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超声检测习题及问题详解

超声检测作为无损检测领域中一种至关重要的技术手段，凭借其高灵敏度、高分辨率以及对工件无损伤的特点，在工业制造、设备维护、航空航天等众多领域发挥着不可替代的作用。掌握超声检测的基本原理、设备操作、数据判读及结果分析能力，是每一位从事相关工作技术人员的核心素养。本文通过一系列精心设计的习题与详细解答，旨在帮助读者梳理超声检测的关键知识点，强化理论与实践的结合，提升解决实际问题的能力。

一、超声检测基本原理与设备

习题1：概念辨析

请简述超声波的定义，并说明超声检测中最常用的超声波频率范围及其选择依据。

详解

超声波是一种频率高于人类听觉上限（通常认为是20kHz）的机械振动波。在超声检测领域，最常用的频率范围一般在0.5MHz至15MHz之间。

选择依据主要包括以下几点：

1.检测对象的厚度：对于较厚的工件，通常选用较低频率的超声波（如0.5-5MHz），因为其衰减较小，穿透力更强，能够探测到更深部的缺陷。而对于较薄的工件或需要更高分辨率以识别微小缺陷时，则会选用较高频率（如5-15MHz）。

2.材料的衰减特性：不同材料对超声波的衰减程度不同。衰减大的材料（如某些复合材料、铸件）宜选用较低频率，以减少衰减带来的信号损失；衰减小的材料（如锻件、板材）则可选用较高频率以获得更好的分辨力。

3.缺陷的大小与类型：要检测微小缺陷，需要较高的频率以提供足够的波长（波长越短，绕射现象越弱，对小缺陷的检出能力越强）。对于较大或延伸性缺陷，较低频率也能有效检出。

4.检测分辨率要求：频率越高，超声波的波长越短，横向和纵向分辨率通常也越高，越能区分靠近的缺陷或缺陷的细节。

习题2：设备组成与功能

一台典型的A型脉冲反射式超声波探伤仪主要由哪几部分组成？各部分的核心功能是什么？

详解

A型脉冲反射式超声波探伤仪主要由以下核心部分组成：

1.同步电路：核心功能是产生同步脉冲信号，协调仪器各部分电路按一定的时间顺序和节拍工作，确保整个检测过程的有序进行。它就像一个“指挥中心”。

2.发射电路：在同步电路的触发下，产生高频电脉冲信号（通常是具有一定能量和特定频率的电脉冲），并施加到探头的压电晶片上，激励晶片产生超声波。

3.接收电路：接收来自探头的回波电信号（包括缺陷回波、底波、界面回波等）。由于探头接收到的原始信号通常非常微弱，接收电路首先会对其进行放大。此外，还会进行滤波（去除杂波干扰）、检波（将交流信号转换为便于显示的直流信号包络）等处理，以提高信号质量。

4.时基电路（扫描电路）：产生与时间成正比的锯齿波电压，加到示波管的水平偏转板上，使电子束在荧光屏上产生水平方向的扫描线，这条扫描线代表了超声波在工件中的传播时间（或距离，当声速已知时）。

5.显示电路（示波管/显示屏）：将经过处理的回波信号（垂直方向的幅度变化）与时基扫描线（水平方向的时间/距离）结合起来，在荧光屏或显示屏上以A型波形的形式显示出来，供操作人员观察和判断。

6.电源电路：为仪器各部分电路提供稳定、合适的工作电压和电流。

当然，现代数字式探伤仪还会包含数据处理与存储单元、人机交互界面（如键盘、旋钮、触摸屏）等，功能更为强大，可以实现数据记录、分析、报表生成等。

二、超声波在介质中的传播特性

习题3：波型与传播

什么是纵波、横波和表面波？它们在固体介质中的传播特点有何不同？在超声检测中，它们通常适用于检测何种类型的缺陷？

详解

超声波在介质中传播时，根据质点振动方向与波的传播方向之间的关系，可以分为不同的波型：

1.纵波（LongitudinalWave,L波）：

*传播特点：介质质点的振动方向与波的传播方向平行。它能在固体、液体和气体中传播。纵波的传播速度在固体中通常是最快的。

*适用缺陷类型：由于其穿透力强，是最基本的波型，适用于检测工件内部的体积型缺陷（如气孔、夹渣）和面积型缺陷（如裂纹，当波束与裂纹面垂直或成较大角度时），尤其适用于厚度较大的工件。

2.横波（ShearWave,S波/TransverseWave,T波：

*传播特点：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波只能在固体介质中传播，不能在液体和气体中传播。其传播速度约为同一种固体介质中纵波速度的1/2到1/3。

*适用缺陷类型：横波常用于检测与检测面成一定角度倾斜的缺陷，或位于工件近表面但用纵波检测时受表面干扰较大的区域。在管材、板材的周向或斜射检测中广泛应用，特别适合于检测焊缝中的横向裂纹、未熔合等面积型缺陷，因为可以通过选择合适角度使波束尽量垂直于缺陷平面，从而获得较强回波信号，并减少检测盲区。

3.表面波/瑞利波（SurfaceWave,RayleighWave,R波）：

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