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超聲波探傷的換能器是干什么的,？
閱讀：2356 發(fā)布時間：2021-6-15
最近在補習超聲波探傷的知識,，特別是雙相不銹鋼超聲波探傷這一塊目前相關標準比較貧乏的區(qū)域。不過今天只科普一點入門知識,，講講UT的換能器那些事兒,。
換能器的英文名稱是transducer,，用于實現(xiàn)不同形式的能量相互轉換的儀器或器件可以通稱為換能器,。例如：電能與聲能轉換、電能與磁能轉換,、電能與機械能轉挨,、電能與光能轉換、電能與化學能轉換,、電能與熱能轉換等等,，從廣義上講，可以籠統(tǒng)地把它們都稱之為換能端,。但是,，在超聲波檢測中所講的換能器是有著特定的定義的，也就是本文所要闡述的換能器,。
超聲波檢測技術應用的換能器,，是實現(xiàn)聲能與電能相互轉換的器件，即將電信號轉換成相應的聲信號或將聲信號轉換成相應的電信號的器件,，其能量的轉換過程是：
對于將電能轉換成聲能的換能器,，是將電信號轉換成機械振動，然后由機械振動產(chǎn)生聲波,，這就是反射超聲波的探頭,。對于將聲能轉換成電能的換能器，則是將聲信號轉換成機械振動后再轉換成電信號,。
而在超聲波探傷過程中,，必須同事有電能→聲能(發(fā)射超聲波信號)和聲能→電能(接受換回的超聲波信號)。通常實現(xiàn)此能量轉換過程的探頭主要是利用壓電效應,，對于這個專業(yè)名詞,，吉米哥在大學混學分，選修《傳感器與檢測技術》了解過,，今天再次溫習一下,。
壓電效應是1880年法國物理學家P·居里和J·居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)的?？磥矸▏芯永锏娜诉€真多,，其實吉米哥也是法國公司的宅男(以后請叫我居里兄弟：))。
在某些單晶材料,，如石英片,，在特定方向上受到外加應力產(chǎn)生應變時，就會在其表面上產(chǎn)生電荷(兩端面間出現(xiàn)電位差),，壓力去掉，電荷也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應,，后來又進一步發(fā)現(xiàn),，這類單晶材料還具有逆壓電效應，即這些具有正壓電效應的晶體在受到外加電場作用時,，會有應力和應變產(chǎn)生,。在一定電場強度范圍內(nèi)，其應變與外電場強度的大小成正比,，亦即電場強度與形變呈線性可逆關系,。當外加電場是交變電場時，晶體就產(chǎn)生相同頻率的振動,。這種振動產(chǎn)生的機械波就是超聲波,。
那么超聲波都有哪些類型呢？
鄙人最近在DNV的無損檢測指南上,，尤其是在介紹雙相不銹鋼探傷部分,，看到幾個陌生術語，例如compressionwave和shearwave等,，乍一看,，似乎是一種新的探頭，找度娘,，度娘竟然翻譯為激波,，剪切波，可憐我這沒有多少相關專業(yè)知識的人,，看的云里霧里,，忽然想到了翻墻，很幸運的在維基百科上面找到了解釋,。
1.縱波
英文叫Longitudionalwave,，簡稱L波，縱披的特點是傳聲介質的質點振動方向與超聲波的傳播方向平行,?？v波的傳播是由于介質中質點發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使質點回復原狀的縱向彈性力而實現(xiàn)的,。因此縱波只能在拉伸/壓縮的彈性的介質中傳播,，一般的固體、液體,、氣體都具有拉伸和壓縮彈性,，所以它們都能傳遞縱波。因而縱波也就是指南文件中說的compressionwave,，也成為壓縮波,，疏密波,，如果大家在文獻中看到這個屬于，就理解為縱波,。
2.橫波
英文叫Transversewave,，簡稱T波，橫波的特點是傳聲介質的質點振動方向與超聲波的傳播方向垂直,，橫波只能在具有切變彈性的媒質中傳播,，因此只能在固體中傳播而不能在液體、氣體中傳播,。說到這里讀者從字句中肯定會發(fā)現(xiàn),，橫波其實就是指南中提到的shearwave，也稱為剪切波,。順便提一句,，船上的測深儀也是利用超聲波原理，它的換能器利用的就是橫波,。
3.爬波
英文叫creepwave,，或者更確切地說叫creeplongitudinalwave，爬行縱波,，超聲爬波是折射角為90°的壓縮縱波,。你肯定疑惑超聲波也有折射？那就把超聲波當成光線理解,，在穿越不同介質,，如從空氣進入金屬，也有折射,。爬波對表面粗糙度不敏感,，特別適于檢測奧氏體粗晶材料表面和近表面缺陷。所以在DNV的指南中,，特別強調對奧氏體不銹鋼探傷,，應增加縱波斜探頭。雙相不銹鋼也是奧氏體不銹鋼(鐵素體-奧氏體),。
4.表面波
也叫瑞利波,，這也是一個有故事的人最先發(fā)現(xiàn)的，本人不做介紹,。
5.板波
薄板和大直徑薄壁管探傷使用的,，此處不作介紹。