超声考试复习题Word文档下载推荐.docx

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32、横波以35°

～55°

入射至钢/空气界面，钢中横波声压反射率最低。

（×

）

33、近场区长度计算公式N=Fs/πλ，只适用于均匀介质。

（O）

34、横波发射的声场其假想波源面积大于实际波源面积。

（×

35、声压反射、折射定律只反映反射波和折射波的方向、反映不出声压反射率

和透射率的大小。

（O）

二、选择真空题（将正确答案走在括号内）

1、超声波是频率超出人耳听觉的弹性机械波，其频率范围约为：

（A）

A.高于20000HzB.1～10MHz

C.高于200HzD.0.25～15MHz

2、在金属材料的超声波探伤中，使用最多的频率范围是：

（C）

A.10～25MHzB.1～1000MHz

C.1～5MHzD.大于20000MHz

3、机械波的波速主要取决于（D）

A.机械振动中质点的速度B.机械振动中质点的振幅

C.机械振动中质点的振动频率D.弹性介质的特征

4、在下列不同类型超声波中，哪种波的传播速度随频率的不同而改变？

（B）

A.表面波B.板波C.疏密波D.剪切波

5、超声波入射到异质界面时，可能发生（D）

A.反射B.折射C.波型转换D.以上都是

6、超声波在介质中的传播速度与（D）有关。

A.介质的弹性B.介质的密度

C.超声波波型D.以上全部

7、在流体中可传播：

（A）

A.纵波B.横波

C.纵波、横波及表面波D.切变波

8、钢中超声波纵波声速为5900m/s，若频率为10MHz则其波长为：

（C）

A.59mmB.5.9mmC.0.59mmD.2.36mm

9、超声波在弹性介质中传播时有（D）

A.质点振动和质点移动B.质点振动和振动传递

C.质点振动和能量传播D.B和C

10、若频率一定,下列哪种波型在同种固体弹性介质中传播的波长最短:

（D）

A.剪切波B.压缩波

C.横波D.瑞利表面波

11、材料的声速和密度的乘积称为声抗阻,它将影响超声波（B）

A.在传播时的材质衰减

B.从一个介质到达另一个介质时在界面上的反射和透射

C.在传播时的散射D.扩散角大小

12、当超声纵波由水垂直射向钢时,其声压透射率大于1,这意味着:

（D）

A.能量守恒定律在这里不起作用B.透射能量大于入射能量

C.A与B都对D.以上都不对

13、垂直入射到异质界面的超声波束的反射声压和透射声压：

（C）

A.与界面两边材料的声速有关

B.与界面两边材料的密度有关

C.与界面两边材料的声阻抗有关

D.与入射声波波型有关

14、超声波传播过程中，遇到尺寸与波长相当的障碍物时，将发生（B）

A.只绕射,无反射B.既反射,又绕射

C.只反射,无绕射D.以上都可能

15、在同一固体介质中,当分别传播纵、横波时，它的声阻抗将是（C）

A.一样B.传播横波时大

C.传播纵波时大D.无法确定

16、在同一界面上，声强透射率T与声压反射率r之间的关系是（B）

A.T=r2B.T=1-r2C.T=1+rD.T=1-r

17、超声波倾斜入射至异质界面时，其传播方向的改变主要取决于（B）

A.界面两侧介质的声阻抗B.界面两侧介质的声速

C.界面两侧介质衰减系数D.以上全部

18、一般地说,如果频率相同,则在粗晶材料中穿透能力最强的振动波型为:

（B）

A.表面波B.纵波

C.横波D.三种波型的穿透力相同

19、在水/钢界面上，水中入射角为17。

，在钢中传播的主要振动波型为：

A.表面波B.横波

C.纵波D.B和C

20、如果将用于钢的K2探头去探测铝（CFe=3.23KM/s,CAl=3.10KM/s），则K值会（B）

A.大于2B.小于2

C.仍等于2D.还需其他参数才能确定

21、第一临界角是：

A.折射纵波等于90。

时的横波入射角

B.折射横波等于90。

时的纵波入射角

C.折射纵波等于90。

D.入射纵波接近90。

时的折射角

22、要在工件中得到纯横波,探头入射角ɑ必须：

（C）

A.大于第二临界角B.大于第一临界角

C.在第一、第二临界角之间D.小于第二临界角

23、用直探头以水为透声楔块使钢板对接焊缝中得到横波检测，此时探头声束轴线相对于探侧面的倾角范围为：

（A）

A.14.7。

～27.7。

B.62.3。

～75.3。

C.27.2。

～56.7。

D.不受限制

24、超声波（活塞波）在非均匀介质中传播，引起声能衰减的原因是：

A.介质对超声波的吸收B.介质对超声波的散射

C.声束扩散D.以上全部

25、波束扩散角是晶片尺寸和传播介质中声波波长的函数，并且随（B）

A.频率增加，晶片直径减小而减小

B.频率或晶片直径减小而增大

C.频率或晶片直径减小而减小

D.频率增加，晶片直径减小而增大

26、晶片直径D=20mm的直探头，在钢中测得其零辐射角为10。

，该探头探测频率约为：

A.2.5MHzB.5MHzC.4MHzD.2MHz

27、Φ14mm，2.5MHz直探头在钢中近场区长度为：

A.27mmB.21mmC.38mmD.以上都不对

28、在非扩散区内大平底距波源距离增大1倍，其回波减弱（D）

A.6dBB.12dBC.3dBD.0Db

29、下列直探头，在钢中指向性最好的是（C）

A.2.5P20ZB.3P14ZC.4P20ZD.5P14Z

30、在探测条件相同的情况下，声程相同，面积比为2的两个平底孔，其反射波高相差（A）

A.6dBB.12dBC.9dBD.3dB

31、外径为D,内径为d的空心圆柱体，以相同的灵敏度在内壁和外圆探测，如忽略耦合差异，则底波高度比为（D）

　A.1B.（D/d）½

C.[（D-d）/2]½

D.D/d

32、同直径的平底孔在球面波声场中距声源距离增大1倍,则回波减弱:

　　A.6dBB.12dBC.3dBD.9dB

33、圆盘圆辐射的纵波声场其半扩散角计算公式是（B）。

A、θo≈57λ/2ɑB、θo≈70λ/Ds

C、θo≈57λ/2bD、以上都不是。

34、描述机械波的主要物理量有（C）。

A、周期和频率。

B、周期、波长和振幅。

C、周期、频率、波长和波速。

D、以上都是。

35、产生机械波必备的条件是（C）。

A、要有作机械振动的波源。

B、要有能传播机械振动的弹性介质。

C、要有质点的移动和传播。

C、A和B。

三、问答题

1、什么是机械振动和机械波？

二者有何关系？

2、什么是弹性介质？

同样作为传声介质，固体和液体、气体有哪些不同？

3、什么是波动频率、波速和波长？

三者有何关系？

4、简述影响超声波在介质中传播速度的因素有哪些?

5、什么叫超声波？

超声场的特征量有哪些？

6、什么叫波型转换？

波形转换与哪些因素有关？

7、什么叫超声波的衰减？

简述衰减的种类和原因?

8、何谓主声束？

何谓指向性？

指向性与哪些因素有关？

9、圆盘源活塞波声场可分为哪几个区域？

各有什么特点？

10、什么是缺陷的当量尺寸？

在超声波探伤中为什么要引进当量的概念？

四、计算题

1、铝（Al）纵波声速为6300m/s，横波声速为3100m/s，试计算2MHz的超声波在铝（Al）中的纵、横波波长？

2、5P20×

10K2斜探头，楔块中声速CL1=2700m/s，钢中声速CL2=5900m/s；

CS2=3200m/s,求探头入射角为多少度？

3、已知钢中CS=3230m/s，某硬质合金中CS=4000m/s，铝中CS=3080m/s，求用探测钢的K1.0横波探头探测该硬质合金和铝时的实际K值为多少？

4、已知钢中CL=5900m/s，CS=3230m/s，水中CL=1480m/s，超声波倾斜入射到水/钢界面。

①求ɑL=10。

时对应的ß

L和ß

S

②求ɑⅠ和ɑⅡ

5、已知超声波探伤仪示波屏上有A、B、C三个波，其中A波高为满刻度的80%，B波为50%，C波为20%。

①设A波为基准（0dB），那么B、C波高各为多少dB？

②设B波为基准（10dB），那么A、C波高各为多少dB？

（

③设C波为基准（-8dB），那么A、B波高各为多少dB？

6、示波屏上有一波高为满刻度的100%，但不饱和。

问衰减多少dB后，该波正好为10%？

7、不锈钢与碳素钢的声阻抗约差1%，试计算超声波由不锈钢进入碳钢时，复合界面上的声压反射率。

8、某工件厚度T=240mm，测得第一次底波为屏高的90%.第二次底波为15%，如忽略反射损失，试计算该材料的衰减系数？

9、试计算5P14SJ探头，在水中（CL=1500m/s）的指向角和近场区长度？

10、试计算2.5MHz、10×

12mm方晶片K2.0横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为12mm，求此探头在钢中的近场区长度N′。

（钢中CS=3230m／s,cosβ/cosɑ=0.68,tanɑ/tanβ=0.58）

标准答案：

一、是非题

1（×

）、2（×

）、3（O）、4（×

）、5（O）、6（O）、7（×

）、8（O）、9（O）、

10（×

）、11（O）、12（×

）、13（O）、14（O）、15（O）、16（O）、17（×

）、

18（×

）、19（O）、20（×

）、21（×

）、22（×

）、23（O）、24（×

）、25（×

26（×

）、27（O）、28（O）、29（O）、30（O）、31（O）、32（×

）、33（O）、

34（×

）、35（O）

二、选择题

1（A）、2（C）、3（D）、4（B）、5（D）、6（D）、7（A）、8（C）、9（D）、10（D）、11（B）、12（D）、13（C）、14（B）、15（C）、16（B）、17（B）、18（B）、19（B）、20（B）、21（C）、22（C）、23（A）、24（D）、25（B）、26（D）、27（B）、28（D）、29（C）、30（A）、31（D）、32（B）、33（B）、34（C）、35（C）

1、答：

物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。

机械振动在弹性介质中传播就产生机械波，振动是产生波动的根源，而波动是振动这一运动方式在介质中的传播。

2、答;

在介质内部，各质点间以弹性力联系在一起，这样的介质称为弹性介质。

一般固体、液体气体都可视为弹性介质。

但前者与后两者存在区别，固体内部可以存在拉、压应力和剪切应力，而液体或气体内部不存在拉应力或剪切应力，只可以传递压应力。

纵波是靠拉、压应力传播的，所以在固体、液体、气体中都可以传播，而横波或表面波的传播需要剪切应力，所以它们只能在固体中传播，而不能在液体或气体中传播。

3、答：

波动过程中，任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数，称为波动频率。

波动频率在数值上等同振动频率，用f表示，单位为赫兹（Hz）。

波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，用C表示。

常用单位为米/秒（m/s）或千米/秒（km/s）。

在同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离,称为波长,用λ表示。

波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离。

波长的常用单位为毫米（mm）、米（m）。

由波速、波长和频率的定义可得：

C=λf或λ=C/f

由上式可知，波长与波速成正比，与频率成反比。

当频率一定时，波速愈大，波长就愈长；

当波速一定时，频率愈低，波长久愈长。

4、答：

（1）超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和介质的密度有关。

对一定的介质，弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。

不同介质，声速不同。

（2）超声波波型不同时，声速也不一样。

同一介质，传播不同类型声波时，声速也不相同。

（3）介质尺寸大小及介质温度对声速也有一定的影响。

5、答：

充满超声波的空间或超声振动所波及的部分介质，称为超声场。

描述超声场的特征量（既物理量）有声压、声强和声阻抗。

声压：

超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强P1与没有超声波存在的同一点的静压强P0之差，称为该点的声压。

P=P1-P0。

声强：

在超声波传播方向上，单位时间内垂直通过单位面积的声能，称为声强。

常用1表示。

声阻抗：

介质中某一点的声压P与该质点振动速度u之比，称为声阻抗，常用Z表示，Z=P/u，声抗阻在数值上等于介质的密度p与介质中声速c的乘积。

Z=p.c。

6、答：

（1）超声波倾斜入射到异质界面时，除产生与入射波同类型的反

和折射波外，还会产生与入射波不同类型的反射或折射波，这种现象称

为波型转换。

（2）波型转换只发生在倾斜入射的场合，与界面两侧介质的特性（状态、声束等）以及波的入射角度有关。

7、答:

超声波在介质中传播时,随着传播距离的增加,超声波的能量逐渐

减弱的现象称为超声波的衰减。

衰减的种类和原因：

（1）扩散衰减：

由于声束的扩散，随着传播距离的增加，波束截面愈来愈大，从而使单位面积上的能量逐渐减少。

这种衰减叫扩散衰减。

扩散衰减主要取决于波阵面的几何形状，与传播介质的性质无关。

（2）散射衰减：

超声波在传播过程中，遇到由不同声阻抗介质组成的界面时，发生散射（反射、折射或波型转换）,使声波原传播方向上的能量减小。

这种衰减称为散射衰减。

材料中晶粒粗大（与波长相比）是引起散射衰减的主要因素。

（3）吸收衰减：

超声波在介质中传播时，由于介质中质点间的内摩擦（粘滞性）和热传导等因素，使声能转换成其他能量（热量）。

这种衰减称为吸收衰减，又称粘滞衰减。

散射衰减、吸收衰减与介质的性质有关，因此统称为材质衰减。

8、答：

（1）声源正前方声能集中地锥形区域称为主声束。

（2）声源辐射的超声波，以确定的扩散角向固定的方向辐射的特性称为声束指向性。

（3）指向性的优劣常用指向角表示，指向角指主声束的半扩散角，通常用第一零值辐射角表示，即声压为零的主声束边缘线与声束轴线间的夹角。

（4）指向角θo与波长和晶片直径比值（λ/D）有关，D愈大，λ愈短，θo愈小，声束指向性愈好。

9、答：

超声场可分为主声束和副瓣。

主声束是指声源正前方，声能

最集中的锥形区域。

主声束轴线与探头晶片垂直，声束截面大。

副瓣位于主声束旁，其轴线倾斜于晶片，能量微弱，截面较小，

晶片尺寸与波长的比值不同，副瓣的数量和辐射方向也就不同。

超声波探伤所利用的是主声束声场，探头的频率指的是主声束频率。

主声束声场可分为近场和远场。

近场是指声束中心轴线上最后一个声压极大值处至晶片表面之间的区域。

近场区长度用N表示，它取决于晶片直径D和波长λ，可用公式N=D2/4λ表示。

近场区又称干涉区，此区域内声波干涉现象严重，声压分布极不均匀，对缺陷定量有很大影响，探伤时应尽量避免。

远场区是指近场以外区域。

由于干涉现象随声程的增加而减小，到远场区已经很弱，进而消失。

远场区声压随声称的增加而单调下降，逐渐接近球面波声压变化规律。

未扩散区：

从晶片表面到1.64N这段距离，可认为超声波是准直传播，没有扩散，称作未扩散区，未扩散区内平均声压可看作常数。

未扩散区后的主声束扩散成锥形。

10、答：

目前工业超声波探伤应用最普通的是A型显示脉冲反射法。

反射法是根据缺陷反射回波声压的高低来评价缺陷的大小。

然而工作中的缺陷形状性质各不相同，目前的探伤技术还难以确定缺陷的真实大小和形状。

回波声压相同的缺陷的实际大小可能相差很大，为此特引用当量法。

当量法是指在同样的探测条件下，当自然缺陷回波与某人工规则反射体回波等高时，则该人工规则反射体的尺寸就是此自然缺陷的当量尺寸。

自然缺陷的实际尺寸往往大于当量尺寸。

1、解：

已知CL=6300m/s,Cs=3100m/sf=2×

106Hz

∵λ=C/f

∴纵波波长λL=CL/f=63×

106/2×

106=3.5（mm）

横波波长λs=Cs/f=3.1×

106=1.55（mm）

答：

2MHz的超声波在铝（Al）中的纵波波长为3.5mm，横波波长为1.55mm。

2、解：

已知K=tgβ=2，则β=tg-12≈63.4。

∵sinɑ/CL1=sinβ/CS2

∴sinɑ=（2700/3200）×

0.894=0.755

ɑ=sin-10.755=49。

答：

探头入射角为49。

3、解：

（1）探硬质合金时K硬值：

∵K钢=1∴β钢=45。

由sinβ硬/sinβ钢=CS硬/CS钢得

sinβ硬=（4000sin45。

/3230）β硬=61.6。

K硬=1.8

（2）探铝时的K铝值：

∵β钢=45。

（sinβ铝/sinβ钢）=（CS铝/CS钢）

∴sinβ铝=（3080sin45。

/3230）

β铝=42.4。

K铝=0.9

用探测钢的K1.0横波探头探测硬质合金时实际K硬=1.8，

探测铝时的实际K铝=0.9。

4、解：

（1）求ɑL=10。

相对应的βL和βs

已知：

ɑL=10。

CL钢=5900m/sCS钢=3230m/sCL水=1480m/s

∵sinɑL/sinβL=CL水/CL钢

∴sinβL=sinɑL.CL钢/CL水

βL=43.8。

又∵sinɑL/sinβS=CL水/CS钢

∴sinβS=sinɑLCS钢/CL水=3230sin10。

/1480

βs=22.3。

（2）求ɑⅠ和ɑⅡ

∵sinɑⅠ/sinβL=CL水/CS钢

∴sinɑⅠ=（1480sin90。

/5900）

ɑⅠ=14.5。

又∵sinɑⅡ/sinβS=CL水/CS钢

∴sinɑⅡ=（1480sin90。

/3230）

ɑⅡ=27.3。

在

5、解：

（1）以A波为基准（0dB），则B、C波高为：

∵△BA=20lgB/A=20lg50/80=-4dB

∴B波高为-4dB

又∵△CA=20lg（C/A）=20lg（20/80）=-12dB

∴C波高为-12dB

（2）以B波为基准（10dB），则A、C波高为：

∵△AB=20lg（A/B）=20lg（80/50）=4dB

∴A波高为10+4=14dB

又∵△CB=20lg（C/B）=20lg（20/50）=-8Db

∴C波高为10+（-8）=2dB

（3）以C波为基准（-8dB），则A、B波高为：

∵△AC=20lg（80/20）=12dB

∴A波高为-8+12=4dB

又∵△BC=20lg（50/20）=8dB

∴B波高为-8+8=0dB

6、解：

已知一波高H1=100%，另一波高H2=10%求△12=？

由△12=20lgP1/P2=20lgH1/H2=20lg（100/10）

得△12=20dB

衰减20dB后，该波正好为10%。

7、解：

设不锈钢声阻抗为Z1，碳钢声阻抗为Z2，且Z2=1

∵二者声阻抗约差1%

∴（Z2-Z1）/Z2=1%

Z1=99%

由r=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）

=（1-0.99）/（1+0.99）≈（0.22+2）=0.005=0.5%

复合界面的声压反射率为0.5%。

8、解：

已知T=240mmB1=90%B2=15%求衰减系数ɑ=？

∵T>

200mm可按厚件衰减系数公式ɑ=20lg（B1/B2-6-δ）/2T计算

由于δ不计

∴ɑ=20lg（90/15-6）/2×

/240=（15.6-6）/480

ɑ=0.02（dB/mm）

该材料的衰减系数为0.02dB/mm。

9、解：

已知f=5MHz=5×

106Hz，D=14mm，CL=1500m/s=1.5×

106mm/s，

求：

θo，N

∵λ=（C/f）

∴λ=1.5×

106/5×

106=0.3（mm）

又∵θo=70（λ/D）N=（D2/4λ）

∴θo=70×

0.3/14=1.5。

N=（D2/4λ）=142/4×

0.3=163（mm）

该探头的在水中的指向角为1.5。

，近场长度为163mm。

10、解：

已知f=2.5MhzCs2=3.23Km/sFs=10×

12cosβ/cosɑ=0.68

tanɑ/tanβ=0.58L1=12mm求钢中近场长度Nˊ=？

∵λs2=Cs2/f

∴λs2=3.23/2.