交通強國·鐵路先行

超聲波垂直入射異質(zhì)界面交通強國·鐵路先行目錄一、超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面二、超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面反射和透射現(xiàn)象交通強國·鐵路先行現(xiàn)象分析超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，在兩種介質(zhì)的分界面上，部分能量反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱反射波，另有部分能量透過界面進入另一種介質(zhì)的現(xiàn)象稱透射波，如左圖所示。超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面介質(zhì)1Z1介質(zhì)2Z2聲壓反射率、透射率交通強國·鐵路先行超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面設(shè)入射波的聲壓為P0,反射波的聲壓為Pr；界面上反射波聲壓Pr與入射波聲壓P0之比稱為界面的聲壓反射率，用r表示，即r=Pr/P0；界面上透射波聲壓Pt與入射波聲壓P0之比稱為界面的聲壓透射率，用t表示，即t=Pt/P0。1)力的平衡：若把聲壓看作是單位面積上受的力，那么作用于同一個平面的力應(yīng)符合力的平衡原理，因此P0+Pr=Pt。2)能量平衡：界面兩側(cè)質(zhì)點振動速度幅值相等，根據(jù)公式u=p/z，得由上述兩邊界條件和聲壓反射率，透射率定義得：介質(zhì)1Z1介質(zhì)2Z2P0PrPt聲強反射率、透射率交通強國·鐵路先行超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面設(shè)入射波的聲強為I0,反射波的聲強為Ir,透射波的聲強為It；界面上反射波聲強與入射波聲強之比稱為聲強反射率，用R表示；界面上透射波聲強It與入射波聲強I0之比稱為聲強透射率，用T表示。介質(zhì)1Z1介質(zhì)2Z2I0IrIt工況1：當(dāng)Z1≈Z2時時的反射與透射交通強國·鐵路先行界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗近似相等時，如鋼的淬火部分與非淬火部分及普通碳鋼焊縫的母材與填充金屬之間的聲阻抗相差很小，一般為1%左右。設(shè)Z1=1，Z2=0.99，則：超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面這說明超聲波垂直入射到兩種聲阻抗相差很小的介質(zhì)組成的界面時,幾乎全透射，無反射。因此在焊縫探傷中，若母材與填充金屬結(jié)合面沒有任何缺陷，是不會產(chǎn)生界面回波的。工況2：當(dāng)Z2＜＜Z1時的反射與透射交通強國·鐵路先行鋼/空氣界面，如下圖所示，Z1=0.00004x106g/(cm2·ｓ)，Z2=4.5x106g/(cm2·ｓ)則：計算表明，當(dāng)入射波介質(zhì)聲阻抗遠大于透射波介質(zhì)聲阻抗時，聲壓反射率趨于-1，透射率趨于0，即聲壓幾乎全反射，無透射，只是反射波聲壓與入射波聲壓有180°相位變化。探傷中，探頭直接放在鋼軌上，鋼軌與探頭之間有層空氣膜，則形成固/氣（晶片/空氣膜）界面，發(fā)生全反射，超聲波將無法進入工件。所以常在探頭與工件表面之間施加的一層透聲介質(zhì)，稱為耦合劑。超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面耦合劑交通強國·鐵路先行耦合劑的作用在于排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入工件，達到檢測的目的。此外耦合劑還有減少摩擦的作用。一般對耦合劑的要求：(1)能潤濕工件和探頭表面，流動性、粘度和附著力適當(dāng)，不難清洗。(2)聲阻抗高，透聲性能好。(3)來源廣，價格便宜。(4)對工件無腐蝕，對人體無害，不污染環(huán)境。(5)性能穩(wěn)定，不易變質(zhì)，能長期保存。超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面常見耦合劑對比交通強國·鐵路先行耦合劑名稱聲阻抗Z×106kg/m2·s特性水1.5水的來源廣，價格低，常用于水浸檢測和現(xiàn)場中鋼軌母材探傷，但在實驗室里水會使工件生銹，所以一般不用。機油1.28機油（圖5）和變壓器油粘度、流動性、附著力適當(dāng)，對工件無腐蝕、價格也不貴，因此常用作鋼軌焊縫探傷的耦合劑。甘油2.43甘油聲阻抗高，透聲性能好（相同工件甘油做耦合劑的反射回波比水反射回波高6-7dB），耦合性能好，常用于一些重要工件的精確檢測，但價格較貴，對工件有腐蝕作用。水玻璃2.17水玻璃的聲阻抗較高，常用于表面粗糙的工件檢測，但清洗不太方便，且對工件有腐蝕作用。超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面近年來化學(xué)漿糊也常用來作耦合劑，耦合效果比較好，有些現(xiàn)場職工有拿洗潔精等作為臨時耦合劑，取得了一定效果。在我國北方冬季滴水成冰，所以探傷中有時在水中加入酒精，以降低耦合劑的冰點，酒精與水比例：H2O(70%)+C2H5OH(30%)，可以應(yīng)付-20C°。超聲波垂直入射雙層界面（Z1=Z3≠Z2）交通強國·鐵路先行式中m=Z1/Z2，d為第二介質(zhì)（缺陷）厚度，λ為第二介質(zhì)（缺陷）的波長，可以看出聲壓反射率與厚度有關(guān)，若是缺陷厚度為d=（2n-1）λ/4（n=1、2、3....正整數(shù)），即1/4波長的奇數(shù)倍時，r最大，t=0，此時缺陷最容易被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)厚度d=λ/4的偶數(shù)倍時，或者半波長的整數(shù)倍時，r=0，t=1，發(fā)生全透射，此時缺陷處無回波反射，缺陷漏檢，呈現(xiàn)半波透聲現(xiàn)象。灰斑為什么難以發(fā)現(xiàn)：很多人以為現(xiàn)場焊縫探傷中光斑和灰斑往往很難發(fā)現(xiàn)，是因為發(fā)生了半波透聲現(xiàn)象，但是實際上探頭的頻率非單一頻率，是在一定范圍內(nèi)頻譜，所以真正難發(fā)現(xiàn)的原因是：兩者的聲阻抗接近，m=1，r=0，t=1，并且光斑和灰斑厚度很薄，當(dāng)d→0時，r越小，t越大。超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層界面（Z1≠Z2≠Z3）交通強國·鐵路先行很多情況下，我們探頭的保護膜不是鋼制的，此時探頭保護膜、耦合層、鋼軌之間構(gòu)成Z1≠Z2≠Z3，要實現(xiàn)良好的透聲性，就應(yīng)注意耦合層材料的聲阻抗和厚度的選擇，一般耦合劑的聲阻抗：其厚度為1/4波長的奇數(shù)倍透聲性最好。在路軌儀0°探頭里面都有延時塊、耦合劑、保護靴，三者之間也構(gòu)成Z1≠Z2≠Z3，若選擇不恰當(dāng)?shù)鸟詈蟿┗蚴邱詈蟿┖穸冗^厚都會使探傷靈敏度下降，實際生產(chǎn)中耦合劑的厚度很難掌控，實踐證明在排除空氣的情況下，耦合劑越薄效果越好，薄到一定程度就可以忽略不計這一層的能量損失。超聲波垂直入射單層異質(zhì)界面超聲波垂直入射雙層異質(zhì)界面雙層界面中聲壓往復(fù)透射率交通強國·鐵路先行透射聲波無損失（如固