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锻件缺陷与材料特性不同而引起的超声波变化

发布时间: 2021-01-08 09:38:03

  超声检测主要应用超声波在材料中的传播特性,以及超声波与缺陷的相互作用机理来进行检测。理论上,超声波在无限大均匀介质中是沿直线传播的。但实际上,任何介质总有边界,当超声波在非均匀介质中传播,或从1种介质传播到另1种介质时,由于介质的声阻抗发生了变化,故超声波会在声阻抗改变的分界面上产生反射、折射和透射现象。在超声波透过界面时,其方向、强度和波形的变化取决于2种介质的特性声阻抗和入射波与分界面的相对方向。 当超声波垂直入射在2异种介质的分界面上时,会产生反射和透射现象。反射是超声波从1种介质入射到具有不同声特性阻抗的另1种介质时,改变传播方向返回原介 质的现象;而透射则是在2种介质声阻抗相同或者相近时,超声波穿过分界面进入另一介质的现象。

  大型锻件 的缺陷有很多种,但是常见的并对工件安全性造成严重威胁的则主要有以下几种:裂纹、白点、缩孔、气泡、夹杂物等。

  裂纹内含物多有空气存在,空气的声阻数量级约为102,而金属材料的声阻抗数量级约为106,可见空气和金属材料的声学特性相差很大。由前述结论可知,裂纹与基体材料的边界是“软”边界。

  白点一般认为是由于工件热处理过程中氢逸散不充分,残留在基体中而形成的。由于氢气的声学特性阻抗约为1. 15 & 102,远远小于金属材料的声学阻抗。因此,由前述结论可知,白点缺陷与基体材料的边界属于“软”边界。

  缩孔与气泡这2种缺陷的内含物均为气体,气体的声特性阻抗数量级为102,远小于金属材料的声特性阻抗,所以这种缺陷与基体材料边界亦属于“软”边界。

  非金属夹杂物主要是指钢中的铁及其他元素与氧、硫、氮等作用形成的化合物,以及在炼钢和浇注过程中混入钢中的耐火材料碎片。由于这些碎片的成分主要是S IA l Fe等的氧化物,故可说钢中的非金属夹杂物是气体在钢中存在的一种形式。这类材料的声特性阻抗小于金属基体的声特性阻抗,所以这类缺陷与基体材料的边界可被认为是“软”边界。

  高密度金属夹杂物有钨、钼等。钨的声学阻抗约为( 83. 2~ 104. 2) & 10 5,钼的声学特性阻抗为63. 8 & 105,而一般锻件用材料的声学阻抗在( 39. 4~ 45. 6) & 105。因此这类高密度金属材料的声学特性阻抗大于锻件基体材料的声学特性阻抗,故这类缺陷与基体材料的边界可被认为是“硬”边界。


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