香蕉視頻app連接:超聲波在不同介質界面處的反射、折射和透射情況是進行超聲探傷的重要物理基礎。聲波能量經界面時的聲壓聲強變化主要取決于兩側介質的聲阻抗。

1. 超聲波垂直人射(she)到兩種介質(zhi)界面處(chu)的反(fan)射(she)透射(she)情況

 當超聲波垂直入射于兩種不同聲阻抗介質的界面時，其反射波按入射波相反的路徑返回，透射波垂直進入第二種介質。假設超聲波所處介質聲阻抗為Z₁,人射聲強為I₀,入射聲壓為P₀,反射聲強為I_r,反射聲壓為P_r;另一種介質聲阻抗為Z₂,透射聲強為I_t,透射聲壓為P_t.令聲阻抗比m=Z₁/Z₂,可得：

聲壓視為平面上單位面積所受的力，那么平面兩側的力應當平衡，故聲壓變化有P₀+P_r=P_t.結合聲壓反射、透射系數，有

類似地，聲強在界面兩側應滿足能量守恒定律，所以有I_o=I_r+I_t,如果把聲強反射率（R)定義為I_r/I₀,聲強透射率（D)定義為I_t/I₀,則有：

 實際檢測中，常用到自發自收探頭，例如對鋼板進行檢測時，認為聲波垂直入射進人鋼板內部，透射波到達底部后，聲壓在鋼板／空氣界面被完全反射，然后垂直返回，被探頭接收。探頭接收到的返回聲壓P'_t與人射聲壓P₀之比稱為聲壓往復透過率，常用符號T_p表示。

所(suo)以

對比聲強透射率D和聲壓往復透過率T_p,可知兩者在數值上相等。

超聲波垂(chui)直入射(she)(she)于不(bu)同聲阻抗(kang)介質的界面，有以(yi)下四種反射(she)(she)和透(tou)射(she)(she)情(qing)況。

a.  Z₁<Z₂

 若聲(sheng)(sheng)波(bo)從水(shui)中(zhong)入射到鋼中(zhong)，水(shui)的(de)聲(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼的(de)聲(sheng)(sheng)阻(zu)(zu)抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水(shui)／鋼界(jie)面上的(de)

 圖2.9表示(shi)從水入射(she)(she)到鋼時，聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)在兩側的分布。當(dang)聲(sheng)(sheng)(sheng)波從聲(sheng)(sheng)(sheng)阻抗(kang)小(xiao)的介(jie)質(zhi)人射(she)(she)到聲(sheng)(sheng)(sheng)阻抗(kang)大(da)的介(jie)質(zhi)時，反射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)較入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)略低，而透(tou)(tou)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)高于入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓(ya)，且等于兩者之和。由(you)聲(sheng)(sheng)(sheng)強透(tou)(tou)射(she)(she)率D的大(da)小(xiao)可(ke)知入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)強中只有12.24%的能量進入鋼中。

b. Z₁>Z₂

若聲波(bo)從鋼入射到水中，此時界面的聲壓反射系數

圖(tu)2.10表示從鋼入(ru)射(she)(she)到水時(shi)，兩側的(de)聲壓(ya)分布。當聲波從聲阻(zu)抗較(jiao)(jiao)大的(de)介質(zhi)入(ru)射(she)(she)到較(jiao)(jiao)小(xiao)的(de)介質(zhi)時(shi)，反(fan)射(she)(she)聲壓(ya)較(jiao)(jiao)入(ru)射(she)(she)聲壓(ya)略低(di)；而透射(she)(she)聲壓(ya)因入(ru)射(she)(she)聲壓(ya)與反(fan)射(she)(she)聲壓(ya)相(xiang)位相(xiang)反(fan)，其數值也較(jiao)(jiao)小(xiao)。計算得知入(ru)射(she)(she)聲強中同樣(yang)有12.24%的(de)能量進入(ru)水中。

c. Z₁ ＞ Z₂

 當聲波從聲阻抗高的固體入射到空氣中，例如從鋼中入射到空氣中，就屬于這種情況，此時Z₁(鋼）＝46×10⁶kg/(㎡·s),Z₂(空氣）＝0.0004×10⁶kg/(㎡·s),可計算聲壓反射系數

 此(ci)時，聲(sheng)(sheng)波在界面處幾乎全部被反射(she)(she)，無(wu)法(fa)透射(she)(she)到空(kong)氣(qi)中，因(yin)此(ci)，當超聲(sheng)(sheng)波探頭與粗糙待(dai)(dai)測(ce)件(jian)表面接觸，如果不(bu)加耦合劑，就相當于探頭與待(dai)(dai)測(ce)件(jian)表面間(jian)有一層空(kong)氣(qi)，導致聲(sheng)(sheng)波能量無(wu)法(fa)透射(she)(she)到待(dai)(dai)測(ce)件(jian)中，無(wu)法(fa)進(jin)行探傷。

d. Z₁≈Z₂

 當聲(sheng)(sheng)波從兩種聲(sheng)(sheng)阻抗相近的介質界面經過時，例如普通碳鋼焊縫金屬(shu)與母材金屬(shu)之間，聲(sheng)(sheng)阻抗相差僅(jin)1%,此時，界面的聲(sheng)(sheng)壓(ya)反射(she)系數(shu)

此時，在界面(mian)處反射(she)(she)聲(sheng)壓極小(xiao)，而透射(she)(she)聲(sheng)壓幾(ji)乎與入射(she)(she)聲(sheng)壓相同；聲(sheng)波(bo)能量幾(ji)乎全部透射(she)(she)到第二種介質中。

2. 超聲波斜入射到(dao)兩種(zhong)介質界面處(chu)的反射折(zhe)射情況

當超聲波(bo)以一定(ding)角度斜入射(she)到兩種(zhong)介質界面時(shi)，會(hui)發(fa)生反射(she)和折(zhe)射(she)現象(xiang)，且遵(zun)循反射(she)和折(zhe)射(she)定(ding)律。一定(ding)條件下，還會(hui)發(fa)生波(bo)型轉換(huan)現象(xiang)。

 a. 超聲縱波斜入射

當(dang)超聲縱波(bo)斜入射到兩種(zhong)介質界(jie)面時，反射波(bo)和折(zhe)射波(bo)的傳播方向(xiang)符合反射定律(lv)、折(zhe)射定律(lv)，如圖(tu)2.11所(suo)示，即(ji)

 由式（2.4)可知，在同一介質中聲波縱波波速不變，因此縱波反射角與縱波入射角相等，即α_L=γ_L,同時，同一介質中縱波聲速大于橫波聲速，因此縱波反射角大于橫波反射角，縱波折射角大于橫波折射角，即γ_L>γ_s,β_L>β_s.

當α_L增加時，β_L也增加，增加到一定程度時，β_L=90°,這時所得縱波入射角稱為第一臨界角，常用a_I表示。當α_L>α_I時，第二介質中既有折射縱波L,又有折射橫波S.

當α_L增加時，β_s也增加，增加到一定程度時，β_s=90°,這時所得縱波入射角稱為第二臨界角，常用a_II表示。當α_I<α_L<a_II時，第二介質中沒有折射縱波L,只有折射橫波S,這種情況也是橫波探頭的制作原理。

b. 超聲(sheng)橫波斜入射

當橫(heng)波以一定角度(du)入射到兩種(zhong)固體界面時，也(ye)會出(chu)現波形的轉換(huan)，如(ru)圖(tu)2.12所示。

同樣地，橫波斜入射(she)(she)也符合反(fan)射(she)(she)、折(zhe)射(she)(she)定律：

橫波斜入射時，隨著α_s增加，y_L=90°時，所對應的橫波人射角α_s為第三臨界角，常用α_III表示，橫波入射角大于第三臨界角時，產生橫波全反射現象。