超聲波探傷過程中能力衰減

超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，超聲波的散射和吸收將導(dǎo)致聲波傳播能量的衰減。

超聲波的散射，是指聲波在不均勻介質(zhì)中的分界面上發(fā)生的散射現(xiàn)象，并造成超聲波傳播能量的衰減。由于介質(zhì)內(nèi)大顆粒晶體的不規(guī)則排列，聲波在斜入射至晶體分界面上時將發(fā)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換的物理現(xiàn)象，致使聲波傳播的能量衰減，而透射的聲波又會不斷入射到其他晶體界面上導(dǎo)致聲波傳播的能量的繼續(xù)衰減。在檢測金屬薄板缺陷時，缺陷的存在造成薄板內(nèi)部介質(zhì)的不均勻，聲波在入射到不同介質(zhì)的分界面上時則發(fā)生反射、折射以及波型轉(zhuǎn)換，使檢測波的傳播能量快速衰減。當缺陷的尺寸與檢測波波長的比值大于0.1時，聲波散射現(xiàn)象明顯，甚至導(dǎo)致無法檢測。

由于介質(zhì)的導(dǎo)熱性、黏滯系數(shù)性等因素導(dǎo)致聲波能量轉(zhuǎn)換為其他形式能量的現(xiàn)象，稱為聲波的吸收。聲波的吸收系數(shù)與聲波頻率成正比關(guān)系，即聲波頻率越大吸收越大。在固體介質(zhì)中，多晶體中顆粒的尺寸和檢測波波長的比值決定聲波吸收系數(shù)；單晶體的聲波吸收系數(shù)則較小。

超聲波的能量衰減將嚴重影響對缺陷的檢測，不過由聲波吸收造成的超聲波傳播能量的衰減，是可以通過增加聲源輻射能量、提高運算放大器增益和降低檢測波工作頻率的方法來彌補的。但是，聲波散射不僅造成缺陷回波信號能量衰減，還會在介質(zhì)分界面上發(fā)生反射現(xiàn)象產(chǎn)生雜波。這時因為反射雜波的存在，檢測系統(tǒng)只能通過降低檢測波頻率的方法來減小聲波傳播過程的衰減。經(jīng)過大量仿真和實驗，決定通過降低超聲探頭工作頻率、調(diào)整聲波入射角度的方法來減小檢測超聲波能量衰減的影響。