超聲波中縱波、橫波、表面波、板波對比??

2021-01-15 鋼軌小衛士探傷技術服務站

1．按質點的振動方向分類

根據波動傳播時介質質點（可以理解為介質中的分子）的振動方向與波的傳播方向不同，可將超聲波分為縱波、橫波、表面波、板波等。

（1）縱波L，如圖1

1）定義：介質中質點的振動方向與波的傳播方向互相平行的波。

2）特點：當介質質點受到交變拉壓應力（分子力）作用時，質點之間產生相應的伸縮形變，從而形成縱波。別名：傳遞縱波時介質質點疏密相間，故縱波又稱為壓縮波或疏密波。

4）傳播介質：固體，液體，氣體介質 （三種介質中均存在分子力）

5）應用：鋼軌探傷中直探頭或者0°探頭就是利用縱波在檢測鋼軌，如圖2。

   圖1  縱波示意圖                 圖2  縱波鋼軌探傷              

（2）橫波S(T)，如圖3

1）介質中質點的振動方向與波的傳播方向互相垂直的波。

 2）特點：當介質質點受到交變的剪切應力（剪切力）作用時，產生切變形變，從而形成橫波。

3）別名：傳遞橫波時介質承受剪切力並產生切變變形，故橫波又稱為剪切波或切變波。

4）傳播介質：因液體和氣體無法承受剪切力，所以橫波只能在固體介質中傳播。

5）應用：鋼軌探傷中斜探頭或者37°、70°探頭就是利用橫波在檢測鋼軌，如圖4。

 

 圖3   橫波示意圖                   圖4   橫波鋼軌探傷

（3）表面波R，如圖55

 1）定義：介質表面受到交變應力作用對，產生沿介質表面傳播的波。

   2）特點：表面波在介質表面傳播時，介質表面質點作橢圓運動，橢圓長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向。表面波的能量隨傳播深度增加而迅速減弱。當傳播深度超過一倍波長時，質點的振幅就已經很小了。因此，一般認為，表面波探傷只能發現距工件表面一倍波長深度內的缺陷。

3）別名：1887年，瑞利（Rayleigh wave）首先指出其存在，所以表面波也叫瑞利波。

4）傳播介質：橢圓運動可視為縱向振動與橫向振動的合成，即縱波與橫波的合成，所以表面波固體表面傳播。

5）應用：鋼軌探傷中70°探頭因聲速的擴散性有時會分離出表面波在鋼軌表面傳播，如圖6。

  

圖5   表面波示意圖                         圖6   表面波示意圖

 

（4）板波P

板波又稱蘭姆波，當固體介質的尺寸進一步收到限制而形成板狀，且板厚小到一定程度是，瑞利波就不會存在而只能產生各種類型的板波。在板厚與波長相當的薄板中傳播的波，一般用於檢測薄板材，在鋼軌探傷中應用較少。


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