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第一章 超声检测物理基础

第一章 超声检测物理基础
第一章 超声检测物理基础

第一章超声检测物理基础

Chapter 1 Physical Foundations for Ultrasonic Testing

本章简要介绍声波的本质、声波的传播、声场、规则反射体回波声压计算和A VG曲线等超声检测的物理基础。掌握这些基础对正确理解超声波的特性、合理选择超声检测条件、有效解释超声波传播的现象等都极其重要。

1.1声波的本质essence of sound wave

1.1.1振动与波vibration & wave

波有两种类型:电磁波(如无线电波、X射线、可见光等)和机械波(如声波、水波等)。声波的本质是机械振动在弹性介质中传导形成的机械波。声波的产生、传播和接收都离不开机械振动,如人体发声是声带振动的结果;声音从声带传播到人耳,是声带引起空气振动的结果;人能听见声音是因为空气中的振动引起了人耳鼓膜的振动的结果。所以,声波的实质就是机械振动。

1、机械振动

质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态称为机械振动。如钟摆的运动、气缸中活塞的运动等。

(1) 谐振动

如图1-1所示的质点——弹簧振动系统,在静止状态下往下轻拉一下装在弹簧上的小质点,松手后质点便在平衡点附近进行往复运动。如空气阻力为零,则质点——弹簧系统自由振动的位移随时间的变化符合余弦(或正弦)规律:

()

ωφ(1-1)

cos

=+

y A t

式中:y——质点的位移,单位:米(m)

A——质点的振幅,单位:米(m)

t——时间,单位:秒(s)

图1-1 加载弹簧的振动

这种位移随时间的变化符合余弦规律的振动称为谐振动。谐振动是一种周期振动,质点

在平衡位置往复运动一次所需的时间称为周期,用T表示,单位为秒(s);单位时间(即1秒钟)内完成的振动次数称为频率,用f表示,单位为赫兹(Hz)。二者之间的关系为:

1

(1-2)

T

f

谐振动是一种振幅和频率始终保持不变的、自由的、周期振动,因而是最基本、最简单、最理想的机械振动。其振动频率是由系统本身决定的,称为固有频率。如质点——弹簧振动系统的固有频率是由质点的质量和弹簧的弹性决定的。所有复杂的周期振动都是多个不同频率的谐振动的合成。

(2) 阻尼振动

与谐振动不同,实际的振动系统总是存在

阻力的。如上述的质点-弹簧振动系统,由于

存在空气阻力,使质点的振幅随时间不断减小

直至为零,即振动完全停止,如图1-2所示。

所以,阻尼损耗了振动系统的能量;但阻尼振

动也有可用之处,如在制作超声检测用的探头

时,在晶片的背面浇注的阻尼块,正是为了增

加振动的阻力,使晶片在电脉冲的激励下的振

动迅速停止,以缩短超声脉冲宽度,提高检测分辨率。图1-2 阻尼振动

(3) 强迫振动

强迫振动是指在周期外力的作用下物体所作的振动。这种振动的特点是振动系统的振动频率由外力的频率决定;振幅取决于外力频率与系统的固有频率间的差异,二者差异越小,振幅越大,当外力频率等于系统的固有频率时,振幅达到最大值,这种现象称为共振。系统发生共振时,振动效率最高。

超声检测时,探头在发射和接收超声波过程中,压电晶片所作的振动即为阻尼振动和强迫振动。发射超声波时,晶片在发射电脉冲的作用下作强迫振动,产生超声波;同时又因阻尼块的影响作阻尼振动,缩短超声脉冲宽度。当电脉冲的频率与晶片的固有频率越接近时,晶片的电声转换效率越高,二者相同时转换效率最高。超声检测所使用探头的固有频率各不相同,为使超声检测仪能与不同频率的探头匹配,达到最佳的转换效率,仪器的发射电路所产生的发射电脉冲信号必须有很宽的频带,亦即发射信号的脉冲必须很窄。

2、机械波和声波

机械振动在介质中传播形成机械波。有一种特别的介

质,由以弹性力保持平衡的各个质点所构成,称为弹性介质,其简化的模型如图1-3 所示。当某一质点受到外力作用时,便在其平衡位置附近振动。因为所有质点都是彼此联系的,该质点的振动会引起周围质点的振动,使机械振动传播出去。这种在弹性介质中传播的机械

振动称为弹性波,即声波。

可见,声波的产生需要两个条件:振动源和弹性介质。 当振动源作谐振动时,所产生的波称为简谐波,这是最简单、最基本的声波。简谐波在无限大均匀理想介质中传播时,介质中任意一点在任意时刻的位移为:

()cos y A t kx ω=- (1-3)

式中:y —— 质点的位移,单位:米(m )

A —— 质点的振幅,单位:米(m )

ω —— 角频率,2f ωπ=

k —— 波数, 2k c ωπλ==

x —— 离振动源的距离,单位:米(m )

波长是波在一个完整周期内所传播的距离,用λ表示,单位为米(m )。如图1-4所示。

图1-4 简谐波的波长示意图

相邻两相同振动相位质点间的距离在哪一个周期时间内声波传导的距离称为波长,波长与声波传播速度与振动频率之间的关系为:

f

c

=

λ 又 T f 1= T c ?=∴λ (1-4)

式中:λ——波长,单位:米(m)

c ——声波传播速度,单位:米/秒(m/s) f ——振动频率,单位:次/秒(Hz) T ——振动周期,单位:秒(s) 1.1.2 声波的分类classification of soun

d wave

1、次声波、可闻声波和超声波

根据声波的振动频率,可将声波分为不同的种类。

通常人类可听见的声波的频率范围为

a

b

图1-3 弹性体模型

20Hz~20kHz,称为可闻声波;频率低于20Hz的声波称为次声波;频率高于20kHz的声波称为超声波。对人类而言,次声波和超声波均不可闻。

2、波型

根据质点的振动方向与声波的传播方向之间的关系,可将声波分为以下不同的波型:

(1) 纵波(压力波、压缩波、疏密波)longitudinal wave(compressive wave)

波的传播方向与质点的振动方向一致的波称为纵波,如图1-5所示。当弹性介质受到交变的拉应力和压应力作用时,会产生交替的伸缩变形,从而产生振动并在介质中传播。在波的传播方向上,质点的密集区和疏松区时交替存在的,所以纵波也称疏密波、压缩波。

图1-5 纵波传播示意图

纵波可在气体、液体、固体中传播。纵波是超声检测中最常用、最基本的波型,在锻件、铸件、板材等的检测中应用广泛,常用于检测与工件表面平行的不连续性。由于纵波的激励最容易实现,常利用纵波通过波型转换得到所需波型,再进行其他波型的超声检测。

(2) 横波(剪切波)transverse wave(sheer wave)

声波的传播方向与质点的振动方向垂直的声波称为横波,如图1-6所示。横波传播时介质会产生剪切变形,故又称剪切波、切变波。

由于气体和液体中不能传播剪切力,横波不能在气体和液体中传播,只能在固体介质中传播。横波也是超声检测最常用的波型之一,一般由纵波经波型转换激励出与工件表面成一定角度的横波,所以特别适合于检测与工件表面倾斜的不连续性。常用于焊缝、管材等结构的检测。

图1-6 横波传播示意图

(3) 表面波(瑞利波)surface wave (Rayleigh wave)

在半无限大的固体介质的界面及其附近传播的波型统称为表面波。瑞利波为在半无限大的固体介质与气体或液体介质的界面及其附近传播的波型,所以它是表面波的一种。瑞利波的传播如图1-7所示。质点的振动轨迹为椭圆,椭圆的长轴与传播方向垂直;短轴与传播方向一致。椭圆振动可视为纵向和横向振动的合成,即纵波和横波的合成,所以,瑞利波也只能在固体介质中传播。

图1-7 瑞利波传播示意图

超声检测所用的表面波主要是瑞利波。由于瑞利波传播时随着穿透深度的增加,质点能量迅速衰减,其穿透深度约为一个波长左右,所以,瑞利波被用于检测工件的表面和近表面的不连续性。瑞利波对表面裂纹尤为敏感,所以在在役检测中应用广泛。

(4) 板波(兰姆波)plate wave(Lamb wave)

如果固体物质尺寸进一步受到限制而成为板状,且其板厚与波长相当,则纯表面波不会存在,其结果产生各种类型的板波。最重要的板波是兰姆波。

兰姆波传播时,整个板厚内的质点都在振动。兰姆波有两种基本类型:对称型和反对称型。如图1-8所示。

图1-8 兰姆波

a ) 对称型(S 型)

b ) 非对称型(A 型)

兰姆波在薄板检测中应用广泛。 3、波形

所谓波形,是指声波的波阵面的形状。波阵面是指在同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所构成的面。

(1) 平面波

波阵面为平面的声波称为平面波。一个作谐振动的无限大平面在无限大的的弹性介质中振动所产生的声波为平面波。如果介质是各向同性、无损耗的,即均匀、理想的,则平面波质点的振幅不随与声源的距离x 的增加而衰减。理想平面波的波动方程为:

()

cos y A t kx =-ω (1-5)

这种理想的平面波并不存在,当声源的长宽尺寸远大于声波的波长时,该声源所发射的声波可近似看作平面波。在超声检测中,探头向工件中辐射超声波时,离探头表面附近的区域内的超声波近似为平面波。

(2) 球面波

波阵面为球面的声波称为球面波。当声源为点状球体时,在无限大的弹性介质中振动所产生声波的波阵面是以声源为中心的同心圆球面。单位面积上的能量会随与声源的距离的增加而减小。球面波中质点的振幅与距声源的距离x 成反比。在无限大均匀理想的弹性介质中的球面波的波动方程为:

()c o s A

y t k x x

=

-ω (1-6) 当观察点与声源距离远大于点状声源尺寸时,声波可近似看作球面波,所以在超声检测

大尺寸工件中,探头所激励的超声波在足够远处近似为球面波。

(3) 柱面波

波阵面为柱面的声波称为柱面波。当声源为一无限长的线状直柱时,在无限大均匀理想的弹性介质中振动所产生声波的波阵面是以声源为中心的同心圆柱面,且柱面波各质点的振幅与距声源的距离x的平方根成反比。在无限大均匀理想的弹性介质中的柱面波的波动方程为:

()

y t kx

=-

ω(1-7) 以上三种波形如图1-9所示。

a)b)c)

图1-9 a) 平面波b) 柱面波c)球面波

1-波源2-波线3—波阵面4—波前

(4) 活塞波

在超声检测中,声源(即产生超声波的探头)尺寸既不能看成很大,也不能看成很小,所以,其产生的超声波既不是平面波也不是球面波,而是介于二者之间的波形,称为活塞波。在离声源较近处,波阵面较复杂,质点的位移难以简单描绘;在离声源较远处,波阵面为近似球面,质点的位移可近似用球面波的波动方程描绘,使计算极为简单。这正是超声检测中用计算法进行灵敏度调整和对不连续性进行当量评定的理论基础。

4、连续波与脉冲波

如图1-10所示,连续波是质点振动时间为无穷的波,最常见的连续波是正弦波。脉冲波是质点振动持续时间很短的波,短到只有一到几个周期。

y y

a)b)

图1-10 连续波与脉冲波a)连续波b)脉冲波

超声检测中应用最广的是脉冲超声波,因为与连续波相比脉冲超声波的瞬间功率高、平均功率低,所以超声波的穿透力强、又不会损害被检对象及探头;脉冲超声波的脉冲宽度窄,所以检测分辨率高。当然连续波也有特殊的用途,如共振法检测等。

一个时域中的超声脉冲可分解为多个不同频率的简谐波,并可根据不同频率的幅度绘制出频率——幅度曲线,称为频谱,这就是频谱分析法。如图1-11所示,通常以峰值两侧幅度下降6dB 对应的两点频率之差为频带宽度。该两点频率的中央对应的频率称为中心频率,用c f 表示;频谱曲线最高点对应的频率称为峰值频率,用p f 表示。可见,单一频率的连续波的频谱为δ函数;宽度越窄的脉冲信号的频带越宽;反之,宽度越宽的脉冲信号的频带越窄。

2

468

10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

频率/MHz

幅度

图1-11 频谱分析示意图

1.1.3 声波的速度 velocity

声波在介质中的传播速度即为声波速度,简称声速,用c 表示。声速是介质的重要声学参数,取决于介质的性质(密度、弹性模量),声速还与波型有关。

1、纵波声速l C

在无限大固体介质中传播时,纵波速度为:

l C =

(1-8)

在无限大液体和气体介质中,纵波声速为:

l C =

(1-9)

2、横波声速t C

在无限大固体介质中传播时,横波的速度为:

t C =

(1-10)

3、瑞利波声速R C

在半无限大固体介质表面传播的瑞利波的速度为:

R C =

(1-11)

式中:E —— 介质的杨氏弹性模量,等于介质承受的拉应力S F /与相对伸长L L /?之比,

即L

L S

F E //?=

ρ —— 介质的密度,等于介质的质量M 与其体积V 之比,即V M /=ρ;

σ —— 介质的泊松比,等于介质横向相对缩短d d /1?=ε 与纵向相对伸长

L L /?=ε之比,即εεσ/1=。

K —— 气体、液体介质的体积弹性模量

可见即使在相同的固体介质中,以上三种波型的声速各不相同,每种波型的声速是由介质的弹性性质、密度决定的,即给定波型的声速是由介质材料本身的性质决定的,而与声波的频率无关。不同的材料,声速也不同。对给定的材料和波型,声波的频率越高,波长越短。

对同一固体材料,纵波的声速大于横波声速;横波声速大于瑞利波声速即:

l C >t C >R C

以为钢例,t l C C 8.1≈ ,t R C C 9.0≈,即9.0:1:8.1::≈R t l C C C 。 几种常见材料的声速见表1-1。

表1-1 几种材料的声速和5MHz 时的波长(取易于记忆的数据)

4、兰姆波声速

与无限大均匀介质中传导的纵波和横波不同,在薄板中传导的兰姆波的传播速度与板厚和频率有关。这种速度随频率变化的现象称为频散。对特定的板厚和频率,又有对称和非对称模式的兰姆波,不同模式兰姆波的声速也不相同。

兰姆波在板中传播的速度有相速度和群速度之分。所谓相速度是沿传导方向上相位移动的速度;群速度则是声能的传播速度。在无限大均匀介质中传导的纵波和横波,其相速度与群速度相同;而对板中传导的兰姆波,相速度和群速度相差很大。

由此可见,兰姆波的声速与频率、厚度和模式有关。 5、声速的变化

对纵波、横波和瑞利波而言,声速是由介质的材料性能(包括物理性能和力学性能)决定的。对特定介质和特定波型而言,声速是个常量。当介质的应力、流量、孔隙率或晶粒度变化时,其物理性能(如密度)、力学性能(如弹性模量)也会变化,因而声速也会变化。所以,可以先建立声速与应力、流量、孔隙率或晶粒度之间的关系,然后通过测量介质的声速来测量介质的应力、流量、孔隙率或晶粒度等参量。典型的应用是紧固螺栓的轴向应力的超声测量,如图1-12所示,随着螺栓轴向应力的增加,纵波的传播时间也增加,因而速度减小,二者成线性关系。同样的原理还可用于液体流量、球墨铸铁球化率等的超声测量。

510152025303540

010t t -??

图1-12 螺栓轴向应力与纵波传播时间变化率关系曲线

当介质的温度变化时,其物理和力学性能也将变化,导致声速改变。如有机玻璃、聚乙烯的声速随着温度的升高而降低,如图1-13所示。在使用有机玻璃斜楔探头检测时,如温度发生变化,应注意由声速变化引起折射角的变化,因为这将引起不连续性定位误差。

240026002800

22000

20

4060温度/℃

纵波声速/(m /s )

图1-13 有机玻璃、聚乙烯与温度的关系

当介质存在各向异性时,由于不同方向的性能不同,因而声速也不同。如超声检测粗晶粒奥氏体不锈钢时,超声波沿不同角度传导时,其声速也不同。

1.1.4 声压、声强和声阻抗 sound pressure, sound density and acoustic impedance

介质中有声波传播的区域称为声场,声场的特性可用声压、声强和声阻抗三个参量来描绘。

1、声压

在介质中,某点某时刻,当声波在介质中传导时,介质中某点在某时刻的压强与没有声波传导时该点的静压强之差,称为声压,用p 表示,单位为帕斯卡(Pa )。声场中的声压是时间和位置的函数。对无限大均匀理想介质中传导的谐振平面波,声压为:

()0sin p P t kx cu ωρ=-= (1-12)

式中:0P ——声压幅度,0P

cA ρω= ρ——介质密度 c ——介质声速

ω—— 角频率

K ——波数

衡量声波的强弱的主要参数是声压幅度,所以通常将声压幅度称为声压。超声检测仪的显示屏上显示的信号高度与信号的声压幅度成正比,所以两信号的高度之比等于其声压之比。

2、声强

在垂直于声波传导方向上,单位面积单位时间内通过的声能,称为声强,亦称声的能

流密度,用I 表示,单位为瓦/米2()

2

W m 。对于谐振波,将一个周期内能流密度的平均值

作为声强:

2

02P I c

ρ= (1-13)

3、声阻抗

由c P u ρ/=可知,在同一声压下,介质的c ρ越大,则质点的振动速度越小。再将声强表达式与电功率表达式2W U R =作电声类比可知,c ρ相当于电学中的电阻R ,所以把

c ρ定义为声阻抗,表示介质的声学特性。

在描述超声波的反射特性以及解释不同类型不连续性的检测灵敏度的差异时,声阻抗是一个重要的概念。

1.1.5 声波幅度的分贝表示 dB

通常规定引起听觉的最小声强162110I W cm -=为声强的标准,某声强2I 与标准声强

1I 之比的常用对数为声强级,单位为贝尔(Bel )

()2

1

lg

I Bel I ?= (1-14) 单位贝尔太大,故取其1/10作单位,即分贝(dB )

2211

10lg

20lg I P

I P ?== (dB ) (1-15) 在超声检测中,比较两个波的大小时,可以二者的波高之比

2

1

H H 的常用对数的20倍表示,单位为dB, 因为对垂直线性良好的仪器,波高之比等于声压之比。

221

120lg

20lg P H

dB P H == (1-16) 几个常用的波高或声压之比对应的分贝数见表1-2。

表1-2 几个重要的的dB 值

1.2 超声波的传播

propagation of ultrasound

声波传播时,如遇到不同介质组成的异质界面,将发生能量重新分布、传播方向改变和波型转换等现象。

1.2.1 超声波的波动特性waviness of ultrasound

1、波的叠加

同时在介质中传导的几列声波在某时刻、某点处相遇,则相遇处介质质点的振动是各列声波引起的振动的合成。合成声场的声压为各列声波声压的矢量和,这就是声波的叠加原理。

2、波的干涉

当两列传播方向相同、频率相同、相位差恒定的声波相遇时,声波叠加的结果会发生干涉(interference)现象。合成声场的声压在某些位置始终加强,最大幅度为两列声波声压幅度之和;而另一些位置始终减弱,最小幅度为两列声波声压幅度之差。

合成声波的频率与这两列声波相同。

3、波的共振

两列频率相同、振幅相同的波沿相反方向传播时,声波干涉的结果形成驻波,产生共振(resonance)。如图1-14所示。在波线上某些点始终静止不动,振幅为零,称为波节;另一些点则波幅始终最大,称为波腹。相邻两波节和波腹之间的距离为波长的一半。

当连续超声波垂直入射于两互相平行界面时,会产生多次反射。当两界面间的距离为半波长的整数倍时,形成强烈的驻波,产生共振。超声探头就是基于共振原理工作的。当晶片的厚度为半波长的整数倍时,晶片就发生共振,以最高的效率向工件中激励超声波。此时的频率即为晶片的固有频率。超声测厚的方法之一也是基于共振原理,利用共振时工件厚度与波长的关系测厚。

图1-14 驻波形成示意图

4、惠更斯原理

对于连续弹性介质,任何一点的振动将引起相邻质点的振动,波前在介质中达到的每一点都可以看作是新的波源向前发出球面子波,如图1-15。

图1-15 惠更斯原理示意图

5、衍射

声波在弹性介质中传播时,如遇到障碍物,当障碍物的尺寸与波长大小相当时,声波将绕过障碍物,但波阵面将发生畸变,这种现象叫衍射或绕射(diffraction ),如图1-16。

图1-16 衍射示意图

a) 圆板情况 b) 壁上有孔的情况 c) 屏蔽板的情况

1.2.2 超声波垂直入射到异质界面时的反射和透射reflection & transmission

本节及下节讨论超声波在几种不同介质形成的界面(即异质界面)上的传播特性。超声波的入射方向有垂直和倾斜之分;界面的形状有平面和曲面之分;界面的数量有单层和多层之分。为简单起见,以平面波为例。本节所称界面为大平面。

1、单层界面

由两种介质形成的界面称为单层界面。如图1-17所示,

111

z c ρ=222

z c ρ=t

I i I r

I

图1-17 声波垂直入射到大平界面时的反射和透射

0I — 入射波声强 r I — 反射波声强 t I — 透射波声强 z1 z2

入射声波从介质1垂直入射到由介质1和2构成的大平异质界面时,将发生反射和透射现象,即部分声能被反射形成反射波,沿与入射波相反的方向在介质中传导;部分声能透过界面,沿与入射波相同方向在介质中传播,形成透射波。

根据平面波的传播规律,对于理想弹性介质可推导如下描述反射和透射程度的关系式: 声压反射率P r :表示反射波声压与入射波声压之比

21

21

r P i p Z Z r p Z Z -=

=

+ (1-17) 声压透射率P t :表示透射波声压与入射波声压之比

2

21

2t P i p Z t p Z Z =

=

+ (1-18) 两者间的关系为 1p p r t += (1-19) 声强反射率I r :表示反射波声强与入射波声强之比

2

2

2121r I p i I Z Z r r I Z Z ??-=== ?+??

(1-20)

声强透射率I t :表示透射波声强与入射波声强之比

()2

12122

214t I p i I Z Z Z t t I Z Z Z =

==+ (1-21) 二者符合

i r I I I =+ (1-22)

即入射波的声能等于反射波的声能和透射波的声能之和,符合能量守恒定律。 根据两种介质的特征声阻抗Z 的大小对比,分三种情况讨论: (1) 12Z Z ≈, 则:0p r ≈,1p t ≈

即当两种介质的声阻抗很接近时,几乎全透射,极少反射。如碳素钢(Z

碳素钢

4.6×1072

/Kg m s )和不锈钢(Z 不锈钢=4.57×1072

/Kg m s )制成的复合板,假设二者接合完美,从碳素钢一侧检测时,

Z 0.003Z p Z r Z -=

=-+不锈钢碳素钢不锈钢碳素钢 20.997

Z p Z t Z ==+不锈钢

不锈钢碳素钢

该界面的声压反射率很低、声压透射率接近1,所以界面反射回波非常低、几乎全透射。 (2) 12Z Z ,则1p r ≈-,0p t ≈

即当第一种介质的声阻抗远大于第二种介质时,几乎全反射,极少透射。如钢(Z 钢=4.6×1072/Kg m s )和水(Z

=1.5×1062/Kg m s )形成的界面,超声波从钢中垂直入射到

钢/水界面时,可得:

Z 0.935Z p Z r Z -=

=-+钢水钢水 20.065

Z P Z t Z ==+水

水 可见,该界面的声压反射率的绝对值接近1、声压透射率很低,所以界面透射波非常低、

几乎全反射。

(3) 12Z Z , 则1P r ≈, 0P t ≈

即当第一种介质的声阻抗远小于第二种介质时,几乎全反射,极少透射。以水和钢为例:声波从水中垂直入射到水/钢的界面,则

Z 0.935Z P Z r Z -=

=+钢水钢水 2Z 1.935Z p t Z ==+钢

钢水

与上述情况类似,区别在于上述情况的声压反射率为负数,表示反射波与入射波反相,这种情况的声压反射率为正数,表示反射波与入射波同相;这种情况的声压透射率虽然大于1,但是由于声强与声阻抗成反比,而钢的声阻抗远大于水,所以从能量分布的角度看,透射波还是很低。

可见,两介质的特征声阻抗差别越大(即材质差别越大),声压反射率越大,因而反射波信号越强,所以越容易被检测;当两种介质的特征声阻抗差别接近无穷大时,声压反射率就接近最大值1,即全反射,这时,反射波信号最强,因而也最容易被检测。这就是金属材料中的气孔和裂纹类不连续性在合适的入射方向时容易被检测的道理。

对反射法检测技术,声压往返透过率更有意义。如图1-18,超声波入射到两介质的界面后透过界面,然后被反射体全部反射,沿相反的方向再次透过界面,被探头接收。所谓声压往返透过率就是反向透射波声压与入射波声压之比:

()

2

212

121'4Z Z Z Z t t P P T p p i r p +=== (1-23)

图1-18 声压往返透过率

2、多层界面

在超声检测中,还会遇到两个或两个以上界面的情况,下面以三种介质形成互相平行的两个平界面为例进行讨论。如图1-19所示,当声波从第一种介质依次垂直入射到两个界面时,将依次在这两个界面上发生反射和透射现象。这里重点考虑薄介质层的情况,即介质2的厚度较薄。

(Ⅰ)

(Ⅲ)P i P t

P r

Z 1

Z 3

图1-19 在介质层上垂直入射时的反射和透射

(1) 132Z Z Z =≠,即均匀介质中的异质薄层

这种情况在检测均匀材料中的分层、裂纹等不连续性时会遇到。经推导,总的声压反射率和透射率分别为:

2

2

2

222

2sin 14112sin 141λπλπd m m d m m p p r i

r

p ??? ??-+??? ??-==

(1-24)

2

2

2

2sin 14111

λπd m m p p t i

t

p ??? ??-+==

(1-25)

式中: 1

2

z m z =

d ——介质层厚度

1)当()为整数n n d 2

2

λ?

=时,0

1P P r t ≈≈

即当不连续性的厚度为半波长的整数倍时,几乎全透射而无反射,理论上会被漏检。但实际上不太可能,因为不连续性的厚度不一定均匀;加之超声波有多个频率(亦即多个波长)成分,不连续性的厚度正好等于半波长的整数倍的情况很难出现。

2)当()为整数n n d 24

1

2λ?-=

时,10P P r t ≈≈ 即当不连续性的厚度为四分之一波长的奇数倍时,几乎全反射而无透射,因而极易检测。

3) 当2λ<

即当不连续性的厚度很薄时,几乎全透射而无反射,因而容易出现漏检。 (2) 132Z Z Z ≠≠,即介质层两侧介质不同 声强透过率为

()13

2

2

212132222

422cos sin I Z Z t Z Z d d Z Z Z Z =

??+++ ???ππλλ (1-26)

1) ()2

,1,2,3,2

d n

n λ== 时,()

13

2

134I Z Z t Z Z =

+

即当介质层的厚度为超声波在其中的半波长的整数倍时,声强透过率仅取决于介质层两侧介质的声阻抗,与介质层性质无关,如同介质层不存在一般。

2) 当()221

,1,2,3,4

n d n λ-=

=

且2Z =1P t = 即当介质层的厚度为声波四分之一波长的奇数倍,且阻抗匹配时,超声波完全透射。直探头保护膜便是依据这一原理设计。

3) 当2λ<

13

2

134I Z Z t Z Z =

+

即当介质层的厚度很薄时,声强透过率仅取决于薄层两侧介质的声阻抗,与介质层性质无关,如同介质层不存在一般。基于这一原理可知,在平表面工件超声检测时,耦合剂的厚度应尽量薄,以便提高声能的透射率。

1.2.3 超声波倾斜入射到异质界面时的反射和折射reflection & refraction

当超声波以与入射点处界面的法线成一定角度倾斜入射到两种声速不同介质形成的异质界面时,将在界面上发生反射、折射和波型转换现象。

1、平面界面上的反射和折射

先考虑平面界面的情形。入射声波与入射点出界面法线间的夹角称为入射角,用α表示;反射声波与法线间的夹角称为反射角,用'

α表示;折射声波与法线间的夹角称为折射角,用β表示。

1) 反射

如图1-20所示,当介质1中超声波以入射角α倾斜入射到异质界面时,将会在界面处发生反射和波型转换,即产生反射纵波和反射横波,而且符合以下规律:

① 入射波和反射波分处法线的两侧; ② 入射波和反射波在同一平面;

③ 入射角与反射角之间符合施耐尔(Snell )定律:

纵波入射时: 1'

1'11sin sin sin t t l l l c c c ααα=

= (1-27) 横波入射时:1

'

1'1sin sin sin l l t t t t c c c ααα=

= (1-28) 式中: l α —— 纵波入射角

t α —— 横波入射角

't α —— 横波反射角 'l α —— 纵波反射角

1l c —— 介质1的纵波声速 1t c —— 介质1的横波声速

可见,纵波入射时,对反射纵波,l α='l α,即入射角等于反射角;对反射横波,因为

t l c c <,即横波声速小于纵波声速,所以''

t l αα<,即横波反射角小于纵波反射角。

横波入射时,对反射横波:t α='t α,即入射角等于反射角;对反射纵波,因为t l c c <,即横波声速小于纵波声速,所以''

t l αα<,即横波反射角小于纵波反射角。

总之,与入射波相同波型的反射角等于入射角,与入射波不同波型的反射角不等于入射角,反射波的声速越快,其反射角越大,且纵波和横波声速差异越大,角度变化也越大。

2) 折射

图1-20 超声波倾斜入射到界面上的反射、折射和波型转换

a) 纵波入射 b) 横波入射

如图1-20所示,当介质1中超声波以入射角α倾斜入射到异质界面时,同时还会在界 面处发生折射和波型转换,即产生折射纵波和折射横波,而且符合以下规律:

① 入射波和折射波分处法线的两侧; ② 入射波和折射波在同一平面;

③ 入射角与折射角之间符合施耐尔(Snell )定律: 纵波入射时:

122sin sin sin l l t

l l t c c c αββ==

(1-29) 横波入射时:

122

sin sin sin t l t

t l t c c c αββ==

(1-30) 式中: l β —— 纵波折射角

t β —— 横波折射角

2l c —— 介质2的纵波声速 2t c —— 介质2的横波声速

折射波的声速越快,折射角也越大。两种介质的声速差异越大,角度变化也越大。因为

l t c c >,即纵波声速大于横波声速, 所以在相同入射角的l t ββ>,即纵波折射角大于横波

折射角。

以上只考虑了固体/固体情况,所以介质中可能存在纵波和横波。如果介质1为液体,则不会出现横波入射及横波反射情况;如果介质2为液体,则不会出现横波折射情况。

3) 临界角

从以上两式可知,如果折射波声速大于入射波声速,则折射角一定大于入射角,当入射 角达到一定程度时,折射角达到90°,这时的入射角就是临界角。

① 第一临界角c αI

如果入射波为纵波,且21l l c c >, 则当纵波折射角达到900时的纵波入射角,称为第一临界角,用c αI 表示,并可得:

1

2

arcsin

l c l c c αI = (1-31) 当纵波入射角达到第一临界角时,在介质2中只有横波而无纵波。 ② 第二临界角c αII

如果入射波为纵波,且21t l c c >, 则当横波折射角达到900时的纵波入射角,称为第二

超声检测物理基础练习题(附答案)

超声检测物理基础练习题学号姓名 一、是非题(对画○, 错画X) 1.波只能在弹性介质中产生和传播。() 2.完成五次全振动所用的时间,可以使超声波在介质中传播五个波长的距离。()3.在同种固体材料中,纵、横波声速之比为常数。() 4.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。() 5.超声波垂直入射到异质界面时,如果底面全反射,则声压往复透射率与声强透射率在数值上相等。() 6.超声波垂直入射时,界面两侧介质声阻抗相差越小,声压往复透射率越高。()7.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。() 8.超声波倾斜入射至有机玻璃/钢界面时,第一临界角约为14.5°。() 9.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也会有影响。() 10.根据公式C=λf可知:声速C与频率f成正比,因此同一波型的超声波在高频时传播速度比低频时大。( ) 11.焊缝横波检测时常采用液态耦合剂,说明横波可以通过液态介质薄层。( ) 12.超声纵波可以在固体或液体介质中传播,而横波只能在固体介质传播,但是表面波可以在固体或液体介质中传播。() 13.吸收衰减和散射衰减是材料对超声能量衰减的主要原因。() 14.面积相同、频率相同的圆晶片和方晶片其声束指向角也相同。() 15.因为有机玻璃/铝界面的第一临界角大于有机玻璃/钢界面的第一临界角,所以前者的第二临界角也大于后者。() 16.超声检测实际声场中,声束轴线上不存在声压为零的点。() 17.当其他条件一定时,若超声波频率增加,则近场区长度和半扩散角都增加。()18.使用聚焦透镜能提高灵敏度和分辨力,但减小了探测范围。() 19.200mm处Φ4长横孔的回波声压比100mm处Φ2长横孔的回波声压高。()20.实用AVG曲线只适用于特定的探头,使用时不需要进行归一化处理。() 二、单项选择题 1.下面关于机械波的说法,错误的是() A、波动是振动状态和能量的传播过程 B、能量的传播是靠物质的迁移来实现的

(完整版)初中物理基础知识要点汇总

初中物理基础知识要点汇总编辑整理:黎刚 第一部分:声、光、热 一、声 1、声音是由物体的振动产生的。振动停止,发声也停止。 2、声音是以声波的形式传播的。声音在15℃空气中的传播速度为340m/s。 3、音调是指声音的高低,由频率决定; 4、响度是指声音的强弱,由振幅决定; 5、音品又叫音色,由发声体的材料、结构、发声方式决定。 6、振动有规律,悠扬、悦耳,听来感觉舒服的声音叫乐音。音调、响度、音色是乐音的三要素。 7、超声波由于频率高,所以应用广泛。B超检查胎儿的发育情况、超声波清洗精密仪器等。 8、减弱噪声的途径:声源处减弱,传声途径中减弱,接受点处减弱。 二、光 1、光在同种均匀介质中沿直线传播。影子、日食、月食都是光沿直线传播的现象。 2、光在真空中的传播速度约为:3×108m/s,光在空气中的传播速度接近于光在真空中的传播速度, 光在其他物质中的传播速度小于真空中的传播速度。 3、光在反射时遵循光的反射定律:三线共面、两线分居、两角相等。 4、白光通过三棱镜后,被分解成:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光。 光的三原色是指:红、绿、蓝。 5、镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。 6、平面镜成像的特点是:成的虚像与物体关于平面镜所在直线成轴对称。虚像与物等大。 7、光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫光的折射。 8、光在发生反射和折射时光路都是可逆的。 9、光从空气中斜射入水中时,折射光线向法线靠拢。 10、光的折射定律:一面、二侧、三随大、四空大。 11、中间厚边缘薄的透镜叫凸透镜(又叫会聚透镜),凸透镜对光起会聚作用; 12、中间薄边缘厚的透镜叫凹透镜(又叫发散透镜),凹透镜对光起发散作用。 13、近视眼的形成是因为晶状体太厚,折光能力太强,像成在视网膜前方,故无法看清远处的物体.

超声波基础知识讲解

超声波基础知识的一般讲解 一、超声波探伤物理基础 1、超声波是一种机械波 机械振动:物体沿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。 机械波:机械振动在弹性介质中的传播过程,称为机械波;如水波、声波、超声波等。 产生机械波的条件:(1)要有作机械振动的波源(2)要有能传播机械振动的弹性介质2、波长、波速、频率 1)波长:同一波线上相邻两振动相位相同的质点之间的距离,符号λ 2)波速:波动在弹性介质中单位时间内所传播的距离,符号C 3)频率:波动过程中,任一给定点在1秒内能通过的完整波的个数,符号f 三者的关系:C=λ·f 3、次声波、声波和超声波 1)次声波:频率低于20Hz的机械波 2)声波:频率在20~20000Hz的机械波 3)超声波:频率高于20 KHz的机械波 4、超声波的特性 1)方向性好,犹如手电简灯光在黑暗中寻找到所需物品 2)能量高 3)能在界面上产生反射折射和波型转换 4)超声波穿透能力强 5、超声波的类型 a、按质点的方向分类 1)纵波:介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波 2)横波:介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波 3)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 4)板波:在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波 C、按波的形状分类 1)平面波:波阵面为互相平行的平面的波 2)柱面波:波阵面为同轴圆柱面的波 3)球面波:波阵面为同心球面的波 6、声速 纵波:钢 5900 m/s 铝 6300 m/s 水 1500 m/s 有机玻璃 2700 m/s 空气 340 m/s 横波:只能在固体中传播 钢 3200 m/s 铝 3130 m/s 有机玻璃 1120 m/s 表面波:声速大约为横波的0.9倍,纵波的0.45倍 7、超声波垂直入射到平面上的反射和透射 当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时,将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波 设入射波声压为P 0,反射声压为P r , 透射声压为P t , 其声压反射率r=P r / P =(z 2 -z 1 )/ (z 2 +z 1 ) 其声压透射率t=P t / P =2 z 2 / (z 2 +z 1 )

(完整版)初三物理基础知识专题训练一

初三物理基础知识专题训练(一) 《声\光\热\物质和能源》 一、单项选择题 1、夏天,烈日当空的中午,我们赤足走在水泥路面上会感到很烫,这是由于( C ) A、水的比热大 B、水泥路面比其它地方吸热多 C、混凝土地面的比热小 D、水泥地面热量多 2、下列有关“海陆风”形成的原因解释不正确的是( B ) A、风是由于夜晚沙石温度低于水的温度,地面气压高于海面气压形成的 B、风是由于夜晚沙石温度低于水的温度,地面气压低于海面气压形成的 C、海风是由于白天沙石温度高于水的温度,地面气压低于海面气压形成的 D、海陆风的形成的原因,归根结底是由于沙石比热容小于水的比热容的缘故 3、在我国新疆地区有“早穿皮袄午穿纱,围着火炉吃西瓜”的奇特现象,而著名泉城济南却给人“气候宜人,四季如春”的感觉,这表明水对气候有显著影响,是因为( B ) A、水的透明度高,容易吸收太阳能 B、水的比热容比泥土、砂石的大 C、水在蒸发时有致冷作用 D、水的流动性能好 4、我们平常所使用的铅笔芯是用石墨和黏土混合烧制而成。选用2B和HB的铅笔芯主要是考虑它们的( D ) A、弹性不同 B、密度不同 C、比热容不同 D、硬度不同 5、冬天里,常看到室外的自来水管外包了一层草或软泡沫,可以防止水管冻裂,水管被冻裂的原因是( D ) A、水管本身耐寒程度不够而破裂 B、水管里水结成冰以后,质量变大 C、水管里的水结成冰以后,密度变大 D、水管里水结成冰以后,体积变大 6、下表列出了相同条件下不同物质的密度及声音在其中传播的速度,根据上表提供的信息,可以得出的结论是(C) A.声音传播的速度随着物质密度的增大而增大 B.声音传播的速度随着物质密度的增大而减小 C.声音在金属中传播的速度大于它在气体中传播的速度 D.声音在金属中传播的速度随着金属密度的增大而增大 7、测量视力时,利用平面镜成像特点可以节省空间,如图所示,让被测者面对镜子背对视力表,此人看到视力表的像与他的距离是( C ) A、3m B、4m C、5m D、6m 8、下列现象,属于光的反射的是( C )

无损检测基础知识

一、无损检测基础知识 1.1无损检测概况 1.1.1无损检测的定义和分类 什么叫无损检测,从文字上面理解,无损检测就是指在不损坏试件的前提下,对试件进行检查和测试的方法。但是这并不是严格意义上的无损检测的定义,对现代无损检测的定义是:在不损坏试件的前提下,以物理或化学为手段,借助先进的技术和设备器材,对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。在无损检测技术发展过程中出现三个名称,即:无损探伤(Non-destructive lnspction),无损检测(Non-destructive Testing),无损评价( Non-destructive Evaluation)。一般认为,这三个名称体现了无损检测技术发展的三个阶段,其中无损探伤是早期阶段的名称,其内涵是探测和发现缺陷;无损检测是当前阶段的名称,其内涵不仅仅是探测缺陷,还包括探测试件的一些其它信息。而无损评价则是即将进入或正在进入的发展阶段,无损评价包涵更广泛,更深刻的内容,它不仅要求发现缺陷,探测试件的结构、性质、状态,还要求获取全面的、更准确的、综合的信息。 射线检测(Radiographyic Testing,,简称RT),超声波检测(Uitrasonic Testing,简称UT),磁粉检测(Magnetic Testing 简称MT),渗透检测(Penetrant Testing,简称PT)是开发较早,应用较广泛的探测缺陷的方法,称为四大常规检测方法,到目前为止,这四种方法仍是锅炉压力容器制造质量检验和再用检验最常用的无损检测方法,其中RT和UT 主要用于检测试件内部缺陷。PT主要用于检测试件表面缺陷,MT主要用于检测试件表面及近表面缺陷。其它用于锅炉压力容器的无损检测方法有涡流检测(Eddy current Testing,简称ET)、声发射检测(Acoustic Emission,简称AE)。 1.1.2无损检测的目的 用无损检测技术,通常是为了达到以下目的: 1、保证产品质量; 2、保障使用安全; 3、改进制造工艺; 4、降低生产成本。 1.1.3无损检测应用的特点 无损检测应用时,应掌握以下几个方面的特点: 1、无损检测要与破坏性检测配合; 2、正确选用实施无损检测的时机;

初中物理基础知识点整理

八年级物理 第一章打开物理世界的大门 1.物理学是研究自然界中各种物理现象的规律和物质结构的一门科学。物理实验是研究物理问题的基本方法之一。 2.科学探究的主要环节:提出问题→猜想与假设→制定计划与设计实验→进行实验与收集证据→分析与论证→评估→交流与合作 第二章运动的世界 1.长度的测量是最基本的测量,最常用的工具是 刻度尺。 2.长度的主单位是米,用符号:m表示,我们走 两步的距离约是1米,课桌的高度约0.75米。 长度的单位还有千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(um)、纳米(nm),它们关系是: 1km=1000m=103m;1dm=0.1m=10-1m 1cm=0.01m=10-2m;1mm=0.001m=10-3m; 1um=10-6m;1nm=10-9m。 3.刻度尺的正确使用: (1).使用前要注意观察它的零刻线、量程和最小 分度值;(2).用刻度尺测量时,零刻度线要对准被测物体的一端(不要用磨损 ..的零刻度线); (3).刻度尺的刻度线要紧靠被测物体,尺的位置要放正;(4).读数时视线要与正对刻度线,不可斜视;(5).在读数时,要估读到最小分度值的下一位,测量结果由数字和单位组成。4.在实验室里常用量筒、量杯测量物体的体积;它们常用毫升做单位,1毫升=1厘米3;测量液体体积时,视线要与液面的凹形底部(或凸形顶部)相平。 5.误差:测量值与真实值之间的差异,叫误差。 误差是不可避免的,它只能尽量减少,而不能消 除,常用减少误差的方法是:多次测量求平均值。 6.特殊测量方法: (1)累积法:把尺寸很小的物体累积起来,聚成可以用刻度尺来测量的数量后,再测量出它的总长度,然后除以这些小物体的个数,就可以得出小物体的长度。如测量细铜丝的直径,测量一页纸的厚度. (2) 替代法:有些物体长度不方便用刻度尺直接测 量的,就可用其他物体代替测量。如:怎样测地图上一曲线的长度? (3) 平移法:方法如图 (a)测硬币直径; (b)测乒乓球直径; (c)测铅笔长度。 (4)估测法:用目视方式估计物体大约长度的方法。 7.机械运动:一个物体相对于另一个物体位置的变化叫机械运动。 8.参照物:在研究物体运动还是静止时被选作标准的物体(或者说被假定不动的物体)叫参照物.

超声波探伤的物理基础——(第四节超声平面在平界面上斜入射的行为)

第一章 超声波探伤的物理基础 第四节 超声平面在平界面上斜入射的行为 超声平面波以一定的倾斜角入射到异质界面上时,就会产生声波的反射和折射、并且遵循反射和折射定律。在一定条件下,界面上还会产生波型转换现象。 一、斜入射时界面上的反射、折射和波型转换 (1) 超声波在固体界面上的反射 1. 固体中纵波斜入射于固体——气体界面 图1–25中,L α为纵波入射角,1L α为纵波反射角,1S α为横波反射角,其反射定律可用下列数学式表示: 1 S 1S 1L 1 L L L sin C sin C sin C α=α=α (1–34) 因入射纵波L 与反射纵波L 1在同一介质内传播,故它们的声速相同,即1L L C C =,所以1L L α=α。又因同一介质中纵波声速大于横波声速,即1S 1L C C >,所以1S 1L αα>。 2. 横波斜入射于固体——气体界面 图1–26中,S α为横波入射角,1S α为横波反射角,1L α为纵波反射角。由反射定律可知: 1 L 1 L 1S 1S S S sin C sin C sin C α=α=α (1–35) 图1–25 纵波斜入射 图1–26 横波斜入射 因入射横波S 与反射横波S 1在同一介质内传播,故它们的声速相同,即1S S C C =,所以1S S α=α。又因同一介质中1S 1L C C >,所以,1S 1L αα>。 结论: 当超声波在固体中以某角度斜入射于异质面上,其入射角等于反射角,纵波反射角大于横波反射角,或者说横波反射声束总是位于纵波反射声束与法线之间。图(1–27)表示钢及铝材中纵波入射时的横波反射角,也可以看成横波入射时的纵波反射角。 (2) 超声波的折射 1. 纵波斜入射的折射 图1–28中L α为第一介质的纵波入射角,L β为第二介质的纵波折射角,S β为第二介质的横波折射角,其折射定律可用下列数学式表示: S 2S L 2L L L sin C sin C sin C β=β=α (1–36)

磁粉检测全部+

第一章 绪论 1.1、能形成磁粉显示的零件结构或形状上的间断叫做---------不连续性 1.2、磁粉检测与渗透检测元件检测主要区别是---------检测原理不同 1.3、以下关于磁敏元件检测法的叙述中,正确的是--------- 磁敏元件检 测法获得不连续性(包括缺陷)深度的信息。 1.4、磁粉检测在下列哪种缺陷的检测不可靠--------埋藏的很深的气孔, 工件表面浅而宽的划伤,针孔状的缺陷和延伸方向与磁感应线方向夹角小于20度角的缺陷。 1.5、磁粉检测优于涡流检测的地方--------能直观的显示出缺陷的位置、 形状、大小和严重程度-。 1.6、磁粉检测优于渗透检测的地方---------能检出表面夹有外来材料的表 面不连续性;对单个零件检测快,可检出近表面的不连续性。 1.7、承压设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉 检测,主要是因为---------磁粉检测对铁磁性材料攻坚的表面和近表面缺陷具有很高的灵敏度,可发现微米级宽度的小缺陷。 1.8、对检测有色金属管子表面缺陷最合适的方法是---------涡流法。 1.9、被磁化的工件表面有一裂纹,使裂纹吸引磁粉的原因是------漏磁场。 1.10、漏磁场检测的试件必须具备的条件是--------- 试件有磁性。 1.15、通常把影响工件使用的不连续性称为缺陷,所以不连续性和缺陷的概 念不是不同的。 1.16、磁粉检测和检测元件检测都属于漏磁场检测。 1.17、磁粉检测的基础是不连续性处漏磁场与磁粉的磁相互作用。 1.18、磁粉检测可以检测沉淀硬化不锈钢材料,不能检测奥氏体不锈钢材料 1.19、采用磁敏元件检测工件表面的漏磁场时,探测的灵敏度和检查速度及 工件大小无关。 1.20、如果被磁化的试件表面存在裂纹,使裂纹产生漏磁场的原因是磁力线 的不连续性导致磁力线发生弯曲。 1.21、磁粉检测对铁磁性材料表面开口气孔的检测灵敏度要低于渗透检测。 1.22、简述磁粉检测的原理?--------- 答:磁粉检测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,形状和大小的一种检测方法。 1.23、简述磁粉检测使用范围?--------- 答:磁粉检测适用于铁磁性材料表面和近表面尺寸很小,间隙极窄,目视难以看出的不连续性。 1.24、简述磁粉检测的局限性?--------- 答:①只能检测铁磁性材料及其工件,不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体

初中物理中考100个基础知识点汇总

初中物理中考100个基础知识点汇总 声与光 1.一切发声的物体都在振动,声音的传播需要介质 2.通常情况下,声音在固体中传播最快,其次是液体, 气体 3.乐音三要素: ①音调(声音的高低) ②响度(声音的大小) ③音色(辨别不同的发声体) 4.超声波的速度比电磁波的速度慢得多(声速和光速) 5.光能在真空中传播,声音不能在真空中传播 6.光是电磁波,电磁波能在真空中传播 7.真空中光速: c =3×108m/s =3×105 km/s(电磁波的速度也是这个) 8.反射定律描述中要先说反射再说入射(平面镜成像也说"像与物┅"的顺序) 9.镜面反射和漫反射中的每一条光线都遵守光的反射定 律 10.光的反射现象(人照镜子、水中倒影) 11.平面镜成像特点:像和物关于镜对称(左右对调,上

下一致) 12.平面镜成像实验玻璃板应与水平桌面垂直放置 13.人远离平面镜而去,人在镜中的像变小(错,不变) 14.光的折射现象(筷子在水中部分弯折、水底看起来比 实际的浅、海市蜃楼、凸透镜成像) 15.在光的反射现象和折射现象中光路都是可逆的 16.凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用 17.能成在光屏上的像都是实像,虚像不能成在光屏上, 实像倒立,虚像正立 18.凸透镜成像试验前要调共轴:烛焰中心、透镜光心、 和光屏中心在同一高度 19.凸透镜一倍焦距是成实像和虚像的分界点,二倍焦距是成放大像和缩小像的分界点 20.凸透镜成实像时,物如果换到像的位置,像也换到物的位置 运动和力 1.物质的运动和静止是相对参照物而言的 2.相对于参照物,物体的位置改变了,即物体运动了 3.参照物的选取是任意的,被研究的物体不能选作参照 物 4.力的作用是相互的,施力物体同时也是受力物体 5.力的作用效果有两个:

磁粉探伤磁悬液的配置方法

磁粉探伤磁悬液的配置方法

b、配制方法: 1#配方——将磁粉分散剂YF-3混和均匀后按用量称取出来,先用少量的水稀释后加入磁粉搅拌均匀至完全顺湿,再加入少量的水充稀后加入硝酸钠,搅拌均匀后加入其余的水充分混和后即可使用。 2#配方——取少量的水将肥皂溶化,再加入适量的水及硝酸钠及磁粉搅拌均匀后加入其余的水充分混和后即可使用。 4#配方——将100#浓乳加入到1升50度的温水中,搅拌至完全溶解,再加入三乙醇胺、亚硝酸钠和消泡剂,每加入一种成分后都要搅拌均匀。加磁粉时,先取少量分散剂与磁粉混合,使磁粉全部顺湿,再加入其它分散剂。 三、荧光油磁悬液的配制 荧光磁粉是以磁性氧化铁粉、工业纯铁粉、羟基铁粉等为核心,外面包覆一层而制成的。 荧光磁粉与非荧光磁粉相比,荧光磁粉在紫外光激发下呈黄绿色荧光,色泽鲜明容易观察,可见度和对比度均好,零件缺陷显示更清晰,使用于任何颜色的

四、荧光水磁悬液的配制 配制荧光磁粉磁悬液的水分散剂要严格选择,除了满足水分散剂的各项性能要求外,还不应使荧光磁粉结团,溶解和变质。 建议YC—2型荧光磁粉可使用YF型磁粉散剂或采用下述配方: (JFC)5克 亚硝酸钠15克 消泡剂(28#)~1克 荧光磁粉1~2克 水1升 配制方法:将乳化剂与消泡剂搅拌均匀,并按比例加足水,成为水分散剂,用少量水分散剂与磁粉搅拌均匀,再加入余量的分散剂,然后加亚硝酸钠。 磁悬液的浓度是指每升液体中含磁粉的克数。浓度太低,小缺陷会漏检;浓度太高,会使降低衬度,而且会在工件的磁极上沾附过量的磁粉,干扰缺陷的显示,所以配制浓度要适宜。 第三节磁悬液浓度的测定 在磁粉探伤检测过程中,每个被检工件在磁化后,都要吸附一定数量的磁粉,因此,磁悬液使用一段时间后,应该测定磁悬液的浓度,以保证磁粉探伤的检测精度和可靠性。 一、用磁悬液浓度检测管测定 检测磁悬液浓度的准确方法是应用磁悬液浓度测定管——即磁粉沉淀管。 1、开启设备油泵十五分钟,待储液桶的磁悬液充分搅拌、均匀后,从油枪或喷淋系统取样100ml,装入磁悬液沉淀管,垂直静置放置。 2、煤油磁悬液和水剂磁悬液放置60分钟,变压器油和10#机油磁悬液放置24小时。 3、时间到后,观测磁粉沉淀管的磁粉沉淀刻度。

磁粉法对焊缝探伤

实验磁粉法对焊缝探伤 一、实验目的 1.了解磁粉探伤的基本原理; 2.掌握磁粉探伤的一般方法和检测步骤; 3.熟悉磁粉探伤的特点。 二、实验原理 1. 磁粉检测的原理 磁粉检测,是通过对被检工件施加磁场使其磁化(整体磁化或局部磁化),在工件的表面和近表面缺陷处将有磁力线逸出工件表面而形成漏磁场,有磁极的存在就能吸附施加在工件表面上的磁粉形成聚集磁痕,从而显示出缺陷的存在。如图1所示。 图1 不连续性部位的漏磁场分布 1-漏磁场;2-裂纹;3-近表面气孔;4-划伤;5-内部气孔;6-磁力线;7-工件 磁粉检测有三个必须的步骤: (1)被检验的工件必须得到磁化; (2)必须在磁化的工件上施加合适的磁粉: (3)对任何磁粉的堆积必须加以观察和解释。 漏磁场:被磁化物体内部的磁力线在缺陷或磁路截面发生突变的部位,离开或进入物体表面所形成的磁场,漏磁场的成因在于磁导率的突变。设想一被磁化的工件上存在缺陷,由于缺陷内物质的磁导率一般远低于铁磁性材料的磁导率,

因而造成缺陷附近磁力线的弯曲和压缩。如果该缺陷位于工件的表面或近表面,则部分磁力线就会在缺陷处溢出工件表面进入空气,绕过缺陷后在折回工件,由此形成缺陷的漏磁场。 漏磁场与磁粉的相互作用:磁粉检测的基础是缺陷的漏磁场与外加磁粉的磁相互作用,及通过磁粉的聚集来显示被检工件表面上出现的漏磁场,在根据磁粉聚集形成的磁痕的形状和位置分析漏磁场的成因和评价缺陷。设在被检工件表面上有漏磁场存在。如果在漏磁场处撒上磁导率很高的磁粉,因为磁力线穿过磁粉比穿过空气更容易,所以磁粉会被该漏磁场吸附,被磁化的磁粉沿缺陷漏磁场的磁力线排列。在漏磁场力的作用下,磁粉向磁力线最密集处移动,最终被吸附在缺陷上。由于缺陷的漏磁场有被实际缺陷本身大数十倍的宽度,姑而磁粉被吸附后形成的磁痕能够放大缺陷。通过分析磁痕评价缺陷,即是磁粉检测的基本原理。2.磁粉检测的适用范围 (1)未加工的原材料(如钢坯)、半成品、成品及在役与使用过的工件都可用磁粉检测技术进行检查。 (2)管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件都可应用磁粉检测技术来检测缺陷。 (3)被检测的表面和近表面的尺寸很小,间隙极窄的铁磁性材料,可检测出长O.lmm、宽为微米级的裂纹和目测难以发现的缺陷。 (4)可用于检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料,但不适用于检测奥氏体不锈钢和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝,也不适用于检测铜、铝、镁、钛台金等非磁性材料。 (5)可用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷,但不适于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁力线方向夹角小于20。的缺陷。 磁粉检测方法应用比较广泛,主要用以探测磁性材料表面或近表面的缺陷。多用于检测焊缝,铸件或锻件,如阀门,泵,压缩机部件,法兰,喷嘴及类似设备等。探测更深一层内表面的缺陷,则需应用射线检测或超声波检测。磁粉检测具有检测成本低,操作便利,反应快速等特点。其局限性在于仅能应用于磁性材料,且无法探知缺陷深度,工件本身的形状和尺寸也会不同程度地影响到检测结果。

第一章-超声检测物理基础

第一章超声检测物理基础 Chapter 1 Physical Foundations for Ultrasonic Testing 本章简要介绍声波的本质、声波的传播、声场、规则反射体回波声压计算和AVG曲线等超声检测的物理基础。掌握这些基础对正确理解超声波的特性、合理选择超声检测条件、有效解释超声波传播的现象等都极其重要。 1.1声波的本质essence of sound wave 1.1.1振动与波vibration & wave 波有两种类型:电磁波(如无线电波、X射线、可见光等)和机械波(如声波、水波等)。声波的本质是机械振动在弹性介质中传导形成的机械波。声波的产生、传播和接收都离不开机械振动,如人体发声是声带振动的结果;声音从声带传播到人耳,是声带引起空气振动的结果;人能听见声音是因为空气中的振动引起了人耳鼓膜的振动的结果。所以,声波的实质就是机械振动。 1、机械振动 质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态称为机械振动。如钟摆的运动、气缸中活塞的运动等。 (1) 谐振动 如图1-1所示的质点——弹簧振动系统,在静止状态下往下轻拉一下装在弹簧上的小质点,松手后质点便在平衡点附近进行往复运动。如空气阻力为零,则质点——弹簧系统自由振动的位移随时间的变化符合余弦(或正弦)规律: () ωφ (1-1) cos =+ y A t 式中:y——质点的位移,单位:米(m) A——质点的振幅,单位:米(m) t——时间,单位:秒(s) 图1-1 加载弹簧的振动 这种位移随时间的变化符合余弦规律的振动称为谐振动。谐振动是一种周期振动,质点

在平衡位置往复运动一次所需的时间称为周期,用

初中物理基础知识点填空题.

初中物理知识点大全 1.1 长度和时间的测量 1.长度的测量是最基本的测量,最常用的工具是。长度的主单位 是 ,用符号表示,我们走两步的距离约是米 . 长度的单位关系是: 1km= m; 1dm= m, 1cm= m; 1mm= m。人的头发丝的直径约为:0.07 地球的半径:6400 4.刻度尺的正确使用:(1.使用前要注意观察它的、和 ; (2.用刻度尺测量时,尺要沿着所测长度,不利用磨损的零刻线; (3.读数时视线要与尺面 ,在精确测量时,要估读到的下一位; (4. 测量结果由和组成。 6.特殊测量方法:(1累积法:把尺寸很小的物体累积起来,聚成可以用刻度尺来测量的数量后,再测量出它的总长度, 然后除以这些小物体的个数, 就可以得出小物体的长度。如测量 细铜丝的直径, 测量一页纸的厚度 .(2平移法:方法如图 : (a测硬币直径; (b测乒乓球直径; (c 测铅笔长度。 (3替代法:有些物体长度不方便用刻度尺直接测量的,就可用其他物体代替测量。 7.测量时间的基本工具是。在国际单位中时间的单位是 (s,它的常用单位有 , 。 1h= min= s. 1.2 机械运动 1. 机械运动:一个物体相对于另一个物体的的改变叫机械运动。

2 . 参照物:在研究物体运动还是静止时被选作的物体 (或者说被假定的物体叫参照物 . 运动和静止的相对性:同一个物体是运动还是静止,取决于所选的。 3. 匀速直线运动:物体在一条直线上运动,在相等的时间内通过的路程都。 (速度不变 4. 速度:用来表示物体的物理量。速度的定义:在匀速直线运动中, 速度等于物体在内 通过的。公式: 速度的单位是: ;常用单位是: 。 1米 /秒 = 千米 /小时 5. 平均速度:在变速运动中,用除以可得物体在这段路程中的快慢程度, 这就是平 均速度。用公式: 日常所说的速度多数情况下是指。 9. 测小车平均速度的实验原理是: 实验器材除了斜面、小车、金属片外,还需要 和。 1.3 声现象 1. 声音的发生:由物体的而产生。停止,发声也停止。 2. 声音的传播:声音靠传播。不能传声。通常我们听到的声音是靠传来的。 3. 声音速度:在空气中传播速度是: 。声音在传播比液体快,而在液体传播又比 体快。利用回声可测距离:总总 vt S s 2 121== 4. 乐音的三个特征: 、、。 (1音调 :是指声音的 , 它与发声体的 ` 有

中考物理基础知识手册.pdf

初中物理知识点归纳总结 物理量(单位)公式备注公式的变形 速度V(m/S) v= S:路程/t:时间 重力G (N) G=mg m:质量 g:9.8N/kg或者10N/kg 密度ρ(kg/m3)ρ=m/V m:质量 V:体积 合力F合(N)方向相同:F合=F1+F2 方向相反:F合=F1—F2 方向相反时,F1>F2 浮力F浮 (N) F浮=G物—G视 G视:物体在液体的重力 浮力F浮 (N) F浮=G物此公式只适用物体漂浮或悬浮 浮力F浮 (N) F浮=G排=m排g=ρ液gV排 G排:排开液体的重力m排:排开液体的质量 ρ液:液体的密度 V排:排开液体的体积 (即浸入液体中的体积) 杠杆的平衡条件 F1L1= F2L2 F1:动力 L1:动力臂 F2:阻力 L2:阻力臂 定滑轮 F=G物 S=h F:绳子自由端受到的拉力 G物:物体的重力 S:绳子自由端移动的距离 h:物体升高的距离 动滑轮 F= (G物+G轮) S=2 h G物:物体的重力 G轮:动滑轮的重力 滑轮组 F= (G物+G轮) S=n h n:通过动滑轮绳子的段数 机械功W (J) W=Fs F:力 s:在力的方向上移动的距离 有用功W有 总功W总 W有=G物h W总=Fs 适用滑轮组竖直放置时 机械效率η= ×100% 功率P (w) P= W/t W:功 t:时间 压强p (Pa) P= F/S F:压力 S:受力面积 液体压强p (Pa) P=ρgh ρ:液体的密度 h:深度(从液面到所求点的竖直距离) 热量Q (J) Q=cm△t c:物质的比热容 m:质量 △t:温度的变化值 燃料燃烧放出的热量Q(J) Q=mq m:质量 q:热值 常用的物理公式与重要知识点 一.物理公式 单位)公式备注公式的变形 串联电路电流I(A) I=I1=I2=……电流处处相等 串联电路电压U(V) U=U1+U2+……串联电路起分压作用 串联电路电阻R(Ω) R=R1+R2+…… 并联电路电流I(A) I=I1+I2+……干路电流等于各支路电流之和(分流)并联电路电压U(V) U=U1=U2=…… 并联电路电阻R(Ω) = + +…… 欧姆定律 I= U/R 电路中的电流与电压 成正比,与电阻成反比 电功W (J) W=UIt=Pt U:电压 I:电流 t:时间 P:电功率 电功率 P=UI=I2R=U2/R U:电压 I:电流 R:电阻 电磁波波速与波

中考总复习:初中物理基础知识点总结填空(带答案)

初中物理知识点复习填空 八年级上册 第一章声现象 一、声音的产生: 1、声音是由振动产生的;(人靠声带振动发声、蜜蜂靠翅膀下的小黑点振动发声,风声是空气振动发声,管制乐器靠里面的空气柱振动发声,弦乐器靠弦振动发声,鼓靠鼓面振动发声,钟靠钟振动发声,等等); 2、振动停止,发声停止;但声音并没立即消失(因为原来发出的声音仍在继续传播);(注:发声的物体一定振动,有振动不一定能听见声音) 3、发声体可以是固体、液体和气体; 二、声音的传播 1、声音的传播需要介质;固体、液体和气体都可以传播声音;一般情况下,声音在固体中传得最快,气体中最慢; 2、真空不能传声,月球上(太空中)的宇航员只能通过无线电话交谈; 3、声音以波的形式传播; 4、声速:物体在每秒内传播的距离叫声速,单位是m/s;声速跟介质的种类和温度有关;声速的计算公式是v=s/t;声音在15℃的空气中的速度为340 m/s; 三、回声:声音在传播过程中,遇到障碍物被反射回来,再传入人的耳朵里,人耳听到反射回来的声音叫回声(如:高山的回声,北京的天坛的回音壁) 1、听见回声的条件:原声与回声之间的时间间隔在0.1s以上(教室里听不见老师说话的回声,狭小房间声音变大是因为原声与回声叠加); 2、回声的利用:测量距离(车到山的距离,海的深度,冰川到船的距离); 四、怎样听见声音 1、人耳的构成:人耳主要由外耳道、鼓膜、听小骨、耳蜗及听觉神经组成; 2、声音传到耳道中,引起鼓膜振动,再经听小骨、听觉神经传给大脑,形成听觉; 3、在声音传给大脑的过程中任何部位发生障碍,人都会失去听觉(鼓膜、听小骨处出现障碍是传导性耳聋;听觉神经处出障碍是神经性耳聋) 4、骨传导:不借助鼓膜、靠骨传给听觉神经,再传给大脑形成听觉(贝多芬耳聋后听音乐,我们说话时自己听见的自己的声音);骨传导的性能比空气传声的性能好; 5、双耳效应:声源到两只耳朵的距离一般不同,因而声音传到两只耳朵的时刻、强弱及步调也不同,可由此判断声源声源方向的现象(我们听见立体声就属于双耳效应的应用); 五、声音的特性包括:音调、响度、音色; 1、音调:声音的高低叫音调,与发声体振动的频率有关,频率越高,音调越高(频率:物体在每秒内振动的次数,表示物体振动的快慢,单位是赫兹,振动物体越大音调越低;) 2、响度:声音的强弱叫响度;与发声体的振幅、距离声源的距离有关,物体越大,响度越大;听者距发声者越远响度越小; 3、音色:声音的品质特征;与发声体的材料和结构有关,不同的物体的音调、响度尽管都可能相同,但音色却一定不同;(辨别是什么物体发的声靠音色) 六、超声波和次声波:人耳感受到声音的频率有一个范围:20—20190 Hz, 高于 20190 Hz叫超声波;低于 20 Hz叫次声波; 七、噪声的危害和控制 1、噪声:(1)从物理角度上讲物体做无规则振动时发出的声音叫噪声;(2)从环保的角度上讲,凡是妨碍人们正常学习、工作、休息的声音以及对人们要听的声音产生干扰的声音都是噪声;

初三物理基础知识汇总

初三物理基础知识汇总(上)—人教版 第十一章:多彩的物质世界 第一节宇宙和微观世界 1、物体和物质的区别和联系:物体是具有一定形状与体积的个体,具有软硬、颜色、气味等特征;物质是构成物体的材料。 如:木材是物质,由木材制成的课桌是物体。 2、物质的组成: ⑴物质是由分子或原子组成的,原子由原子核和核外电子组成的,原子核由质子和中子组成,一个质子带一个正电荷,中子不带电,一个电子带一个负电荷,在一个原子中,核电荷数=质子数=核外电子数,所以,整个原子不显电性。 ⑵质子和中子还可以再分:质子由两个上夸克和一个下夸克组成;中子由两个下夸克和一个上夸克组成。 ⑶分子的直径很小,只能以10-10m为单位来度量。 3、分子运动理论的内容:物质是由分子组成的;一切物质的分子都不停的作无规则的运动;分子间存在着相互作用的引力和斥力。 5、原子及其结构: ⑴原子核是由质子和中子组成,质子和中子靠巨大的核力结合在一起,形成坚硬的核。 ⑵原子由原子核和核外绕核高速旋转的电子组成,电子和原子核之间存在正、负电荷的吸引力 ⑶原子核式结构的模型:与太阳系十分相似(类比法) 类比法:是根据两个对象之间某些方面的相同或相似而推出它们在其它方面也可能相同或相似的逻辑推理法。 6、衡量宇宙与分子的尺度------光年、纳米(都是长度单位): ⑴光年:光在真空中一年内通过的距离。约等于9.46×1015m ⑵纳米:1nm=10-9m ⑶纳米技术:是人类认识和探索物质的微观结构中发展起来的一种技术。是纳米尺度内(0.1nm~100nm)的科学技术,是研究一小堆分子或单个原子、分子的科学技术。 ⑷一般分子的直径在0.3nm~0.4nm之间。 第二节:质量 7、质量: ⑴物体内所含物质的多少叫做质量 ⑵质量是物体本身的一种属性,物体的质量不随物体的形状、位置、状态、温度的改变而改变 ⑶质量的单位:千克(kg),常用:吨(t)克(g)毫克(mg) ⑷质量的测量工具:杆秤、案秤、台秤、电子秤、实验室常用天平 8、托盘天平的使用方法:

磁粉检测(MT)教材按章节配套试题与答案

磁粉检测第一章 一、是非题 1.1 磁粉检测中所谓的不连续性与缺陷,两者的概念是相同的。( ) 1.2 磁粉检测与检测元件检测都属于漏磁场检测。( ) 1.3 漏磁场检测的基础是不连续性处产生的漏磁场与磁粉的磁相互作用。( ) 1.4 工件正常组织结构或外形的任何间断称为不连续性,所有不连续性都会影响工件的使用性能。( ) 1.5 磁粉检测不能检测各种不锈钢材料,也不能检测铜、铝等非磁性材料。( ) 1.6 磁粉检测方法只能探测表面开口的缺陷,而不能探测表面闭口缺陷。( ) 1.7 磁粉检测难以发现埋藏较深的孔洞,以及与工件表面夹角小于20°的分层。( ) 1.8 采用磁敏元件探测工件表面漏磁场时,检测灵敏度与检查速度有关,与工件大小无关。( ) 1.9 如果被磁化的试件表面存在裂纹,使裂纹产生漏磁场的原因是裂纹具有高应力。( ) 1.10磁粉检测对铁磁性材料表面开口气孔的检测灵敏度要高于渗透检测。( ) 1.11一般认为对表面阳极化和有腐蚀工件的表面检测,磁粉检测通常优于渗透检测。( ) 1.12用磁粉检测方法可以检出焊缝的层间未熔合缺陷。( ) 1.13磁粉、渗透、涡流检测都属于表面缺陷无损检测方法。( ) 1.14磁粉检测可发现铁磁性材料表面和近表面微米级宽度的小缺陷。( ) 二、选择题 1.1 能形成磁粉显示的零件结构或形状上的间断叫做:( ) A.不连续性 B.缺陷 C.显示 D.变形 1.2 磁粉检测与检测元件检测主要区别是:( ) A.两者的检测原理不同 B.两者的检测程序不同 C.两者用于探测磁场的传感器不同 D.以上都是 1.3 以下关于磁敏元件探测法的叙述中,正确的是:( ) A.磁敏元件探测法的灵敏度与检查速度及工件大小有关 B.磁敏元件探测法获得不连续性(包括缺陷)深度的信息 C.探测时应根据需要调节磁敏元件与工件表面之间的距离,以判断漏磁场的变化情况 D.以上都是 1.4 磁粉检测对下列哪种缺陷的检测不可靠?( ) A.表面折叠 B.埋藏很深的气孔 C.表面裂纹 D.表面缝隙 1.5 下列哪一条是磁粉检测优于涡流检测的地方?( ) A.能检出所有金属材料的表面不连续性 B.对单个零件检验快 C.能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度 D.以上都是 1.6 下列哪一条是磁粉检测优于渗透检测的地方?( ) A.能检出表面夹有外来材料的表面不连续性 B.对单个零件检验快

超声波探伤基础培训教材之理论基础

超声波探伤基础培训教材之理论基础 第一章无损检测概述 无损检测包括射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)和涡流检测(ET)等五种检测方法。主要应用于金属材料制造的机械、器件等的原材料、零部件和焊缝,也可用于玻璃等其它制品。 射线检测适用于碳素钢、低合金钢、铝及铝合金、钛及钛合金材料制机械、器件等的焊缝及钢管对接环缝。射线对人体不利,应尽量避免射线的直接照射和散射线的影响。 超声检测系指用A型脉冲反射超声波探伤仪检测缺陷,适用于金属制品原材料、零部件和焊缝的超声检测以及超声测厚。 磁粉检测适用于铁磁性材料制品及其零部件表面、近表面缺陷的检测,包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。 渗透检测适用于金属制品及其零部件表面开口缺陷的检测,包括荧光和着色渗透检测。 涡流检测适用于管材检测,如圆形无缝钢管及焊接钢管、铝及铝合金拉薄壁管等。 磁粉、渗透和涡流统称为表面检测。 第二章超声波探伤的物理基础 第一节基本知识 超声波是一种机械波,机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。 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。振动的传播过程,称为波动。波动分为机械波和电磁波两大类。机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。超声波就是一种机械波。 机械波主要参数有波长、频率和波速。波长?: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,波源或介质中任意一质点完成一次全振动,波正好前进一个波长的距离,常用单位为米(m);频率f: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称为频率,常用单位为赫兹(Hz);波速C:波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速,常用单位为米/秒(m/s)。 由上述定义可得:C=? f ,即波长与波速成正比,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,波长就愈长。 次声波、声波和超声波都是在弹性介质中传播的机械波,在同一介质中的传播速度相同。它们的区别在主要在于频率不同。频率在20~20000Hz之间的能引起人们听觉的机械波称为声波,频率低于20Hz的机械波称为次声波,频率高于20000Hz的机械波称为超声波。次声波、超声波不可闻。 超声探伤所用的频率一般在0.5~10MHz之间,对钢等金属材料的检验,常用的频率为1~5MHz。超声波波长很短,由此决定了超声波具有一些重要特性,使其能广泛用于无损探伤。 1. 方向性好:超声波是频率很高、波长很短的机械波,在无损探伤中使用的波长为毫米级;超声波象光波一样具有良好的方向性,可以定向发射,易于在被检材料中发现缺陷。 2. 能量高:由于能量(声强)与频率平方成正比,因此超声波的能量远大于一般声波的能量。 3. 能在界面上产生反射、折射和波型转换:超声波具有几何声学的上一些特点,如在介质中直线传播,遇界面产生反射、折射和波型转换等。

钢构件磁粉探伤的聚磁成因分析

钢构件磁粉探伤的聚磁成因分析 发表时间:2018-08-15T10:49:41.200Z 来源:《防护工程》2018年第7期作者:韩冰 [导读] 本文通过使用磁粉探伤、电子探针、低倍检验等多种检验分析方法,得出了由C38N2制成的某钢构件的聚磁成因,并且从构件加工角度考虑,明确分析这一裂纹的产生原理。 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨 150066 摘要:本文通过使用磁粉探伤、电子探针、低倍检验等多种检验分析方法,得出了由C38N2制成的某钢构件的聚磁成因,并且从构件加工角度考虑,明确分析这一裂纹的产生原理。 关键词:钢构件;磁粉探伤;聚磁成因 磁粉探伤被称之为MT或者MPI,它是一种有效的探测方法,经常被应用于钢铁等磁性材料的表面探伤中。本文对聚磁误判的钢结构构件中取样展开了检验,通过磁粉探伤和低倍检验等多种方法,全面分析了聚磁现象产生的原因。 1、成因 某钢厂生产的GCr15轴承钢用于生产铁路轴承滚子,在对轴承滚子进行磁粉探伤检验时,发现个别滚子表面有聚磁现象。对该轴承钢聚磁件进行低倍检验、金相检验、电镜扫描及能谱分析,结果表明,轴承钢淬火金相组织存在隐晶马氏体区和结晶马氏体区,这是由于钢锭结晶时产生树枝状偏析造成碳和铬在成分上的不均匀所致,在加热淬火时此微区为欠热区,存在较多的未溶碳化物颗粒、较细的奥氏体晶粒和较多隐晶马氏体区,从而保留较多的残余奥氏体,产生聚磁现象。 2、取样 本次取样工作的重点是,在初次磁粉探伤的过程中,发现有磁痕而被误判的钢结构构件中,切取聚磁部位展开分析。 3、检验 3.1再次磁粉探伤 在实验过程中,将这一钢构件的聚磁部分切取下来,采取荧光湿法和横向磁化的方法再次实施磁粉探伤工作,以此确定磁痕的具体问题。等到再次确认磁粉探伤的时候可以看出,钢结构磁粉聚集现象和第一次磁粉探伤时产生的现象是一摸一样的。 3.2低倍检验 使用提示显微镜来观察试样聚磁部位的外表特点,随后实施低倍组织检验工作。 从低倍组织图可以看出,呈现的钢构件试样聚磁位置处,有着较小的裂痕,并且这种裂痕现象的实际走向是垂直于构架加工过程中的磨削方向。 3.3高倍检验 通过对该钢结构件试样切片之后,实施金相组织检验工作,根据检验结果可得出,钢材的金相组织是一种回火马氏体组织情况,其中剩余的奥氏体量比较小,并且没有任何组织发生异常现象。 从夹杂物实际检验现象可以看出来,观察到的钢构件试样夹杂物自身具有很低的等级,硫化物呈现良好的发展趋势。 3.4电子探针分析 使用电子探针分析方式对这一钢构件试样切片展开全面的分析和研究。 在3000倍下开展观察工作,从表面一直到3.0mm位置上,每间隔0.5mm便观察一次,在大约 2.0~3.0mm位置处,可以看出,组织存在一定的异常情况,呈现细微的针状马氏体形状。钢构件试样表面到3.0mm不同深度处的组织面貌如下图所示: 图十 2.0mm处的组织形貌图十一 3.0mm处的组织形貌 从以上多个图观察到的试样不同深度处组织形貌可以看出,在3.0mm范围内,试样的组织大都是较为粗大的回火马氏体,这一种物体属于钢种中频淬火之后的低温回火组织。 从电子探针观察到的现象可以看出,上述图中钢构件试样磁痕位置处具有一定的裂纹,并且这一裂纹的实际走向和硫化物方向是一样的,两者差不多都属于垂直方向,纵向的裂纹表面如下图所示,横向裂纹形貌如下:

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