《超声检测》课后习题及试题答案

《超声检测》课后综合训练答案第一单元超声检测的物理基础一、名词解释1.声波与电磁波声源体发生振动会引起四周空气振荡，那种振荡方式就是声波。电磁波是电磁场的一种运动形态。2.可闻声波与超声波可闻声波就是人可以听见的声波，频率20Hz～20000Hz,高于20000Hz或低于20Hz一般人都听不到。频率超过20000Hz的声波，称为超声波。3.连续波与脉冲波波源持续不断振动所辐射的波称为连续波。波源间歇振动辐射的波称为脉冲波。4.纵波与横波纵波是质点的振动方向与传播方向同轴的波。横波是质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，如电磁波、光波等。5.瑞利波与脉冲波瑞利波也称表面波，是沿半无限弹性介质自由表面传播的偏振波。（脉冲波见上述）6.波长与声速波长指沿着波的传播方向，两个相邻的振动相位相同的质点之间的距离。在波动过程中，某一振动状态在单位时间内波传播的距离称为波速。声波的波速简称声速。7.声压与声强在超声场中某一质点由于超声波的传播而受到的附加压强称为该处的声压。声强是指单位时间内垂直通过单位面积的声能。8.平面波与球面波波阵面为一系列相互平行的平面的波称为平面波。波阵面为一系列同心球面的波称为球面波。9.波的叠加与干涉当几列波在空间相遇时，在相遇区域内任一点的振动，为各列波单独存在时在该点引起的振动位移的矢量和，这一规律称为波的叠加。如果两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的简谐波叠加时，使得空间某些质点的振动始终加强，而另一些质点处的振动始终减弱，这种现象称为波的干涉。10.反射与折射波传播过程中，当遇到异质界面时，波的传播方向将发生改变。一部分波从异质界面处返回到第一种介质，称为波的反射。另一部分波将穿过异质界面继续传播，称为波的折射。11.反射率与透射率反射波与入射波的声压或声强之比，称为波的反射率。透射波与入射波的声压或声强之比，称为波的透射率。12.聚焦与发散波在传播过程中，若果声束横截面越来越小，称为波的聚焦，反之则成为波的发散。13.近场与远场在超声场中，通常把声束轴向上声压有多次极大值和极小值的区域称为近场。近场以外的区域称为远场。14.散射与衍射超声波在介质中传播时，遇到粗大晶粒之间的界面便产生明显的反射、折射，使得超声波的传播路径朝向四面八方，这种现象称为散射。波在传播过程中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘，在障碍物的阴影区内继续传播的现象，称为波的衍射。二、选择题1.A2.A3.C4.E5.B6.A7.D8.A9.D10.B11.C12.D13.A14.D15.A16.B17.B18.A19.D20.B三、判断题1.√2.×3.√4.×5.√6.×7.×8.×9.√10.×11.×四、问答与计算1.当薄层的厚度为半波长的整数倍或小于四分之一波长时，声压的往复透过率最高。此外，当薄层界面两侧介质声阻抗不相等时，薄层的厚度为四分之一波长的奇数倍，且薄层的声阻抗为两侧介质声阻抗的几何平均值时，声压的往复透过率最高。2.波形转换是指超声波在产生反射或折射时由一种波型转换成另一种波型的现象。它与发生反射或折射的界面两侧介质的声阻抗、入射的角度、入射的波型、声速等因素有关。3.超声波在介质中传播时，其声能随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的能量衰减。衰减的原因主要有两个方面：一方面是超声波在其传播过程中由于反射和散射，使其一部分声能偏离其传播方向，而造成探测方向上声能的减小。另一方面是介质的吸收作用，将一部分声能转化成另一种能量（往往是热能），而使声强减小。衰减的类型有扩散衰减、散射衰减、吸收衰减。4.指向性是指超声波声束集中在特定的方向上，向光波一样在介质中沿直线传播的能力。超声波的指向性与超声波的类型、频率、介质的种类和波源的大小等因素有关。5.理想声场轴线上声压存在一系列极大值和极小值，且最大值为2P0，极小值为零。实际声场轴线上声压虽然也存在很多极大值和极小值，但是声压的波动幅度小，极大值远小于2P0，极小值远大于零。在远场区，实际声场与理想声场轴线上声压分布基本一致。6.采用当量法确定的缺陷大小称为缺陷的当量尺寸。工件中缺陷的类型、取向和表面状况各不相同，其反射回波变得非常复杂。仅仅依靠反射回波声压高低很难精确确定缺陷的真实大小，有时回波声压相同的缺陷实际大小可能相差很大。为此特引用当量法解决这一问题。7.解：mmfcL15.32/3.6；mmfcS55.12/1.3/8.解：①dBABHHABAB444%80%50lg20lg20dBACHHACAC121212%80%20lg20lg20②dBBAHHBABA1244%50%80lg20lg20dBBAHHBCBC088%50%20lg20lg20③dBCAHHCACA71212%20%80lg20lg20dBCBHHCBCB388%20%50lg20lg209.解：由题意设未知波高为H，则%20%80lg2012HH10.解：smkgcZl263111/105.11500100.1smkgcZ263222/10465900108.7%2.125.1465.14644221212ZZZZT11.解：1）253.0464.27464.2713131ZZZZr747.0464.274.27221331ZZZt2）14.2700004.04.2700004.034342ZZZZr3）dBptrprpprr4.9747.01253.0lg20lg20lg2001201214）896.04.275.14.275.132322ZZZZrdBptrprpprr46.8747.0896.0253.0lg20lg20lg20012012112.解：mmdBxBB/012.0153213%50%80lg2014214lg204113.解：1）6.2759002730arcsin590090sin2730sinII30°＞27.6°，所以此时折射的纵波的折射角为90°（已成表面波）。2）78.56273045sin3230arcsin3230sin273045sinss3）6.52323070sin2730arcsin323070sin2730sin4）能。67.47273020sin5900arcsin5900sin273020sinLL14.解：mmFN735.42850.545.2202019.8205.2850.5707000D第二单元超声检测设备一、选择题1.A2.3.C4.C5.A6.B7.C8.D9.B10.C第2题的答案选项中没有二、判断题1.√2.×3.×4.√5.×6.×7.√8.√9.×10.√三、问答与计算1答：常用的分类方法有三种，1.按照超声波的特征分类，可以分为：脉冲波超声波探伤仪、连续波超声波探伤仪和调频波超声波探伤仪；2.按缺陷显示方式分为：A型显示超声波探伤仪、B型显示超声波探伤仪和C型显示超声波探伤仪；3.按仪器的通道数目分为：单通道探伤仪和多通道探伤仪。2.答：主要旋钮有发射插座、接收插座、作方式选择、发射强度、粗调衰减器、细调衰减器、抑制、增益、定位游标、聚焦、深度范围、深度细调、脉冲移位等旋钮。各旋钮的功能如59页标-1所示3.答：实现电/声能量相互转换4.答：某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之，当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。探头发射超声波的过程产生逆压电效应；探头接收超声波的过程产生正压电效应。5.答：常用的有压电单晶体比如石英、硫酸锂、磺酸锂、铌酸锂，压电多晶体比如钛酸钡、钛酸铅、PZT-4、PZT-5、PZT-8，其性能特点见书上71页表2-2.对于压电超声换能器用的压电材料，其性能要求如下：（1）性能指标适当，以满足具体使用要求为度，不宜过分追求各项性能的高指标；（2）工作性能要稳定、可靠；（3）价格低廉，加工方便。超声波探头对晶片的要求：（1）机电藕合系数K较大，以便获得较高的转换效率。（2）机械品质因子Qm较小，以便获得较高的分辨力和较小的盲区。（3）压电应变常数d33，和压电电压常数g33较大，以便获得较高的发射和接收灵敏度。（4）频率常数Nt较大，介电常数ε较小，以便获得较高的频率。（5）居里温度TC较高，声阻抗Z适当。6.答：超声波探伤用探头的种类很多，根据波型不同分为纵波探头、横波探头、表面波、板波探头等。根据耦合方式分为接触式探头和液（水）浸接头。根据波束分为聚焦探头和非聚焦探头。据晶片数不同分为单晶探头和双晶探头等。此外还有高温探头、微型探头等特殊用途探头。直探头主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。横波斜探头是利用横波探伤，主要用于探伤与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝探伤、汽轮机叶轮探伤等。7.答：按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试样，通常称为试块。试块和仪器、探头一样，是超声波探伤中的重要工具。其作用为1.确定探伤灵敏度2.测试仪器和探头的性能3.调整扫描速度4.评判缺陷的大小8.答：CSK-ⅠA试块有三点改进：（1）将直孔Ф50改为Ф50、Ф44、Ф40台阶孔，以便于测定横波斜探头的分辨力；（2）将R100改为R100、R50阶梯圆弧，以便于调整横波扫描速度和探测范围；（3）将试块上规定的折射角改为K值，从而可直接测出横波斜探头的K值。CSK-ⅠA试块的其它功能同ⅡW试块，材质一般同工件。9.答：探伤仪的主要性能：垂直线性、水平线性、动态范围等；探头的主要性能：相对灵敏度、斜探头入射点和K值、主声束偏离和双峰、探头的声束特性等10.答：%1108.008.08.008.0692.5maxmaxbaLa该仪器的水平线性为1%，标准要求的小于2%，所以该仪器水平线性合格。11.答：该仪器分辨力为：dBhh105.0202580lg20lg202112.答：中心切槽后（其波形如图a所示），会有槽对声波的反射，所以等间距会有反射波出现；还有右边弧面的反射波与左边弧面的反射波叠加，在屏幕上奇次波的位置出现，所以奇次波比偶次波要高。中心没有切槽时（其波形如图b所示），只有左边弧面的反射波会被探头接收，一次波被左边弧面反射后直接被探头接收，所以声程为1R，没有槽时，反射回探测面的回波全部会反射到右边弧面，在全反射回探测面时，不会被探头接收，会全反射到左边弧面，只有被左边弧面全反射回去后才能被探头接收，所以后面各次波的间距是2R。第三单元超声检测的工艺一、选择题1.C2.C3.B4.D5.D6.D7.D8.D9.F10.B二、判断题1.×2.×3.×4.√5.√6.√7.√8.×9.×10.√三、问答与计算1.答：将工件中自然缺陷的回波与同声程的某种标准反射体的回波进行比较，两者的回波等高时，标准反射体的尺寸就是该自然缺陷的当量尺寸。当量仅表示对声波的反射能力相当，并非尺寸相等。工件中缺陷的类型、取向和表面状况各不相同，其反射回波变得非常复杂。仅仅依靠反射回波声压高低很难精确确定缺陷的真实大小，有时回波声压相同的缺陷实际大小可能相差很大。为此特引用当量法解决这一问题。2.答：AVG曲线是描述规则反射体的距离、回波高、当量大小三者之间相互关系的曲线。AVG是德语距离、增益、大小的字头缩写，英语缩写为DGS。它分为通用AVG曲线和实用AVG曲线两大类。3.答：超声波检测时，为了增强超声波的透声能力，减少超声波在工件表面的能量损失，施加