5.基體組織結(jié)構(gòu)的影響

工件基體組織結(jié)構(gòu)對(duì)缺陷波的影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:

(1)散射衰減   當(dāng)超聲波在其傳播過程中遇到由不同聲阻抗介質(zhì)所組成的界面時(shí)，將產(chǎn)生散亂反射，導(dǎo)致聲波在傳播路徑上的能量不斷損失，由此造成的能量衰減叫做散射衰減。散射衰減與材質(zhì)的晶粒尺寸密切相關(guān)，當(dāng)材質(zhì)晶粒粗大時(shí)，散射衰減嚴(yán)重，被散射的超聲波在介質(zhì)中沿著復(fù)雜的路徑傳播下去，一部分可能最終變?yōu)闊崮埽硪徊糠忠部赡軅鞑サ教筋^，在示波屏上引起林狀回波(又叫草波)。典型的是粗晶金屬材料，一方面是聲能衰減造成回波信號(hào)降低;另一方面是散射噪聲的增加，使信噪比下降，嚴(yán)重時(shí)噪聲甚至?xí)螞]缺陷波，如圖2-13所示。對(duì)于多晶金屬和大多數(shù)固體介質(zhì)而言，散射衰減是造成超聲波衰減的主要原因。                

(2)吸收衰減    實(shí)際所檢測(cè)的工件通常是非完全彈性體，因此超聲波在工件中傳播時(shí)，會(huì)有一部分超聲波能量不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，從而使超聲波產(chǎn)生衰減，這種現(xiàn)象稱為吸收衰減。吸收衰減同樣會(huì)使缺陷波的振幅降低。對(duì)于固體介質(zhì)，吸收衰減相對(duì)于散射衰減是很小的，但對(duì)液體介質(zhì)來說，吸收衰減就是主要的了。

超聲波衰減特性是材料的重要聲學(xué)性質(zhì)之一。通過考察介質(zhì)中超聲波的衰減機(jī)理及衰減系數(shù)的變化規(guī)律，不但能夠?qū)Σ煌牟馁|(zhì)予以區(qū)分，同時(shí)還可以對(duì)介質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)、彌散不連續(xù)性及力學(xué)性能等進(jìn)行無損表征和評(píng)價(jià)。圖2-14給出了不同材料的超聲波衰減隨頻率的變化關(guān)系。可以看到，混凝土、灰漿等的衰減非常大，只能在很低的頻率下檢測(cè)，而金屬材料的超聲波衰減相對(duì)要小得多,特別是鋼和鋁等。

6.波的干涉

兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇時(shí)，由于波疊加的結(jié)果，會(huì)使某些地方的振動(dòng)始終互相加強(qiáng)，而另一些地方的振動(dòng)始終互相減弱或完全抵消，這種現(xiàn)象稱為波的干涉現(xiàn)象。波的干涉是波動(dòng)的重要特征。

當(dāng)波程差等于波長的整數(shù)倍時(shí)，兩列相干波相遇時(shí)互相加強(qiáng)，合振幅達(dá)最大值。

當(dāng)波程差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí)，兩列相干波相遇時(shí)互相減弱，合振幅達(dá)最小值。如兩波的振幅相同，則互相完全抵消。

兩列振幅相同的干涉波，在同一直線上沿相反方向傳播時(shí)互相疊加而成的波，稱為駐波(見圖2-15)。駐波是波的干涉現(xiàn)象的特例。當(dāng)介質(zhì)厚度等于半波長的整數(shù)倍時(shí)就會(huì)產(chǎn)生駐波。

從理論上考慮超聲波的傳播和反射等現(xiàn)象時(shí)，這種現(xiàn)象十分重要。在近距離聲場(chǎng)中，以及兩個(gè)缺陷回波重疊一起時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)這種干涉現(xiàn)象，使探傷結(jié)果難以判斷。

在超聲波探頭設(shè)計(jì)中，通常壓電晶片厚度t=λ/2，形成駐波，產(chǎn)生共振，合振幅最大，這時(shí)探頭輻射超聲波的效率最高。                  

7.波的衍射

衍射是指波通過障礙物或孔隙邊緣時(shí)稍許偏離直線路徑而進(jìn)入邊緣后面的幾何陰影區(qū)的現(xiàn)象。波的衍射現(xiàn)象是波動(dòng)的又一重要特征。分析波的衍射的物理基礎(chǔ)是荷蘭科學(xué)家惠更斯( Huygens)于1690年提出的惠更斯原理:介質(zhì)中波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可以看做是發(fā)射子波的波源，在其后任意時(shí)刻的波陣面，可由這些新波源發(fā)出的子波波前的包絡(luò)面來決定。

對(duì)于衍射問題，運(yùn)用惠更斯原理，可以對(duì)波源輻射聲場(chǎng)特性進(jìn)行分析，也可以對(duì)波遇到障礙物時(shí)波陣面發(fā)生畸變的現(xiàn)象進(jìn)行解釋。如圖2-16所示，當(dāng)一束任意形狀的超聲波在傳播過程中遇到一個(gè)障礙物AB, AB上有一個(gè)寬度為a的與超聲波波長相當(dāng)?shù)莫M縫。根據(jù)惠更斯原理，這時(shí)可將狹縫看做新的波源，波前上的所有點(diǎn)都可以看做產(chǎn)生球面子波的點(diǎn)源，經(jīng)過一段時(shí)間后，該波前的新位置將是與這些子波波前相切的包跡面，這樣就得到了穿過狹縫的聲波是以狹縫為中心的圓形波，其與原來的波陣面無關(guān)。

對(duì)于各種大小不同的障礙物，都可以利用惠更斯原理得到聲波遇到障礙物時(shí)波前的變化情況。當(dāng)障礙物的尺寸(線度)比聲波波長大許多時(shí)，聲能大部分被反射，從而在障礙物后面形成較明顯的聲影區(qū)。當(dāng)障礙物的尺寸比超聲波波長小許多時(shí)，聲波基本上不受影響，繼續(xù)向前傳播，只是聲能稍有減弱，這種情況其實(shí)就是瑞利散射引起的衰減。而當(dāng)障礙物的尺寸與聲波波長相當(dāng)時(shí)，其衍射場(chǎng)為具有特殊指向性的圖案，這種情況就比較復(fù)雜，可將其看做散射來處理。圖2-17所示為按惠更斯原理作出的不同大小簡單障礙物聲波衍射示意圖。

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