一、基于超聲波的傳播特性

反射現(xiàn)象

當(dāng)超聲波在金屬內(nèi)部傳播時(shí)，如果遇到缺陷（如裂紋、夾雜、空洞等），由于缺陷與金屬基體的聲阻抗不同，就會(huì)在缺陷界面處發(fā)生反射。例如，空氣與金屬的聲阻抗差異很大，若金屬內(nèi)部存在空洞這種缺陷，超聲波傳播到空洞界面時(shí)，很大一部分能量就會(huì)被反射回來(lái)，這一反射波可以被傳感器接收并用于分析缺陷的相關(guān)信息。這種反射特性是檢測(cè)內(nèi)部缺陷的重要依據(jù)之一，通過(guò)分析反射波的幅度、相位等信息，可以推斷缺陷的一些特性，如缺陷的大小、形狀等。具體原理可參考：超聲無(wú)損檢測(cè)在金屬修復(fù)中的創(chuàng)新，在這個(gè)文檔中詳細(xì)闡述了超聲波在遇到缺陷時(shí)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，并利用這些現(xiàn)象來(lái)獲取缺陷信息的原理。

折射現(xiàn)象

除了反射，超聲波遇到缺陷時(shí)還可能發(fā)生折射。折射波的傳播路徑與缺陷的形狀和聲阻抗差有關(guān)。例如在檢測(cè)形狀不規(guī)則的夾雜缺陷時(shí)，折射波會(huì)沿著夾雜與金屬基體的界面發(fā)生復(fù)雜的折射，通過(guò)分析折射波的傳播路徑和相關(guān)參數(shù)，有助于確定缺陷的形狀等特性。

散射現(xiàn)象

當(dāng)超聲波遇到金屬內(nèi)部的微小缺陷（如細(xì)小的夾雜物）時(shí)，會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。這些散射波向各個(gè)方向傳播，其中一部分也會(huì)被傳感器接收。散射波的特性與缺陷的大小、形狀、分布等有關(guān)。例如在檢測(cè)金屬內(nèi)部彌散分布的細(xì)小夾雜物時(shí)，散射波的強(qiáng)度、頻率等特征能夠反映夾雜物的分布密度等信息。

二、檢測(cè)的具體操作與信號(hào)處理

儀器設(shè)備與探頭

首先需要使用超聲波探傷儀這種專門的設(shè)備，并且配備合適的探頭。探頭的類型（如直探頭、斜探頭等）根據(jù)檢測(cè)的需求和金屬部件的形狀、結(jié)構(gòu)等來(lái)選擇。直探頭常用于檢測(cè)垂直于探測(cè)面的內(nèi)部缺陷，斜探頭則適用于檢測(cè)與探測(cè)面成一定角度的缺陷，如焊縫中的斜向裂紋等。

發(fā)射超聲波

操作人員通過(guò)探傷儀向被檢測(cè)的金屬部件發(fā)射高頻超聲波脈沖。這些脈沖在金屬內(nèi)部傳播，遇到缺陷時(shí)就會(huì)產(chǎn)生前面提到的反射、折射、散射等現(xiàn)象。

接收與轉(zhuǎn)換信號(hào)

傳感器（探頭）接收反射、折射或散射后的超聲波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這一過(guò)程中，探頭的性能對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響，例如探頭的靈敏度、頻率響應(yīng)等特性決定了它能否有效地接收微弱的反射信號(hào)并準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

信號(hào)處理與分析

探傷儀對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行處理和分析。例如，分析接收到的反射波的幅度、時(shí)差和相位等信息。反射波幅度與缺陷的尺寸和聲阻抗差有關(guān)，如果反射波幅度較大，可能意味著缺陷的尺寸較大或者缺陷與金屬基體的聲阻抗差異較大；時(shí)差信息可以用于確定缺陷在金屬部件中的深度位置，因?yàn)樵谝阎暡ㄔ诮饘僦械膫鞑ニ俣鹊那闆r下，根據(jù)反射波的傳播時(shí)間就可以計(jì)算出缺陷的深度；相位信息也有助于判斷缺陷的類型和特性。通過(guò)這些信息的綜合分析，就可以推斷缺陷的尺寸、形狀和位置等信息。

超聲波檢測(cè)金屬內(nèi)部缺陷的局限性

雖然超聲波檢測(cè)在檢測(cè)金屬內(nèi)部缺陷方面有很多優(yōu)勢(shì)，但也存在一些局限性。例如，對(duì)近表面缺陷的檢測(cè)靈敏度較低，這是因?yàn)榻砻鎱^(qū)域的超聲波信號(hào)比較復(fù)雜，容易受到干擾，導(dǎo)致對(duì)近表面處小缺陷的檢測(cè)能力有限；對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件，檢測(cè)難度較大，因?yàn)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)可能會(huì)使超聲波的傳播路徑變得復(fù)雜，產(chǎn)生多次反射、折射等情況，影響對(duì)缺陷信號(hào)的準(zhǔn)確判斷；對(duì)于高衰減材料，檢測(cè)深度有限，由于高衰減材料會(huì)大量吸收超聲波的能量，使得超聲波在傳播較短距離后能量就變得很微弱，從而無(wú)法有效檢測(cè)較深位置的缺陷。這些局限性也需要在實(shí)際檢測(cè)中加以考慮和應(yīng)對(duì)。具體可參考超聲無(wú)損檢測(cè)在金屬修復(fù)中的創(chuàng)新中的相關(guān)闡述。