表面波檢測中表面波的性質及其產生

使用表面波進行檢測的方法，稱為表面波法。對于近表面缺陷的檢測，表面波是有效的檢測方法。

1.表面波的性質

表面波只在物體表面下幾個波長的范圍內傳播，當其沿表面傳播的過程中遇到表面裂紋時,表面波的傳播如圖5—25所示。

(1)一部分聲波在裂紋開口處仍以表面波的型式被反射，并沿物體表面返回。

(2）一部分聲波仍以表面波的形式沿裂紋表面繼續向前傳播，傳播到裂紋頂端時，部分聲波被反射而返回,部分聲波繼續以表面波的形式沿裂紋表面向前傳播。

(3）一部分聲波在表面轉折處或裂紋頂端轉變為變形縱波和變形橫波，在物體內部傳播。

在表面波檢測中,主要利用表面波的上述特性來檢測表面和近表面裂紋。

表面波傳播時,表面層質點的運動狀態具有縱波和橫波的綜合特性，質點運動軌跡是限于XOZ平面內的橢圓(見圖5—26)。

表面波的速度約為縱波速度的1/2，比橫波速度略小，隨泊松比而略有差異。對于鋼而言,泊松比g=0.29，則表面波速度c,=0.926 Ct，(ct——橫波速度)。

表面波能量的分布隨泊松比而略有差異，表面下2倍波長深度范圍內包括大部分能量在表面下⒉倍波長深度處的位移為表面的1/100(—40 dB)，所以在這個深度上的缺陷比在

表面上的缺陷的反射脈沖小約1/10u。以認力，衣l ul的深度范圍。

2.表面波的產生

產生表面波的方法較多，這里介紹檢測中較實用的兩種方法:Y切石英法和縱波折射法，在實際應用中靈敏度大體上相同。

(1)Y切石英法產生表面波的Y切石英晶片必須加工成e:t=7:1，其中e為晶片的寬度，t為厚度，如圖5—27所示。這種晶片在電激勵下的振動狀態與表面波的位移分布-致，向X的正、負方向發出表面波。在實際應用中，只希望向一個方向輻射表面波。在5—28所示的表面波探頭中是利用電木或橡膠壓住石英側面和后邊，以使晶片向后方輻射表面波衰減(約衰減20 dB)。如果用聲衰減系數更大的材料或適當增加衰減材料與石英邊檢測面的接觸面積,可以把向后輻射的表面波衰減到更小。

(2)縱波折射法如前所述，傾斜入射至界面上的縱波，當入射角大于第二臨界角時，在第二介質中既無縱波，也無橫波，而在界面上出現表面波。產生表面波的入射角滿足下式:

sina=C₁/C_r

式中C₁——誘聲楔塊中的縱波速度;

       C_r——被檢材質的表面波速度。

用這種方法產生表面波的透聲楔塊，在檢測鋼材時一般采用有機玻璃制作，按上式算出G=62°～64° 用縱油折射法制作表面波探頭，一般采用矩形壓電晶片，其半擴散角可以實

測求得。對于表面波探頭，因縱波在透聲楔內行程較長，近場長度基本上不超出探頭楔塊使用中無近場影響。