超聲波是頻率大(da)於20000Hz 的聲波(bo)，它屬(shu)於機械波。在金屬探(tan)傷(shang)中使用(yong)的(de)超聲波，其(qi)頻率為(wei)0.5～10MHz，其中以2～5MHz最(zui)為常用。

一(yi)、超聲(sheng)波的產生與(yu)接收

探傷中采(cai)用壓電法來(lai)產生超聲波。壓電(dian)法(fa)是利用壓電晶(jing)體片(pian)來產生(sheng)超(chao)聲波的。壓電晶體片是(shi)一種(zhong)特殊(shu)的晶體(ti)材(cai)料，當壓電晶體片受拉(la)應力(li)或壓(ya)應力的作用產(chan)生變(bian)形(xing)時，會在晶片表麵出(chu)現電荷；反之，其在電荷或(huo)電場(chang)作用下，會(hui)發(fa)生變形，前(qian)者稱(cheng)為正(zheng)壓電效應(ying)，後(hou)者(zhe)稱為逆壓電效應。

超聲波的產生和接(jie)收(shou)是利用超聲波探頭(tou)中(zhong)壓電晶體片的壓電效(xiao)應來實現(xian)的。由超聲波探傷儀產生的電振(zhen)蕩(dang)，以高(gao)頻(pin)電壓形式(shi)加載(zai)於(yu)探頭中的壓電晶體片的兩(liang)麵(mian)上(shang)，由(you)於逆(ni)壓電效應的結果(guo)，壓電晶體片會在厚度方(fang)向(xiang)上產生持(chi)續(xu)的伸(shen)縮(suo)變形，形成了(le)機械振動。若壓電晶體片與工件表(biao)麵有良好的耦(ou)合(he)時(shi)，機(ji)械振動就以(yi)超聲波形式傳播進入被檢(jian)工件，這就是超聲波的產生。反之，當壓電晶體片受到超聲波作(zuo)用而發生伸縮變形時，正壓電效應的結果會使(shi)壓電晶體片兩表麵產生具有不(bu)同(tong)極(ji)性(xing)的電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，以回波電信號的形式經(jing)探傷儀(yi)顯(xian)示，這(zhe)就是超聲波的接收。

二(er)、超聲波的性質(zhi)

1．超聲波具(ju)有(you)良好的指(zhi)向性

由於超聲波的波長非(fei)常(chang)短，因(yin)此(ci)，它(ta)在彈(dan)性介質中能象光波一樣沿直線(xian)傳(chuan)播(bo)。而且(qie)超聲波在固定的介質中傳播速度(du)是個常數，所(suo)以，根據傳播時間(jian)就能求得其傳播距(ju)離，這樣就(jiu)為探傷中缺陷的定位提(ti)供了依據(ju)。

2．超聲波能(neng)在彈性介質中傳播，不能在真空中傳播

一般(ban)探傷中通(tong)常把(ba)空氣(qi)介(jie)質作為真(zhen)空(kong)處理，所以認為超聲波也不能通過空氣進行(xing)傳播。

3．超聲波如同聲波一樣，通過介質時，根(gen)據介質質點的振動方向與波的傳播方向之(zhi)間的相(xiang)互關(guan)係(xi)的不同，有不同的波型(xing)

⑴縱(zong)波（L） 聲波在介質中傳播時，介質質點(dian)的振動方向和(he)波的傳播方向相同的波，稱之為縱(zong)波。它能在固體、液(ye)體和氣體中傳播。

⑵橫波（S） 聲波在介質中傳播時，介質質點的振動方向和波的傳播 方向相互垂(chui)直的波，稱之為橫(heng)波。橫波隻(zhi)能在固體中傳播。

橫波探傷有獨(du)特的優點，如靈敏度較高，分(fen)辨率較(jiao)好等，在探傷中常用於焊(han)縫及(ji)縱波難(nan)以探測的場合，應用比較廣泛。

⑶表麵波（R） 僅(jin)在固體表麵傳播且介質表麵質點做(zuo)橢圓運(yun)動的聲波，稱之表麵波。在實(shi)際探傷中，表麵波常用來檢驗工件表麵裂紋及滲碳層(ceng)或覆蓋層的表麵質量。

對於普通鋼(gang)材，超聲波在其中傳播的縱波速(su)度最快(kuai)，橫波速度次之，表麵波速度最慢。因此，對同一頻率(lv)超聲波來說縱波的波長最長(zhang)，橫波次之，表麵波最短。由於探測缺陷(xian)的分辨力與波長有關，波長短的分辨(bian)力高，因此表麵波的探測分辨力優(you)於橫波，橫波優於縱波。

綜(zong)上所述(shu)，由於超聲波在金屬介質中能夠通過不同傳播速度的不同波型，因此對金屬焊縫進行探傷時必(bi)須選(xuan)定所需超聲波的波型，通過(guo)以上分析(xi)相對(dui)較好，所以實際探傷通常選擇(ze)橫波，否(fou)則(ze)會使回波信號(hao)發生混(hun)亂(luan)，這樣就得(de)不到正確的探傷結果。

4．超聲波具有可穿(chuan)透(tou)物質和在物質中衰(shuai)減的特(te)性

超聲波的這一性質與射線相似(shi)，但(dan)超聲波的能量(liang)很大，因而具有更(geng)強的穿透能力。超聲波在大多數(shu)介質中，尤(you)其在鋼等金屬材料(liao)中傳播時，傳輸損(sun)失少，傳播距離最大可(ke)以達(da)到(dao)數米(mi)遠(yuan)。所以，超聲波探傷能夠有較大的探測深(shen)度，這一優勢(shi)是其他(ta)探傷方法沒(mei)有的。

超聲波在介質中傳播時，其能量隨著傳播距離(li)的增加而(er)逐漸減弱的現象稱為超聲波的衰減。在金(jin)屬材料的超聲波探傷中，引起超聲波衰減(jian)的原(yuan)因主(zhu)要(yao)是散(san)射，其聲壓按負(fu)指數規(gui)律衰減，其規律(lv)如(ru)下：

PX=P0e -αx

式中 Px——離壓電晶體片表麵為X處的聲壓（Pa）；

P0——超聲波原始聲壓（Pa）；

e——自(zi)然對數的底(di)；

α——金屬材料的衰減係數（dB/m）；

X——超聲波在金屬材料中傳播的距離（m）。