超声波检测二级考试试题及答案超声波检测二级考试试题及答案三三.问答题问答题1. 超声场分为几个区域？2. 各个区域的主要特征是什么？用示意图注明简述之提示超声场是由声源发射超声振动的空间而形成特殊场，它可以根据超声在空间各部位声压大小不同，形象地用图示方法表示出来（如下图 a）：超声场分为近场和远场两大部份，其中主声束以锥体形状（犹如鲜花主瓣），近场区内主声束以外的称为副瓣。主声束的扩散角按零阶贝塞尔函数计算出其主瓣的锥角范围，即 J1(X)=J1(kasin)，J1(X)有很多根，其中最小的根为 X0=3.83，则 sin0=3.83/ka=(3.83/2)(/a)=(3.83/)(/2a) sin=1.22(/D) D=2a-晶片直径，a 为半径，求出 0 值即为主瓣的扩散角（0），当用 J2(X)、J3(X).分别求出第一副瓣、第二副瓣.的扩散角 1、2.等（如下图 b），同样由 sin=1.22(/D)求出，当 S=b=1.64(D2/4)=1.64N 时，主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离（也可用二项式展开证明）（注：也有资料以 1.67N 为主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离）2.试比较射线探伤与超声波探伤两种方法的适用范围和局限性提示：应从两种方法的灵敏度高低、检测厚度范围、易发现的缺陷形状以及安全防护和经济性等方面进行比较3何谓波的、干涉现象？什么情况下合成振幅最大？什么情况下合成振幅最小？答：两列频率相同，振动方向相同，相位相同或相位差恒定的波相遇时，由于波叠加的结果，会使某些地方的振动始终互相加强，而另一些地方的振动始互相减弱或完全抵消，这种现象称为波的干涉，产生干涉现象的波称为相干波。相干波现象的产生是相干波传播到各点时波程不同所致。当波程差等于波长的整数倍时，合成振幅达最大值。当波程差等于半波长的奇数倍时，合成振幅达最小值。4何谓驻波为什么通常取晶片厚度等于半波长？答：两列振幅相同的相干波，在同一直线上相向传播时互相叠加而成的波，称为驻波。当介质厚度等于半波长整数倍时，会产生驻波。所以取晶片厚度可以形成驻波，产生共振，使合成振幅最大，有利于提高探头辐射超声波的效率。5什么是惠更斯原理？它有什么作用？答：惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看到是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹就是新的波阵面。利用惠更斯原理，可以确定不同波源辐射的声波的形状和波的传播方向，可以解释声波在均匀和非均匀介质中传播的许多现象。6.什么叫衰减？产生衰减的原因是什么？答：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐减小的现象叫做超声波的衰减。超声波衰减的原因主要有三个： 扩散衰减：超声波在传播中，由于声束的扩散，使能量逐渐分散，从而使单位面积内超声波的能量随着传播距离的增加而减小，导致声压和声强的减小。 散射衰减：当声波在传播过程中，遇到不同声阻抗的介质组成的界面时，将发生散乱反射（即散射），从而损耗声波能量，这种衰减叫散射衰减。散射主要在粗大晶粒（与波长相比）的界面上产生。由于晶粒排列不规则，声波在斜倾的界面上发生反射、折射及波型转换（统称散射），导致声波能量的损耗。 粘滞衰减：声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内壁摩擦，从而使一部分声能变为热能。同时，由于介质的热传导，介质的疏、密部分之间进行的热交换，也导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。由介质吸收引起的衰减叫做粘滞衰减。7.什么叫超声波声场？反映超声波声场特征的重要物理量有哪几个？什么叫声压、声强、声阻抗？答：充满超声波的空间，或者说传播超声波的空间范围叫做超声波声场。声压、声强、声阻抗是反映超声波声场特征的三个重要物理量，称为超声波声场的特征量。超声波声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声波存在时，同一点的静态压强之差，称为声压。单位时间内穿过和超声波传播方向垂直的单位面积上的能量称为声强。介质中的任何一点的声压和该质点振动速度之比称为声阻抗。8.超声波检测利用超声波的哪些特性？答：超声波有良好的指向性，在超声波检测中，声源的尺寸一般都大于波长数倍以上，声束能集中在特定方向上，因此可按几何光学的原理判定缺陷位置。超声波在异质介面上将产生反射、折射、波型转换、利用这些特性，可以获得从缺陷等异质界面反射回来的反射波及不同波型，从而达到探伤的目的。超声波检测中，由于频率较高，固体中质点的振动是难以察觉的。因为声强与频率的平方成正比，所以超声波的能量比声波的能量大得多。超声波在固体中容易传播。在固体中超声波的散射程度取决于晶粒度与波长之比，当晶粒小于波长时，几乎没有散射。在固体中，超声波传输损失小，探测深度大。9.在超声波反射法检测中为什么要使用脉冲波？提示：可使瞬时内发射能量很大，而总能量不大；可做时标用，测量超声波在工件中的传播时间，从而对缺陷进行定位；不是单色波，可克服缺陷厚度对超声波反射率与透过率的影响；可显著减少入射波与反射波之间干涉区的长度；从工程技术上比较容易制造出脉冲波的超声波检测仪10.什么叫波的叠加原理？答：波动的下述规律称为叠加原理：两列波在传播过程中相遇后仍然保持它们各自原有的特性（频率、波长、振幅等）不变，按照自己原来的传播方向继续前进；在相遇区域内，任意一点的振动为两列波所引起的振动的合成11.什么叫波的绕射现象？答：波在传播过程中遇到尺寸可以与波长向比拟的障碍物，或者一个大障碍物上尺寸可与波长比拟的小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续传播，而不会在障碍物背面产生“阴影“的现象叫做波的绕射现象12.说明超声波声场具体分为哪几个区域？答：超声波声场具体分为四个区域：主声束和副瓣-声源正前方，声能最集中的锥形区域即为主声束，声源发射的声能主要集中在主声束。声束副瓣也称副声束，通常出现在邻近探头晶片的一个区域内，旁侧于主声束，其轴线倾斜于晶片表面，能量微弱，截面较小，晶片尺寸和波长之比的不同，副瓣的数量和辐射方向也不相同；近场-指主声束中心轴线上最后一个声压极大值处至晶片表面这一区域，近场长度用N 表示，它取决于晶片的直径 D（或面积 AS）和波长 ，用公式 N=(D2-2)/4AS/ 表示。近场区邻近压电晶片，声压分布最不均匀，这是由于该区域内声波干涉现象最严重，因此近场区也称干涉区，干涉现象对探伤有很大影响，探伤时要尽量避免；远场-近场以外的区域称为远场。远场中各子波传播的距离已经很远，相位几乎相等，各量可以简单相加，声压值随距离增加而单调下降。远场区的大小由晶片尺寸、波长、介质的声学特性及激励晶片的电压决定，实质上即与超声波的发射功率以及传声介质特性相关；未扩散区-主声束横截面与声源直径相同之点至近场与远场分界点的一段区域称为未扩散区，该点至晶片表面的距离约为近场区长度的 1.6 倍，该区域中的平均声压可以看作常数，从该点开始，主声束扩散，形成锥体。13.现有一合金材料（CL=2.3x106mm/s，CS=1.63x106mm/s），用 2.5MHz13x13 tg=2（=63.4）（有机玻璃-钢）的斜探头，能否实现在该材料中的纯横波探伤？如果不能，请说明理由并提出应采取什么措施？答：不能，因为不存在第一临界角，合金材料中始终是纵、横波同时存在，解决的办法是使波型转换器（有机玻璃斜楔）的声速降到 C1LC2L 的情况，例如改用水楔，此时水-合金材料的第一临界角为 40，只要水中入射角大于 40即可。14.试从超声波前进方向的角度出发，广义地叙述超声波在界面上的行为。答：广义地说，超声波在异质界面上的行为有反射、折射、波型转换或使超声波束发生收敛、发散、绕射及散射。15.在下图中画出超声纵波从钛合金中以 45斜入射到钢中的反射与折射情况:C 钛 L=6150m/s C 钛 S=3150m/s C 钢 L=5850m/s C 钢 S=3200m/s（标准图形从略）16.在平板对接焊缝的超声波检测中，为什么要用斜探头在焊缝两侧的母材表面上进行？答：在焊缝母材两侧表面进行探测便于检出焊缝中各个方向的缺陷；便于使用一次、二次声程扫查整个焊缝截面，不会漏检；有些缺陷在一侧面发现后，可在另一侧面进行验证；一般母材表面光洁度比焊缝高，易于探头移动扫查，也可省去焊缝打磨的工作量17.在棒材圆周面上进行超声探伤时,第一次底波与第二次底波之间可见到有两个迟到波,如下图所示,请指出这两个迟到波各是什么波型?（前面为 L-L-L 波,后面为 L-S-L 波）18.如何提高近表面缺陷的探测能力？提示：提高近表面缺陷的探测能力应从下面三方面着手：用 TR 探头；使用窄脉冲宽频带探头；提高探头频率，减小晶片尺寸19.画出下图中不同情况下声波的收敛或发散的情况:自左向右：发散 收敛 收敛 发散20.将超声波直探头置于 IIW1 试块侧面上探测 100mm 距离的底波,如下图所示在第一次底波与第二次底波之间前两个迟到波各是什么波型?（前面为 L-L-L 波,后面为 L-S-L 波）21.脉冲反射探伤法对探头晶片有什么要求？答：转换效率要高，尽可能降低转换损失，以获得较高的灵敏度，宜选用 Kt（机电耦合系数）大的晶片。脉冲持续时间尽可能短，即在激励晶片后能迅速回复到静止状态，以获得较高的纵向分辩力和较小的盲区。要有好的波形，以获得好的频谱包迹。声阻抗适当，晶片与被检材料的声阻抗尽量接近，水浸法探伤时，晶片应尽量与水的声阻抗相近，以获得较高的灵敏度。高温探伤时，居里点温度要高。制造大尺寸（直径）探头时，应选择介电常数小的晶片。探头实际中心频率与名义频率之间误差小，频谱包络无双峰。22.下图为 CSK-IA 试块示意图，试述其主要用途提示用于超声波检测仪器和探头的组合性能测试；标定检测距离，测定斜探头的前沿距离和折射角；调节超声波检测仪的相对灵敏度等23.为什么超声波检测仪上的衰减器精度用每 12dB 中的误差表示？答：衰减器精度一般用标准平底孔试块进行测试，而平底孔孔径每增加一倍相差 12dB，如 2mm 与4mm 在相同声程时其反射波高相差 12dB，在制造技术上，因为在示波屏上反射波高按 20log 规律变化，即 12dB=20log4，或-12dB=20log(1/4)，即波形高度按 1:4 或 4:1 之比来测量，基于这两个原因，故测量衰减器误差按每 12dB 的误差表示，从而容易测量和容易比较（例如对于 形衰减器电路，虽然使用“12dB“没有多少方便之处，但作为超音波检测仪器的统一指标比较还是需要的），需要指出：在新型的超音波检测仪上对衰减器精度的衡量已采用每 2dB 中的误差表示。24.下图为超声波水浸法纵波检测试件内部缺陷的示意图,试列举影响缺陷反射波高的诸因素（标准答案从略，考察应试者的系统分析能力）25.简述 A 型超声波检测仪的工作过程答：仪器的工作过程是：仪器的同步电路产生方波，同时触发发射电路、扫描电路和定位电路。发射电路被触发后，激发探头产生一个衰减很快的超音脉冲，这脉冲经耦合传送到工件内，遇到不同介质的界面时，产生回波。回波反射到探头后，被转换成电信号，仪器的接收电路对这些信号进行放大，并通过显示电路在荧光屏上显示出来。26.焊缝超声波检测中，干扰回波产生的原因是什么？我们怎样判别干扰回波？答：焊缝超声波检测中，由于焊缝几何形状复杂，由形状产生干扰回波，另一方面是由于超声波的扩散、波型转换和改变传播方向等引起干扰回波。判别干扰回波的主要方法是用计算和分析的方法寻找各种回波的发生源，从而得知哪些是由于形状和超声波本身的变化引起的假信号，通常用手指沾耦合剂敲打干扰回波发生源、作为验证焊缝形状引起假信号的辅助手段。27.焊缝超声波检测中，有哪些主要的干扰回波？答：焊缝超声波检测中，主要有以下 8 种干扰回波：加强层干扰回波。焊缝内部未焊透反射引起的干扰回波。单面焊衬板引起的干扰回波。焊缝错