在彈性介質(zhì)中傳播的超聲波遇到異質(zhì)界面時會發(fā)生反射與折射，并有波型轉換發(fā)生。本文主要問大家闡述一下超聲波的反射與折射特性，希望能對大家有所幫助。

在超聲波檢測中利用超聲波在界面上的折射特性主要用于達到波型轉換的目的，例如把一般壓電晶體產(chǎn)生的縱波轉換成橫波、瑞利波、蘭姆波等，以適應不同工件及不同情況下的檢測，其轉換條件與界面兩側解職的聲速比(折射率)和入射、折射角度(正弦函數(shù))相關：sinα/C1=sinβ/C2(α為入射角，C1為第一介質(zhì)中入射超聲波的速度;β為反射或折射角，C2為在第一介質(zhì)中反射或者在第二介質(zhì)中折射超聲波的速度。

在相同介質(zhì)中相同波型有相同的波速，因此對于L反的反射角β與L的入射角α相同，在同一介質(zhì)中橫波的速度小于縱波速度，因此對于反射橫波S反的反射角β小于L的入射角α;從折射情況來看，也同樣是由于在同一介質(zhì)中橫波的速度小于縱波速度，因此折射橫波S折的折射角小于折射縱波L折的折射角，上面所述的數(shù)學式也稱為斯涅爾定律-折射定律)。

在超聲波檢測中利用超聲波的反射特性主要用于探測材料中的缺陷。超聲波探傷儀的高頻脈沖電路產(chǎn)生高頻脈沖振蕩電流施加到超聲換能器(探頭)中的壓電晶體上，激發(fā)出超聲波并傳入被檢工件，超聲波在被檢工件中傳播時，若在聲路(超聲波的傳播路徑)上遇到缺陷(異質(zhì))時，將會在界面上產(chǎn)生反射，反射回波被探頭接收轉換成高頻脈沖電信號輸入探傷儀的接收放大電路，經(jīng)過處理后在探傷儀的顯示屏上顯示出與回波聲壓大小成正比的回波波形(圖形)，根據(jù)顯示的回波幅度大小可以評估缺陷大小，顯示屏上的水平掃描線(時基線)可以調(diào)整為與超聲波在該介質(zhì)中傳播時間(距離)成正比(俗稱“定標”)，然后就可以根據(jù)回波在顯示屏水平掃描線上的位置判定缺陷在工件中的位置。利用工件底面回波在水平掃描線上的位置，還可用于測定工件的厚度。

超聲波所占的空間稱為超聲場，它包括近場(N為近場長度)和遠場兩個部分。在近場區(qū)中的聲壓分布是不均勻的，而在遠場區(qū)中的聲壓則隨著距離的增大呈單調(diào)下降變化。近場區(qū)的長度與換能器的晶片直徑和超聲波的波長有關，在近場區(qū)的超聲波束呈收斂狀態(tài)，在近場區(qū)末端，亦即從近場區(qū)進入遠場區(qū)的過渡點上聲束直徑最小(故也將此點稱作自然焦點)，進入遠場區(qū)后聲束將以一定角度發(fā)散，聲束邊緣的斜度以半擴散角θ表示，聲束的半擴散角同樣與換能器的晶片直徑和超聲波的波長有關。

因此，在超聲檢測中為了能根據(jù)回波幅度大小評估缺陷大小，當被檢工件尺寸較小，落在近場區(qū)范圍時，通常需要采用參考對比試塊進行比較評定，參考試塊的材料、狀態(tài)(聲學特性)應與被檢物相同或相近，并且含有已知尺寸的特定人工反射體(例如平底孔、橫孔、柱孔、刻槽等)，將發(fā)現(xiàn)的缺陷回波幅度與相同聲程(超聲波傳播路程)的人工反射體回波幅度比較，得到以人工反射體尺寸表示的缺陷當量大小。

在遠場檢測時，由于工件尺寸較大，要預先制作相應尺寸的試塊有困難，而且搬運、使用均很不方便。鑒于遠場中的聲壓隨著距離的增大呈單調(diào)下降變化，各種人工反射體的回波聲壓變化是有規(guī)律可循的，因此可以采用計算方法或事先測繪制作的距離-波幅曲線(稱作AVG法或DGS法)來確定檢測靈敏度以及評定缺陷的當量大小。

超聲檢測中評定的缺陷當量大小，是指缺陷的回波幅度與一定尺寸的人工反射體的回波幅度相同，但是缺陷的實際尺寸與標準人工反射體的尺寸并不相同，這是因為缺陷的回波幅度大小受被檢工件的材料以及缺陷本身的性質(zhì)、大小、形狀、取向、表面狀態(tài)等多種因素的影響，同時還與超聲波的自身特性有關，因此引入了“當量”-相當?shù)牧窟@個概念作為定量衡量缺陷大小的標準。例如我們說經(jīng)過超聲檢測發(fā)現(xiàn)被檢工件內(nèi)的某個位置處存在Φ2mm直徑平底孔當量的缺陷，就是指該缺陷的回波幅度與工件內(nèi)相同位置處Φ2mm直徑平底孔(平底孔的孔底面與超聲束軸線垂直，并且同軸)的回波幅度相同，然而該缺陷的實際面積尺寸往往大于Φ2mm直徑平底孔的底面面積。

根據(jù)超聲檢測的結果判斷缺陷的性質(zhì)(定性)問題尚未很好解決，目前還主要是依靠檢測人員的實踐經(jīng)驗、技術水平以及對被檢工件的材料特性、加工工藝特點、使用狀況等的了解來進行綜合的主觀判斷。

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