超声检测
04 · 折射、模式转换与斜探头
从 Snell 定律画出楔块声路，说明角度定义、临界角和材料各向异性的影响。
先记住这三点
- 角度从法线量起
- 一个楔块算例
- 声束和声线的差别
- 应用前先画覆盖图
角度从法线量起
对平面界面与相应模式，Snell 关系为 sinθ₁/c₁=sinθ₂/c₂。θ 相对界面法线定义，c 为该波型声速。固体界面斜入射时，可能同时出现反射和透射的纵、横波，不能只画一条线忽略模式转换。
当某模式要求 sinθ₂>1 时，该模式不再以普通折射体波形式传播。临界角由对应两侧声速确定，不能只记一个适用于所有楔块和钢材的角度。
一个楔块算例
教学设楔块纵波 c₁=2730 m/s、钢纵波 5900 m/s、钢横波 3230 m/s。入射角 35° 时，钢中纵波所需正弦值大于 1，而横波折射角约为 42.7°。这说明可通过楔块选择使目标横波声路占主导的条件。
对应纵波临界角约为 arcsin(2730/5900)=27.6°，横波临界角约为 arcsin(2730/3230)=57.7°。这些是给定声速下的理想计算，并非实物探头的认证值；实际折射角须通过适用试块校准。
声束和声线的差别
探头发出的声束有有限宽度与角分布，声线只是中心路径近似。楔块厚度、接触面、曲率和频率都会影响声束。各向异性焊缝中，能量传播方向与相位法线可能不同，简单 Snell 几何需要进一步检查。
双晶探头还涉及发射和接收声束交叠，短声程可能有 V 路径修正。不能把所有探头都按单晶直入射的 d=ct/2 使用。
交互练习 · 原创教学模型
楔块折射：一个入射角，两种候选波型
横波：42.74°
纵波：无普通折射体波
sinθ₁/c₁ = sinθ₂/c₂。所需 sinθ₂ 超过 1 时，这个模式不能作为普通折射体波传播。
平面界面与均匀各向同性介质。给定楔块纵波 2730 m/s、钢纵波 5900 m/s、钢横波 3230 m/s。只画传播方向，未计算能量分配、表面波、倏逝波或实际声束宽度。
应用前先画覆盖图
将探头入射点、折射角、材料厚度、焊缝坡口与目标缺陷方向画在一起。评估声束是否以有利方向照射目标，是否出现底面反射和模式转换。覆盖图应包括边缘与近表面区域。
练习：探头标称角度并不是楔块外表面斜角，也不是声束相对工件表面的夹角。报告时写清它是工件内、哪一种模式、相对法线的折射角。
来源与延伸阅读
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