图 " "%&超声波指向性
’—大致同而积传播的范围； &(—扩散的范围； & %—指向角
小于波长的一半时，由于衍射作用，波的传播就和缺陷或损伤的存在与否没有什么关
系了。
缺陷或损伤的尺寸比半个波长大得越多，反射越容易。但是，缺陷或损伤的形状
与方向不同，反射的方式也有所不同，如果超声波垂直地入射到平面状的损伤（例如
裂纹）上：反射波就会反射到晶片，得到很高的损伤回波。因此，对于构件中平行于探
测面的裂纹或分层损伤，超声波检测的分辨率很高；对于球形缺陷（如气泡），反射波
是向各方向散射的，回到晶片上的反射波较少，缺陷回波较低；当缺陷或损伤平面与
入射的超声波存在较大角度时，也可能几乎没有回波；入射超声波从探测面对侧的反
射面（即底面）反射回晶片，这就是底面回波（即底波）。
五、超声波检测法
（一）纵波检测法
用垂直探头采用直接耦合或水浸法将超声波直射人工件，利用工件中传播的纵
波，遇到不同介质的界面会发生反射而进行缺陷或损伤的检测，称为纵波检测法。检
查螺栓的周向裂纹可用此方法。纵波检测法是超声波检测中应用最广泛最基本的方
法。
图 " "所示为纵波脉冲反射法示意图。工件无缺陷时，只显示始波 )和底波 *（见图 " "（’）；当工件中有缺陷时，在始波和底波之间会出现一个波（见图（(）），这个波叫伤波 +；当缺陷横截面积很大时，将无底波，声速被缺陷全反射（见图
" "（ ,））。
设探测面到缺陷的距离为 -，材料厚度为 .，从示波器上始波 )到伤波 +的长度
为 /+，从始波到底波的长度为 /*，可得
•10.•
图 " "%纵波一次反射脉冲法
()
&’ +
(*
由此，可以求出缺陷的位置。
另外，因伤波高度随缺陷或损伤增大而增高，所以可由伤波高度估计缺陷或损伤的大小。当缺陷或损伤很大时，可以移动探头，按显示缺陷或损伤的范围，求出缺陷或损伤的延伸尺寸。
纵波检测易于检测出与工件探测面走向平行的缺陷。但纵波检测受仪器盲区和分辨力的限制，表面和近表面检测能力低。纵波检测适于检测大面积的厚工件，定位简单。
（二）横波检测法利用斜探头，使晶片发出的纵波穿过有机玻璃透声楔块倾斜入射至界面，当入射角在第一临界角与第二临界角之间时，在被检测工件中只有折射横波。应用这种方法的检测即为横波检测。通过选择探头角度，使声束与缺陷走向相垂直，从而使反射回波最大，达到检测目的。因此，横波检测可发现与工件表面成一定角度的缺陷或损伤。在飞机结构维修检测中，检查接耳部位时，由于接耳裂纹多为从螺栓孔内壁开裂的径向损伤，故在接耳部位外侧表面使用横波进行原位检查能达到满意效果。横波检测可弥补纵波检测法的不足之处。用纵波直探头检测，工件中垂直于探测面的缺陷或损伤不易发现。因此，常辅以横波检测。横波波长短，检查缺陷能力比纵波高，波束指向性较好，分辨力强；使用斜楔块可避免晶片的直接磨损，斜楔块还能
•.-,•
起延迟作用，使盲区减小，近表面检测能力提高。因为横波穿透能力差，所以横波检测一般无底面回波。因此，缺陷或损防检测的灵敏度和定位及定量分析均须使用试块；由于受入射角度限制，当管材壁厚与外径比大于 "时，横波无法入射到内壁，不能达到检测目的。
横波检测定位较纵波复杂，使用标准试块对缺陷或损伤定位。
六、金属组织对超声波检测的影响
金属是微小晶粒的组合体。当超声波射到各个晶粒时，会引起微小的反射和散射。这些反射波在示波器上呈现出草状回坡。此外，这种反射和散射还会使超声波衰减，减少多次反射的脉冲次数（见图 %& %’）。
图 %& %’(金属组织与超声波衰减及产生草状回波的关系
金属晶粒越大，这种衰减和草状回波越显著，有时甚至不能出现伤波。遇到这种情况，可以降低频率，使波长加长，来改善信噪比（有用回波信号与无用噪声杂波之比）。可是用这种办法并非都能完全解决问题。
七、超声波检测在飞机结构探伤中的应用
超声波检测法可用来检测飞机结构裂纹损伤和腐蚀损伤以及用来确定清除损伤后的构件厚度。用超声波检测裂纹损伤时，只要声束方向与裂纹面夹角达到一定要求，就可清晰地显示出裂纹损伤。超声波对微小缺陷或损伤敏感，但采用超声波检测只能检查探头可接触构件的损伤。
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当采用超声波检测铸件的损伤时，由于铸件内部组织不均匀，晶粒粗大，草状回波严重，声波衰减大，所以通常采用较低频率的超声波探伤。当初选频率时，第一次底波回波高度在显示屏上达到 "刻度即可使用。
采用超声波厚度仪可以从一侧测量构件的厚度，其精确度可达到 %。
可以用超声波厚度仪检测轻微的腐蚀，但不能检测中等或严重的腐蚀损伤。这是因为中等以上的腐蚀损伤，由于超声波的散射，不会得到构件厚度读数。但是，当清除腐蚀产物后，可以用它来测量去腐后的构件厚度，并可进一步确定腐蚀造成的材料减少量。
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本文链接地址：飞机检测与维修实用手册 3(66)
