1.7.4 超聲波在規(guī)則界面上的反射、折射和波形轉(zhuǎn)換規(guī)律

超聲波檢測(cè)中所遇到的實(shí)際工件界面形狀是多種多樣的，但比較常見(jiàn)的規(guī)則界面有平面、傾斜平面、直角平面和圓柱面等。

1.傾斜平面上的反射

超聲波入射到與主聲束不垂直的面（如：工件的傾斜底面或與探測(cè)面有一傾角的缺陷），相當(dāng)于超聲波斜入射于固體/空氣界面，此時(shí)不僅可能發(fā)生波形轉(zhuǎn)換，而且反射波方向和聲壓反射系數(shù)均會(huì)變化，其變化規(guī)律與縱波斜入射和橫波斜入射于固體/空氣、固體/液體界面的情況相同，如圖1-42所示。

2.直角平面上的反射

超聲波在兩個(gè)互相垂直平面構(gòu)成的端面或三個(gè)互相垂直平面構(gòu)成的端角反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生角反射效應(yīng)，在實(shí)際檢測(cè)中也較為常見(jiàn)，這些反射有以下規(guī)律：

傾斜射到其中一個(gè)平面上的入射聲束，經(jīng)兩次反射后以平行于入射方向返回，并以過(guò)直角頂點(diǎn)且與入射聲束平行的直線為軸對(duì)稱，如圖1-43所示。

端角反射的聲壓反射系數(shù)取決于入射聲波波形和入射角的大小，其變化規(guī)律如圖1-44a所示。

由圖1-44b可知，傾斜入射的橫波在端角平面內(nèi)產(chǎn)生的聲壓反射系數(shù)以橫波入射角α_S=30°～55°時(shí)為最高。α_S在20°～34°或α_S在56°～70°時(shí)聲壓反射率為最低。

橫波檢測(cè)時(shí)，對(duì)垂直于底面的裂縫等缺陷，宜選用與裂縫面夾角30°～50°的橫波最為有利，而選用60°角是很不利的。

當(dāng)斜探頭折射角β_S=60°，端角平面上橫波入射角α_S=30°，探頭距直角恰當(dāng)位置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回波信號(hào)超前的特殊情況。此時(shí)，因反射縱波較強(qiáng)，且它的縱波二次反射角α_L2約為24°，因此，探頭就能接收到二次反射縱波L₂的回波信號(hào)。又因縱波聲速大于橫波聲速，故該回波信號(hào)比直角內(nèi)正常二次反射橫波的回波信號(hào)在示波屏?xí)r間軸上要超前，如圖1-45所示。

3.狹長(zhǎng)工件側(cè)壁平面引起的波形轉(zhuǎn)換

（1）狹長(zhǎng)工件側(cè)壁引起的波形轉(zhuǎn)換 對(duì)細(xì)長(zhǎng)直工件進(jìn)行軸向縱波檢測(cè)時(shí)，探頭擴(kuò)散聲束中的一部分邊緣聲束等于以很大的縱波入射角斜入射工件側(cè)壁平面，并產(chǎn)生縱波和變形橫波。

經(jīng)變形橫波轉(zhuǎn)換后探頭接收到的回波顯然滯后于單純按縱波傳播至底面返回的回波，滯后時(shí)間與變形橫波橫穿工件厚度的次數(shù)成正比。這些比正常縱波底面回波滯后的變形波稱為遲到回波。

（2）與聲束軸線平行的工件側(cè)壁干擾 實(shí)踐證明，位于工件側(cè)壁附近的小缺陷，用與側(cè)壁平行的聲束很難檢測(cè)，這是因?yàn)榇嬖谥ぜ?cè)壁干擾現(xiàn)象的緣故。這一干擾現(xiàn)象往往由經(jīng)側(cè)壁反射后的縱波（或橫波）與不經(jīng)反射的直射縱波之間的干涉引起的，其結(jié)果是干擾了直射聲波的返回聲壓，使探測(cè)靈敏度下降。

在脈沖反射式檢測(cè)中，一般單次脈沖持續(xù)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的聲程≤4λ，故只要側(cè)壁反射聲束路程大于直射縱波聲束路程4λ，側(cè)壁干擾即可避免。

對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)，縱波直探頭離側(cè)壁的距離d應(yīng)滿足下列條件，即

式中 f——超聲波探測(cè)頻率（MHz）；

X——入射點(diǎn)至探測(cè)點(diǎn)的距離（mm）。

4.圓柱形底面的三角形反射

由于圓柱形工件有一定曲率，直探頭與工件直接接觸時(shí)，接觸面為一很窄的條形區(qū)域，從而在圓柱的橫截面內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲束擴(kuò)散。圓柱曲率越小，擴(kuò)散越大。

當(dāng)擴(kuò)散聲束與探頭聲束軸線夾角（指向角）為30°時(shí)，擴(kuò)散縱波聲束經(jīng)圓柱面反射兩次后再返回探頭接收，形成等邊三角形的聲束路徑，這種反射稱為三角形反射。