圖 " "%&超聲波指向性
’—大致同而積傳播的范圍； &(—擴(kuò)散的范圍； & %—指向角
小于波長(zhǎng)的一半時(shí)，由于衍射作用，波的傳播就和缺陷或損傷的存在與否沒(méi)有什么關(guān)
系了。
缺陷或損傷的尺寸比半個(gè)波長(zhǎng)大得越多，反射越容易。但是，缺陷或損傷的形狀
與方向不同，反射的方式也有所不同，如果超聲波垂直地入射到平面狀的損傷（例如
裂紋）上：反射波就會(huì)反射到晶片，得到很高的損傷回波。因此，對(duì)于構(gòu)件中平行于探
測(cè)面的裂紋或分層損傷，超聲波檢測(cè)的分辨率很高；對(duì)于球形缺陷（如氣泡），反射波
是向各方向散射的，回到晶片上的反射波較少，缺陷回波較低；當(dāng)缺陷或損傷平面與
入射的超聲波存在較大角度時(shí)，也可能幾乎沒(méi)有回波；入射超聲波從探測(cè)面對(duì)側(cè)的反
射面（即底面）反射回晶片，這就是底面回波（即底波）。
五、超聲波檢測(cè)法
（一）縱波檢測(cè)法
用垂直探頭采用直接耦合或水浸法將超聲波直射人工件，利用工件中傳播的縱
波，遇到不同介質(zhì)的界面會(huì)發(fā)生反射而進(jìn)行缺陷或損傷的檢測(cè)，稱為縱波檢測(cè)法。檢
查螺栓的周向裂紋可用此方法�？v波檢測(cè)法是超聲波檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛最基本的方
法。
圖 " "所示為縱波脈沖反射法示意圖。工件無(wú)缺陷時(shí)，只顯示始波 )和底波 *（見(jiàn)圖 " "（’）；當(dāng)工件中有缺陷時(shí)，在始波和底波之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)波（見(jiàn)圖（(）），這個(gè)波叫傷波 +；當(dāng)缺陷橫截面積很大時(shí)，將無(wú)底波，聲速被缺陷全反射（見(jiàn)圖
" "（ ,））。
設(shè)探測(cè)面到缺陷的距離為 -，材料厚度為 .，從示波器上始波 )到傷波 +的長(zhǎng)度
為 /+，從始波到底波的長(zhǎng)度為 /*，可得
•10.•
圖 " "%縱波一次反射脈沖法
()
&’ +
(*
由此，可以求出缺陷的位置。
另外，因傷波高度隨缺陷或損傷增大而增高，所以可由傷波高度估計(jì)缺陷或損傷的大小。當(dāng)缺陷或損傷很大時(shí)，可以移動(dòng)探頭，按顯示缺陷或損傷的范圍，求出缺陷或損傷的延伸尺寸。
縱波檢測(cè)易于檢測(cè)出與工件探測(cè)面走向平行的缺陷。但縱波檢測(cè)受儀器盲區(qū)和分辨力的限制，表面和近表面檢測(cè)能力低�？v波檢測(cè)適于檢測(cè)大面積的厚工件，定位簡(jiǎn)單。
（二）橫波檢測(cè)法利用斜探頭，使晶片發(fā)出的縱波穿過(guò)有機(jī)玻璃透聲楔塊傾斜入射至界面，當(dāng)入射角在第一臨界角與第二臨界角之間時(shí)，在被檢測(cè)工件中只有折射橫波。應(yīng)用這種方法的檢測(cè)即為橫波檢測(cè)。通過(guò)選擇探頭角度，使聲束與缺陷走向相垂直，從而使反射回波最大，達(dá)到檢測(cè)目的。因此，橫波檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)與工件表面成一定角度的缺陷或損傷。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修檢測(cè)中，檢查接耳部位時(shí)，由于接耳裂紋多為從螺栓孔內(nèi)壁開(kāi)裂的徑向損傷，故在接耳部位外側(cè)表面使用橫波進(jìn)行原位檢查能達(dá)到滿意效果。橫波檢測(cè)可彌補(bǔ)縱波檢測(cè)法的不足之處。用縱波直探頭檢測(cè)，工件中垂直于探測(cè)面的缺陷或損傷不易發(fā)現(xiàn)。因此，常輔以橫波檢測(cè)。橫波波長(zhǎng)短，檢查缺陷能力比縱波高，波束指向性較好，分辨力強(qiáng)；使用斜楔塊可避免晶片的直接磨損，斜楔塊還能
•.-,•
起延遲作用，使盲區(qū)減小，近表面檢測(cè)能力提高。因?yàn)闄M波穿透能力差，所以橫波檢測(cè)一般無(wú)底面回波。因此，缺陷或損防檢測(cè)的靈敏度和定位及定量分析均須使用試塊；由于受入射角度限制，當(dāng)管材壁厚與外徑比大于 "時(shí)，橫波無(wú)法入射到內(nèi)壁，不能達(dá)到檢測(cè)目的。
橫波檢測(cè)定位較縱波復(fù)雜，使用標(biāo)準(zhǔn)試塊對(duì)缺陷或損傷定位。
六、金屬組織對(duì)超聲波檢測(cè)的影響
金屬是微小晶粒的組合體。當(dāng)超聲波射到各個(gè)晶粒時(shí)，會(huì)引起微小的反射和散射。這些反射波在示波器上呈現(xiàn)出草狀回坡。此外，這種反射和散射還會(huì)使超聲波衰減，減少多次反射的脈沖次數(shù)（見(jiàn)圖 %& %’）。
圖 %& %’(金屬組織與超聲波衰減及產(chǎn)生草狀回波的關(guān)系
金屬晶粒越大，這種衰減和草狀回波越顯著，有時(shí)甚至不能出現(xiàn)傷波。遇到這種情況，可以降低頻率，使波長(zhǎng)加長(zhǎng)，來(lái)改善信噪比（有用回波信號(hào)與無(wú)用噪聲雜波之比）。可是用這種辦法并非都能完全解決問(wèn)題。
七、超聲波檢測(cè)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)探傷中的應(yīng)用
超聲波檢測(cè)法可用來(lái)檢測(cè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)裂紋損傷和腐蝕損傷以及用來(lái)確定清除損傷后的構(gòu)件厚度。用超聲波檢測(cè)裂紋損傷時(shí)，只要聲束方向與裂紋面夾角達(dá)到一定要求，就可清晰地顯示出裂紋損傷。超聲波對(duì)微小缺陷或損傷敏感，但采用超聲波檢測(cè)只能檢查探頭可接觸構(gòu)件的損傷。
•*)&•
當(dāng)采用超聲波檢測(cè)鑄件的損傷時(shí)，由于鑄件內(nèi)部組織不均勻，晶粒粗大，草狀回波嚴(yán)重，聲波衰減大，所以通常采用較低頻率的超聲波探傷。當(dāng)初選頻率時(shí)，第一次底波回波高度在顯示屏上達(dá)到 "刻度即可使用。
采用超聲波厚度儀可以從一側(cè)測(cè)量構(gòu)件的厚度，其精確度可達(dá)到 %。
可以用超聲波厚度儀檢測(cè)輕微的腐蝕，但不能檢測(cè)中等或嚴(yán)重的腐蝕損傷。這是因?yàn)橹械纫陨系母g損傷，由于超聲波的散射，不會(huì)得到構(gòu)件厚度讀數(shù)。但是，當(dāng)清除腐蝕產(chǎn)物后，可以用它來(lái)測(cè)量去腐后的構(gòu)件厚度，并可進(jìn)一步確定腐蝕造成的材料減少量。
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