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介质中的横波声速C）在第一介质中产生反射纵波和 横波，由于在同一介质中，纵波声速CL1恒大于横波 声速Cs1，所以纵波反射角γL恒大于横波入射角αS， 即γL>αS， 随着αS增加γL也增加，当αS增加到一定 角度时，γL=90°，这时横波入射角称为第三临界角。
第一、二临界角的物理意义: ①当αL<αⅠ时第二介质中既有折射纵波又有折射 横波。
无损探伤基础
超声波探伤部分
一、超声波探伤物理基础 1、超声波是一种机械波
机械振动：物体沿直线或曲线，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：机械振动在弹性介质中的传播过程， 称为机械波，如水波、声波、超声波。
产生机械波的条件: 1)、要有作机械振动的波源 2)、要有能传播机械振动的弹性介质
2、波长λ、波速C、频率ƒ 波长：同一波线上相邻两振动相位相同
的质点间的距离。 频率：波动过程中，任一给定点在1秒
内能通过的完整波的个数。 波速：波动在弹性介质中，单位时间内
所传播的距离。 三者关系C=λ·ƒ
3、次声波、声波和超声波 次声波：频率低于20HZ的机械波 声波：频率在20—20000HZ的机械波 超声波：频率高于20KHZ的机械波
吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质 质点间的内摩擦和热传导引起的衰减。
10、关于纵波发射声场（圆盘声源） 圆盘声源轴线上声压分布 波源附近的轴线上声压上下起伏变化，存在若干个极大
极小值，距波源的距离越近，声压极大极小值的点就越密。 声学上把由子波的干涉在波源附近的轴线上产生一系列声 压极大极小值的区域称为超声场的近场区.
第一临界角：超声波纵波倾斜入射到界面上，若第二 介质纵波波速CL2大于第一介质中纵波波CL1，即 CL2> CL1，则纵波折射角βL>αL，随着αL增加，βL 也增加，当αL增加到一定程度时βL=90°，这时所 对应纵波入射角称为第一临界角。当αL=α1时，第二 介质中存在折射横波，不存在折射纵波。
4、超声波特性： ①方向性好，犹如一束手电筒灯光在黑暗
中寻找到所需物品。 ②能量高 ③能在界面上产生反射，折射和波型转换 ④穿透能力强
5、超声波类型 a、按质点的振动方向分类 纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向相同
的波。 横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂
直的波。 表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生
超声波是由探头的压电晶片（波源）发出的，而这个波源 可以看作由许多发射波的子波源组成，这些子波波源作同 相位同振幅振动，各自发出球面子波，并互相叠加产生干 涉，使一些地方声压互相加强，另一些地方互相减弱 。
※超声场的近场长度与波长与反比，与波源面积成 正比，超声波频率越高，波长愈短，超声场的近场 长度就愈长，波源面积越大，近场区长度就越长。
第二临界角：超声波倾斜入射到界面上，若第二介 质中的横波波速Cs2大于是第一界质中的纵波波速 CL1，即Cs2> CL1，则横波折射角βs大于纵波入射 角αL，随着αL增加，βs也增加，当αL增加到一定程 度时βs=90°，这时所对应纵波入射角为第二临界角。
第三临界角：超声波倾斜入射到界面上，（若第二
r=Pr/Po=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) 声压透射率t=Pt/Po=2Z2/(Z2+Z1)
Z1
Z2
Po
Pt
Pr
8、超声波斜射到平面上的反射与折射 波型转换：当超声波倾斜入射到异质界面时，除了
产生了入射波同类型的反射波和折射波以外，还会产 生与入射波不同类型的反射波和折射波，称为波型转 换。波型转换只可能在固体中产生。
沿介质表面传播的波。表面波在介质传播时，介质 表面质点作椭圆运动，是纵波与横波的合成，表面 波只能在固体表面传播。
板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波。
b、按波的形状分类 平面波：波阵面为互相平行的平面的波。 柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。 球面波：波阵面为同心球面的波。
6、声速： 纵波：钢5900m/s, 铝6300m/s , 水
②当αL=αⅠ-αⅡ时，第二介质中只有折射横波。 ③当αL>αⅡ时，第二介质中，既无折射横波又无 折射纵波。
例：有机玻璃中纵波声速CL1=2700m/s，钢中纵波 CL2=5900m/s，Cs2=3230m/s，求此有机玻璃横波斜探头， 纵波入射角的范围。
为实现单一横波探伤，纵波入射角αL的范围为27.6－57.6。 第三临界的物理意义：
1500m/s, 有机玻璃2700m/s, 空气340m/s 横波：只能在固体中传播, 钢3200m/s , 铝
3130m/s , 有机玻璃1120m/s 表面波：声速大约为横波的0.9倍，纵波的
0.45倍。
7、超声波垂直入射到平面的反射和透射 当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将 在第一介质中产生一个入射波方向相反的反射波， 在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射 波。设入射波声压为P0，反射声压为Pr，透身声 压为Pt则其声波反射率
当αs≥αⅢ时，第一介αL质中只存在反射横波，不存在反 射纵波。
9、超声波衰减 主要包括扩散衰减，散射衰减和吸收衰减。 a、扩散衰减：由于波束的扩散引起的衰减，随
着声波传播距离的增加，波束截面越来越大，单 位面积上的能量Βιβλιοθήκη Baidu渐减小。
散射衰减：声波传播过程中遇到声阻抗不同的 界质界面产生反射，折射和波型转换。
由于近场区存声压极大值极小值，处于声压极大 值处的较小缺陷可能回波较高，而处于极小值处的 较大缺陷可能回波较低，因此超声波探伤时问题尽 量避免在近场区定量。
波束半扩散角为：θ=70λ/D 未扩散区与扩散区，未扩散区用b表示。
当X≤b＝1.64N，波束可视为直径为D圆柱体， 波阵面近似平面，波束并不扩散，因此，这一 区域内的声场可视为平面波声场，平均声压基 本不变，实际探伤中薄板成块或工件，前几次 底波高度相差无几就是这个原因。
X>b区域内，波束开始扩散，称为扩散区， 这时主波束可视为底面直径为D的截头圆锥体， 当X>3N波速按球面波规律扩散。
11、规则反射体的回波声压（条件X≥3N） a 平底孔的回波声压
c 球孔的回波声压
第一、二临界角的物理意义: ①当αL<αⅠ时第二介质中既有折射纵波又有折射 横波。
无损探伤基础
超声波探伤部分
一、超声波探伤物理基础 1、超声波是一种机械波
机械振动：物体沿直线或曲线，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：机械振动在弹性介质中的传播过程， 称为机械波，如水波、声波、超声波。
产生机械波的条件: 1)、要有作机械振动的波源 2)、要有能传播机械振动的弹性介质
2、波长λ、波速C、频率ƒ 波长：同一波线上相邻两振动相位相同
的质点间的距离。 频率：波动过程中，任一给定点在1秒
内能通过的完整波的个数。 波速：波动在弹性介质中，单位时间内
所传播的距离。 三者关系C=λ·ƒ
3、次声波、声波和超声波 次声波：频率低于20HZ的机械波 声波：频率在20—20000HZ的机械波 超声波：频率高于20KHZ的机械波
吸收衰减：超声波在介质中传播时，由于介质 质点间的内摩擦和热传导引起的衰减。
10、关于纵波发射声场（圆盘声源） 圆盘声源轴线上声压分布 波源附近的轴线上声压上下起伏变化，存在若干个极大
极小值，距波源的距离越近，声压极大极小值的点就越密。 声学上把由子波的干涉在波源附近的轴线上产生一系列声 压极大极小值的区域称为超声场的近场区.
第一临界角：超声波纵波倾斜入射到界面上，若第二 介质纵波波速CL2大于第一介质中纵波波CL1，即 CL2> CL1，则纵波折射角βL>αL，随着αL增加，βL 也增加，当αL增加到一定程度时βL=90°，这时所 对应纵波入射角称为第一临界角。当αL=α1时，第二 介质中存在折射横波，不存在折射纵波。
4、超声波特性： ①方向性好，犹如一束手电筒灯光在黑暗
中寻找到所需物品。 ②能量高 ③能在界面上产生反射，折射和波型转换 ④穿透能力强
5、超声波类型 a、按质点的振动方向分类 纵波：介质中质点振动方向与波的传播方向相同
的波。 横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂
直的波。 表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生
超声波是由探头的压电晶片（波源）发出的，而这个波源 可以看作由许多发射波的子波源组成，这些子波波源作同 相位同振幅振动，各自发出球面子波，并互相叠加产生干 涉，使一些地方声压互相加强，另一些地方互相减弱 。
※超声场的近场长度与波长与反比，与波源面积成 正比，超声波频率越高，波长愈短，超声场的近场 长度就愈长，波源面积越大，近场区长度就越长。
第二临界角：超声波倾斜入射到界面上，若第二介 质中的横波波速Cs2大于是第一界质中的纵波波速 CL1，即Cs2> CL1，则横波折射角βs大于纵波入射 角αL，随着αL增加，βs也增加，当αL增加到一定程 度时βs=90°，这时所对应纵波入射角为第二临界角。
第三临界角：超声波倾斜入射到界面上，（若第二
r=Pr/Po=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) 声压透射率t=Pt/Po=2Z2/(Z2+Z1)
Z1
Z2
Po
Pt
Pr
8、超声波斜射到平面上的反射与折射 波型转换：当超声波倾斜入射到异质界面时，除了
产生了入射波同类型的反射波和折射波以外，还会产 生与入射波不同类型的反射波和折射波，称为波型转 换。波型转换只可能在固体中产生。
沿介质表面传播的波。表面波在介质传播时，介质 表面质点作椭圆运动，是纵波与横波的合成，表面 波只能在固体表面传播。
板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波。
b、按波的形状分类 平面波：波阵面为互相平行的平面的波。 柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波。 球面波：波阵面为同心球面的波。
6、声速： 纵波：钢5900m/s, 铝6300m/s , 水
②当αL=αⅠ-αⅡ时，第二介质中只有折射横波。 ③当αL>αⅡ时，第二介质中，既无折射横波又无 折射纵波。
例：有机玻璃中纵波声速CL1=2700m/s，钢中纵波 CL2=5900m/s，Cs2=3230m/s，求此有机玻璃横波斜探头， 纵波入射角的范围。
为实现单一横波探伤，纵波入射角αL的范围为27.6－57.6。 第三临界的物理意义：
1500m/s, 有机玻璃2700m/s, 空气340m/s 横波：只能在固体中传播, 钢3200m/s , 铝
3130m/s , 有机玻璃1120m/s 表面波：声速大约为横波的0.9倍，纵波的
0.45倍。
7、超声波垂直入射到平面的反射和透射 当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将 在第一介质中产生一个入射波方向相反的反射波， 在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射 波。设入射波声压为P0，反射声压为Pr，透身声 压为Pt则其声波反射率
当αs≥αⅢ时，第一介αL质中只存在反射横波，不存在反 射纵波。
9、超声波衰减 主要包括扩散衰减，散射衰减和吸收衰减。 a、扩散衰减：由于波束的扩散引起的衰减，随
着声波传播距离的增加，波束截面越来越大，单 位面积上的能量Βιβλιοθήκη Baidu渐减小。
散射衰减：声波传播过程中遇到声阻抗不同的 界质界面产生反射，折射和波型转换。
由于近场区存声压极大值极小值，处于声压极大 值处的较小缺陷可能回波较高，而处于极小值处的 较大缺陷可能回波较低，因此超声波探伤时问题尽 量避免在近场区定量。
波束半扩散角为：θ=70λ/D 未扩散区与扩散区，未扩散区用b表示。
当X≤b＝1.64N，波束可视为直径为D圆柱体， 波阵面近似平面，波束并不扩散，因此，这一 区域内的声场可视为平面波声场，平均声压基 本不变，实际探伤中薄板成块或工件，前几次 底波高度相差无几就是这个原因。
X>b区域内，波束开始扩散，称为扩散区， 这时主波束可视为底面直径为D的截头圆锥体， 当X>3N波速按球面波规律扩散。
11、规则反射体的回波声压（条件X≥3N） a 平底孔的回波声压
c 球孔的回波声压