超声材料分析总结

by Tom Nelligan

超声波无损检测是一种多功能的技术，可应用于各种材料分析应用。 虽然超声波NDT在其更常见的用于厚度测量，裂纹检测和声成像的应用中可能更好地已知，但是高频声波也可以用于区分和量化固体和液体的一些基本机械，结构或组成性质。 超声波材料分析是基于一个简单的物理原理：任何波的运动都会受到它行进的介质的影响。 因此，与高频声波通过材料通过时间，衰减，散射和频率内容相关联的四个易于测量的参数中的一个或多个的变化通常可以与物理性质的变化相关，例如 硬度，弹性模量，密度，均匀性或颗粒结构。

以下是一些特定材料分析应用的总结，其中已经使用和记录了超声技术。广泛的讨论，以及关于这个问题的参考书目，可以在ASNT1和Lynnworth2的文本中找到。建议将这两本书作为有关测试程序和特定仪器要求的更详细信息的来源。

弹性模量：均匀的非分散材料的杨氏模量和剪切模量可以从纵波和剪切波速度（以及材料密度）计算。使用波导可以允许在高温下的测量。

铸铁球墨铸铁：铸铁中石墨的浓度及其形状和形状可以通过速度测量来量化。

环氧树脂和混凝土中的固化速率：这些材料中的声速随着其硬化而变化，因此声速测量可与固化程度相关。混凝土测试通常需要接近两侧用于穿透传输耦合。

液体浓度：具有不同声速的两种液体的混合比可以与给定温度下溶液的声速相关。

浆料的密度：在给定温度下浆料例如钻井泥浆和纸浆料的液体/固体混合比可以与声速和/或衰减相关。

陶瓷中的密度：通过声速测量可以验证绿色和烧制陶瓷中的密度均匀性。

食品：已经报道了多种测试，包括鸡蛋和马铃薯的年龄，果实的成熟度，牛肉中的脂肪含量和牛奶中固体的百分比。通常这些测试是非破坏性的和非污染性的。

塑料中的聚合：在塑料和其它聚合物中，分子结构如聚合物链的长度或取向的变化通常将导致声速和/或衰减的相应变化。

颗粒或孔隙尺寸和分布：固体或液体介质中颗粒或孔隙的尺寸或分布的变化将影响散射超声的幅度和频率。

金属中的晶粒尺寸：钢，铸铁，钛和其他金属中晶粒尺寸或取向的变化将引起散射超声波的振幅，方向和/或频率含量的变化。

固体中的各向异性：声速，散射和/或穿过固体的不同轴的衰减的变化可以用于识别和量化各向异性。

钢表面硬化深度：高频剪切波反向散射技术可用于测量表面硬化的深度。