《常用無(wú)損檢測(cè)方法》PPT課件.ppt

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1、第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 6.1 超 聲 檢 測(cè) 6.2 射 線 檢 測(cè) 6.3 渦 流 檢 測(cè) 6.4 聲 發(fā) 射 檢 測(cè) 6.5 紅 外 檢 測(cè) 6.6 激 光 全 息 檢 測(cè) 6.7 其 他 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 思 考 與 練 習(xí) 題 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 6.1 超 聲 檢 測(cè) 6.1.1 超 聲 檢 測(cè) 的 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 1. 描 述 超 聲 波 的 基 本 物 理 量 超 聲 波 的 產(chǎn) 生 依 賴 于 做 高 頻 機(jī) 械 振 動(dòng) 的 “ 聲 源 ” 和 傳 播 機(jī)械 振 動(dòng) 的 彈 性 介 質(zhì) ，

2、 所 以 機(jī) 械 振 動(dòng) 和 波 動(dòng) 是 超 聲 檢 測(cè) 的 物 理 基礎(chǔ) 。 描 述 超 聲 波 波 動(dòng) 特 性 的 基 本 物 理 量 有 ： 聲 速 c、 頻 率 f、 波長(zhǎng) 、 周 期 T 、 角 頻 率 。 其 中 頻 率 和 周 期 是 由 波 源 決 定 的 ， 聲速 與 傳 聲 介 質(zhì) 的 特 性 和 波 型 有 關(guān) 。 這 些 量 之 間 的 關(guān) 系 如 下 ： cfT 21 （ 6-1） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2. 超 聲 波 的 特 點(diǎn) 超 聲 波 波 長(zhǎng) 很 短 ， 這 決 定 了 超 聲 波 具 有 一 些 重 要 特 性 ， 使 其能 廣 泛 應(yīng)

3、 用 于 無(wú) 損 檢 測(cè) 。 1) 方 向 性 好 超 聲 波 具 有 像 光 波 一 樣 定 向 束 射 的 特 性 。 2） 穿 透 能 力 強(qiáng) 對(duì) 于 大 多 數(shù) 介 質(zhì) 而 言 ， 它 具 有 較 強(qiáng) 的 穿 透能 力 。 例 如 在 一 些 金 屬 材 料 中 ， 其 穿 透 能 力 可 達(dá) 數(shù) 米 。 3） 能 量 高 超 聲 檢 測(cè) 的 工 作 頻 率 遠(yuǎn) 高 于 聲 波 的 頻 率 ， 超 聲波 的 能 量 遠(yuǎn) 大 于 聲 波 的 能 量 。 4） 遇 有 界 面 時(shí) ， 將 產(chǎn) 生 反 射 、 折 射 和 波 型 的 轉(zhuǎn) 換 。 利 用 超聲 波 在 介 質(zhì) 中 傳 播 時(shí)

4、這 些 物 理 現(xiàn) 象 ， 經(jīng) 過(guò) 巧 妙 的 設(shè) 計(jì) ， 使 超 聲 檢 測(cè) 工 作 的 靈 活 性 、 精 確 度 得 以 大 幅 度 提 高 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3. 超 聲 波 的 分 類(lèi) 超 聲 波 的 分 類(lèi) 方 法 很 多 ， 如 圖 6.1所 示 。 主 要 有 ： 按 介 質(zhì) 質(zhì)點(diǎn) 的 振 動(dòng) 方 向 與 波 的 傳 播 方 向 之 間 的 關(guān) 系 分 類(lèi) ， 即 按 波 型 分 類(lèi) ；按 波 振 面 的 形 狀 分 類(lèi) ， 即 按 波 形 分 ； 按 振 動(dòng) 的 持 續(xù) 時(shí) 間 分 類(lèi) 等 。其 中 ， 按 波 型 是 研 究 超 聲 波 在 介

5、質(zhì) 中 傳 播 規(guī) 律 的 重 要 理 論 依 據(jù) ，將 著 重 討 論 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-1 超 聲 波 的 分 類(lèi) 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 1） 超 聲 波 的 波 型 超 聲 波 的 波 型 指 的 是 介 質(zhì) 質(zhì) 點(diǎn) 的 振 動(dòng) 方 向 與 波 的 傳 播 方 向的 關(guān) 系 。 按 波 型 可 分 為 縱 波 、 橫 波 、 表 面 波 和 板 波 等 。 （ 1） 縱 波 。 介 質(zhì) 中 質(zhì) 點(diǎn) 的 振 動(dòng) 方 向 與 波 的 傳 播 方 向 相 同的 波 叫 縱 波 ， 用 L表 示 (見(jiàn) 圖 6-2)。 介 質(zhì) 質(zhì) 點(diǎn) 在 交

6、 變 拉 壓 應(yīng) 力 的作 用 下 ， 質(zhì) 點(diǎn) 之 間 產(chǎn) 生 相 應(yīng) 的 伸 縮 變 形 ， 從 而 形 成 了 縱 波 。 縱波 傳 播 時(shí) ， 介 質(zhì) 的 質(zhì) 點(diǎn) 疏 密 相 間 ， 所 以 縱 波 有 時(shí) 又 稱(chēng) 為 壓 縮 波或 疏 密 波 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-2 縱 波 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 （ 2） 橫 波 。 介 質(zhì) 中 質(zhì) 點(diǎn) 的 振 動(dòng) 方 向 垂 直 于 波 的 傳 播 方 向 的波 叫 橫 波 ， 用 S或 T表 示 (見(jiàn) 圖 6-3)。 橫 波 的 形 成 是 由 于 介 質(zhì) 質(zhì)點(diǎn) 受 到 交 變 切 應(yīng) 力 作

7、用 時(shí) ， 產(chǎn) 生 了 切 變 形 變 ， 所 以 橫 波 又 叫做 切 變 波 。 液 體 和 氣 體 介 質(zhì) 不 能 承 受 切 應(yīng) 力 ， 只 有 固 體 介 質(zhì) 能夠 承 受 切 應(yīng) 力 ， 因 而 橫 波 只 能 在 固 體 介 質(zhì) 中 傳 播 ， 不 能 在 液 體和 氣 體 介 質(zhì) 中 傳 播 。 （ 3） 表 面 波 （ 瑞 利 波 ） 。 當(dāng) 超 聲 波 在 固 體 介 質(zhì) 中 傳 播 時(shí) ， 對(duì) 于 有 限 介 質(zhì) 而 言 ， 有 一 種 沿 介 質(zhì) 表 面 傳 播 的 波 即 表 面 波 (見(jiàn)圖 6-4)。 瑞 利 首 先 對(duì) 這 種 波 給 予 了 理 論 上 的 說(shuō)

8、明 ， 因 此 表 面 波又 稱(chēng) 為 瑞 利 波 ， 常 用 R表 示 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-3 橫 波 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-4 表 面 波 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 （ 4） 板 波 （ 蘭 姆 波 ） 。 在 板 厚 和 波 長(zhǎng) 相 當(dāng) 的 彈 性 薄 板中 傳 播 的 超 聲 波 叫 板 波 (或 蘭 姆 波 )。 板 波 傳 播 時(shí) 聲 場(chǎng) 遍 及 整個(gè) 板 的 厚 度 。 薄 板 兩 表 面 質(zhì) 點(diǎn) 的 振 動(dòng) 為 縱 波 和 橫 波 的 組 合 ， 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 的 軌 跡 為 一 橢 圓 ， 在 薄

9、板 的 中 間 也 有 超 聲 波 傳 播 (見(jiàn)圖 6-5)。 板 波 按 其 傳 播 方 式 又 可 分 為 對(duì) 稱(chēng) 型 （ S型 ） 和 非 對(duì) 稱(chēng)型 （ A型 ） 兩 種 ， 這 是 由 質(zhì) 點(diǎn) 相 對(duì) 于 板 的 中 間 層 作 對(duì) 稱(chēng) 型 還 是非 對(duì) 稱(chēng) 型 運(yùn) 動(dòng) 來(lái) 決 定 的 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-5 板 波 (a) 對(duì) 稱(chēng) 型 ； (b) 非 對(duì) 稱(chēng) 型 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2) 超 聲 波 的 波 形 超 聲 波 由 聲 源 向 周 圍 傳 播 的 過(guò) 程 可 用 波 陣 面 進(jìn) 行 描 述 。 如 圖 6-6所 示

10、， 在 無(wú) 限 大 且 各 向 同 性 的 介 質(zhì) 中 ， 振 動(dòng) 向 各 方 向傳 播 ， 用 波 線 表 示 傳 播 的 方 向 ； 將 同 一 時(shí) 刻 介 質(zhì) 中 振 動(dòng) 相 位相 同 的 所 有 質(zhì) 點(diǎn) 所 連 成 的 面 稱(chēng) 為 波 陣 面 ； 某 一 時(shí) 刻 振 動(dòng) 傳 播 到達(dá) 的 距 聲 源 最 遠(yuǎn) 的 各 點(diǎn) 所 連 成 的 面 稱(chēng) 為 波 前 。 在 各 向 同 性 介 質(zhì)中 波 線 垂 直 于 波 陣 面 。 在 任 何 時(shí) 刻 ， 波 前 總 是 距 聲 源 最 遠(yuǎn) 的 一個(gè) 波 陣 面 。 波 前 只 有 一 個(gè) ， 而 波 陣 面 可 以 有 任 意 多 個(gè) 。 第

11、 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-6 波 線 、 波 前 與 波 陣 面 (a) 平 面 波 ； (b) 柱 面 波 ； (c) 球 面 波 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 根 據(jù) 波 陣 面 的 形 狀 (波 形 )， 可 將 超 聲 波 分 為 平 面 波 、 柱 面波 和 球 面 波 等 。 平 面 波 即 波 陣 面 為 平 面 的 波 ， 而 柱 面 波 的 波 陣 面 為 同 軸 圓柱 面 ， 球 面 波 的 波 陣 面 為 同 心 球 面 ， 如 圖 6-6所 示 。 當(dāng) 聲 源 是 一個(gè) 點(diǎn) 時(shí) ， 在 各 向 同 性 介 質(zhì) 中 的 波 陣 面 為 以

12、 聲 源 為 中 心 的 球 面 。 可 以 證 明 ， 球 面 波 中 質(zhì) 點(diǎn) 的 振 動(dòng) 幅 度 與 距 聲 源 的 距 離 成 反 比 。 當(dāng) 聲 源 的 尺 寸 遠(yuǎn) 小 于 測(cè) 量 點(diǎn) 距 聲 源 的 距 離 時(shí) ， 可 以 把 超 聲 波 看成 是 球 面 波 。 球 面 波 的 波 動(dòng) 方 程 為 )(cos cxtxAy （ 6-2） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3） 連 續(xù) 波 與 脈 沖 波 連 續(xù) 波 是 介 質(zhì) 中 各 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 時(shí) 間 為 無(wú) 窮 時(shí) 的 波 。 脈 沖 波 是質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 時(shí) 間 很 短 的 波 ， 超 聲 檢 測(cè) 中 最 常 用

13、 的 是 脈 沖 波 。 對(duì) 脈沖 波 進(jìn) 行 頻 譜 分 析 ， 可 知 它 并 非 單 一 頻 率 ， 而 是 包 括 多 種 頻 率成 分 。 其 中 人 們 關(guān) 心 的 頻 譜 特 征 量 主 要 有 峰 值 頻 率 、 頻 帶 寬 度和 中 心 頻 率 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 6.1.2 超 聲 場(chǎng) 及 介 質(zhì) 的 聲 參 量 簡(jiǎn) 介 1.超 聲 場(chǎng) 的 物 理 量 1) 聲 壓 當(dāng) 介 質(zhì) 中 有 超 聲 波 傳 播 時(shí) ， 由 于 介 質(zhì) 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) ， 使 介 質(zhì)中 壓 強(qiáng) 交 替 變 化 。 超 聲 場(chǎng) 中 某 一 點(diǎn) 在 某 一 瞬 時(shí) 所 具 有

14、 的 壓 強(qiáng)P 1與 沒(méi) 有 超 聲 波 存 在 時(shí) 同 一 點(diǎn) 的 靜 態(tài) 壓 強(qiáng) P0之 差 稱(chēng) 為 該 點(diǎn) 的 聲壓 ， 用 P表 示 ,即 )Pa(01 PPP (6-3) 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 對(duì) 于 平 面 余 弦 波 ， 可 以 證 明 ： cVcxtAcxtVcxtPP )(sinc)(sinc)(sin mm （ 6-4） 式 中 ： 為 介 質(zhì) 的 密 度 ;c為 介 質(zhì) 中 的 聲 速 ； 為 介 質(zhì) 質(zhì) 點(diǎn) 的 振幅 ； V為 介 質(zhì) 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 的 角 頻 率 ； 為 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 速 度 的 幅值 ； t為 時(shí) 間 ； x為 質(zhì) 點(diǎn) 距 聲

15、 源 的 距 離 ； 為 聲 壓 幅 值 。 由 上 式 可 知 ： 超 聲 場(chǎng) 中 某 一 點(diǎn) 的 聲 壓 幅 值 P m與 角 頻 率 成 正比 ， 也 就 與 頻 率 成 正 比 。 由 于 超 聲 波 的 頻 率 很 高 ， 遠(yuǎn) 大 于 聲 波的 頻 率 ， 故 超 聲 波 的 聲 壓 一 般 也 遠(yuǎn) 大 于 聲 波 的 聲 壓 。 AV m cAP m 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 聲 阻 抗 介 質(zhì) 中 某 一 點(diǎn) 的 聲 壓 幅 值 Pm與 該 處 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng) 速 度 幅 值 Vm之比 ， 稱(chēng) 為 聲 阻 抗 ， 常 用 Z表 示 。 在 同 一 聲 壓 下

16、 ， 聲 阻 抗 Z愈 大 ，質(zhì) 點(diǎn) 的 振 動(dòng) 速 度 就 愈 小 。 聲 阻 抗 表 示 超 聲 場(chǎng) 中 介 質(zhì) 對(duì) 質(zhì) 點(diǎn) 振 動(dòng)的 阻 礙 作 用 。 由 式 (6-4)得 cVPZ mm （ 6-5） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3） 聲 強(qiáng) 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 垂 直 通 過(guò) 單 位 面 積 的 聲 能 ， 稱(chēng) 為 聲 強(qiáng) ， 用 I表示 。 對(duì) 于 平 面 縱 波 ， 其 聲 強(qiáng) I為 ZPZVcAI 2m2 m22 212121 （ 6-6） 由 式 (6-6)可 知 ， 超 聲 場(chǎng) 中 ， 聲 強(qiáng) 與 角 頻 率 平 方 成 正 比 。 由 于 超聲 波 的 頻

17、 率 很 高 ， 故 超 聲 波 的 聲 強(qiáng) 很 大 ， 這 是 超 聲 波 能 用 于 探傷 的 重 要 依 據(jù) 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 4） 分 貝 的 概 念 實(shí) 際 探 傷 中 ， 將 聲 強(qiáng) I1與 I2之 比 取 對(duì) 數(shù) 的 10倍 得 到 二 者 相 差的 數(shù) 量 級(jí) ， 這 時(shí) 單 位 為 分 貝 ， 用 dB表 示 ， 即 )dB(lg10 21II （ 6-7） 根 據(jù) 式 （ 6-6） ， 有 m2m121 lg20lg10 PPII （ 6-8） 式 中 ： Pm1、 Pm2分 別 為 聲 強(qiáng) I1、 I2對(duì) 應(yīng) 的 聲 壓 幅 值 。 第 6章

18、常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 對(duì) 于 線 性 良 好 的 超 聲 波 探 傷 儀 ， 示 波 屏 上 波 高 與 聲 壓 成 正比 ， 即 任 意 兩 波 高 H1、 H2之 比 等 于 相 應(yīng) 的 聲 壓 Pm1、 Pm2之 比 ， 即 dBlg20lg20 212mm1 HHPP （ 6-9） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2. 介 質(zhì) 的 聲 參 量 1） 聲 速 聲 速 表 示 聲 波 在 介 質(zhì) 中 傳 播 的 速 度 ， 它 與 超 聲 波 的 波 型 有關(guān) ， 但 更 依 賴 于 傳 聲 介 質(zhì) 自 身 的 特 性 。 因 此 ， 聲 速 又 是 一 個(gè) 表征 介

19、質(zhì) 聲 學(xué) 特 性 的 參 量 。 了 解 受 檢 材 料 的 聲 速 ， 對(duì) 于 缺 陷 的 定位 和 定 量 分 析 都 有 重 要 的 意 義 。 聲 速 又 可 分 為 相 速 度 和 群 速 度 。 相 速 度 是 指 聲 波 傳 播 到 介質(zhì) 的 某 一 選 定 相 位 點(diǎn) 時(shí) 在 傳 播 方 向 上 的 聲 速 。 群 速 度 是 指 傳 播聲 波 的 包 絡(luò) 上 具 有 某 種 特 征 （ 如 幅 值 最 大 ） 的 點(diǎn) 上 沿 傳 播 方 向上 的 聲 速 。 群 速 度 是 波 群 的 能 量 傳 播 速 度 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 （ 1） 縱 波

20、、 橫 波 和 表 面 波 的 聲 速 。 縱 波 、 橫 波 和 表 面 波的 聲 速 主 要 是 由 介 質(zhì) 的 彈 性 性 質(zhì) 、 密 度 和 泊 松 比 決 定 的 ， 而與 頻 率 無(wú) 關(guān) ， 即 它 們 各 自 的 相 速 度 和 群 速 度 相 同 ， 因 此 一 般說(shuō) 到 它 們 的 聲 速 都 是 指 相 速 度 。 不 同 材 料 聲 速 值 有 較 大 的 差異 。 在 給 定 的 材 料 中 ， 頻 率 越 高 ， 波 長(zhǎng) 越 短 。 同 一 固 體 介 質(zhì) 中 ， 縱 波 聲 速 c1大 于 橫 波 聲 速 cs， 橫 波 聲 速c s又 大 于 瑞 利 波 聲 速

21、cr。 對(duì) 于 鋼 材 ， c1 1.8cs， cs1.1cr。 （ 2） 板 波 的 聲 速 。 板 波 的 聲 速 與 其 他 波 型 不 同 ， 其 相速 度 隨 頻 率 變 化 而 變 化 。 相 速 度 隨 頻 率 變 化 而 變 化 的 現(xiàn) 象 被稱(chēng) 為 頻 散 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 聲 衰 減 系 數(shù) 超 聲 波 的 衰 減 指 的 是 超 聲 波 在 材 料 中 傳 播 時(shí) ， 聲 壓 或 聲能 隨 距 離 的 增 大 逐 漸 減 小 的 現(xiàn) 象 。 引 起 衰 減 的 原 因 主 要 有 三個(gè) 方 面 ： 一 是 聲 束 的 擴(kuò) 散 ； 二 是

22、由 于 材 料 中 的 晶 粒 或 其 他 微小 顆 粒 引 起 聲 波 的 散 射 ； 三 是 介 質(zhì) 的 吸 收 。 在 超 聲 檢 測(cè) 中 ， 談 到 超 聲 波 在 材 料 中 的 衰 減 時(shí) ， 通 常 關(guān)心 的 是 散 射 衰 減 和 吸 收 衰 減 ， 而 不 包 括 擴(kuò) 散 衰 減 。 對(duì) 于 平 面波 來(lái) 說(shuō) ， 聲 壓 幅 值 衰 減 規(guī) 律 可 用 下 式 表 示 ： xpp e0 （ 6-10） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 介 質(zhì) 中 超 聲 波 的 衰 減 系 數(shù) 與 超 聲 波 的 頻 率 關(guān) 系 密 切 ， 通 常 情 況 下 ， 衰 減 系 數(shù) 隨

23、 頻 率 的 增 高 而 增 大 。 將 式 (6-10)兩 邊 取 對(duì) 數(shù) 可 轉(zhuǎn) 換 為 以 下 關(guān) 系 式 ： )dB/mm(lg201 0ppx （ 6-11） 此 時(shí) ， 的 單 位 為 dB mm(分 貝 毫 米 )。 在 超 聲 檢 測(cè) 中 ， 直 接 可 測(cè) 量 的 量 是 兩 個(gè) 聲 壓 比 值 的 分 貝 數(shù) 。 因 此 衰 減 系 數(shù) 可 通 過(guò) 超 聲 波 穿 過(guò) 一 定 厚 度 （ x） 材 料 后 聲 壓 衰減 的 分 貝 （ dB） 數(shù) 進(jìn) 行 測(cè) 量 ， 將 衰 減 量 ( dB)除 以 厚 度 即 為衰 減 系 數(shù) 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法

24、 6.1.3 超 聲 波 在 介 質(zhì) 中 的 傳 播 特 性 1. 超 聲 波 垂 直 入 射 到 平 界 面 上 的 反 射 和 透 射 如 圖 6-7所 示 ， 當(dāng) 超 聲 波 垂 直 入 射 到 兩 種 介 質(zhì) 的 界 面 時(shí) ， 一 部 分 能 量 透 過(guò) 界 面 進(jìn) 入 第 二 種 介 質(zhì) ， 成 為 透 射 波 (聲 強(qiáng) 為 It)， 波 的 傳 播 方 向 不 變 ； 另 一 部 分 能 量 則 被 界 面 反 射 回 來(lái) ， 沿 與 入射 波 相 反 的 方 向 傳 播 ， 成 為 反 射 波 (聲 強(qiáng) 為 I r)。 聲 波 的 這 一 性 質(zhì)是 超 聲 波 檢 測(cè) 缺 陷

25、的 物 理 基 礎(chǔ) 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-7 超 聲 波 垂 直 入 射 于 平 界 面 的 反 射 與 透 射 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 通 常 將 反 射 波 聲 壓 Pr與 入 射 波 聲 壓 P0的 比 值 稱(chēng) 為 聲 壓 反 射率 r， 將 透 射 波 聲 壓 Pt和 P0的 比 值 稱(chēng) 為 聲 壓 透 射 率 t。 可 以 證 明 ， r和 t的 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 為 ： 12 120r ZZ ZZppr （ 6-12） 12 20t 2 ZZ Zppt （ 6-13） 式 中 ： Z1為 第 一 種 介 質(zhì) 的 聲 阻 抗 ； Z

26、2為 第 二 種 介 質(zhì) 的 聲 阻 抗 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 為 了 研 究 反 射 波 和 透 射 波 的 能 量 關(guān) 系 ， 引 入 聲 強(qiáng) 反 射 率 R和 聲 強(qiáng) 透 射 率 T兩 個(gè) 量 。 R為 反 射 波 聲 強(qiáng) (Ir)和 入 射 波 聲 強(qiáng) (I0)之比 ； T為 透 射 波 聲 強(qiáng) (It)和 入 射 波 聲 強(qiáng) (I0)之 比 。 2 12 1220r ZZ ZZrIIR 212 21202 210t 4 ZZ ZZPZ PZIIT t （ 6-14） （ 6-15） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 對(duì) 于 脈 沖 反 射 技 術(shù) 來(lái)

27、說(shuō) ， 還 有 一 個(gè) 有 意 義 的 量 是 聲 壓 往 返透 過(guò) 率 ， 如 圖 6-8所 示 。 通 常 入 射 聲 壓 經(jīng) 過(guò) 兩 種 介 質(zhì) 的 界 面 透射 到 試 件 中 后 ， 均 需 經(jīng) 過(guò) 相 反 的 路 徑 （ 假 設(shè) 在 工 件 底 面 的 反 射為 全 反 射 ） 再 次 穿 過(guò) 界 面 到 第 一 介 質(zhì) 中 才 被 探 頭 所 接 收 。 兩次 穿 透 界 面 時(shí) 透 射 率 的 大 小 ， 決 定 著 接 收 信 號(hào) 的 強(qiáng) 弱 。 因 此 ， 將 聲 壓 沿 相 反 方 向 兩 次 穿 過(guò) 界 面 時(shí) 總 的 透 射 率 稱(chēng) 為 聲 壓 往 返 透過(guò) 率 (t

28、p)， 其 數(shù) 值 等 于 兩 次 穿 透 界 面 的 透 射 率 的 乘 積 ， 由 式 （ 6-13） 可 得 221 2121p 4 ZZ ZZttt （ 6-16） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-8 聲 壓 往 返 透 過(guò) 率 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2. 超 聲 波 垂 直 入 射 到 多 層 界 面 上 時(shí) 的 反 射 和 透 射 在 超 聲 檢 測(cè) 中 經(jīng) 常 遇 到 超 聲 波 進(jìn) 入 第 二 種 介 質(zhì) 后 ， 穿 過(guò)第 二 種 介 質(zhì) 再 進(jìn) 入 第 三 種 介 質(zhì) 的 情 況 。 如 圖 6-9所 示 ， 當(dāng) 超 聲波 從 介 質(zhì) 1

29、（ 聲 阻 抗 為 Z1） 中 垂 直 入 射 到 介 質(zhì) 1和 介 質(zhì) 2（ 聲 阻抗 為 Z2） 的 界 面 上 時(shí) ， 一 部 分 聲 能 被 反 射 ， 另 一 部 分 透 射 到介 質(zhì) 2中 ； 當(dāng) 透 射 的 聲 波 到 達(dá) 介 質(zhì) 2和 介 質(zhì) 3（ 聲 阻 抗 為 Z 3）的 界 面 時(shí) ， 再 次 發(fā) 生 反 射 與 透 射 ， 其 反 射 波 部 分 在 介 質(zhì) 2中 傳播 至 介 質(zhì) 2與 介 質(zhì) 1的 界 面 ， 則 又 會(huì) 發(fā) 生 同 樣 的 過(guò) 程 。 如 此 不斷 地 繼 續(xù) 下 去 ， 則 在 兩 個(gè) 界 面 的 兩 側(cè) ， 產(chǎn) 生 一 系 列 的 反 射 波與

30、 透 射 波 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-9 在 兩 個(gè) 界 面 上 的 反 射 和 透 射 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3. 超 聲 波 傾 斜 入 射 到 平 界 面 上 的 反 射 、 折 射 和 波 型 變 換 當(dāng) 超 聲 波 相 對(duì) 于 界 面 入 射 點(diǎn) 法 線 以 一 定 的 角 度 傾 斜 入 射 到兩 種 不 同 介 質(zhì) 的 界 面 上 時(shí) ， 在 界 面 上 會(huì) 產(chǎn) 生 反 射 、 折 射 和 波 型轉(zhuǎn) 換 現(xiàn) 象 ， 見(jiàn) 圖 6-10。 入 射 聲 波 與 入 射 點(diǎn) 法 線 之 間 的 夾 角 稱(chēng) 為入 射 角 。 第 6章 常

31、用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-10 超 聲 波 傾 斜 入 射 到 平 界 面 上 的 反 射 、 折 射 和 波 型 變 換 (a) 縱 波 入 射 ； (b) 橫 波 入 射 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 1) 反 射 如 圖 6-10（ a） 所 示 ， 當(dāng) 縱 波 以 入 射 角 L傾 斜 入 射 到 異 質(zhì)界 面 上 時(shí) ， 將 會(huì) 在 介 質(zhì) 1中 于 入 射 點(diǎn) 法 線 的 另 一 側(cè) 產(chǎn) 生 與 法 線成 一 定 夾 角 L的 反 射 縱 波 。 反 射 波 與 入 射 點(diǎn) 法 線 之 間 的 夾 角稱(chēng) 為 反 射 角 。 入 射 縱 波 與 反 射 縱 波

32、之 間 的 關(guān) 系 符 合 幾 何 光 學(xué) 的反 射 定 律 ， 即 L=L。 與 光 的 反 射 不 同 的 是 ， 當(dāng) 介 質(zhì) 1為 固 體 時(shí) ， 界 面 上 既 產(chǎn) 生反 射 縱 波 ， 同 時(shí) 又 發(fā) 生 波 型 轉(zhuǎn) 換 并 產(chǎn) 生 反 射 橫 波 ， 即 反 射 后 同時(shí) 產(chǎn) 生 縱 波 與 橫 波 兩 種 波 型 。 這 時(shí) ， 橫 波 反 射 角 S 與 縱 波入 射 角 之 間 的 關(guān) 系 與 光 學(xué) 中 的 斯 奈 爾 定 律 相 同 ， 為 S1sL1 L sinsin cc （ 6-17） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 若 入 射 聲 波 為 橫 波 ， 也

33、 會(huì) 產(chǎn) 生 同 樣 的 現(xiàn) 象 ， 見(jiàn) 圖 6-10（ b)， 這 時(shí) 橫 波 入 射 角 S與 橫 波 反 射 角 S 相 等 。 介 質(zhì) 1為 固 體 時(shí) 縱波 反 射 角 與 橫 波 入 射 角 之 間 的 關(guān) 系 為 L1LS1 S sinsin cc （ 6-18） 由 于 固 體 中 縱 波 聲 速 總 是 大 于 橫 波 聲 速 ， 因 此 ， 無(wú) 論 是 縱 波 入射 還 是 橫 波 入 射 ， 均 有 。 當(dāng) 介 質(zhì) 1為 液 體 或 氣 體 時(shí) ，則 入 射 波 和 反 射 波 只 能 為 縱 波 。 SL 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 折 射 當(dāng) 兩

34、種 介 質(zhì) 聲 速 不 同 時(shí) ， 透 射 部 分 的 聲 波 會(huì) 發(fā) 生 傳 播 方 向的 改 變 ， 稱(chēng) 為 折 射 。 不 論 是 縱 波 入 射 還 是 橫 波 入 射 ， 只 要 介 質(zhì)2為 固 體 ， 則 介 質(zhì) 2中 除 有 與 入 射 波 相 同 波 型 的 折 射 波 外 ， 均可 因 在 界 面 發(fā) 生 波 型 轉(zhuǎn) 換 而 產(chǎn) 生 與 入 射 波 不 同 波 型 的 折 射 波 。 這 時(shí) ， 介 質(zhì) 2中 可 能 同 時(shí) 存 在 縱 波 與 橫 波 (見(jiàn) 圖 6-10)。 折 射 角與 入 射 角 之 間 的 關(guān) 系 符 合 斯 奈 爾 定 律 。 折 射 角 相 對(duì) 于

35、 入 射 角 的 大 小 和 折 射 波 聲 速 與 入 射 波 聲 速 的比 率 有 關(guān) 。 同 時(shí) ， 由 于 縱 波 聲 速 總 是 大 于 橫 波 聲 速 ， 因 此 縱 波折 射 角 L要 大 于 橫 波 折 射 角 S。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3） 臨 界 角 當(dāng) 第 二 種 介 質(zhì) 中 的 折 射 波 型 的 聲 速 比 第 一 種 介 質(zhì) 中 入 射 波型 的 聲 速 大 時(shí) ， 折 射 角 大 于 入 射 角 。 此 時(shí) ， 存 在 一 個(gè) 臨 界 入 射角 ， 在 這 個(gè) 角 度 下 ， 折 射 角 等 于 90 。 大 于 這 一 角 度 時(shí) ， 第二

36、 種 介 質(zhì) 中 不 再 有 相 應(yīng) 波 型 的 折 射 波 。 (1) 第 一 臨 界 角 。 當(dāng) 入 射 波 為 縱 波 ， 且 cL2cL1時(shí) ， 使 縱 波折 射 角 達(dá) 到 90 的 縱 波 入 射 角 稱(chēng) 為 第 一 臨 界 角 ， 用 符 號(hào) 表示 。 當(dāng) 縱 波 入 射 角 大 于 第 一 臨 界 角 時(shí) ， 第 二 介 質(zhì) 中 不 再 有 折 射縱 波 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 (2) 第 二 臨 界 角 。 當(dāng) 入 射 波 為 縱 波 ， 第 二 介 質(zhì) 為 固 體 ， 且 cS2cL1時(shí) ， 使 橫 波 折 射 角 達(dá) 到 90 的 縱 波 入 射 角

37、 為 第 二 臨 界角 ， 用 符 號(hào) 表 示 。 通 常 在 超 聲 檢 測(cè) 中 ， 臨 界 角 主 要 應(yīng) 用 于 第 二 介 質(zhì) 為 固 體 ， 而 第 一 介 質(zhì) 為 固 體 或 液 體 的 情 況 。 這 種 情 況 下 ， 可 利 用 入 射 角在 第 一 臨 界 角 和 第 二 臨 界 角 之 間 的 范 圍 ， 在 固 體 中 產(chǎn) 生 一 定 角度 范 圍 內(nèi) 的 純 橫 波 ， 對(duì) 試 件 進(jìn) 行 檢 測(cè) 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 (3) 第 三 臨 界 角 。 第 三 臨 界 角 是 在 固 體 介 質(zhì) 與 另 一 種 介 質(zhì)的 界 面 上 ， 用 橫

38、波 作 為 入 射 波 時(shí) 產(chǎn) 生 的 。 使 縱 波 反 射 角 達(dá) 到90 時(shí) 的 橫 波 入 射 角 稱(chēng) 為 第 三 臨 界 角 ， 用 表 示 。 4） 斜 入 射 時(shí) 的 聲 壓 反 射 率 和 透 射 率 斜 入 射 時(shí) 反 射 波 和 透 射 波 的 聲 壓 關(guān) 系 較 為 復(fù) 雜 。 但 在 超 聲檢 測(cè) 中 ， 關(guān) 心 的 是 斜 入 射 的 反 射 率 和 透 射 率 隨 入 射 角 度 的 變 化 。 對(duì) 脈 沖 反 射 法 ， 更 關(guān) 心 的 是 聲 壓 往 返 透 過(guò) 率 隨 入 射 角 度 的 變化 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3. 超 聲 波 入

39、 射 到 曲 界 面 上 的 反 射 和 透 射 1） 平 面 波 入 射 到 曲 界 面 上 的 反 射 平 面 波 入 射 到 曲 界 面 上 時(shí) 的 情 況 如 圖 6-11所 示 。 平 面 波 束與 曲 面 上 各 入 射 點(diǎn) 的 法 線 成 不 同 的 夾 角 ： 入 射 角 為 0 的 聲 線沿 原 方 向 返 回 ， 稱(chēng) 為 聲 軸 ； 其 余 聲 線 的 反 射 角 則 隨 著 距 聲 軸 距離 的 增 大 而 增 大 。 當(dāng) 曲 面 是 球 面 時(shí) ， 反 射 線 或 其 延 長(zhǎng) 線 匯 聚 于一 個(gè) 焦 點(diǎn) 上 ； 反 射 面 為 圓 柱 面 時(shí) ， 反 射 線 或 其

40、延 長(zhǎng) 線 匯 聚 于 一條 焦 線 上 。 此 時(shí) ， 焦 距 F與 曲 面 曲 率 半 徑 r的 關(guān) 系 為 2rF （ 6-19） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6.11 平 面 波 入 射 至 曲 面 時(shí) 的 反 射 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 平 面 波 在 曲 面 上 的 折 射 平 面 波 入 射 到 曲 面 上 時(shí) ， 其 折 射 波 也 將 發(fā) 生 聚 焦 或 發(fā) 散 ， 如 圖 6-12所 示 。 這 時(shí) 折 射 波 的 聚 焦 或 發(fā) 散 不 僅 與 曲 面 的 凹 凸 有關(guān) ， 而 且 與 界 面 兩 側(cè) 介 質(zhì) 的 聲 速 有 關(guān)

41、。 對(duì) 于 凹 面 ， c1c2時(shí) 發(fā) 散 ； 對(duì) 于 凸 面 ， c1c2時(shí) 聚 焦 ， c1 時(shí) ， /4可 以 忽 略 ， 從 而 得 到 近 場(chǎng) 長(zhǎng) 度 的 簡(jiǎn) 化 計(jì) 算 公式 如 下 ， 可 用 于 實(shí) 際 工 作 中 近 場(chǎng) 長(zhǎng) 度 的 估 算 ： 4 2DN （ 6-23） 再 看 圖 6-13中 遠(yuǎn) 場(chǎng) 區(qū) 部 分 的 特 點(diǎn) ， 圖 中 標(biāo) 有 “ P球 ” 的 虛 線 為 球面 波 聲 壓 隨 距 離 的 變 化 曲 線 ， 可 以 看 出 ， 距 離 大 于 3N 以 后 ， 圓盤(pán) 聲 源 聲 軸 上 的 聲 壓 幅 值 變 化 與 球 面 波 的 曲 線 非 常 接

42、近 。 這 一結(jié) 論 也 可 通 過(guò) 式 (6-21)導(dǎo) 出 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 當(dāng) 4 x/D23， 也 就 是 x3N時(shí) ， 式 （ 6-21） 可 簡(jiǎn) 化 為 xSPxDPP 020 4 （ 6-24） 式 中 ： S=D2/4為 圓 盤(pán) 聲 源 的 面 積 。 聲 壓 幅 值 與 距 聲 源 的 距 離 成反 比 ， 正 是 球 面 波 的 聲 壓 幅 值 的 變 化 規(guī) 律 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 指 向 性 與 擴(kuò) 散 角 指 向 性 與 擴(kuò) 散 角 研 究 的 是 聲 束 在 空 間 擴(kuò) 散 的 規(guī) 律 。 同 樣根 據(jù) 疊

43、加 原 理 ， 可 將 在 空 間 中 距 聲 源 有 一 定 距 離 的 任 一 點(diǎn) 的聲 壓 ， 看 做 是 聲 源 上 各 點(diǎn) 的 輻 射 聲 壓 的 疊 加 (見(jiàn) 圖 6-14)， 從而 得 到 聲 場(chǎng) 內(nèi) 聲 壓 幅 值 的 分 布 情 況 ， 如 圖 6-15所 示 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-14 圓 盤(pán) 聲 源 遠(yuǎn) 場(chǎng) 中 任 一 點(diǎn) 的 聲 壓 推 導(dǎo) 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-15 圓 盤(pán) 聲 源 聲 場(chǎng) 指 向 性 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 超 聲 場(chǎng) 中 超 聲 波 的 能 量 主 要 集 中

44、 于 以 聲 軸 為 中 心 的 某 一 角度 范 圍 內(nèi) ， 這 一 范 圍 稱(chēng) 為 主 聲 束 。 這 種 聲 束 集 中 向 一 個(gè) 方 向 輻射 的 性 質(zhì) 叫 做 聲 場(chǎng) 的 指 向 性 。 在 主 聲 束 角 度 范 圍 以 外 還 存 在 一些 能 量 很 低 的 、 只 分 布 于 聲 源 附 近 的 副 瓣 聲 束 。 主 聲 束 所 包 含 的 角 度 范 圍 可 由 距 聲 源 充 分 遠(yuǎn) 處 的 聲 壓 分 布得 到 。 設(shè) Rs為 圓 形 聲 源 的 半 徑 ， r為 空 間 任 一 點(diǎn) M到 聲 源 中 心 的距 離 ， 為 M點(diǎn) 與 聲 源 中 心 的 連 線 與

45、 聲 源 軸 線 的 夾 角 。 當(dāng) 滿 足條 件 r3R 2s/， 也 就 是 r3N時(shí) ， 聲 壓 幅 值 的 表 達(dá) 式 為 sin )sin(2),( s s10 kRkRJrSPrP （ 6-25） 式 中 ： J1為 第 一 類(lèi) 第 一 階 貝 塞 爾 函 數(shù) ； S為 聲 源 面 積 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 根 據(jù) 上 式 可 知 ， 距 聲 源 充 分 遠(yuǎn) 處 的 任 一 橫 截 面 上 ， 以 聲源 軸 線 上 的 聲 壓 為 最 高 。 這 是 超 聲 檢 測(cè) 中 對(duì) 缺 陷 定 位 的 依 據(jù) 。 同 時(shí) ， 存 在 偏 離 軸 線 的 若 干 個(gè)

46、角 度 上 的 聲 壓 的 幅 值 為 零 。 將遠(yuǎn) 場(chǎng) 中 第 一 個(gè) 聲 壓 為 零 的 角 度 ， 稱(chēng) 為 指 向 角 或 半 擴(kuò) 散 角 ， 以0表 示 為 D 22.1sin 0 （ 6-26） 指 向 角 是 代 表 主 聲 束 范 圍 的 角 度 ， 反 映 了 聲 束 的 定 向 集 中程 度 ， 也 反 映 了 聲 束 隨 距 離 擴(kuò) 散 的 快 慢 。 指 向 角 越 大 ， 則 聲 束指 向 性 越 差 ， 聲 束 擴(kuò) 散 越 快 。 由 式 (6-26)可 看 出 ， 聲 源 的 直 徑越 大 ， 波 長(zhǎng) 越 短 ， 則 聲 束 指 向 角 越 小 ， 指 向 性 越

47、好 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-16 圓 盤(pán) 聲 源 非 擴(kuò) 散 區(qū) 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 當(dāng) IdIh， 于 是 ， 在 被 檢 測(cè) 試 件 的 另 一 面 就 形 成 一 幅 射 線 強(qiáng) 度 不均 勻 的 分 布 圖 。 通 過(guò) 一 定 方 式 將 這 種 不 均 勻 的 射 線 強(qiáng) 度 進(jìn) 行 照相 或 轉(zhuǎn) 變 為 電 信 號(hào) 指 示 、 記 錄 或 顯 示 ， 就 可 以 評(píng) 定 被 檢 測(cè) 試 件的 內(nèi) 部 質(zhì) 量 ， 達(dá) 到 無(wú) 損 檢 測(cè) 的 目 的 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-35 X射 線 檢

48、 測(cè) 原 理 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2. 射 線 檢 測(cè) 方 法 射 線 檢 測(cè) 常 用 的 方 法 是 照 相 法 ， 即 利 用 射 線 感 光 材 料(通 常 用 射 線 膠 片 )， 放 在 被 透 照 試 件 的 背 面 接 受 透 過(guò) 試 件 后 的 射 線 ， 如 圖 6-36所 示 。 膠 片 曝 光 后 經(jīng) 暗 室 處 理 ， 就 會(huì) 顯 示出 物 體 的 結(jié) 構(gòu) 圖 像 。 根 據(jù) 膠 片 上 影 像 的 形 狀 及 其 黑 度 的 不 均 勻程 度 ， 就 可 以 評(píng) 定 被 檢 測(cè) 試 件 中 有 無(wú) 缺 陷 及 缺 陷 的 性 質(zhì) 、 形 狀 、

49、大 小 和 位 置 。 此 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 靈 敏 度 高 、 直 觀 可 靠 、 重 復(fù) 性 好 ， 是 射 線 檢 測(cè) 法 中 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 一 種 常 規(guī) 方 法 。 由 于 生 產(chǎn) 和 科研 的 需 要 ， 還 可 用 放 大 照 相 法 和 閃 光 照 相 法 以 彌 補(bǔ) 其 不 足 。 放 大 照 相 可 以 檢 測(cè) 出 材 料 中 的 微 小 缺 陷 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-36 X射 線 照 相 原 理 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 6.2.3 射 線 照 相 檢 測(cè) 技 術(shù) 1. 照 相 法 的 靈 敏 度

50、和 透 度 計(jì) 1） 靈 敏 度 靈 敏 度 是 指 發(fā) 現(xiàn) 缺 陷 的 能 力 ， 也 是 檢 測(cè) 質(zhì) 量 的 標(biāo) 志 。 通 常用 兩 種 方 式 表 示 ： 一 是 絕 對(duì) 靈 敏 度 ， 是 指 在 射 線 膠 片 上 能 發(fā) 現(xiàn)被 檢 測(cè) 試 件 中 與 射 線 平 行 方 向 的 最 小 缺 陷 尺 寸 ； 二 是 相 對(duì) 靈 敏度 ， 是 指 在 射 線 膠 片 上 能 發(fā) 現(xiàn) 被 檢 測(cè) 試 件 中 與 射 線 平 行 方 向 的最 小 缺 陷 尺 寸 占 試 件 厚 度 的 百 分 數(shù) 。 若 以 d表 示 為 被 檢 測(cè) 試 件的 材 料 厚 度 ， x為 缺 陷 尺 寸

51、， 則 其 相 對(duì) 靈 敏 度 為 %100 dxK （ 6-38） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 透 度 計(jì) 透 度 計(jì) 又 稱(chēng) 像 質(zhì) 指 示 器 。 在 透 視 照 相 中 ， 要 評(píng) 定 缺 陷 的 實(shí)際 尺 寸 是 困 難 的 ， 因 此 ， 要 用 透 度 計(jì) 來(lái) 做 參 考 比 較 。 同 時(shí) ，還 可 以 用 透 度 計(jì) 來(lái) 鑒 定 照 片 的 質(zhì) 量 和 作 為 改 進(jìn) 透 照 工 藝 的 依 據(jù) 。透 度 計(jì) 要 用 與 被 透 照 工 件 材 質(zhì) 吸 收 系 數(shù) 相 同 或 相 近 的 材 料 制 成 。常 用 的 透 度 計(jì) 主 要 有 兩 種 。 （

52、 1） 槽 式 透 度 計(jì) 。 槽 式 透 度 計(jì) 的 基 本 設(shè) 計(jì) 是 在 平 板 上 加 工 出 一 系 列 的 矩 形 槽 ， 其 規(guī) 格 尺 寸 如 圖 6-37所 示 。 對(duì) 不 同 厚 度 的 工 件 照 相 ， 可 分 別 采用 不 同 型 號(hào) 的 透 度 計(jì) 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-37 槽 式 透 度 計(jì) 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 (2) 金 屬 絲 透 度 計(jì) 。 金 屬 絲 透 度 計(jì) 是 以 一 套 （ 7 11根 ） 不 同 直 徑 （ 0.1 4.0 mm） 的 金 屬 絲 均 勻 排 列 ， 粘 合 于

53、兩 層 塑 料 或 薄 橡 皮 中 間 而 構(gòu) 成的 。 為 區(qū) 別 透 度 計(jì) 型 號(hào) ， 在 金 屬 絲 兩 端 擺 上 與 號(hào) 數(shù) 對(duì) 應(yīng) 的 鉛 字或 鉛 點(diǎn) 。 金 屬 絲 一 般 分 為 兩 類(lèi) ， 透 照 鋼 材 時(shí) 用 鋼 絲 透 度 計(jì) ， 透照 鋁 合 金 或 鎂 合 金 時(shí) 用 鋁 絲 透 度 計(jì) 。 圖 6-38為 金 屬 絲 透 度 計(jì) 的結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 (圖 中 JB表 示 “ 機(jī) 械 工 業(yè) 部 標(biāo) 準(zhǔn) ” )。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 %100dK 使 用 金 屬 絲 透 度 計(jì) 時(shí) ， 應(yīng) 將 其 置 于 被 透 照 工 件 的 表 面

54、， 并應(yīng) 使 金 屬 絲 直 徑 小 的 一 側(cè) 遠(yuǎn) 離 射 線 束 中 心 。 這 樣 可 保 證 整 個(gè) 被透 照 區(qū) 的 靈 敏 度 達(dá) 到 如 下 計(jì) 算 數(shù) 值 ： （ 6-39） 式 中 ： 為 觀 察 到 的 最 小 金 屬 絲 直 徑 ； d為 被 透 照 工 件 部 位的 總 厚 度 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-38 金 屬 絲 透 度 計(jì) 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2. 增 感 屏 及 增 感 方 式 的 選 擇 由 于 X射 線 和 射 線 波 長(zhǎng) 短 、 硬 度 （ 見(jiàn) 下 文 ） 大 ， 對(duì) 膠 片的 感 光 效

55、應(yīng) 差 ， 一 般 透 過(guò) 膠 片 的 射 線 ， 大 約 1 就 能 使 膠 片中 的 銀 鹽 微 粒 感 光 。 為 了 增 加 膠 片 的 感 光 速 度 ， 利 用 某 些 增 感物 質(zhì) 在 射 線 作 用 下 能 激 發(fā) 出 熒 光 或 產(chǎn) 生 次 級(jí) 射 線 ， 從 而 加 強(qiáng) 對(duì)膠 片 的 感 光 作 用 。 在 射 線 透 視 照 相 中 ， 所 用 的 增 感 物 質(zhì) 稱(chēng) 為 增感 屏 ， 其 增 感 系 數(shù) 為 量時(shí) ， 用 增 感 屏 所 需 曝 光產(chǎn) 生 相 同 的 攝 影 密 度 時(shí) ， 無(wú) 增 感 所 需 曝 光 量在 攝 影 密 度 為 DDK （ 6-40） 第

56、 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 1） 熒 光 增 感 屏 熒 光 增 感 屏 是 利 用 熒 光 物 質(zhì) 被 射 線 激 發(fā) 產(chǎn) 生 熒 光 實(shí) 現(xiàn) 增 感作 用 的 ， 其 結(jié) 構(gòu) 如 圖 6-39所 示 。 它 是 將 熒 光 物 質(zhì) 均 勻 地 涂 布 在質(zhì) 地 均 勻 而 光 滑 的 支 撐 物 (硬 紙 或 塑 料 薄 板 等 )上 ， 再 覆 蓋 一 層薄 薄 的 透 明 保 護(hù) 層 組 合 而 成 的 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-39 熒 光 增 感 屏 構(gòu) 造 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 金 屬 增 感 屏 金

57、屬 增 感 屏 在 受 射 線 照 射 時(shí) 產(chǎn) 生 射 線 和 二 次 標(biāo) 識(shí) X射 線對(duì) 膠 片 起 感 光 作 用 。 其 增 感 較 小 ， 一 般 只 有 2 7倍 。 金 屬 屏的 增 感 特 性 通 常 是 ， 原 子 序 數(shù) 增 加 ， 增 感 系 數(shù) 上 升 ， 輻 射 波長(zhǎng) 愈 短 ， 增 感 作 用 越 顯 著 。 但 是 原 子 序 數(shù) 越 大 ， 激 發(fā) 能 量 也要 相 應(yīng) 提 高 ， 如 果 射 線 能 量 不 能 使 金 屬 屏 的 原 子 電 離 或 激 發(fā) ， 則 不 起 增 感 作 用 ， 相 反 還 會(huì) 吸 收 一 部 分 軟 射 線 。 如 鉛 增 感

58、屏 ， 當(dāng) 管 電 壓 低 于 80 kV時(shí) ， 則 基 本 上 無(wú) 增 感 作 用 。 在 生 產(chǎn) 實(shí) 踐中 ， 多 采 用 鉛 、 錫 等 原 子 序 數(shù) 較 高 的 材 料 作 金 屬 增 感 屏 ， 因?yàn)?鉛 的 壓 延 性 好 ， 吸 收 散 射 線 的 能 力 強(qiáng) 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3） 金 屬 熒 光 增 感 屏 金 屬 熒 光 增 感 屏 是 在 鉛 箔 上 涂 一 層 熒 光 物 質(zhì) 組 合 而 成 的 ， 其 結(jié) 構(gòu) 如 圖 6-40所 示 。 它 具 有 熒 光 增 感 的 高 增 感 系 數(shù) ， 又 有吸 收 散 射 線 的 作 用 。 圖

59、6-40 金 屬 熒 光 增 感 屏 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 4） 增 感 方 式 的 選 擇 增 感 方 式 的 選 擇 通 常 考 慮 三 方 面 的 因 素 ： 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 對(duì) 檢 測(cè)的 要 求 、 射 線 能 量 和 膠 片 類(lèi) 型 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3. 曝 光 參 數(shù) 的 選 擇 1） 射 線 的 硬 度 射 線 硬 度 是 指 射 線 的 穿 透 力 ， 由 射 線 的 波 長(zhǎng) 決 定 。 波 長(zhǎng) 越短 硬 度 越 大 ， 則 穿 透 力 就 越 強(qiáng) ， 對(duì) 某 一 物 質(zhì) 即 具 有 較 小 的 吸 收系 數(shù)

60、 。 X射 線 波 長(zhǎng) 的 長(zhǎng) 短 由 管 電 壓 所 決 定 ， 管 電 壓 愈 高 ， 波 長(zhǎng)愈 短 。 射 線 硬 度 對(duì) 透 照 膠 片 影 像 的 質(zhì) 量 有 很 大 關(guān) 系 。 因 此 ， 選 擇 射 線 的 硬 度 尤 為 重 要 。 例 如 ： 當(dāng) 一 束 強(qiáng) 度 為 I0的 射 線 ， 通過(guò) 被 透 照 厚 度 為 d的 物 體 后 ， 其 強(qiáng) 度 將 衰 減 為 I d(由 公 式 （ 6-36）描 述 )； 通 過(guò) 一 厚 度 為 x的 缺 陷 后 ， 其 強(qiáng) 度 為 Ix (由 公 式 （ 6-37）描 述 )。 Ix Id稱(chēng) 為 對(duì) 比 度 或 主 因 襯 度 ， 即

61、 xdx eII )( （ 6-41） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 假 設(shè) 缺 陷 內(nèi) 為 空 氣 ， 則 可 忽 略 不 計(jì) 。 因 而 xdx eII （ 6-42） 在 工 業(yè) 射 線 透 照 中 ， 總 是 希 望 膠 片 上 的 影 像 襯 度 盡 可 能 高 ，以 保 證 檢 測(cè) 質(zhì) 量 。 因 此 ， 射 線 硬 度 盡 可 能 選 軟 些 。 但 是 ， 如 果希 望 在 材 料 的 厚 薄 相 鄰 部 分 一 次 曝 光 ， 則 要 選 用 較 硬 的 射 線 。 為 了 提 高 某 些 低 原 子 序 數(shù) 、 低 密 度 和 薄 壁 材 料 的 檢 測(cè) 靈 敏

62、度 ， 應(yīng) 采 用 軟 射 線 ， 即 低 能 X射 線 照 相 法 。 通 常 將 60 150 kV定 為 中 等 硬 度 X射 線 ， 60 kV以 下 定 為 軟 X射 線 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 2） 射 線 的 曝 光 量 射 線 的 曝 光 量 通 常 以 射 線 強(qiáng) 度 I和 時(shí) 間 t的 乘 積 表 示 ， 即 E=It， E的 單 位 為 mCih(毫 居 里小 時(shí) )。 對(duì) X射 線 來(lái) 說(shuō) ， 當(dāng) 管 壓一 定 時(shí) ， 其 強(qiáng) 度 與 管 電 流 成 正 比 。 因 此 X射 線 的 曝 光 量 通 常 用管 電 流 i和 時(shí) 間 t的 乘 積 來(lái)

63、 表 示 ， 即 E =it (6-43) 其 單 位 為 mAmin(毫 安 分 )或 mAs(毫 安 秒 )。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 在 一 定 范 圍 內(nèi) ， 如 果 E為 常 數(shù) ， 則 i與 t存 在 反 比 關(guān) 系 ： E =i1t1 = i2t2 (6-44) 一 般 在 選 用 管 電 流 和 曝 光 時(shí) 間 時(shí) ， 在 射 線 設(shè) 備 允 許 范 圍 內(nèi) ，管 電 流 總 是 取 得 大 些 ， 以 縮 短 曝 光 時(shí) 間 并 減 少 散 射 線 的 影 響 。此 外 ， X射 線 從 窗 口 呈 直 線 錐 體 輻 射 ， 在 空 間 各 點(diǎn) 的 分 布

64、 強(qiáng) 度 與該 點(diǎn) 到 焦 點(diǎn) 的 距 離 平 方 成 反 比 (見(jiàn) 圖 6.41)。 即 21 2221 )( )(LLII （ 6-45） 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-41 曝 光 距 離 與 射 線 強(qiáng) 度 的 關(guān) 系 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 3） 射 線 照 相 對(duì) 比 度 射 線 照 片 上 影 像 的 質(zhì) 量 由 對(duì) 比 度 、 不 清 晰 度 、 顆 粒 度 決定 。 影 像 的 對(duì) 比 度 是 指 射 線 照 片 上 兩 個(gè) 相 鄰 區(qū) 域 的 黑 度 差 。如 果 兩 個(gè) 區(qū) 域 的 黑 度 分 別 為 D1、 D2， 則 它 們 的

65、對(duì) 比 度 為 ： D=D1-D2 。 影 像 的 對(duì) 比 度 決 定 了 在 射 線 透 照 方 向 上 可 識(shí) 別 的細(xì) 節(jié) ， 影 像 的 不 清 晰 度 決 定 了 在 垂 直 于 射 線 透 照 方 向 上 可 識(shí)別 的 細(xì) 節(jié) 尺 寸 ， 影 像 的 顆 粒 度 決 定 了 影 像 可 記 錄 的 細(xì) 節(jié) 最 小尺 寸 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 圖 6-42 透 照 影 像 幾 何 不 清 晰 度 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 4) 焦 距 的 選 擇 焦 距 是 指 從 放 射 源 (焦 點(diǎn) )至 膠 片 的 距 離 。 焦 距 選 擇 與 射 線

66、源 的 幾 何 尺 寸 和 試 件 厚 度 有 關(guān) 。 由 于 射 線 源 有 一 定 的 幾 何 尺 寸 ， 從 而 產(chǎn) 生 幾 何 不 清 晰 度 Ug， 如 圖 6-42所 示 。 由 相 似 三 角 形 關(guān) 系 ， 可 以 求 出 ： bF aU g （ 6-46） 式 中 ： 為 射 線 源 的 幾 何 尺 寸 ； F為 焦 點(diǎn) 至 膠 片 的 距 離 ； a為 焦點(diǎn) 至 缺 陷 的 距 離 ； b為 缺 陷 至 膠 片 的 距 離 。 第 6章 常 用 無(wú) 損 檢 測(cè) 方 法 5) 曝 光 曲 線 不 同 管 電 壓 下 ， 材 料 厚 度 與 曝 光 量 的 關(guān) 系 曲 線 ， 材 料 厚度 d與 曝 光 量 x的 關(guān) 系 為 ： Cdx （ 6-47） 式 中 ： 為 吸 收 系 數(shù) ； 為 常 數(shù) 。 x與 d呈 線 性 關(guān) 系 。 若 以 x為 縱軸 ， d為 橫 軸 ， 當(dāng) 焦 距 一 定 時(shí) ， 則 給 定 一 個(gè) 厚 度 d， 對(duì) 應(yīng) 于 某 一管 電 壓 可 以 求 得 一 個(gè) x值 。 用 各 種 不 同 的 電 壓 試 驗(yàn) 時(shí) ， 就 可 以得 出 一