5.基體組織結構的影響

工件基體組織結構對缺陷波的影響主要表現在以下兩個方面:

(1)散射衰減   當超聲波在其傳播過程中遇到由不同聲阻抗介質所組成的界面時，將產生散亂反射，導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。散射衰減與材質的晶粒尺寸密切相關，當材質晶粒粗大時，散射衰減嚴重，被散射的超聲波在介質中沿著復雜的路徑傳播下去，一部分可能最終變?yōu)闊崮?，另一部分也可能傳播到探頭，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降低;另一方面是散射噪聲的增加，使信噪比下降，嚴重時噪聲甚至會湮沒缺陷波，如圖2-13所示。對于多晶金屬和大多數固體介質而言，散射衰減是造成超聲波衰減的主要原因。                

(2)吸收衰減    實際所檢測的工件通常是非完全彈性體，因此超聲波在工件中傳播時，會有一部分超聲波能量不可逆地轉化為熱能而消耗，從而使超聲波產生衰減，這種現象稱為吸收衰減。吸收衰減同樣會使缺陷波的振幅降低。對于固體介質，吸收衰減相對于散射衰減是很小的，但對液體介質來說，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性質之一。通過考察介質中超聲波的衰減機理及衰減系數的變化規(guī)律，不但能夠對不同的材質予以區(qū)分，同時還可以對介質的組織結構和形態(tài)、彌散不連續(xù)性及力學性能等進行無損表征和評價。圖2-14給出了不同材料的超聲波衰減隨頻率的變化關系?？梢钥吹?，混凝土、灰漿等的衰減非常大，只能在很低的頻率下檢測，而金屬材料的超聲波衰減相對要小得多,特別是鋼和鋁等。

6.波的干涉

兩列頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇時，由于波疊加的結果，會使某些地方的振動始終互相加強，而另一些地方的振動始終互相減弱或完全抵消，這種現象稱為波的干涉現象。波的干涉是波動的重要特征。

當波程差等于波長的整數倍時，兩列相干波相遇時互相加強，合振幅達最大值。

當波程差等于半波長的奇數倍時，兩列相干波相遇時互相減弱，合振幅達最小值。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互相疊加而成的波，稱為駐波(見圖2-15)。駐波是波的干涉現象的特例。當介質厚度等于半波長的整數倍時就會產生駐波。

從理論上考慮超聲波的傳播和反射等現象時，這種現象十分重要。在近距離聲場中，以及兩個缺陷回波重疊一起時，都會出現這種干涉現象，使探傷結果難以判斷。

在超聲波探頭設計中，通常壓電晶片厚度t=λ/2，形成駐波，產生共振，合振幅最大，這時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稍許偏離直線路徑而進入邊緣后面的幾何陰影區(qū)的現象。波的衍射現象是波動的又一重要特征。分析波的衍射的物理基礎是荷蘭科學家惠更斯( Huygens)于1690年提出的惠更斯原理:介質中波動傳播到的各點都可以看做是發(fā)射子波的波源，在其后任意時刻的波陣面，可由這些新波源發(fā)出的子波波前的包絡面來決定。

對于衍射問題，運用惠更斯原理，可以對波源輻射聲場特性進行分析，也可以對波遇到障礙物時波陣面發(fā)生畸變的現象進行解釋。如圖2-16所示，當一束任意形狀的超聲波在傳播過程中遇到一個障礙物AB, AB上有一個寬度為a的與超聲波波長相當的狹縫。根據惠更斯原理，這時可將狹縫看做新的波源，波前上的所有點都可以看做產生球面子波的點源，經過一段時間后，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。

對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波前的變化情況。當障礙物的尺寸(線度)比聲波波長大許多時，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)。當障礙物的尺寸比超聲波波長小許多時，聲波基本上不受影響，繼續(xù)向前傳播，只是聲能稍有減弱，這種情況其實就是瑞利散射引起的衰減。而當障礙物的尺寸與聲波波長相當時，其衍射場為具有特殊指向性的圖案，這種情況就比較復雜，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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