超声材料分析介绍

超声无损检测是一种多功能的技术，它能应用于各种材料分析应用。在厚度测量、探伤、以及声学成像方面虽然超声无损检测可能更为人所知，高频声波也可用于分辨和评定固体和液体的基本的机械、结构、或者复合性能。超声材料分析基于一个基本的物理原理：任意一个波的运都受到它传播路径上的媒质的影响。因此，改变四个易于测量参数中的一个或者多个

原理：超声波NDT采用20 KHz到100 MHz的频率范围，大多数工作在500 KHz到20 MHz之间进行。不管振动是纵波还是横波模式一般都被采用，同样的在一些*应用中采用表面（瑞利）波和板（兰姆）波。由于短波长在它们穿透的介质中更容易响应变化，许多材料分析应用受益于使用测试件支持的高频率。生脉冲通常通过已经声耦合到被测材料上的压电探头产生和接收。在大多数案例中，单个探头偶喝道被测件的一侧，同时提供发射和接收（脉冲/回波模式），虽然在一些高衰减和散射材料的情况下，分开发射和接收探头在部件的相对侧被使用（穿透模式）。一个声波产生通过激发探头，用电压脉冲或者持续波刺激的方式。声波穿过被测材料，要么从另一侧发射会生源点（脉冲/回波），要么被改点的另一个探头吸收（通过传输）。接收到的信号随后被放大和分析。多种商业仪器可用于这个目的，采用模拟和数字信号处理。

相对其他材料分析方法，超声波测试的重大突破是它可以经常的在线或者离线进行。高频声波可以经常顺利的发射进或者出移动的材料，不需要直接接触，使用水浴或者水流作为耦合剂。测量也可以在密闭容器内进行，通过耦合声波能量穿透壁。因为声波穿透测试块，材料性能被整体测量，而不是只在表面。通过使用选择的闸门来分析多层结构，多种材料结构的一层有时候是有可能的。

典型的测量参数典型的为以下的一个或者更多：

1.声速/脉冲传播时间：声速通常是*容易测量的超声波参数。声波在纯介质中的速度直接的涉及弹性模量和密度；不管弹性或者密度的变化都会影响脉冲通过一个给定厚度试块的传播时间。加之，不均匀性的变化程度也可能对声速有影响。

2.衰减：声波能量在不同的材料中以不同的速度被吸收或者衰减，以一种复杂的方式交互式的被密度，硬度，粘性和分子结构所影响。在一个给定材料中衰减通常随频率的增加而增加。

3.散射：声波从不同材料的分界面反射回来。颗粒结构，纤维定向作用，多孔性，粒子浓度的改变，和其他微观结构的变化能影响散射信号幅度，方向和频谱。散射影响可以间接地通过观察底面回波或者穿透信号的幅度变化来监视。

4.频谱：**材料趋向于一定程度上作为一个低通道滤波器，相对低频部分，更多的消弱或者散射宽带声波的高频部分。因此，选择的穿过被测材料的宽带脉冲*频率部分的变化分析可以跟踪上面描述的衰减和散射的综合影响。

在一些超声应用中，超声波数据，譬如速度可以直接用来计算性能，譬如弹性模量。在其他应用中，超声波测试是一种对比技术，为了对给定的应用建立一个测试协议，就必须要用试验的方法评价参考标准块，以再现定量的材料情形范围。由于这样的标准，记录怎样声波传播参数随*的材料性能变化而变化成为可能，然后根据时基信息，鉴定或者预报测试样块中相似的改变成为可能。

设备：很多超声波仪器都可以用于材料分析应用。声速可以通过简单的手持式超声波测厚仪来测量，同时声速，衰减和散射影响都可以用现代化的数字式探伤仪来观察。脉冲发生/接收器配以适当的辅助设备和有软件支持的超声波成像系统可以用来**这些性能，同时也可以进行频谱分析测试。需要关于*应用仪器和探头的推荐信息，请联系我们。

应用：下面是一些*材料分析应用的概述，超声波技术被使用及证明。广泛的讨论，同样的这个科目的一个参考书目，可以在ASNT1和Lynnworth2中找到。**书都推荐作为进一步的详细信息来源，关于测试程序和*仪器需求。

弹性模量：纯的，非分散材料的杨氏模量和剪切模量可以通过纵波声速和横波声速（结合材料密度）来计算。使用波导经常允许在高温下测量。

铸铁的结核状态：铸铁的石墨浓度和它的外形和形态可以通过速度测量来定量。

环氧和混凝土的**率：当它们硬化时这些材料的声速会改变；因此声速测量可以关联**程度。混凝土测试通常需要接近**侧用于穿透耦合。

液体浓度：在给定的温度下不同声速的两种液体混合比例可以关联到溶液的声速。

泥浆密度：泥浆的液体/固体混合比例，像在给定温度下钻探泥浆和纸浆可以关联到声速和/或衰减。

陶瓷密度：绿色或者烧制陶瓷的密度均匀可以依靠声速测量来检验。

食品：很多的测试已经被报告，包括鸡蛋和马铃薯的年限，水果的成熟度，牛肉的脂肪含量，牛奶固体物的百分数。通常这些测试都是非破坏和非污染的。

塑料聚合：在塑料和其他聚合物中，分子结构变化，比如聚合链的长度或者方向，经常导致相应的在声速和/或衰减上的变化。

粒子或气孔大小和分配：在固体或液体媒质中的粒子或气孔的大小或分布将影响散射声波的幅度和频率。


金属中的晶粒大小：在钢中、铸铁、铝以及其他金属晶粒大小或方向性的改变将导致散射超声的幅度、方向、和/或频率范围的改变。

固体不同轴向的各向异性：固体中声速、散射、和/或衰减的变化可用于鉴定和评定各向异性。


在钢中容器淬水的深度：高频横波反向散射技术可用于测量容器淬水的深度。

温度测量：通过监控在一种参考煤质中声速的变化，超声温度测量法已经用于测量**温度（超出3，000摄氏度）