一、波的叠加原理

两种波形相遇时，波形不会产生任何变化和改变特性

一种波形探伤，对面相对放置，波的发射源和接收源会干扰

1、干涉

探伤应用

a-探头发射超声波近场区（极大值、极小值）声源传播过程中多个波源产生的结果就是干涉原理

b-钢板焊缝探伤，端角灵敏度调节法

在两个端角面影响，波的入射波和反射波会产生相互干涉影响，最终接收的回波声压比较低，工件入射角需要考虑一定的范围，是否第三临界角

【实例1:探伤工件圆柱形表面】

空心圆柱体从外表面探伤，已知内表面回波高度和缺陷回波高度dB差，求缺陷当量大小。

【实例2:钢轨轨底斜探头探伤路径】

钢轨轨低25mm，用70度斜探头探伤，绘制探头右侧波形走过路径。

做法线，看入射角是否大于第三临界角，反射波只有反射横波，算出超声波发射哪些反射纵波和横板

物理实验 光学干涉现象【激光全息照相】

2、柱波

探头压电晶片的厚度是与发射超声波的波长有关

3、惠更斯原理

利用一个点状波发射球面波，经过一定时间处理后，球面波形成的包络线就是新的波阵面。

晶片单元阵列相位控制（相控阵）

计算的过程，聚焦法则

4、散射和衍射

天空为什么是蓝的？

利用散射的理论，空气的大气层有许多反射体，蓝色的光在大气层中更容易散射，早晨和晚上太阳红色，大气层不均匀的

红光频率最强，机场红光灯

散射和衍射的强弱受障碍物的尺寸和波长的影响

超声波灵敏度：半波长 2/入

晶粒粗大，提高频率，超声波衰减

抓紧研制发现0.1mm缺陷设备

多种考虑：

足够高的灵敏度

发现初始缺陷对行车安全不造成危害

思考题：

a-频率相同，横波比纵波发现的缺陷更小

【横波波长更短，发现缺陷灵敏度是半波长】

横波探伤很多反射，波长不同

b-

使用长波长纵波、不太高的低频率

c-

表面粗糙的工件，选择不太高的频率，因为频率高，散射大，

d-

纵波 大于 横波 大于 表面波

49min

二、超声波垂直入射的界面反射

1、单一界面的反射

声压反射率

声压透射率

2、声压反射r和透射t

a-超声波垂直入射，波型保持不变

CSK-IA R100圆弧用横波探伤在圆弧表面粘油拍打，没用，因为横波无法在液体中传播，全反射。

【把经验转换成理论模式化知识】

b-超声波入射Z1，从Z1到Z2

超声波从水入射到钢，反射角等于第一临界角（水只能传播横波）

c-

垂直入射时，声压反射和透射率只与介质声阻抗有关

倾斜入射时，声压反射和透射率不仅仅与材料的声阻抗有关系

声阻抗=声速*密度

声速：固体 液体 气体

5900。 1500。340

密度：固体 液体 气体

1、Z1远远大于Z2时，r=-1，T=0，产生全反射，钢入射到空气时产生底波全反射，实际探伤时，用反射面调节灵敏度，反射面不能存在耦合剂，反射率会受损失，灵敏度会不准确。

2、Z1远远小于Z2时，r=1，T=2时，声强透射率等于0，超声波全反射，但是能量很低，无法探伤，必须用耦合剂，提高Z1声阻抗。

声阻抗相

影响缺陷回波高度的因素

1、缺陷的性质（气孔、铜球的反射回波高度，通过回波高度确定的缺陷大小，不是真实的尺寸（当量尺寸）实际的缺陷应比定的灵敏度当量要大，缺陷本身体积越小，误差越小。

空载始波宽度

过载始波宽度

多层界面的反射和透射

耦合剂的厚度

1、厚度越薄，波形越宽

2、探伤力度越大，耦合剂厚度越薄，反射波越高。

三、超声波的反射和折射、波形转换（倾斜入射）

1、波形转换的条件（必要不充分）

a-倾斜入射

b-界面两侧介质声阻抗不一样

c-界面一种介质必须是固体介质

2、反射定律

结论：

a-同波形的反射角总是等于入射角

b- 声速越大，对应的角度越大，横波反射角总比纵波更靠近法线（小）

c-角度正切值比值相等

单调增函数

d-纵波折射角比横板折射角大

反射折射定律

sinQ1/C1=sinQ2/C2

两种材料的声速比，叫折射率

C1/C2=sinQ1/sinQ2

纵波入射，纵波、横波折射

第一临界角：使得折射纵波等于90度的纵波入射角，折射横波能量等于0；

【L波入射，L波折射角等于90度】

第二临界角：使得折射横波等于90度的纵波入射角；

【纵波入射，折射横波等于90度】

第三临界角：横波入射，使反射纵波的反射角等于90度，横波入射角

3、临界角探伤应用：

-a｛aI

铁路轮对轴根部探伤应用：小角度纵波探伤，纵波入射角度小于第一临界角。入射角十几度，折射角二十几度；

折射纵波，折射横波在轴的中间，探伤部位是针对性固定位置。纵波声压往复透射率高17-20倍，纵波灵敏度高。

-aI｛a｛aII

大于第一临界角小于第二临界角，第二介质中只有折射横波，常规的横波探伤应用。

-a=aI

入射纵波等于第一临界角时，折射纵波等于90度，横波能量较低，工件表面出现爬波【纵波和横波的叠加】

陶瓷绝缘电子无损检测应用

爬波检测距离近，横波衰减大。

探头位置附近拍打会跳动，可能是表面波和爬波

-a｝aII

声压反射和透射系数除了和材料声阻抗有关系，还和入射角度有关。

4、曲界面上的反射和透射

4.1反射

反射波的聚焦与反射只与界面形状有关

而与其他因素无关

凹面——聚焦

点聚焦、线聚焦

凸面——发散

4.2透射

界面的形状及相对声速有关

凹界面 C1｛C2 聚焦 C1｝C2 发散

凸界面 C1｛C2 发散 C1｝C2 聚焦

5、圆盘声源的声场

1-N近场区：声源附近会有极大值和极小值出现，在最后一个极大值到声源的距离；

2-N=D^2/4入圆形 A/pai 入 非规则面；

结论：

探头频率越高，晶片尺寸越大，探头的近场区越大，对探伤小工件或近表面缺陷不利。

近场区取决于被检对象，工件小，N小

工件大，N大

3-声压 a大于3N时

P=Po·A/入a

2、指向角Qo：声压为Po线与主声轴线夹角

主声束：能量最集中，轴线声压最大。

圆盘指向角】方向指向角

圆盘Qo=70入/D

方形Qo=57入/D

结论：

指向角随着f频率增加和D增加而减小

f频率高，晶片尺寸越大，指向角越小，探伤能量越集中，声束覆盖范围越小，探伤移动速度影响探伤质量。

3、未扩散区ob=1.64N

晶片尺寸越大，N近场区N越大，远场覆盖范围越小。

理想声场与实际声场的差异：

1、理论研究是连续波，实际探伤是脉冲波有不连续的干涉；

2、实际探伤频率不单一；

3、实际波源非均匀性激发：晶片中心与边缘振幅不一样

4、理想声场研究是针对液体，实际探伤对象是固体。