超聲波是由機械振動引起、在介質中沿一定方向傳播的一種機械波針對超聲波自身特性和在各類常見介質中傳播時的特點進行基本把握，有助于我們正確應用超聲探傷技術、解決實際檢測過程中的各種問題。在超聲探傷中，常常涉及部分幾何聲學的反射、折射定律及波型轉換，以及物理聲學中波的疊加、干涉和衍射等規律或概念。



一(yi)、按波陣面分類(lei)


   理想聲(sheng)波根據波陣(zhen)面(mian)(mian)的形狀可以分(fen)為平面(mian)(mian)聲(sheng)波、球面(mian)(mian)聲(sheng)波和(he)柱面(mian)(mian)聲(sheng)波。


  1. 平面聲波(bo)


    波(bo)的振(zhen)動只在一個方向上傳播，則這種波(bo)稱為(wei)平(ping)(ping)面(mian)聲波(bo)，對應的聲源(yuan)稱為(wei)平(ping)(ping)面(mian)聲源(yuan)，其波(bo)陣面(mian)為(wei)相互平(ping)(ping)行(xing)的平(ping)(ping)面(mian)，如圖 2.2a 所示(shi)。


  2. 球面聲波


    波(bo)(bo)的振(zhen)動從點聲源處向四(si)面八方傳播，稱為(wei)球面聲波(bo)(bo)其波(bo)(bo)陣面為(wei)同心的球面，如圖 2.2b 所示。


  3. 柱面(mian)聲(sheng)波


  波(bo)陣面是同軸柱面的聲波(bo)，如圖(tu) 2.2 c所(suo)示(shi)。


  在(zai)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)探傷的(de)實際應用中(zhong)，換能器晶片多(duo)為(wei)(wei)圓形或者方(fang)形。對(dui)于(yu)其中(zhong)的(de)圓盤形聲(sheng)源，通常(chang)認(ren)為(wei)(wei)所發出的(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)既不(bu)(bu)是單(dan)純的(de)平面(mian)聲(sheng)波(bo)(bo)，也(ye)不(bu)(bu)是單(dan)純的(de)球面(mian)聲(sheng)波(bo)(bo)，介于(yu)球面(mian)聲(sheng)波(bo)(bo)與平面(mian)聲(sheng)波(bo)(bo)之間(jian)，稱為(wei)(wei)活塞波(bo)(bo)。活塞波(bo)(bo)在(zai)距離(li)聲(sheng)源面(mian)較(jiao)近的(de)地(di)方(fang)由于(yu)干涉(she)的(de)原因，波(bo)(bo)陣(zhen)面(mian)較(jiao)復雜，在(zai)距離(li)聲(sheng)源足(zu)夠遠的(de)地(di)方(fang)，計(ji)算時(shi)認(ren)為(wei)(wei)其波(bo)(bo)陣(zhen)面(mian)類似于(yu)球面(mian)波(bo)(bo)。


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二、按振動的持續時間分(fen)類


   按振(zhen)動的(de)持續時間，超聲波可分為連續波和(he)脈沖波。


  1. 連續波


   介質(zhi)各質(zhi)點的持續(xu)振動時(shi)間為無窮的波(bo)，頻率(lv)一定，常用于穿透式(shi)超聲探傷(shang)，波(bo)形如圖2-3 a所示


  2. 脈沖波


   波(bo)源間(jian)歇性振動，介質(zhi)各質(zhi)點的(de)(de)持(chi)續振動時間(jian)有限的(de)(de)波(bo)，頻率為一個范圍，常用于反(fan)射法(fa)超聲(sheng)探傷(shang)，波(bo)形如(ru)圖 2-3 b所示。


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三、按超(chao)聲波(bo)的波(bo)形分類


  根據波(bo)(bo)動傳(chuan)播方(fang)(fang)向(xiang)與質點振(zhen)動方(fang)(fang)向(xiang)間的(de)關系來分，有縱(zong)波(bo)(bo)、橫波(bo)(bo)、表面波(bo)(bo)、板波(bo)(bo)等。


   1. 縱波(bo)


     又(you)稱壓(ya)縮波疏密波，介(jie)質質點的振動方向與波的傳(chuan)(chuan)播方向平行。常用(yong)符號L表示,如圖2-4所(suo)示。凡是能夠承受拉伸或壓(ya)縮變(bian)形的介(jie)質都能傳(chuan)(chuan)播縱(zong)波。顯(xian)然固體能夠傳(chuan)(chuan)播縱(zong)波。液體與氣體在壓(ya)力作用(yong)下會發生體積變(bian)化，因此也可以傳(chuan)(chuan)播縱(zong)波。


   2. 橫波


     又稱剪(jian)切(qie)波(bo)、切(qie)變波(bo)，介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)質(zhi)(zhi)(zhi)點(dian)的(de)振(zhen)動方向與波(bo)的(de)傳播(bo)方向相(xiang)互垂直，常用符號S表示，如圖(tu)2-5所(suo)示。橫波(bo)傳播(bo)時介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)質(zhi)(zhi)(zhi)點(dian)受到交(jiao)變的(de)剪(jian)切(qie)應力(li)作用，介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)發生剪(jian)切(qie)變形，顯然只(zhi)有固體(ti)才(cai)能(neng)承(cheng)受剪(jian)切(qie)應力(li)，因此橫波(bo)只(zhi)能(neng)在固體(ti)介(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)中(zhong)傳播(bo)，無法在液體(ti)或者氣體(ti)中(zhong)傳播(bo)。


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   3. 表面(mian)波


     最早于1887年由瑞利發現，又(you)稱瑞利波(bo)，交變的應力作用于介質(zhi)表(biao)面(mian)(mian)，產生沿(yan)介質(zhi)表(biao)面(mian)(mian)傳(chuan)播(bo)的波(bo)，常用符號(hao)R表(biao)示，如圖 2-6所示。波(bo)在介質(zhi)表(biao)面(mian)(mian)傳(chuan)播(bo)時，質(zhi)點(dian)(dian)同時產生縱向(xiang)振(zhen)動和橫向(xiang)振(zhen)動，合成繞其平(ping)衡位置(zhi)振(zhen)動的橢圓(yuan)軌跡，橢圓(yuan)長(chang)軸垂(chui)直于波(bo)的傳(chuan)播(bo)方向(xiang)，短軸平(ping)行(xing)于波(bo)的傳(chuan)播(bo)方向(xiang)，此(ci)時質(zhi)點(dian)(dian)所引起的振(zhen)動只能在固體介質(zhi)表(biao)面(mian)(mian)進行(xing)，故(gu)表(biao)面(mian)(mian)波(bo)僅能在固定中(zhong)傳(chuan)播(bo)。


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   4. 板波


     由(you)蘭姆于1916年首先(xian)從理論上計(ji)算發現(xian)(xian)，又(you)稱蘭姆波(bo)。蘭固體中(zhong)(zhong)(zhong)傳(chuan)播(bo)(bo)。姆計(ji)算發現(xian)(xian)對(dui)(dui)于一(yi)個(ge)板(ban)(ban)(ban)(ban)厚與波(bo)長相(xiang)當的(de)(de)(de)(de)薄(bo)板(ban)(ban)(ban)(ban)，當板(ban)(ban)(ban)(ban)厚、頻率和波(bo)速之間符合某一(yi)條(tiao)件(jian)時(shi)(shi)將產生另(ling)一(yi)種形式的(de)(de)(de)(de)波(bo)，即板(ban)(ban)(ban)(ban)波(bo)。在板(ban)(ban)(ban)(ban)波(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)過程中(zhong)(zhong)(zhong)，介(jie)質(zhi)質(zhi)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)充(chong)滿整個(ge)板(ban)(ban)(ban)(ban)厚，按板(ban)(ban)(ban)(ban)中(zhong)(zhong)(zhong)振(zhen)動(dong)波(bo)節的(de)(de)(de)(de)形式，又(you)分為對(dui)(dui)稱型（S）和非對(dui)(dui)稱型（A）兩類(lei)。板(ban)(ban)(ban)(ban)波(bo)傳(chuan)播(bo)(bo)時(shi)(shi)，質(zhi)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)運動(dong)軌跡類(lei)似表(biao)面(mian)(mian)波(bo)也是(shi)(shi)橢(tuo)圓(yuan)(yuan)，其長軸(zhou)與短軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)比(bi)例取決于材料性(xing)質(zhi)。在薄(bo)板(ban)(ban)(ban)(ban)介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)傳(chuan)播(bo)(bo)時(shi)(shi)對(dui)(dui)稱型的(de)(de)(de)(de)板(ban)(ban)(ban)(ban)波(bo)特點(dian)(dian)是(shi)(shi)薄(bo)板(ban)(ban)(ban)(ban)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)點(dian)(dian)做(zuo)縱向(xiang)振(zhen)動(dong)（類(lei)似于縱波(bo)），上下(xia)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)點(dian)(dian)做(zuo)橢(tuo)圓(yuan)(yuan)運動(dong)，相(xiang)位(wei)相(xiang)反且對(dui)(dui)稱于中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)；非對(dui)(dui)稱型的(de)(de)(de)(de)板(ban)(ban)(ban)(ban)波(bo)特點(dian)(dian)是(shi)(shi)薄(bo)板(ban)(ban)(ban)(ban)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)點(dian)(dian)做(zuo)橫向(xiang)振(zhen)動(dong)（類(lei)似于橫波(bo)），上下(xia)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)點(dian)(dian)做(zuo)橢(tuo)圓(yuan)(yuan)運動(dong)，相(xiang)位(wei)相(xiang)同但不對(dui)(dui)稱于中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)。


  除了(le)上述四種(zhong)主要的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)波(bo)型外，現在(zai)已(yi)經應(ying)用(yong)(yong)(yong)發展的(de)還(huan)有頭波(bo)和爬波(bo)等(deng)，特別是(shi)爬波(bo)能(neng)夠(gou)以縱(zong)波(bo)的(de)速(su)度(du)在(zai)介質表面(mian)(mian)傳遞，適合用(yong)(yong)(yong)于檢測表面(mian)(mian)特別粗糙或者表面(mian)(mian)存在(zai)不銹(xiu)鋼(gang)堆焊(han)層等(deng)情況(kuang)下的(de)近(jin)表面(mian)(mian)缺陷(xian)檢測。