利用聲學特性的無損檢測技術___超聲波檢測技術
2009-01-08 來源：
| 無損檢測技術的基礎是物質的各種物理性質或它們的組合以及與物質相互作用的物理現象。迄今為止，包括在工業領域已獲得實際應用的和已在實驗室階段獲得成功的無損檢測方法已達五、六十種甚至更多，隨著工業生產與科學技術的發展，還將會出現更多的無損檢測方法與種類。本書僅能就幾個主要方面作簡單扼要的介紹。除了對于工業上已經廣泛應用的五大常規無損檢測技術（超聲波檢測、磁粉檢測、渦流檢測、滲透檢測和射線照相檢測）給予一定的工藝介紹外，對其他方法僅作概念性介紹。若需對其中某項方法作深入了解時，應查閱相應方法的專業技術介紹資料。 |
| §2.1 利用聲學特性的無損檢測技術 |
| §2.1.1 超聲波檢測技術 |
| 什么是超聲波？超聲波有什么特性？ |
| 聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz~2KHz。當聲波的頻率低于16Hz時就叫做次聲波，高于2KHz則稱為超聲波。一般把頻率在2KHz到25MHz范圍的聲波叫做超聲波。它是由機械振動源在彈性介質中激發的一種機械振動波，其實質是以應力波的形式傳遞振動能量，其必要條件是要有振動源和能傳遞機械振動的彈性介質（實際上包括了幾乎所有的氣體、液體和固體），它能透入物體內部并可以在物體中傳播。利用超聲波在物體中的多種傳播特性，例如反射與折射、衍射與散射、衰減、諧振以及聲速等的變化，可以測知許多物體的尺寸、表面與內部缺陷、組織變化等等，因此是應用廣泛的一種重要的無損檢測技術--超聲檢測技術。例如用于醫療上的超聲診斷（如B超）、海洋學中的聲納、魚群探測、海底形貌探測、海洋測深、地質構造探測、工業材料及制品上的缺陷探測、硬度測量、測厚、顯微組織評價、混凝土構件檢測、陶瓷土坯的濕度測定、氣體介質特性分析、密度測定……等等。 |
| 超聲波具有如下特性： |
| 1）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。 |
| 2）超聲波可傳遞很強的能量。 |
| 3）超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現象。 |
| 4）超聲波在液體介質中傳播時，達到一定程度的聲功率就可在液體中的物體界面上產生強烈的沖擊（基于“空化現象”）--從而引出了“功率超聲應用“技術--例如“超聲波清洗”、“超聲波鉆孔”、“超聲波去毛刺”（統稱“超聲波加工”）等。 |
| 5）利用強功率超聲波的振動作用，還可用于例如塑料等材料的“超聲波焊接”。 |
| 工業無損檢測技術中應用的超聲波檢測（Ultrasonic Testing，簡稱UT）是無損檢測技術中發展快、應用廣泛的無損檢測技術，占有非常重要的地位。 |
| 在超聲波檢測技術中用以產生和接收超聲波的方法主要利用的是某些晶體的壓電效應，即壓電晶體（例如石英晶體、鈦酸鋇及鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷）在外力作用下發生變形時，將有電極化現象產生，即其電荷分布將發生變化（正壓電效應），反之，當向壓電晶體施加電荷時，壓電晶體將會發生應變，亦即彈性變形（逆壓電效應）。因此，利用壓電晶體制成超聲波換能器（探頭），對其輸入高頻電脈沖，則探頭將以相同頻率產生超聲波發射到被檢物體中去，在接收超聲波時，探頭則產生相同頻率的高頻電信號用于檢測顯示。 |
| 除了利用壓電效應以外，在某些情況下也利用磁致伸縮效應（強磁材料在磁化時會發生變形的現象，可用作振源或用于應變測量），也有利用電動力學方法（例如本章后面敘述的電磁-聲或渦流-聲方法）。 |
| 超聲波在彈性介質中傳播時，視介質支點的振動型式與超聲波傳播方向的關系，可以把超聲波分為以下幾種波型： |
（1）縱波（Longitudional Wave，簡稱L波，又稱作壓縮波、疏密波）-縱波的特點是傳聲介質的質點振動方向與超聲波的傳播方向相同（見右圖所示）
（2）橫波（Shear Wave，簡稱S波，又稱作Transverse wave，簡稱T波，也稱為切變波或剪切波）-橫波的特點是傳聲介質的質點振動方向與超聲波的傳播方向垂直，并且視質點振動平面與超聲波傳播方向的關系又分為垂直偏振橫波（SV波，這是工業超聲檢測中常應用的橫波）和水平偏振橫波（SH波，也稱為Love Wave-樂甫波，實際上就是地震波的震動模式）（見下左圖所示） | |
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