＋1)λ2/4，即d 2等于λ2/4的奇数倍，且Z 2＝(Z 1Z 3)1/2时
4 Z 1Z 3
T ＝———————— ＝100％ （1—29） Z 1Z 3 (Z 2＋———)2 Z 2
这一点对于探头保护膜的设计很重要。为了使保护膜透声良好，选择材料时，应使其声阻抗满足Z
保护膜＝(Z 晶片Z 工件)1/2，且厚度应设计为λ保护膜/4的
奇数倍。
7 超声波倾斜入射到界面的反射和透射
7.1 倾斜入射到界面的反射、折射和波型转换
7.1.1纵波倾斜入射
如图1—19a 所示，当纵波L 倾斜入射到固/固界面时，会同时产生反射
纵波L ’、反射横波S ’、折射纵波L ”和折射横波S ”。它们的反射角或折射角遵守斯涅耳定律，由下式表示：
sin αL sin α’L sin α’S sin βL sin βS ———＝———＝———＝———＝——— （1—30） c L1 c L1 c S1 c L2 c S2
式中：c L1、c S1—分别为第一介质中的纵波、横波波速；
c L2、c S2—分别为第二介质中的纵波、横波波速；
αL 、α’L —分别为纵波入射角、反射角；
βL 、βS —分别为纵波、横波折射角；
α’S —横波反射角。
上式表明，所有入射角、反射角或折射角的正切与所在介质相应波速之比都相等。就反射而言，因在同一介质中，故纵波反射角等于纵波入射角。
纵波倾斜入射会产生反射横波和折射横波，这种现象通常称之为波型转换。（波型转换是一个很重要的概念）
7.1.2横波倾斜入射
如图1—19b 所示，当横波S 倾斜入射到固/固界面时，同样会产生反射纵波L ’、反射横波S ’、折射纵波L ”和折射横波S ”。它们的反射角或折射角同样遵守斯涅耳定律，由下式表示：
sin αS sin α’L sin α’S sin βL sin βS ———＝———＝———＝———＝——— （1—31） c S1 c L1 c S1 c L2 c S2
式中：αS —横波入射角。其余符号同式1—30。
横波倾斜入射时同样会超生波型转换。
7.2 临界角
7.2.1第一临界角
由式1—30及图1－19a 可以看出，当c L2＞c L1时，则βL ＞αL ，随着α
L 的增加，βL 也跟着增加。当αL 增加到一定程度时，βL ＝90°如图1—20a 所示，这时所对应的纵波入射角称之为第一临界角，用αⅠ表示。
这时在第二介质中只有横波存在。
c L 1
αⅠ＝arcsin —— （1—32）
c L 2
7.2.2第二临界角
由式1—30及图1－19a 可以看出，当c S2＞c L1时，则β
S 2＞αL 1，随着αL 1的继续增加，βS 也跟着增加。当αL 继续增加到一定程度时，β
S2＝90°如图1—20b 所示，这时所对应的纵波入射角称之为第二临界角，用αⅡ表示。
这时在第二介质中即无纵波也无横波，开始在界面出现表面波。
c L 1
αⅡ＝arcsin —— （1—33）
c S 2
7.2.3第三临界角
由式1—31及图1－19b 可以看出，因c L 1＞c S 1，则α’L ＞αS ，随αS 增加，α’L 也增加。当αS 继续增加到一定程度时，α’L ＝90°如图1—20c 所示，这时所对应的横波入射角称之为第三临界角，用αⅢ表示。
c S 1
αⅢ＝arcsin —— （1—34）
c L 1
在这种情况下第一介质中只存在反射横波。在实际的横波斜探头探伤中，入射到工件中的横波斜射到与探测面平行的底面，对底面的横波入射角
都大于第三临界角，故不会出现反射纵波；如射到不平行探测面的反射面上，则横波入射角有可能小于第三临界角，从而出现反射纵波与反射横波同时存在的情况，如图所示示例。
7.3 倾斜入射到界面的反射率、折射时的往复透过率
前面只谈到了声波倾斜入射反射波和折射波的方向，而在各方向的声压或往复透射率怎么样，也应是我们关注的问题。
7.3.1倾斜入射到钢—空气界面的反射率
图1—22（教材图2－28）是一个极坐标图，经线表示角度，纬线表示声压反射率。该图表示的是纵波入射到钢/空气时的情况。随着纵波入射角从0°逐渐增加，纵波声压反射率从1.0逐渐下降；而在60°与70°之间纵波声压反射率达到极小值；纵波入射角继续增大，纵波声压反射率又随之增大直到1.0。
图1—22（教材图2－28）右边的图是表示的横波反射率的变化。随着纵波入射角从0°逐渐增加，横波声压反射率逐渐增加，大约在横波反射角达到25°左右时，横波声压反射率达到极大值
（注意横波反射角小于纵波入
射角）。该极大值与纵波反射率的极小值基本上是相对应的，即反射纵波声压进入极小值的区域，其能量大部分给予了反射横波。
图1—23（教材图2－29）表示的是横波入射到钢/空气时的情况。随着横波入射角从0°逐渐增加，横波声压反射率从1.0逐渐下降；而在20°与30°之间横波声压反射率达到极小值；横波入射角继续增大，横波声压反射率继续随之增大，当横波反射角α’S ≥33.2°时横波声压反射率等于1.0。
图1—23（教材图2－29）右边的图是表示的纵波反射率的变化。随着横波入射角从0°逐渐增加，纵波声压反射率逐渐增加，直到达到第三临界角（注意纵波反射角大于横波入射角），纵波声压反射率可达到4.0以上。这时与横波反射率的极小值基本上是相对应的，即反射横波声压进入极小值的区域，其能量大部分给予了反射纵波。
7.3.2倾斜入射到水/钢、有机玻璃/钢界面的往复透过率
实际超声波探伤中横波斜探头探伤时，超声波往复透过同一探测面，因此声压往复透过率更具实际意义。
如图1—24所示，超声波倾斜入射，其折射波垂直射到一反射面上产生全反射。探头接收到的回波声压P a 与入射声压P 0之比称为声压往复透射率,用T 表示，T ＝P a / P 0。
图1—25为纵波斜入射至水/钢界面时的声压往复透射率与入射角的关系图。图上表明，当纵波入射角小于14.5°(第一临界角)时，折射纵波往复透射率不超过13％，折射横波往复透射率小与6％。当纵波入射角为14.5°～27.27°(第二临界角)之间时，钢中没有折射纵波，只有折射横波，其折射横波往复透射率最高不到20％。
图1—26为纵波斜入射至有机玻璃/钢界面时的声压往复透射率与入射角的关系图。图中表明，当纵波入射角小于27.6°(第一临界角)时，折射纵波往复透射率小于25％，折射横波往复透射率小与10％。当纵波入射角为 27.6°～57.8°(第二临界角)之间时，钢中没有折射纵波，只有折射横波，其折射横波往复透射率最高不超过30％，最高往复透射率时所对应的纵波入射角约为30°，横波折射角约为37°。从图上还可看出，折射角在35°～50°之间往复透射率比较高，更大的折射角往复透射率相对较低。
7.4 端角反射
超声波在两个平面构成的直角内的反射称为端角反射，如图1—27所示。
在端角反射中超声波束在端角经历了两次反射，如不考虑波型转换，反射波与入射波互相平行。
对于纵波入射端角，必然会产生变型横波，见图1－27a 。对于横波入射端角当入射到端角的入射角大于第三临界角时不会产生变型纵波，见图1－27b ；当入射到端角的入射角小于第三临界角时会产生变型横波，见图
1
－27c 。
回波声压P a 与入射波声压P 0之比称为端角反射率，用T 端表示，即
T 端＝P a / P 0
图1—28为钢空气界面上钢中的端角反射率与入射角（指声束射至端角平面的角，见如图1—27）的关系图。图1—28(a)是纵波入射端角的情况，端角反射率大都很低，这是因为纵波在端角的反射中分离出较强的横波。
图1—28(b)是横波入射端角的情况，入射角等于30°或60°附近时，端角反射率最低。这是因为超声束总会在端角的一个壁上产生变型纵波，见图1－27c 。
入射角在35°～55°之间时，端角反射率达100
％。也就是说，横波斜
探头的折射角β
S 为35°～55°（K ＝tg βS ＝0.7～1.43）之间时，探测类似端角的缺陷（例如焊缝中的未焊透）灵敏度较高，βS ＞55°（K ＞1.5）灵敏
度较低。 从图1—28还可看出，对端角的入射角在0°或90°附近时，无论是纵波还是横波，端角反射率理论上都是很高的。但实际上由于边界效应，探测灵敏度并不一定高。
8 声波在曲面上的聚焦和发散
8.1平面波在曲面上的反射和折射
8.1.1平面波在曲面上的反射
当平面波入射到曲界面上时，其反射波将发生聚焦或发散，如图1—29。反射波的聚焦或发散与曲面的凹凸(从入射方向看)有关。凹曲面的反射波聚焦，凸曲面的反射波发散。
⑴平面波入射到球面时，其反射波可视为从焦点发出的球面波。在曲面轴线上距曲面顶点x 处的反射波声压P x 为：
式中：f —焦距，f ＝r ／2，(r 为曲率半径)；
x —轴线上某点至顶点的距离
P 0—顶点处入射波声压；
“土”—“＋”用于发散，“一”用于聚焦。
⑵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。在曲面轴线上距曲面顶点x 处的反射波声压P x 为
8.2.2平面波在曲面上的透射
平面波入射到曲界面上时，其折射波也将发生聚焦或发散，如图1—30。这时折射波的聚焦或发散不仅与曲面的凹凸有关，而且与界面两侧介质的波速有关。对于凹透镜，当c 1＜c 2时聚焦，当c 1＞c 2时发散；对于凸透镜，当c l ＞c 2时聚焦，当c l ＜c 2时发散。
⑴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，曲面轴线上距曲面顶点x 处的折射波声压P x 为：
式中：t —声压透射率；
f —焦距；
“土”—“＋”用于发散，“一’用于聚焦。
f ＝r ／(1一c 2／c 1)＝r ／(1一1／n ) （1—38）
式中：n ＝c 1/c 2
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无损检测 超声波试题（UT） 一、是非题 受迫振动的频率等于策动力的频率。V 波只能在弹性介质中产生和传播。X （应该是机械波） 由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率等于振动频率。V 由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于振幅。X 传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越高。V 材料组织不均匀会影响声速，所以对铸铁材料超声波探伤和测厚必须注意这一问题。V 一般固体介质中的声速随温度升高而增大。X 由端角反射率试验结果推断，使用K A的探头探测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能造成漏检。V 超声波扩散衰减的大小与介质无关。V 超声波的频率越高，传播速度越快。X 介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有切变弹性模量。V 频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波长。X 既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿液体表面传播。X 因为超声波是由机械振动产生的，所以超声波在介质中的传播速度即为质点的振动速度。X 如材质相同，细钢棒（直径＜入=与钢锻件中的声速相同。X（C细钢棒=（E/ p）?） 在同种固体材料中，纵、横渡声速之比为常数。V 水的温度升高时，超声波在水中的传播速度亦随着增加。X 几乎所有的液体（水除外），其声速都随温度的升高而减小。V 波的叠加原理说明，几列波在同一介质中传播并相遇时，都可以合成一个波继续传播。X 介质中形成驻波时，相邻两波节或波腹之间的距离是一个波长。x（应是入/4 ;相邻两节点或波腹间 的距离为入/2 ） 具有一定能量的声束，在铝中要比在钢中传播的更远。V 材料中应力会影响超声波传播速度，在拉应力时声速减小，在压应力时声速增大，根据这一特性，可用超声波测量材料的应力。V 材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。X（成反比）
第一章 是非题 1.1 波动过程中能量传播是靠相邻两质点的相互碰撞来完成的。 ( ) 1.2 波只能在弹性介质中产生和传播。 ( ) 1.3 由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率等于振动频率。 ( ) 1.4 由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于振幅。 ( ) 1.5 传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越高。 ( ) 1.6 物体作谐振动时，在平衡位置的势能为零。 ( ) 1.7 一般固体介质中的声速随温度升高而增大。 ( ) K> 1.5的探头探测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能造成漏 ( ) 1.10 超声波的频率越高，传播速度越快。 ( ) 1.11 介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有切变弹性模量。 ( ) 1.12 频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波长。 ( ) 1.13 既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿液体表面传播。 ( ) 1.14 因为超声波是由机械振动产生的，所以超声波在介质中的传播速度即为质点的振动速度。 ( ) 1.15如材质相同，细钢棒(直径V 入)与钢锻件中的声速相同。 () 1.16 在同种固体材料中，纵、横波声速之比为常数。 ( ) 1.17 不同的固体介质，弹性模量越大，密度越大，则声速越大。 ( ) 1.18 表面波在介质表面作椭圆振动，椭圆的长轴平行于波的传播方向。 ( ) 1.19 波的叠加原理说明，几列波在同一介质中传播并相遇时，都可以合成一个波继续传播。 ( ) 1.20 在超声波传播方向上，单位面积 . 单位时间通过的超声能量叫声强。 ( ) 1.22 声压差 2 倍，则两信号的分贝差为 6dB (分贝)。 ( ) 1.23 材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。 ( ) 1.24 平面波垂直入射到界面上，入射声压等于透射声压和反射声压之和。 ( ) 1.25 平面波垂直入射到界面上，入射能量等于透射能量与反射能量之和。 ( ) 1.26 超声波的扩散衰减与波型，声程和传声介质、晶粒度有关。 ( ) 1.27 对同一材料而言，横波的衰减系数比纵波大得多。 ( ) 1.28 界面上入射声束的折射角等于反射角。 ( ) 1.29 当声束以一定角度入射到不同介质的界面上，会发生波型转换。 ( ) 1.30 在同一固体材料中，传播纵、横波时声阻抗不一样。 ( ) 1.31 声阻抗是衡量介质声学特性的重要参数，温度变化对材料的声阻抗无任何影响。 ( ) 1.32 超声波垂直入射到平界面时，声强反射率与声强透射率之和等于 1。 ( ) 1.33 超声波垂直入射到异质界面时，界面一侧的总声压等于另一侧的总声压。 ( ) 1.34超声波垂直入射到 Z2 >Z 1的界面时，声压透过率大于 1,说明界面有增强声压的作用。 () 1.35 超声波垂直入射到异质界面时，当底面全反射时，声压往复透射率与声强透射率在数值上相等。 ( ) 1.36 超声波垂直入射时，界面两侧介质声阻抗差愈小，声压往复透射率愈低。 ( ) 1.37 当钢中的气隙 (如裂纹 )厚度一定时，超声波频率增加，反射波高也随着增加。 ( ) 1.38 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的反射角等于折射角。 ( ) 1.39 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的折射角总大于入射角。 ( ) 1.40 超声波以 10°角入射至水 /钢界面时，反射角等于 10°。 ( ) 1.41 超声波入射至钢 /水界面时，第一临界角约为 14.5°。 ( ) 1.42 第二介质中折射的横波平行于界面时的纵波入射角为第一临界角。 ( ) （） 1.44只有当第一介质为固体介质时，才会有第三临界角。 （） 1.21 超声波的能量远大于声波的能量， 1M Hz 的超声波的能量相当于 1K Hz 声波能量的 100万倍 1.8 由端角反射率试验结果推断，使用 检。 ( ) 1.9 超声波扩散衰减的大小与介质无关。
急腹症的超声诊断 北京大学第三医院超声科 ?急腹症：以急性腹痛为突出表现的腹部疾病?特 点：发病急、病情重、变化快，病情复杂， 常涉及内、外、妇、儿等多学科。 呈进行性加剧趋势，需紧急处理 尽早鉴别诊断急腹症的病因 尽早治疗具有十分重要的意义 辅助检查：各有所长 X线、CT、MRI、同位素、超声 超 声：快、准、方便、急诊首选 超声检查的局限性： 胃肠内气体的干扰。 病变早期如炎症，超声诊断较困难。 胃肠穿孔部位不易直接显示。
急 腹症的诊断思维 1.炎性病变：急性阑尾炎、急性腹膜炎、急性胆囊炎、 急性胃炎、急性 坏死性小肠炎、急性节段性肠炎、输卵管炎、盆腔炎等。 1.穿孔病变：突发性疼痛并呈持续状，肠鸣音逐渐消失，继发腹膜炎和 内出血。常见病胃十二指肠溃疡穿孔、阑尾穿孔、胆囊穿孔、 异位妊娠和卵巢破裂等。 1.梗阻性病变：常发病突然，剧痛，呈阵发性，呕吐后可以减轻，肠鸣 音增强或减轻。常见胃肠道梗阻、胆囊结石、肠系膜上 动脉栓塞。 1.出血性病变：表现为腹腔出血和出血性休克。胃底静脉破裂大出血、 闭合性损伤、脏器破裂。 一、定 性 1 右上腹痛：急性胆囊炎、胆管炎、肝脓肿、胃十二指肠穿孔、结肠右 曲病变、异位阑尾。 2 上腹部痛：胃十二指肠穿孔、胃癌、肝脓肿、肝癌、胆道感染、结 石、胰腺炎、胰腺癌、横结肠病变。 3 左上腹痛：胰腺炎、胰腺癌、贲门癌、结肠左曲病变、左膈下脓肿、 脾病变。 4 脐周痛：肠蛔虫、肠系膜淋巴结炎。 5 右下腹痛：急性阑尾炎、急性回肠憩室炎、右侧附件炎、肾结石。 6 下腹痛：腹膜炎、盆腔脓肿、宫外孕破裂。 7 左下腹痛：乙状结肠扭转、降结肠癌、子宫右侧附件病变、肾结石。 8 全腹痛：急性肠梗阻、胃十二指肠溃疡穿空并发腹膜炎、急性出血性胰 腺炎、胆囊穿孔并发腹膜炎、外伤出血等。 二、定 位 腹 症 的 诊 断 思 维 疼 痛 特 点真性内脏痛 1、内脏突然扩张或膨大 2、平滑肌痉挛或强烈收缩 3、强烈的化学刺激 4、病理性出血，机械刺激 牵涉痛（放射） 刺激体壁而引起远隔部位疼痛（神经分布引起）
第三部分超声波检测 一.是非题：246题 二.选择题：256题 三.问答题： 70题 四.计算题： 56题
一．是非题（在题后括弧内，正确的画○，错误的画×） 1.1由于机械波是由机械振动产生的，所以超声波不是机械波。（） 1.2只要有作机械振动的波源就能产生机械波。 ( ) 1.3 振动是波动的根源，波动是振动状态的传播。 ( ) 1.4 介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波称为纵波。 ( ) 1.5 当介质质点受到交变剪切应力作用时,产生切变形变，从而形成横波。 ( ) 1.6 液体介质中只能传播纵波和表面波，不能传播横波。 ( ) 1.7 根据介质质点的振动方向相对于波的传播方向的不同，波的波形可分为纵波、横波、 表面波和板波等。 ( ) 1.8 不同的固体介质，弹性模量越大，密度越大，则声速越大 ( ) 1.9 同一时刻,介质中振动相位相同的所有质点所联成的面称为波前。 ( ) 1.10 实际应用超声波探头中的波源近似于活塞波振动，当距离波源的距离足够大时，活塞波类似于 柱面波。 ( ) 1.11 超声波检测中广泛采用的是脉冲波，其特点是波源振动持续时间很长，且间歇辐射。 ( ) 1.12 次声波、声波、超声波都是在弹性介质中传播的机械波，在介质中的传播速度相同，他们的 主要区别主要在于频率不同。 ( ) 1.13 同种波型的超声波，在同一介质中传播时，频率越低，其波长越长。 ( ) 1.14 分贝值差表示反射波幅度相互关系，在确定基准波高后，可以直接用仪器的衰减器读数表示 缺陷波相对波高。 ( ) 1.15 一般固体中的声速随介质温度升高而降低。 ( ) 1.16 超声波在同一介质中横波比纵波检测分辨力高，但对于材料的穿透能力差。 ( ) 1.17 超声波在同一固体材料中，传播纵波、横波时声阻抗都相同。 ( ) 1.18 超声场中任一点的声压与该处质点传播速度之比称为声阻抗。 ( ) 1.19 固体介质的密度越小，声速越大，则它的声阻抗越大。 ( ) 1.20 在普通钢焊缝检测中，母材与填充金属声阻抗相差很小，若没有任何缺陷，是不会产生界面回 波的。 ( ) 1.21 波的叠加原理说明,几列波在同一介质中传播并相遇时,可以合成一个波继续传播。( ) 1.22 超声波垂直入射到光滑平界面时，声强反射率等于声强透过率，两者之和等于 1 。 ( ) 1.23 超声波垂直入射到光滑平界面时，界面一侧的总声压等于另一侧的总声压，说明能量守恒。 ( ) 1.24 超声波垂直入射到光滑平界面时，在任何情况下，透射波声压总是小于入射波声压。 ( ) 1.25超声波垂直入射到光滑平界面时，其声压反射率或透过率仅与界面两种介质的声阻抗有关。 ( ) 1.26 超声波垂直入射到Z2>Z1的光滑平界面时,若声压透射率大于1 ,说明界面有增强声压的作用。 ( ) 1.27 声压往复透射率高低直接影响检测灵敏度高低，往复透射率高,检测灵敏度高,( ) 1.28 超声波垂直入射到光滑平界面时，声压往复透过率大于声强透过率。 ( ) 1.29 超声波垂直入射到光滑平界面时,界面两侧介质声阻抗相差愈小，声压往复透射率愈低。
妇科急腹症超声诊断价值 摘要】目的探讨超声检查对妇科急腹症的诊断价值。方法应用B型超声对216例妇科急腹症患者进行检查，分析超声声像图特点，将超声诊断与手术病理 结果对比，并分析误诊原因。结果 216例患者中宫外孕148例，卵巢黄体破裂 18例，盆腔炎性包块34例，卵巢囊肿蒂扭转例16例。超声诊断符合率 95.8%。结论超声对妇科急腹症具有重要价值，但因声像图有较多相似之处，需结合临床和实验室检查进行分析。 【关键词】急腹症超声 妇科急腹症是超声诊断中的常见病，本文对2007年8月~2009年10月216 例妇科急腹症患者超声检查进行总结分析，旨在提高超声诊断符合率。 1 资料和方法 1.1 一般资料 本组216例妇科急腹症患者，年龄18～53岁，为我院住院治疗患者，临床表现为突发性腹痛，可有阴道流血或盆腔包块，216例均经手术、病理结果证实。 1.2 方法 采用仪器为菲利普HD11，迈瑞DC－6彩色超声诊断仪，探头频率3.5～ 7.5MHz，患者适度充盈膀胱，采用多切面扫查，必要时结合阴道超声检查，仔细 观察子宫大小及宫腔情况，双侧附件区有无异常包块，包块大小、形态、边界、 内部回声特点，腹腔或盆腔有无液性暗区。并对检查结果做详细记录，电脑保存 资料。 2 结果 216例妇科急腹症患者中，宫外孕148例，卵巢黄体破裂18例，盆腔炎性包 块34例，卵巢囊肿蒂扭转例16例。术前超声诊断与手术、病理一致者207例， 诊断符合率95.8%。4例陈旧性宫外孕误诊为盆腔炎性包块、卵巢囊肿， 3例宫 外孕误诊为阑尾脓肿，2例宫内妊娠合并黄体破裂误诊为宫外孕。 3 讨论 3.1妇科急腹症的声像图特征 （1）宫外孕宫内未见妊娠囊，附件区出现混合性肿块，肿块多与同侧卵巢 有错位运动，部分可有完整妊娠囊，可见胚芽组织及胎心搏动。宫外孕流产或破 裂后，腹腔内可见移动性液性暗区。 (2) 黄体囊肿破裂声像图表现为附件区非均质包块，内多有欠规则的无回声区，囊壁内陷，不规则，彩色多普勒无血流信号，盆腔出现积液。 （3）卵巢囊肿蒂扭转附件区探及囊性肿块，囊壁增厚，毛糙，囊内出血可 见囊内透声差。盆腔内可见液性暗区。 （4）盆腔炎性包块一侧或双侧附件区探及不规则或条索状中低回声区，边 界模糊，或不规则混合型包块，内呈低回声，边界不清，可与子宫粘连。盆腔可 见液性暗区。 3.2 误诊原因分析 （1）病史不典型，本组陈旧性宫外孕4例，患者无诉停经史，因破裂时间长，腹痛不剧烈，尿HCG阴性而未进一步做血HCG检查，3例附件区出现不规则混合型包块，而误诊为附件炎性包块，1例附件区为囊性肿块而误诊为卵巢囊肿。 （2）症状疑似阑尾炎，本组有3例宫外孕包块及疼痛位于右下腹，患者伴有恶心、呕吐等消化道症状，而且其中2例患者有管结扎史，1例年龄偏大而未注
无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介 夏纪真 无损检测资讯网 https://www.doczj.com/doc/a05647662.html, 广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442 摘要：本文简单介绍了超声波相控阵检测技术的基本原理、应用与局限性 关键词：无损检测超声检测相控阵 1 超声波相控阵检测技术的基本原理 超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用，依据惠更斯（Huyghens-Fresnel）原理：波动场的任何一个波阵面等同于一个次级波源；次级波场可以通过该波阵面上各点产生的球面子波叠加干涉计算得到。 并显示保真的（或几何校正的）回波图像，所生成材料内部结构的图像类似于医用超声波图像。 常规的超声波检测技术通常采用一个压电晶片来产生超声波，一个压电晶片只能产生一个固定的声束，其波束的传递是预先设计选定的，并且不能变更。 超声波相控阵检测技术的关键是采用了全新的发生与接收超声波的方法，采用许多精密复杂的、极小尺寸的、相互独立的压电晶片阵列（例如36、64甚至多达128个晶片组装在一个探头壳体内）来产生和接收超声波束，通过功能强大的软件和电子方法控制压电晶片阵列各个激发高频脉冲的相位和时序，使其在被检测材料中产生相互干涉叠加产生可控制形状的超声场，从而得到预先希望的波阵面、波束入射角度和焦点位置。因此，超声波相控阵检测技术实质上是利用相位可控的换能器阵列来实现的。超声波相控阵激发的超声波进入材料后，仍然遵循超声波在材料中的传播规律。因此，对于常规超声波检测应用的频率、聚焦的焦点尺寸、聚焦长度、入射角、回波幅度与定位等等，超声波相控阵也是同样应用的。 超声波相控阵探头的每个压电晶片都可以独立接受信号控制（脉冲和时间变化），通过软件控制，在不同的时间内相继激发阵列探头中的各个单元，由于激发顺序不同，各个晶片激发的波有先后，这些波的叠加形成新的波前，因此可以将超声波的波前聚焦并控制到一个特定的方向，可以以不同角度辐射超声波束，可以实现同一个探头在不同深度聚焦（电子动态聚焦）。此外，从电子技术上为阵列确定相位顺序和相继激发的速度可以使固定在一个位置上的探头发出的超声波束在被检工件中动态地“扫描”或“扫调”通过一个选定的波束角范围或者一个检测的区域，而不需要对探头进行人工操作。相控阵探头的关键特性包括：电子焦距长度调整、电子线性扫描和电子波束控制/偏角。 图1示出了超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图。 图1超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图超声波相控阵换能器的晶片不同组合构成不同的相控阵列，目前主要有三种阵列类型：线形阵列（晶片成间隔状直线形分布在探头中）、面形（二维矩阵）阵列和圆（环）形阵列，
UT Ⅱ级开卷考试容 试题类型：是非题、选择题和操作指导书。 试题容： 1.特种设备安全监察法规知识； 2.特种设备制造及检验的规程、规则、技术标准中有关无损检测的各项规定； 3.对NB/T 47013标准中UT容的理解与应用； 4.针对具体承压设备试件编检测制操作指导书。 关于操作指导书 NB/T47013.1通用要求规定： 7.2.3操作指导书至少应包含以下容： a) 操作指导书编号； b) 依据的工艺规程及其版本号； c) 检测技术要求：执行标准、检测时机、检测比例、合格级别和检测前的表面准备； d) 检测对象：承压设备类别，检测对象的名称、编号、规格尺寸、材质和热处理状态、 检测部位（包括检测围）； e) 检测设备和器材：名称和规格型号，工作性能检查的项目、时机和性能指标； f) 检测工艺参数； g) 检测程序； h) 检测示意图； i) 数据记录的规定； j) 编制者（级别）和审核者（级别）； k) 编制日期。 NB/T 47013.3 超声检测规定：
4.3.3应根据工艺规程的容以及被检工件的检测要求编制操作指导书。其容除满足NB/T 47013.1的要求外，至少还应包括： a) 检测技术要求：检测技术（直探头检测、斜探头检测、直接接触法、液浸法等）和检 测波形等； b) 检测对象：承压设备类别，检测对象的名称、规格、材质和热处理状态、检测部位等； c) 检测设备器材：仪器型号、探头规格、耦合剂、试块种类，仪器和探头性能检测的项 目、时机和性能指标等； d) 检测工艺相关技术参数：扫査方向及扫查围、缺陷定贵方法、检测记录和评定要求、 检测示意图等。 表1 超声检测工艺规程涉及的相关因素 设计操作指导书应包含的容： 1.工件介绍； 2.仪器及器材； 3.技术要求； 4.扫描线调节及说明； 5.灵敏度校准及说明； 6.扫查方式及说明； 7.缺陷记录； 8.不允许缺陷的规定； 9.扫查示意图；10.编制及审核。 例1：现场安装1000m3球罐，材质16MnR，主要技术参数是：容器类别：三类；设计压力：1.8MPa；设计温度：50℃；钢板规格：4900×1800×42mm； 要求：钢板纵波和横波超声探伤。 执行标准：NB/T47013.3---2015，球罐钢板100%检验，Ⅱ级合格。
超声监测技术的新应用
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超声监测技术的新应用 超声检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础，各行各业都在使用的通用技术之一，他是通过超声波的产生、传播及接受的物理过程完成的。目前，超声波技术广泛应用于工业领域的很多方面。 其中超声探伤检测是无损探伤中最为重要一种方法，由于超声波具有穿透能力强、对材料人体无害、使用方便等特点，可对各种锻件、轧制件、铸件、焊缝等进行内部缺陷检测，因而得到广泛应用。 此外利用超声波的各种特性，超声技术还应用于金属与非金属材料厚度测量、流量测量、料位及液位检测与控制、超声波零件清洗等工业领域。 本文主要介绍超声技术在设备故障检测及诊断方面的最新应用。 一．压力及真空系统的泄漏检测 当气体在压力下通过限流孔时，它从一个有压层流变为低压紊流（参见图1）。紊流产生所谓的“白噪声”广谱声音。在这种白噪声中含有超声波分量。因为泄漏部位的超声最大，探测这些信号通常是非常简单的。 目前已有成熟的超声检测专用仪器，可将探测到的超声波信号转换为人耳可听见的音频信号，适用于各种泄漏检测。（参见附录） 泄漏可以在压力系统或真空系统中出现。在这二种系统中，超声的产生方式如上所述。二者之间唯一不同的是真空泄漏产生的超声波振幅通常小于同等流速的压力泄漏。其原因在于真空泄漏产生的紊流是发生在真空室内，而压力泄漏产生的紊流出现在大气中 什么样的气体泄漏采用超声波探测呢？一般来说，不管何种气体，包括空气在内，只要它从限流孔泄出时产生紊流，就可以用超声波探测。与气体专用的传感器不同，超声检测是属于声音专用检测。气体专用传感器仅能用于它所能辨别的具体气体（如氦）。而超声检测能辨别出任何类型的气体，因为它探测的是泄漏紊流所产生的超声。
综合分析题一： 某压力容器厂制造蜡油加氢装置一、二类容器，设备有换热容器、分离容器（包括塔器、吸附器、分液罐）以及储运容器等，容器主体材质有20R、Q245R、Q345R、15CrMOR、20R+316L、Q245R+316L等，容器直径从?800mm~?4000mm不等，容器筒体或封头用钢板（或复合钢板）公称厚度主要有8mm、12mm、16mm、20mm、24mm、32mm、20+3mm、24+3mm、32+3mm等，容器上接管公称直径在?32mm~?250mm之间（不含?250mm），其与筒体或封头连接形式均为插入式焊接接头。 设备按现行相关规程，标准设计制造，另外设计技术条件要求： 1、每台容器的对接接头除进行规定的射线检测外，还需进行局部超声检测，检测长度不 得少于各焊缝接头长度的20%，且不得小于250mm，包括所有焊缝交叉部位。 2、对于接管公称直径大于等于?80mm插入式接管与筒体（或封头）焊接接头进行100% 超声检测 3、同一规格和材质的钢板进行超声复验，复验比例以张计抽检20%，质量合格级别不得 低于II级 4、容器焊接接头超声检测技术等级B级，质量合格等级为II级。 容器制造厂的超声检测设备和器材见下表： 仪器型号PXUT-350、CTS-26 探头单晶直探头5N14、5P20Z、2.5P20Z 单晶斜探头5P8*9K1/K1.5/K2/K2.5 2.5P20*22K1/K1.5/K2/K2.5 双晶直探头5P10FG4Z、5P20FG10Z、5P20FG15Z、 2.5P10FG5Z、 2.5P20FG8Z 试块标准试块CSK-IA 对比试块CSK-IIA-1、CSK-IIA-2、CSK-IIA-3、CSK-ⅣA-1、CSK-ⅣA-2、 GS、RB-L、RB-C、阶梯平底试块、板材检测用试块1号、板 材检测用试块2号、板材检测用试块3号 请根据容器及超声检测设备和器材的情况，回答以下问题。 1.1编制超声检测工艺规程除依据设计技术条件及图纸要求外，还应遵守哪些法律法规 标准？
无损检测培训资料--超声波二级考试试卷 无损检测培训资料--超声波二级考试试卷 一是非判断题(在每题后面括号内打“X”号表示“错误”，画“○”表示正确) (共20题，每题1.5分，共30分) 1.质点完成五次全振动所需要的时间，可以使超声波在介质中传播五个波长的距离(0) 2.超声波检测时要求声束方向与缺陷取向垂直为宜(0) 3.表面波、兰姆波是不能在液体内传播的(0) 4.纵波从第一介质倾斜入射到第二介质中产生的折射横波其折射角达到90°时的纵波入射角称为第一临界角(X) 5.吸收衰减和散射衰减是材料对超声能量衰减的主要原因(0) 6.我国商品化斜探头标称的角度是表示声轴线在任何材料中的折射角(X) 7.超声波探头的近场长度近似与晶片直径成正比,与波长成反比(0) 8.根据公式：C=λ·f可知声速C与频率f成正比，同一波型的超声波在同一材料中传播时高频的声波传播速度比低频大(X) 9.一台垂直线性理想的超声波检测仪，在线性范围内其回波高度与探头接收到的声压成正比例(0) 10.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是横孔(0)
11.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于0%时的指向角(0) 12.水平线性、垂直线性、动态范围属于超声波探头的性能指标(X) 13.入射点、近场长度、扩散角属于超声波检测仪的性能指标(X) 14.在超声波检测中，如果使用的探测频率过低，在探测粗晶材料时会出现林状回波(X) 15.钢板探伤中，当同时存在底波和伤波时，说明钢板中存在小于声场直径的缺陷(0) 16.探测工件侧壁附近的缺陷时，探伤灵敏度往往会明显偏低，这是因为有侧壁干扰所致(0) 17.耦合剂的用途是消除探头与工件之间的空气以利于超声波的透射(0) 18.按照经典理论，超声波检测方法所能检测的最小缺陷尺寸大约是(λ/2)(0) 19.按JB/T4730-2005.3标准检验钢板时，相邻间距为70mm的两个缺陷，第一缺陷指示面积为20cm2，指示长度为50mm，第二缺陷 指示面积为25cm2，指示长度为75mm，则此张钢板(1x1m)为II级(0) 20.外径400mm，内径300mm压力容器用低合金钢筒形锻件，可 按JB/T4730-2005.3标准检验(X) 二选择题(将认为正确的序号字母填入题后面的括号内，只能选择一个答案) (共30题，每题1.5分，共45分) 1.工业超声波检测中,产生和接收超声波的方法,最经常利用的是某些晶体的(c) a.电磁效应 b.磁致伸缩效应 c.压电效应 d.磁敏效应
超声波检测新技术-TOFD 摘要：本文通过简单介绍超声波检测中TOFD方法的物理原理和在无损探伤中的应用，提出了TOFD检测技术将会更加广泛应用于焊缝的无损检测工作中。TOFD检测技术的发展过程、TOFD检测的原理、优点及其局限性，对TOFD检测主要应用范围进行了阐述。给出了TOFD检测的一般工艺流程,并结合实际操作,说明了该技术的重要用途，对TOFD技术对缺陷精确定量进行了简要说明。 关键词:超声波；TOFD；检测 New technology of ultrasonic TOFD ABSTRACT: in this paper, the physical principle of TOFD in ultrasonic testing method is briefly introduced and applied in non-destructive inspection, put forward a nondestructive test technique for the detection of TOFD will be more widely used in the welding seam. TOFD detection technology development process, the TOFD detection principle, advantages and limitations of TOFD testing, main application range are described. The general process of TOFD detection is presented, and combined with the actual operation, explains the important uses of the technology, the TOFD technology of the precise and quantitative defects are introduced briefly. Keywords: ultrasonic; TOFD; detection 0 引言 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique)检测技术于1977年，由英国Silk教授根据超声波衍射现象首次提出。现已在核电、建筑、化工、石化、长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用。TOFD技术的检测费用是脉冲回声技术的1/10。现在，TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题，现已开始大量推广应用，几年以后，将有取代RT的可能。 2006年9月TOFD标准组成立暨首次会议上，中国特检院提出由全国锅容标委归口，2009年12月《固定式压力容器安全技术监察规程》（简称“新容规”）开始实施，后延至2010年11月正式实施。TOFD监测系统由计算机超声波探伤仪本体、发射探头、接收探头、前置放大器、光学或磁性编码器以及连接电缆组成。仪器能以不可更改的方式将所有扫描信号和TOFD图像存储于磁、光等永久介质，并能输出其硬拷贝。[1] 《固定式压力容器安全技术监察规程》第4.5.3.1无损检测方法的选择：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差超声检测（TOFD）做为附加局部检测。第 4.5.3.4.2超声检测技术要求：采用衍射时差超声检测（TOFD）的焊接接头，合格级别不低于II级。[2] 1 TOFD检测的原理和应用 1.1 基本原理 TOFD检测原理：当超声波遇到诸如裂纹等缺陷时，将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，可以判定缺陷的大小和深度。也可理解为当超声波在存在缺陷的线性不连续处，如裂纹等处出现传播障碍时，在裂纹端点处除了正常反射波以外，还要发生衍射现象。 两束衍射波信号在直通波与底面反射波之间出现。缺陷两端点的信号在时间上将是可分辨的，根据衍射波信号传播的时间差可判定缺陷高度的量值。因为衍射波分离的空间（或时间）与裂纹高度直接相关。[3] 非平行扫查一般作为初始的扫查方式，用于缺陷的快速探测以及缺陷长度、缺陷自身高度的
超声二级考试试题及答案 一是非判断题（在每题后面括号内打“X”号表示“错误”，画“○”表示正确） （共20题，每题1.5分，共30分） 1.质点完成五次全振动所需要的时间，可以使超声波在介质中传播五个波长的距离(0) 2.超声波检测时要求声束方向与缺陷取向垂直为宜(0) 3.表面波、兰姆波是不能在液体内传播的(0) 4.纵波从第一介质倾斜入射到第二介质中产生的折射横波其折射角达到90°时的纵波入射角称为第一临界角(X) 5.吸收衰减和散射衰减是材料对超声能量衰减的主要原因(0) 6.我国商品化斜探头标称的角度是表示声轴线在任何材料中的折射角(X) 7.超声波探头的近场长度近似与晶片直径成正比与波长成反比(0) 8.根据公式：C=λ·f 可知声速C与频率f成正比，同一波型的超声波在同一材料中传播时高频的声波传播速度比低频大(X) 9.一台垂直线性理想的超声波检测仪，在线性范围内其回波高度与探头接收到的声压成正比例(0) 10.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是横孔(0) 11.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于0%时的指向角(0) 12.水平线性、垂直线性、动态范围属于超声波探头的性能指标(X) 13.入射点、近场长度、扩散角属于超声波检测仪的性能指标(X) 14.在超声波检测中，如果使用的探测频率过低，在探测粗晶材料时会出现林状回波（X） 15.钢板探伤中，当同时存在底波和伤波时，说明钢板中存在小于声场直径的缺陷(0) 16.探测工件侧壁附近的缺陷时，探伤灵敏度往往会明显偏低，这是因为有侧壁干扰所致(0)
无损检测 超声波试题(UT二级) 一、是非题 1.1 受迫振动的频率等于策动力的频率。√ 1.2 波只能在弹性介质中产生和传播。×（应该是机械波） 1.3 由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率等于振动频率。√ 1.4 由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于振幅。× 1.5 传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越高。√ 1.6 材料组织不均匀会影响声速，所以对铸铁材料超声波探伤和测厚必须注意这一问题。√ 1.7 一般固体介质中的声速随温度升高而增大。× 1.8 由端角反射率试验结果推断，使用K≥l.5的探头探测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能造成漏检。√ 1.9 超声波扩散衰减的大小与介质无关。√ 1.10 超声波的频率越高，传播速度越快。× 1.11 介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有切变弹性模量。√ 1.12 频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波长。× 1.13 既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿液体表面传播。× 1.14 因为超声波是由机械振动产生的，所以超声波在介质中的传播速度即为质点的振动速度。× 1.15 如材质相同，细钢棒(直径<λ=与钢锻件中的声速相同。×（C细钢棒＝（E/ρ）?） 1.16 在同种固体材料中，纵、横渡声速之比为常数。√ 1.17 水的温度升高时，超声波在水中的传播速度亦随着增加。× 1.18 几乎所有的液体（水除外），其声速都随温度的升高而减小。√ 1.19 波的叠加原理说明，几列波在同一介质中传播并相遇时，都可以合成一个波继续传播。× 1.20 介质中形成驻波时，相邻两波节或波腹之间的距离是一个波长。×（应是λ/4；相邻两节点或波腹 间的距离为λ/2） 1.21 具有一定能量的声束，在铝中要比在钢中传播的更远。√ 1.22材料中应力会影响超声波传播速度，在拉应力时声速减小，在压应力时声速增大，根据这一特性，可用超声波测量材料的内应力。√ 1.23 材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。×（成反比） 1.24 平面波垂直入射到界面上，入射声压等于透射声压和反射声压之和。× 1.25 平面波垂直入射到界面上，入射能量等于透射能量与反射能量之和。√ 1.26 超声波的扩散衰减与波型，声程和传声介质、晶粒度有关。× 1.27 对同一材料而言，横波的衰减系数比纵波大得多。√ 1.28 界面上入射声束的折射角等于反射角。× 1.29 当声束以一定角度入射到不同介质的界面上，会发生波形转换。√ 1.30 在同一固体材料中，传播纵、横波时声阻抗不一样。√（Z＝ρ·C） 1.31 声阻抗是衡量介质声学特性的重要参数，温度变化对材料的声阻抗无任何影响。× 1.32 超声波垂直入射到平界面时，声强反射率与声强透射率之和等于1。√ 1.33 超声波垂直入射到异质界面时，界面一侧的总声压等于另一侧的总声压。√ 1.34 超声波垂直入射到Z2>Zl的界面时，声压透过率大于1，说明界面有增强声压的作用。× 1.35 超声波垂直入射到异质界时，声压往复透射率与声强透射率在数值上相等。√ 1.36 超声波垂直入射时，界面两侧介质声阻抗差愈小，声压往复透射率愈低。× 1.37 当钢中的气隙（如裂纹）厚度一定时，超声波频率增加，反射波高也随着增加。√（声压反射率也随频率增加而增加） 1.38 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的反射角等于折射角。× 1.39 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的折射角总大于入射角。
超声波探伤 第一章 UT的物理基础 第一节振动与波动 一、振动：物体沿直线或曲线在某一平衡位臵附近作往复周期运动。其快慢用周期和频率两个物理量来描述。 周期T：振动物体完成一次全振动所需的时间。 频率f：单位时间内完成的振动次数。 谐振动：最简单基本的直线振动。 二、波动：振动的传播过程。分机械波和电磁波两大类。 超声波是一种机械波，产生机械波必须具备两个条件：波源和介质。振动与波动的关系： 振动是波动的根源； 波动是振动的传播状态，也是振动能量的传播过程。 波长、频率和波速 ●波长、频率和波速 ●波长λ：同一波线上相邻两振动相位相同质点间的距离。 ●频率f：波动过程中，任一给定点在1秒种内所通过的完整波 的个数波动。波动的频率数值上同振动的频率。 ●波速C：波动中，波在单位时间内所传播的距离。 C=λf ●次声波、声波和超声波 1、划分：20～20000
2、超声波的应用 探伤所用的频率一般在0.5～10M之间，金属材料检验一般1～5M 超声波的特性：方向性好；能量高；能在界面上产生反射、折射和波型转换；穿透能力强。 利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术--超声检测技术。其它应用还有医疗上的超声诊断（如B超）、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定……等等。第二节波的类型 一、根据质点的振动方向分类 1、纵波L：振动方向与传播方向平行。压缩波、疏密波 2、横波S：振动方向与传播方向垂直。切变波 3、表面波R：沿介质表面传播，质点作椭圆运动。瑞利波 按波的形状分：平面波、柱面波、球面波。实际探伤活塞波，远场近球面波 按振动持续时间分：连续波、脉冲波。实际探伤脉冲波 第三节超声波的传播速度 超声波在同一介质中传播速度相同，与介质的弹性模量和密度有关。
超声波检测技术（每日一练） 考生姓名：苏东旭考试日期：【2020-08-13 】单项选择题（共10 题) 1、声波透射法检测中，当声测管堵塞导致检测数据不全时，该如何 处理？(D) ?A,对上部检测完整的数据进行完整性评价 ?B,可直接判为IV类桩 ?C,根据上部数据估计声测管堵塞处以下混凝土质量 ?D,不得采用规范方法对整桩的桩身完整性进行评定 答题结果： 正确答案：D 2、下列关于声速的说法中，哪一项是正确的？(C) ?A,用声波检测仪测得的声速与测距无关 ?B,用声波检测仪测得的声速与声波频率无关 ?C,超声波在介质中的传播速度就是声能的传播速度
?D,超声波在介质中的传播速度就是质点的运动速度 答题结果： 正确答案：C 3、在桩身某处粗骨料大量堆积往往会造成(C) ?A,波速下降,波幅下降 ?B,波速下降,波幅提高 ?C,波速并不低,有时反而提高,波幅下降 ?D,波速提高,波幅提高 答题结果： 正确答案：C 4、换能器直径D为30mm，将发收换能器置于水中，在换能器表面净 距离d1=500mm、d2=200mm时测得仪器声时读数分别为t1=342.8μs，t2=140.1μs，请计算仪器系统延迟时间（即仪器零读数）t0。将上述换能器放入50号钢管（内径Φ1=54mm，外径Φ2=60mm）的声测管中进行测桩，请计算出该测试中的最终用于计算波速时需扣除的时间是（）。（测试时声测管中水的声速为1500m/s；钢的声速为 5000m/s) (D) ?A,19.2
?B,19.9 ?C,18.7 ?D,22.2 答题结果： 正确答案：D 5、气泡密集的混凝土，往往会造成(A) ?A,波速没有明显降低，波幅明显下降 ?B,波速下降，波幅提高 ?C,波速不变，有时反而提高，波幅下降 ?D,波速提高，波幅提高 答题结果： 正确答案：A 6、调试超声波检测仪时，测得t0=5μs，已知某测点声距L=40cm， 仪器显示声时为105μs，则超声波在混凝土中传播的声速为(C)?A,3636m/s ?B,3810m/s