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超声波探伤期末复习
第一章超声波探伤的物理基础
1. 什么是机械振动和机械波？二者有何关系？
答：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。机械波产生有两个条件a要由机械振动的波源。b要有能传播机械振动的弹性介质。
振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。振动能量的传播由各质点的位移连续变化来逐渐传递出去。波动中介质的各质点并不随波前进，只是以交变得振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。
2. 什么是振动的周期和振动的频率？二者有何关系？
答：振动的频率是指振动物体在单位时间内完成的全振动的次数。用f表示。在波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数。）
振动的周期是指振动物体完成一次全振动所需的时间。用T表示。振动的周期和频率二者互为倒数关系。T=1/f。
3. 谐振动的方程？各参数的物理意义？
答：（T④谐振动方程）y = Acos(ωt+φ)
式中：A — 振幅，即最大的水平位移；
ω— 圆频率，即一秒钟内变化的弧度数，ω= 2πf = 2π/ T ；
φ— 初相位，即t = 0 时质点M的相位；
ωt+φ— 质点M在t时刻的相位 如书中图1.1所示。
4. 什么是弹性介质？简述超声波在介质中的传播过程？
答：介质质点间以弹性力联系的物质叫弹性介质。
超声波遇到物体时产生声压和施加的外力介质质点受力，就会离开平衡位置。由于弹性力的联系，质点在平衡位置来回往复运动产生振动。同时由于弹性力的联系周围质点也受到大小相等方向相反的力，也在各自的平衡位置作往复运动。由于弹性力的联系，振动在相邻的质点间扩散传播。于是振动就以一定的速度在由近及远向各个方向传播开来。
5. 什么是波动频率、波速、波长？三者的关系？
答：任一给定点在一秒钟内通过的完整波的个数，称为波动的频率。
同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，称为波长。
波动中波在单位时间内传播的距离，称波速。
波长与波速成正比，与频率成反比。当频率一定时，波速愈大，波长就愈长。当波速一定时，频率愈低，波长愈长。c=λf或λ=cf
6. 什么是超声波？产生超声波的条件？探伤中应用了那些主要特性？
答：频率高于20,000Hz的机械波称为超声波。
产生超声波必须具备两个条件a要有机械振动的波源。b要有能传播机械振动的弹性介质。
超声波的特性应用了a方向性好b能量高c能在界面上产生反射、折射和波型转换d穿透能力强。
7. 何为纵波、横波、表面波和板波？固体和液体中各传播何种波？为什么？
答：纵波，介质中质点的振动方向与波的传播方向相平行的波。
横波，介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波。
表面波，当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波。
板波，在板厚与波长相当的薄板中传播的波。
固体介质中可以传播纵波、横波、表面波、板波。液体介质中只能传播纵波。因为液体介质不能承受剪切应力，质点不能产生切变变形。横波、板波、表面波传播过程都要求质点产生切变变形。所以液体中不能传播。
8. 什么是波线、波阵面、波前？它们有何关系？
答：波线，波的传播方向。
波阵面，同一时刻振动相位相同的所有质点所连成的面。
波前，某一时刻，波动所到达的空间个点所连成的面。
最前面的波阵面是波前，是波阵面的特例。任意时刻波前只有一个，波阵面有很多。再各向同性的介质中，波线恒垂直于波阵面或波前。
9. 什么是平面波柱面波、球面波？各自特点？实际应用中探头发出的是何种波？
答： 平面波，波阵面为互相平行的平面的波。波源为平面。波束不扩散，各质点振幅为常数。
柱面波，波阵面维同轴圆柱面的波。波源为一条线。波束向四周扩散，各质点振幅与距离平方根成反比。
球面波，波阵面为同心球面的波。波源为一点。波束向四面八方扩散，各质点振幅与距离成反比。
实际应用的超声波探头波源近似于活塞波。当离源距离足够大时，活塞波类似于球面波。
10. 超声波在介质中传播的速度与何种因素有关？钢中横波、纵波、表面波波速的关系？
答：超声波在介质中传播的速度与介质的弹性模量和密度有关。
对特定介质弹性模量和密度是常数，故声速也是常数。不同介质声速不同。介质弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。声速还与波的类型有关。在同一介质钢中纵波声速大于横波声速、横波声速大于表面波声速。钢泊松比0.28，纵波=1.8倍的横波，表面波=0.9倍的横波。即CL：CS：CR=1.8：1：0.9。
11. 什么是波的叠加原理？波的干涉现象？两列波相遇时，何时相互加强，何时相互减弱？
答：波的叠加原理，几列波相遇后仍各自保持原有的频率、波长、振动方向等特性并按原来的传播反响继续前进，好像并没遇到其它的波一样。又称独立性原理。
两列频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，介质中某些地方振动互相加强，另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象。叫作波的干涉现象。
干涉的特性是a当两相干波的波程差等于波长的整数倍时，二者互相加强，合振幅达最大值。b两相干波的波程差等于半波长的奇数倍时，二者互相抵消，合振幅达最小值。

12. 什么是波的绕射（衍射）？对超声探伤有何影响？
答；绕射，波在传播过程中遇到与波长相当的障碍物时，能绕过障碍物的边缘改变方向继续前进的现象。波的绕射对探伤既有利又不利。由于波的绕射使超声波产生晶粒绕射顺利地在介质中传播。同时由于波的绕射，使一些小缺陷回波显著下降，以致造成漏检。

14.什么是超声场？描述超声场的物理量有哪些？
答：充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，叫超声场。描述超声场的物理量有声压、声强、声阻抗。
声压，超声场中某一点在某一时刻所具有的压强与没有超声波时的静态压强之差。单位：帕斯卡。公式：Pm=ρcu（u=2πfA）
声阻抗，超声场中任一点的声压与该处质点振动速度之比称为声阻抗。单位：克/厘米2.秒。公式：Z=ρC。
声强，单位时间内垂直通过单位面积的声能。单位：瓦/厘米2。公式：I=12Zu2=12P2Z。
18.分贝和奈培？二者关系？50dB是相对于什么而言？
答：分贝和奈培就是两个同量纲的量之比取对数后的单位。通常规定引起听觉的最弱声强作为声强的标准，另一声强与标准声强之比的常用对数称为声强级，单位贝尔。∆=logI2I1BeL）十分之一贝尔即分贝。∆=10logI2I1=20logP2P1=20logH2H1（dB）。对超声探伤中的声压与波高成正比时，对声压比或波高比取对数，则其单位为奈培。∆=lnP2P1=lnH2H1（NP）。1NP=8.68dB，1dB=0.115NP。50dB是相对于标准声强I1=10-16瓦/厘米2而言的，利用公式∆=10logI2I1=20logP2P1计算得到的声音分贝数。
19.什么是声压的反射率和透射率？垂直入射时声压的反射率和透射率与那些因素有关？什么情况下反射率最高？
答：在超声波垂直入射的情况下，界面上反射波声压与入射波声压之比称为界面的声压反射率。
界面上透射波声压与入射波声压之比称为界面的声压透射率。
必要条件，a界面两侧的总声压相等。（P0+Pr=Pt）b界面两侧质点振动速度幅值相等。[（P0-Pr）/Z1=Pt/Z2]超声波垂直入射时，声压的反射率和透射率仅与界面两侧介质的声阻抗有关。当入射波介质声阻抗远大于透射波介质声阻抗时声压反射率趋于-1，透射率趋于零，声压几乎全反射。反射波声压与入射波声压有180度的相位变化。
声压反射率：r=prp0=Z2-Z1Z2+Z1 声压透射率：t=ptp0=2Z2Z2+Z1
声强反射率：R=IrI0=(Z2-Z1Z2+Z1)2 声强透射率：T=ItI0=4Z1Z2Z2+Z1)2
关系式：T+R=1 t-r=1
20. 超声波垂直入射到Z11是否违反能量守恒？为什么？
答：不违反能量守恒原理。因为声压是力的概念，而力只会平衡不会守恒，只有能量才会守恒。声强是能量的概念，符合守恒原理。
21. 什么是声压的往复透射率？与那些因素有关？
答：超声波探伤中探头接收到的回波声压Pa与入射波声压之比称为声压往复透射率。
声压的往复透射率只与界面两侧介质的声阻抗有关，与从何种介质入射到界面无关。界面两侧的声阻抗相差愈小，声压往复透射率就愈高，反之就愈低。往复透射率高探伤灵敏度高。底面全反射时声压的往复透射率与声强透射率在数值上相等。

24. 何为波型转换？产生波型转换的条件是什么？
答：当超声波倾斜入射到界面时，产生同种类型的反射和折射波的同时，还产生不同类型的反射和折射波，这种想象称为波型转换。
产生波型转换的条件是超声波倾斜入射到界面。
25. 说明超声波反射、折射定律和式中个参数的物理意义？
26. 什么是第一、第二临界角？产生条件是什么？说明常用横波和表面波探头的制作原理？
答：纵波倾斜入射到固/固界面时，发生波型转换，其折射纵波的角度等于90度时，所对应的纵波入射角称为第一临界角。
纵波倾斜入射到固/固界面时，发生波型转换，其折射横波的角度等于90度时，所对应的纵波入射角第二临界角。
产生条件纵波倾斜入射到固/固界面。
原理当纵波的入射角在第一临界角和第二临界角之间时，第二介质中只有折射的横波没有折射的纵波，这是常用横波探头的制作原理。当纵波的入射角大于第二临界角时第二介质中无横波也无纵波，在其介质表面存在表面波，这就是常用表面波探头的制作原理。

27. 什么第三临界角？与那些因素有关？
答：横波倾斜入射到固/固界面时也存在波型转换，当其反射纵波的反射角等于90度时，所对应的横波入射角称为第三临界角（33.2度）。第三临界角与介质中纵波和横波的声速有关。
28. 超声波倾斜入射到界面时声压的反射率和透射率与那些因素有关？
答：超声波倾斜入射到界面时声压的反射率和透射率与介质的声阻抗有关也与其入射角有关纵波倾斜入射时，当入射角等于60度左右产生一个较强的变型反射横波。横波倾斜入射时，入射角等于30度时反射横波很低，反射纵波较高。当横波入射角大于等于33.2度时钢中横波全反射。声压的往复透射率：超声波倾斜入射时，折射波全反射，探头接收到的回波声压，与入射波声压之比称为声压往复透射率。水/钢界面，纵波倾斜入射角在14.5—27.27度之间时，钢中没有折射的纵波，只有折射的横波其往复透射率最高不到20%。有机玻璃/钢界面入射角在27—57.7度之间钢中只有折射横波无折射纵波。折射横波的往复透射率不超过30%。
29. 什么是端角反射？有何特点？超声检测单面焊根部未焊透等缺陷时K值在什么范围？
答：超声波在两个平面构成的直角内的反射叫端角反射。端角反射时超声波经历了两次反射，不考虑波型转换时，端角反射的二次反射回波与入射波互相平行。纵波入射时端角反射率很低。横波入射时入射角在30度或60度附近时端角反射率最低。入射角在35—55度之间，端角反射率达100%。超声波横波探伤焊缝单面焊根部未焊透或裂纹的情况。就类似端角反射，所以探头K值在0.7至1.43之间时探伤灵敏度较高。
30. 平面波入射到曲面时，其反射和折射波什么情况下聚焦，什么情况发散？水聚焦探头的设计原理？
答：平面波不扩散，球面波声压与距离成反比，柱面波声压与距离的平方根成反比。平面波入射到曲面时从入射方向看，凹曲面反射波聚焦，凸曲面反射波发散。平面波入射到凹面时，当C1＜C2时透射波聚焦，当C1＞C2时透射波发散。入射到凸面时，当C1＜C2时透射波发散，当C1＞C2时透射波聚焦。实际探伤中水浸聚焦探头就是根据平面波入射到C1＞C2的凸透镜上，折射波发生聚焦的特点来设计的。c1有机玻璃，C2水。
32. 什么是超声波的衰减？引起衰减的主因？介质衰减指什么衰减？
答：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，超声波能量逐渐减弱的现象叫作超声波衰减。引起超声波衰减的主因是波束扩散（在超声波传播过程中由于波束本身的散射引起的衰减能量随距离增加逐渐减弱。）、晶粒散射在介质中传播时遇到声阻抗不同的界面产生散乱反射引起的衰减。）、介质吸收（由于介质中质点间的内摩擦和热传导引起的超声波衰减）。错位衰减、磁畴壁衰减、残余应力衰减。
33. 超声波介质衰减系数与哪些因素有关？分析说明超声波检测奥氏体不锈钢的困难？
答：超声波介质衰减系数与介质的散射和介质的吸收衰减有关。对金属固体材料介质而言介质的衰减系数等于散射衰减系数和吸收衰减系数之和。a介质的吸收衰减与频率成正比，b介质的散射衰减与频率、介质晶粒直径、各项异性系数有关。当介质晶粒直径小于波长时，散射衰减与频率的四次方、介质晶粒直径的立方成正比。在实际探伤中，当介质晶粒较粗大时若采用较高频率就会引起严重的衰减，出现大量草波，信噪比明显下降，穿透能力显著减弱，这就是晶粒较粗大的奥氏体钢和一些铸件超声探伤困难的原因。
厚板或粗圆柱体衰减系数的测定，根据一、二次底波高度来测试衰减系数。
公式：α=20log（B1B2）-6-δ2x（dB/mm）
式中：B1、B2——第一、二次底波高度；
6——扩散衰减引起的分贝差；
δ——反射损失；
x——工件厚度；
薄板工件衰减系数的测定，用多次底波法来测定。
公式：α=20log（BmBn）-δ2n-mx（dB/mm）
式中：m、n——波的反射次数；
Bm、Bn——第m、n次底波的高度；
δ——反射损失，每次反射损失约为（0.5—1.0）dB；
x——工件厚度；
反射、折射定律：当纵波L倾斜入射到固/固界面时，除了产生反射纵波L’和折射纵波L’’外，还会产生折射横波S’和折射横波S’’并且符合折射和反射定律。
公式：sinαLCL1=sinα'LCL1=sinα'SCS1=sinβLCL2=sinβSCS2
式中：CL1、CS1——第一介质中纵波、横波声速；
CL2、CS2——第二介质中纵波、横波声速；
αL、α'L—— 纵波入射角、反射角；
βL、βS——纵波、横波折射角；
α'S——横波反射角；
αL=α'L；CL1>CS1； α'L>α'S；CL2>CS2； βL>βS；
横波倾斜入射到固/固界面，同样产生波型转换。各反射、折射波的方向也符合折射和反射定律。
公式：sinαSCS1=sinα'LCL1=sinα'SCS1=sinβLCL2=sinβSCS2

第二章超声波的发射场和规则反射体的回波声压
1. 写出圆盘源轴线上的声压公式，说明公式的物理意义和成立条件？
答：充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，叫超声场。在不考虑介质衰减的条件下圆盘源上一点ds辐射载轴线上的声压为。公式：dp=p0dsλrsin(ωt-κr)
式中：p0——波源的起始声压；
ds——点波源的面积；
λ——波长；
r——点波源至轴线上某一点的距离；
κ——波数，κ=ωc=2π/λ；

ω——圆频率，ω=2πf；
t——时间；
常用公式：p≈p0πRs2λx=P0Fsλx(sinθ≈θ即θ很小时)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
x——轴线上某一点至波源的距离；常用式的成立的条件（x≥3Rs2/λ[πRs22λx≤π6])
纵波圆盘源轴线上的声压与距离成反比，与波源的面积成正比。
2. 什么是超声场的近场区和远场区长度？与哪些因素有关？为什么避免在近场区探伤定量？
答：波源附近由于波的干涉而出现的一系列声压极大极小值的区域称为近场区。波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度。公式N=Ds2-λ24λ≈Ds24λ=Rs2λ=Fsπλ
近场区长度与波源面积成正比，与波长成反比。远场区波源轴线上至波源的距离x＞N的区域又叫富琅和费区。当x＞3N时声压与距离成反比，近似球面波的规律。远场区轴线上不会出现声压极大极小值。近场区对探伤定量是不利的，处于声压极大值处的较小缺陷的回波可能较高。处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低。这样容易误判漏检，所以尽可能避免在近场区定量。
4. 近场区存在声压极大、极小值，为什么薄板试块前几次底波却相差无几？
答：因为波源辐射的超声波是以特定角度扩散出去的，并不是从一开始就扩散。而是在波源附近存在一个未扩散区b。b=1.64N。未扩散区内波束不扩散，无扩散衰减，各平面的平均声压基本相同。所以薄板试块的前几次地波相差无几。
5. 什么是波束的指向性？主波束、副波束？为什么副波束总出现在波源附近？
答：超声波的波束以确定的扩散角向固定的方向辐射超声波的特性叫波束指向性。指向性系数，波源前充分远处任一点的声压与波源轴线上同距离处一点的声压之比。主波束，两倍半扩散角以内的波束。副波束，两倍半扩散角以外的波束。由于主波束以外的能量很低和介质对超声波的衰减，所以副波束只能在波源附近传播。
6. 半扩散角？与哪些因素有关？为什么半扩散角以外的缺陷难以发现？
答：圆盘波源辐射的纵波声场的第一零值发散角，又称半扩散角。θ0=sin-11.12λ/D=70λ/D；由公式可知增加探头直径，提高探伤频率半扩散角减小。可以改善波束的指向性利于提高探伤灵敏度。但是增加直径和提高频率后近场区长度会增加，对探伤不利。因此探伤中要综合考虑直径频率、半扩散角、近场区的综合影响。在保证灵敏度的前提下尽量减少近场区的长度。由于主波束在2倍的扩散角以内，以外的副波束能量低介质对超声波有衰减所以半扩散角以外的缺陷难以发现。
7. 实际声场的声压分布与理想声场有何不同？
答：实际探伤中固体介质，波源非均匀激发，辐射脉冲波声场，简称实际声场。a在近场区理想声场存在声压极大、极小值，极大值为2P0，极小值为0。实际声场极大、极小值波动小，极大值远小于2P0，极小值也远大于0。极点数明显减少。b原因理想声场中是连续波声波在声场中完全干涉。实际声场是脉冲波声波在声场中不完全干涉或不干涉。使得实际近场区中声压变化减小，极点之减少。c脉冲波由许多不同频率的波组成，一种频率决定一种声场。不同的声场值声压不同叠加后声压趋于均匀，近场区分布不均得到改善。d实际声场波源非均匀激发，中心振幅大，边缘振幅小。非均匀激发的波的干涉小于均匀激发的理想波。当波源激发强度按高斯曲线变化时，近场区不会出现极大极小值。e液体中的理想声场某点的声压是可视为同方向得线性叠加。固体中实际声场由于轴线上点的对称性，使垂直于轴线方向的声压分量相互抵消，轴线方向的声压分量叠加。这种叠加干涉小于理想声场。所以近场区声压分布较均匀。
9. 什么是缺陷的当量尺寸？为什么要引进当量的概念？
答：当量法，是指在同样的探测条件下，当自然缺陷的回波与某人工反射体回波等高时，则该人工反射体的尺寸就是该自然缺陷的当量尺寸。实际探伤中采用反射法，根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷大小的。但是缺陷大小形状不同，目前的技术难以确定缺陷的实际大小和形状。回波相同的缺陷，实际可能相差很大。因此引入当量法法来定量缺陷。
10. 大平底、平底孔、长横孔、球孔的回波声压公式？各参量的物理意义，建立条件，相关因素？
答：大平底（实心圆柱体）回波声压公式：PB=P0Fs2λxe-2αx8.68(x≥3N)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
x——工件的厚度；
当探测条件（Fs、λ）一定，大平底的回波声压与距离成反比。两个不同距离的大平底回波声压的分贝差为：∆12=20logPB1PB2=20logx2x1（大平底面的距离增加一倍，其回波下降6dB）
平底孔回波声压公式：pf=P0Ffλx=P0FsFfλ2x2e-2αx8.68(x≥3N)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
Ff——平底孔缺陷的面积，Ff=πDf2/4
x——平底孔至波源的距离
当探测条件（Fs、λ）一定时，平底孔缺陷的回波声压或波高与平底孔面积成正比，与距离的平方成反比。任意两个距离直径不同的平底孔回波声压比：Hf1Hf2=Pf1Pf2=x22Df12x12Df22
二者回波的分贝差：∆12=40logPf1Pf2=40logDf1x2Df2x1（平底孔直径一定，距离增加一倍，回波下降12dB。平底孔距离一定，直径增加一倍，其回波升高12dB。）
长横孔回波声压公式：Pf=P0Fs2λxDf2xe-2αx8.68(x≥3N)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
x——长横孔至波源的距离；

Df——长横孔德直径；
当探测条件（Fs、λ）一定时，长横孔回波声压与长横孔直径的平方根成正比，与距离的二分之三次方成反比。
任意两个距离、直径不同的长横孔的回波分贝差：∆12=20logPf1Pf2=10logDf1x23Df2x13（长横孔直径一定，距离增加一倍，回波下降9dB。距离一定，直径增加一倍，回波上升3dB。）
短横孔回波声压公式：pf=p0Fsλxlf2xDfλe-2αx8.68(x≥3N)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
x——短横孔至波源的距离；
lf——短横孔长度；
Df——短横孔直径；

当探测条件（Fs、λ）一定时，短横孔回波与短横孔的长度成正比，与直径的平方根成正比，与距离的平方成反比。
任意两个距离、长度和直径不同短横孔回波差：∆12=20logPf1Pf2=10loglf12lf22∙x24x14∙Df1Df2（短横孔直径和长度一定，距离增加一倍，其回波下降12dB。直径和距离一定，长度增加一倍，回波升高6dB。长度和距离一定，直径增加一倍，其回波上升3dB。
球孔回波声压公式：Pf=P0FsλxDf4xe-2αx8.68(x≥3N)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
x——反射体至探头的距离；
Df——球孔直径；
当探测条件（Fs、λ）一定时，球孔的回波声压与球孔的直径成正比，与距离的平方成反比。
任意两个直径、距离不同的球孔回波分贝差为：∆12=20logPf1Pf2=20logDf1x22Df2x12（球孔直径一定，距离增加一倍，其回波声压下降12dB。球孔距离不变，直径增加一倍，其回波声压上升6dB.。
空心圆柱体回波声压公式：外圆面径向探伤公式：PB=P0Fs2λxdDe-2αx8.68(x≥3N)
内圆探伤公式：PB=P0Fs2λxDde-2αx8.68(x≥3N)
式中：p0——波源的起始声压；
λ——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
x——反射体至探头的距离；
D——空心圆柱体外径；
d——空心圆柱体内经；
α——介质单程衰减系数；
横波声场声束轴线上的声压：P=KFscosβλs2xcosα(x≥3N)
式中：K——系数；
Fs——波源面积；
λs2——第二介质中横波的波长；
x——轴线上某点至假想声源的距离；
当(x≥3N)时，波束轴线上的声压与波源的面积成正比，与至假想波源的距离成反比。
横波声场近场区长度：N=Fscosβλs2xcosα
横波声场中，第二介质中近场区长度：N'=N-L2=Fscosβπλs2cosα-L1tanαtanβ
式中：λs2——波长；
Fs——波源面积，Fs=πRs2=πDs2/4；
L1——入射点至波源的距离；
L2——入射点至假想波源的距离；L2=L1tanαtanβ
纵波声场两种介质中近场区的分布：N=N2-LC1C2=Ds24λ2-LC1C2
式中：N2——介质2中近场区长度；
C1——介质1中波速；
C2——介质2中波速；
λs2——介质2中波长；

11. 什么是AVG曲线？分类？
答：AVG曲线是，描述规则反射体的距离、回波高度及当量大小之间关系的曲线。A、V、G是德文距离、增益、大小的字头缩写。AVG曲线可用于缺陷定量和灵敏度调整。分类，通用AVG、实用AVG、纵波AVG、横波AVG、平底孔AVG、横孔AVG。

第三章仪器、探头和试块
1. 超声波探伤仪的分类方法？
答：超声波仪器分为超声检测仪器和超声处理仪器，超声波探伤仪属于超声检测仪器。按波的连续性分类，①脉冲波探伤仪②连续波探伤仪③调频波探伤仪；按缺陷显示方式分①A型显示探伤仪②B型显示探伤仪③C型显示探伤仪；按声波的通道分①单通道探伤仪②多通道探伤仪。
4. 超声波探头的主要作用是什么？简述探头接收和发射超声波的原理？
答：超声波探头的主要作用是发射和接收超声波。压电效应，某些晶体材料在交变拉应力作用下，产生交变电场的效应称正压电效应；当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称逆压电效应。超声波探头中的压电晶片具有压电效应，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应。将电能转换为机械能。探头发射超声波。但探头接收超声波时，发生正压电效应，将生能振动在晶片产生的交变应力转换为电能。传给探伤仪。实现了超声波的发射和接收。
6. 超声波用压电材料要具备哪些性能？
答：探头对晶片的要求是，①机电耦合系数K较大，以获得较高的转换效率；②机械品质因子θm较小，以便获得较高的分辨力和较小的盲区；③压电应变常数d33和压电电压常数g33较大以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度。④频率常数Nt较大，介电常数ε较小，以便获得较高的频率。⑤居里温度Tc较高，声阻抗Z适当。
7. 什么是压电材料的居里温度？与磁性材料的居里温度有何不同？
答：①使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料得居里温度。②铁磁性材料在加热时，磁性消失变成顺磁性材料的临界温度称为磁性材料的居里温度。③各种铁磁性材料的居里温度比较接近。而压电材料得居里温度各不相同相差较大。④应用不同。探头使用压电材料要求较高的居里温度。以便使探头有较大的温度适应范围。
9. 超声波探头的分类和应用？
答：根据波型不同分为纵波探头、横波探头、表面波、板波探头等。根据耦合方式分接触式探头、液浸探头。根据波束分聚焦探头、非聚焦探头。根据晶片数不同分单晶探头、双晶探头等。高温探头、微探头。①直探头，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件等。②斜探头，横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷。焊缝、汽轮机叶轮。③表面波探头，斜探头特例。用于探测表面或近表面缺陷。④双晶探头，有两块压电晶片。纵波双晶、横波双晶。优点灵敏度高、杂波少盲区小、工件中近场区长度小、探测范围可调。⑤聚焦探头，点聚焦、线聚焦。接触式聚焦，包括透镜式聚焦、反射式聚焦、曲面晶片式聚焦。水浸聚焦。可变角探头、高温探头、电磁探头、爬坡探头。
8. 探头的型号？
答：探头型号及组成项目标示顺序，基本频率、晶片材料、晶片尺寸、探头种类、特征。
15. 试块的主要作用？维护方法？
答：按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试样，通称试块。主要作用是①确定探伤的灵敏度；②测试仪器和探头的性能；③调整扫描速度；④评判缺陷大小。测量材料声速，衰减性能。超声波探伤对试块的要求，①材质应均匀，内部在杂质少五影响使用的缺陷。②易加工，不易变形生锈。③有良好的声学性能。④用平炉镇静钢或电炉软钢制作。⑤对比试块尽可能与被探工件材质相同或相近。表面粗糙度不低于1.6微米。试块维护，①试块应在适当部位编号，以防混淆。②在使用和搬运过程中注意防护，防止碰伤或摔伤。③使用时应注意清除反射体内的油污和锈蚀。④注意防止试块锈蚀，长时间不用时要涂敷防锈剂。⑤防止试块变形，避免火烤，平板试块防止重压。
20. 超声波探伤义和探头的主要性能指标？
答：仪器和探头的性能包括仪器的性能、探头的性能、以及仪器与探头的综合性能。仪器性能的主要指标，①垂直线性（仪器示波屏上的波高与探头接收的信号之间的成正比程度，标规误差小于等于8%）、②水平线性（仪器示波屏上时基线显示的水平刻度与实际声程之间成正比的程度，标规误差小于等于2%）、③动态范围（仪器示波屏容纳信号大小的能力，标规确定不小于26dB）、④衰减器精度（ZBY230—84标准规定，任意相邻12dB的误差小于等于1dB）。探头性能指标，①斜探头入射点（指其主声束轴线与探测面的交点）、②斜探头的K值和折射角（K值指被探工件中横波折射角的正切值）、③探头主声束偏离与双峰（探头实际主声束与其理论几何中心轴线的偏离程度称主声束偏离、平行移动探头，同一反射体产生两个波峰的现象，称为双峰）、④探头主声束特性（指探头发射声束的扩散情况，用轴线上声压下降6dB时探头移动距离[某处的声束宽度]来表示）、仪器和探头的综合性能指标，①灵敏度（指整个探伤系统发现缺陷的最小能力）一般要求仪器与直探头的灵敏度余量≥30dB，一般要求仪器和斜探头的灵敏度余量≥40dB。②盲区与始脉冲宽度，（盲区指从探测面到能够发现缺陷的最小距离。始脉冲宽度指在一定的灵敏度下，示波屏上高度超过垂直幅度20%时的使脉冲延续长度。）一般要求盲区小于或等于7mm。③探头的分辨力，（指在示波屏上区分相邻缺陷的能力）一般要求直探头的分辨力≤6mm。④信噪比，（信噪比是指有用的最小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波幅度之比。⑤回波频率，（仪器探头组合使用时，经工件底面反射后返回的超声波的频率。）

第四章超声波探伤方法和通用探伤技术
1. 超声波探伤的分类情况？
答：①按原理分类，脉冲反射法、穿透法、共振法。脉冲反射法又分，缺陷回波法、底波高度法、多次底波法。②安波型分，纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬坡波法。③按探头数目分，单探头、双探头法、多探头法。双探头法包括，并列式、交叉式、V型串列式、K型串列式、串列式。④按接触方式分，接触法、液浸法。（全浸没式、局部浸没式、[喷液式、通水式、溢满式。
2. 超声波探头频率对探伤的影响
答；选择探头频率时应考虑以下因素①由于波的绕射，使得超声探伤的灵敏度约为二分之一波长，提高频率利于发现更小的缺陷。②频率高，脉冲宽度小，分辨力高有利于区分相邻的缺陷。③由半扩三角公式可知，频率高，波长短半扩三角小，声束指向性好能量集中利于发现缺陷和定位。④由近场区公式可知，频率高，波长短近场区长度大，对探伤不利。⑤由衰减系数公式可知频率增加，衰减急剧增加。分析：频率高时、灵敏度、分辨力高指向性好，对探伤有利。但频率高时，近场区长度大，衰减大对探伤不利。要综合考虑以上因素，在保证灵敏度的前提下尽量选较低频率。对晶粒较细的锻件、轧制件、焊缝一般选较高的频率。晶粒粗大的铸件、奥氏体不锈钢宜选用较低的频率。
3. 选择超声波探头晶片尺寸的主要原则？
答：①由θ0=sin-11.22λD可知，晶片尺寸增大，半扩散角减小，波束指向性变好能量集中对探伤有利。②由N=Ds24λ可知，晶片尺寸增加，近场长度迅速增加，对探伤不利。③晶片尺寸大，辐射的能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小发现远距离缺陷的能力增强。分析：晶片尺寸对波束指向性、近场区长度、近距离扫查范围，远距离缺陷检能力，有较大影响。因此实际探伤中，探伤大面积工件为提高效率宜选用大晶片探头。探伤厚度大的工件时为了有效发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。探伤小型工件为了提高缺陷的定位精度，宜选用小晶片探头。探伤表面不太平整，曲率较大的工件时为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。
4. 什么是声耦合和耦合剂？作用是什么？影响耦合的因素？
答：超声耦合是指超声波在探测面上的声强透射率。为了提高耦合效果在探头与工件表面之间施加的一层透声介质，称为耦合剂。作用，排除探头与工件间的空气，使声能有效地传入工件。减少摩擦。影响因素，①耦合层厚度的影响。耦合层厚度为四分之一波长的奇数倍时，耦合效果差。当耦合层为二分之一波长的偶数倍或很薄时，耦合效果好。②表面粗糙度的影响。对同一种耦合剂粗糙度高，耦合效果差。但粗糙度太低，探头移动困难。要求粗糙度不高于6.3微米。③声阻抗的影响，对同一探测面耦合剂声阻抗大，耦合效果好。④表面形状的影响。平面耦合效果好，凸面次之，凹面最差。
5. 对耦合剂性能的要求？常用的耦合剂有哪些？优缺点？
答：耦合剂应满足以下要求，①能润湿工件和探头表面，流动性黏度附着力适当。不难清洗。②声阻抗高，透声性好。③来源广价格便宜。④对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。⑤性能稳定，不易变质，能长期保存。常用的耦合剂有，机油、变压器油、甘油、水、水玻璃等。甘油声阻抗高，耦合性能好，价格高腐蚀工件。水玻璃声阻抗高，用于表面粗糙工件，清洗不便，腐蚀工件。水易使工件生锈。机油变压器油粘度、流动性适当，不腐蚀工件价格不贵应用最广。
6. 什么是补偿？在什么情况下进行补偿？如何测定补偿，怎样补偿？

答：实际探伤中调节灵敏度用的试块和工件表面的粗糙度、曲率半径不同，致使耦合损耗过大灵敏度下降。为了弥补耦合损耗，必须增大仪器的输出这就是补偿。在试块与工件表面耦合状态不同其他条件材质等相同时，耦合损耗使灵敏度下降时。需要进行补偿。一般的测定方法，在表面耦合状态不同，其他条件相同的工件和试块上测定二者的回波后穿透波高的分贝差。在试块上调整好灵敏度，在增益相应的分贝差。就恰好补偿了耦合损耗。

7. 什么是扫描速度？探伤前为什么调节仪器的扫描速度？调节扫描速度为什么用二次不同的反射波，而不用始波和一次反射波？
答：扫描速度指的是仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度τ与实际声程x的比例关系。探伤前应根据探测范围来调节扫描速度，以便在规定的范围内发现缺陷，并对缺陷定位。不用始波和一次波调节是因为始波与一次反射波的距离包括超声波通过保护膜、耦合剂、有机玻璃斜楔的时间，调节后误差太大。
8. 横波探伤时调节扫描速度的方法有哪三种？各适用于什么情况？
答：横波探伤时调节扫描速度的方法有①声程调节法，使示波屏上的水平刻度值与横波声程成一定比例。仪器示波屏上直接显示横波声程。②水平调节法，指仪器示波屏上的水平刻度值与反射体的水平距离成比例。这时仪器示波屏的水平刻度值直接表示反射体的水平投影距离。多用于薄板工件焊缝横波探伤。③深度调节法，使示波屏的水平刻度值与反射体深度成比例，示波屏刻度值直接显示反射体深度距离。多用于较厚工件的焊缝横波探伤。
13. 什么是探伤灵敏度？探伤前为什么要调节探伤灵敏度？
答：在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力，称探伤灵敏度。探伤前要调节探伤灵敏度的目的在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。灵敏度太高，示波屏杂波多判伤困难。灵敏度太低容易漏检。所以探伤前要调节灵敏度。
14. 超声波探伤中探伤灵敏度、搜索灵敏度和灵敏度余量三者有什么不同？
答：探伤灵敏度是指在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。粗探伤时为了提高扫查速度又不至漏检，在探伤灵敏度的基础上适当提高后的灵敏度，称搜索灵敏度。灵敏度余量是指仪器最大输出时，使规定反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。灵敏度余量，是表征仪器和探头综合性能的衡量指标。体现的是仪器和探头的综合性能。探伤灵敏度和搜索灵敏度是探伤中仪器探头发现规定大小缺陷的能力。
15. 调节探伤灵敏度的方法有哪几种？各适用什么情况？
答：调节探伤灵敏度的方法常用的有试块调整法、工件底波调整法。①在近场区及x＜3N时多用试块调整法，根据工件对灵敏度的要求选择相应的试块，将探头对准试块上的人工缺陷，调整仪器上的灵敏度相关项，使得示波屏上的人工缺陷最高回波达到基准波高，灵敏度就调好了。②在x≥3N时多用工件底波调整法。根据工件底面回波与同深度的人工缺陷回波分贝差定值来调整。由理论公式计算：
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