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超声波检测二级考试试题及答案 三.问答题 1. 超声场分为几个区域？ 2. 各个区域的主要特征是什么？用示意图注明简述之 [提示]超声场是由声源发射超声振动的空间而形成特殊场，它可以根据超声在空间各部位声压大小不同，形象地用图示方法表示出来（如下图a）：超声场分为近场和远场两大部份，其中主声束以锥体形状（犹如鲜花主瓣），近场区内主声束以外的称为副瓣。主声束的扩散角按零阶贝塞尔函数计算出其主瓣的锥角范围，即J1(X)=J1(kasinθ)，J1(X)有很多根，其中最小的根为X0=3.83， 则sinθ0=3.83/ka=(3.83/2π)(λ/a)=(3.83/π)(λ/2a) sinθ=1.22(λ/D) [D=2a--晶片直径，a为半径]，求出θ0值即为主瓣的扩散角（θ0），当用J2(X)、J3(X)......分别求出第一副瓣、第二副瓣......的扩散角θ1、θ2......等（如下图b），同样由sinθ=1.22(λ/D)求出，当S=b=1.64(D2/4λ)=1.64N时，主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离（也可用二项式展开证明）（注：也有资料以1.67N为主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离） 2.试比较射线探伤与超声波探伤两种方法的适用范围和局限性 [提示]：应从两种方法的灵敏度高低、检测厚度范围、易发现的缺陷形状以及安全防护和经济性等方面进行比较 3．何谓波的、干涉现象？什么情况下合成振幅最大？什么情况下合成振幅最小？ 答：两列频率相同，振动方向相同，相位相同或相位差恒定的波相遇时，由于波叠加的结果，会使某些地方的振动始终互相加强，而另一些地方的振动始互相减弱或完全抵消，这种现象称为波的干涉，产生干涉现象的波称为相干波。相干波现象的产生是相干波传播到各点时波程不同所致。当波程差等于波长的整数倍时，合成振幅达最大值。当波程差等于半波长的奇数倍时，合成振幅达最小值。 4．何谓驻波??为什么通常取晶片厚度等于半波长？答：两列振幅相同的相干波，在同一直线上相向传播时互相叠加而成的波，称为驻波。当介质厚度等于半波长整数倍时，会产生驻波。所以取晶片厚度可以形成驻波，产生共振，使合成振幅最大，有利于提高探头辐射超声波的效率。 5．什么是惠更斯原理？它有什么作用？ 答：惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看到是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹就是新的波阵面。利用惠更斯原理，可以确定不同波源辐射的声波的形状和波的传播方向，可以解释声波在均匀和非均匀介质中传播的许多现象。 6.什么叫衰减？产生衰减的原因是什么？ 答：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐减小的现象叫做超声波的衰减。超声波衰减的原因主要有三个： 扩散衰减：超声波在传播中，由于声束的扩散，使能量逐渐分散，从而使单位面积内超声波的能量随着传播距离的增加而减小，导致声压和声强的减小。 散射衰减：当声波在传播过程中，遇到不同声阻抗的介质组成的界面时，将发生散乱反射（即散射），从而损耗声波能量，这种衰减叫散射衰减。散射主要在粗大晶粒（与波长相比）的界面上产生。由于晶粒排列不规则，声波在斜倾的界面上发生反射、折射及波型转换（统称散射），导致声波能量的损耗。 粘滞衰减：声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内壁摩擦，从而使一部分声能变为热能。同时，由于介质的热传导，介质的疏、密部分之间进行的热交换，也导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。由介质吸收引起的衰减叫做粘滞衰减。 7.什么叫超声波声场？反映超声波声场特征的重要物理量有哪几个？什么叫声压、声强、声阻抗？答：充满超声波的空间，或者说传播超声波的空间范围叫做超声波声场。声压、声强、声阻抗是反映超声波声场特征的三个重要物理量，称为超声波声场的特征量。超声波声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声波存在时，同一点的静态压强之差，称为声压。单位时间内穿过和超声波传播方向垂直的单位面积上的能量称为声强。介质中的任何一点的声压和该质点振动速度之比称为声阻抗。 8.超声波检测利用超声波的哪些特性？ 答：超声波有良好的指向性，在超声波检测中，声源的尺寸一般都大于波长数倍以上，声束能集中在特定方向上，因此可按几何光学的原理判定缺陷位置。超声波在异质介面上将产生反射、折射、波型转换、利用这些特性，可以获得从缺陷等异质界面反射回来的反射波及不同波型，从而达到探伤的目的。超声波检测中，由于频率较高，固体中质点的振动是难以察觉的。因为声强与频率的平方成正比，所以超声波的能量比声波的能量大得多。超声波在固体中容易传播。在固体中超声波的散射程度取决于晶粒度与波长之比，当晶粒小于波长时，几乎没有散射。在固体中，超声波传输损失小，探测深度大。 9.在超声波反射法检测中为什么要使用脉冲波？ [提示]：可使瞬时内发射