超声检测

02 · 纵波、横波、表面波与导波

用质点位移和传播方向理解波型，建立声速、频率和波长之间的数量关系。

基础5 分钟 · 含演算修订于 2026-10-28编辑责任：材相 Lab 编辑组

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先记住这三点

声波传播能量和扰动，材料质点在平衡位置附近运动。纵波的主要位移平行于传播方向，横波垂直于传播方向。各向同性固体可支持二者；普通流体在常规体波条件下不能支持像固体那样的剪切体波。

表面 Rayleigh 波集中于表面附近，幅值随深度衰减，主要敏感尺度约为一个波长，但不是到一波长处突然为零。板中的 Lamb 波等导波受边界约束，通常具有频散，不能总用一个恒定声速解释所有频率。

均匀各向同性线弹性固体中，cL=√[(Kbulk+4G/3)/ρ]，cS=√(G/ρ)，其中 Kbulk 为体积模量、G 为剪切模量、ρ 为密度。这里的 Kbulk 不是裂纹应力强度因子。材料越“硬”不必然声速越大，还取决于密度与模量组合。

晶体或有织构的材料可能各向异性，传播方向和偏振影响声速及能量方向。焊缝、铸件和复合材料中，简单均匀各向同性声路应作为待验证近似。

λ=c/f。教学设钢中 cL=5900 m/s，f=5 MHz，则 λL=1.18 mm；若 cS=3230 m/s，λS≈0.646 mm。频率提高时波长缩短，但穿透、散射噪声和衰减可能变得不利。

不能把波长直接称作“最小可检缺陷尺寸”。某些远小于波长的反射体仍可能产生可测信号，但可靠定位、定量和分辨两个相邻反射体是不同问题。

单一频率的相位移动由相速度描述，波包或能量传播常与群速度相关。非频散近似下二者一致；导波或频散介质中则可能不同。用脉冲到达时间测距时，要采用与所选波包及模式相符的速度。

练习：同样 5 MHz 频率下横波波长更短，不表示它总能穿透得更深。穿透取决于材料衰减、散射、声束和耦合，需综合评估。

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