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超声波是什么波?是何原理及其特性
发布时间:2022-10-28 10:17:06   浏览次数:

波的反射、透射及衰减

超声波从一种介质传播到另一种介质时,在两种介质的分界面上,一部分能量反射回原介质内,称为反射波;另一部分能量透过界面在另一种介质内传播,称为透射波。在界面上声能(声压、声强)的分配和传播方向的变化都将遵循一定的规律。

超声波探伤

一、单一界面的反射和透射

声能的变化与两种介质的声阻抗密切相关,设波从介质1(声阻抗Z1)入射到介质2(声阻抗Z2),有以下几种情况:

1. Z2 > Z1

声压反射率小于透射率。如水/钢界面。

2. Z1> Z2

声压反射率大于透射率。如钢/水界面。

声强反射率及透射率只与Z1 、Z2的数值有关,与从哪种介质入射无关。

3. Z1>> Z2

声压(声强)几乎全反射,透射率趋于0。如钢/空气界面。

4. Z1< Z2

此时几乎全透射,无反射。因此在焊缝探伤中,若母材与填充金属结合面没有任何缺陷,是不会产生界面回波的。

二、薄层界面的反射和透射

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 (Z2 = (Z2 Z3)1/2 )时,超声波全透射

三、波型转换和反射、折射定律

当超声波倾斜入射到界面时,除产生同种类型的反射和折射波外,还会产生不同类型的反射和折射波,这种现象称为波型转换。

1. 纵波斜入射

2. 横波入射

四. 超声波的衰减

超声波在介质中传播时,随着距离增加,超声波能量逐渐减弱的现象叫做超声波衰减。引起超声波衰减的主要原因是波束扩散、晶粒散射和介质吸收

1. 扩散衰减

超声波在传播过程中,由于波束的扩散,使超声波的能量随距离增加面逐渐减弱的现象叫做扩散衰减。超声波的扩散衰减仅取决于波阵面的形状,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引起衰减的现象,称为散射衰减。散射衰减与材质的晶粒密切相关,当材质晶粒粗大时,散射衰减严重,被散射的超声波沿着复杂的路径传播到探头,在屏上引起林状回波(又叫草波),使信噪比下降,严重时噪声会湮没缺陷波。

3. 吸收衰减

超声波在介质中传播时,由于介质中质点间内磨擦(即粘滞性)和热传导引起超声波的衰减,称为吸收衰减或粘滞衰减

通常所说的介质衰减是指吸收衰减与散射衰减,不包括扩散衰减。


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