超声场分为几个区域？各个区域的主要特征是什么？用示意图注明简述之
[提示]超声场是由声源发射超声振动的空间而形成特殊场，它可以根据超声在空间各部位声压大小不同，形象地用图示方法表示出来（如下图a）：超声场分为近场和远场两大部份，其中主声束以锥体形状（犹如鲜花主瓣），近场区内主声束以外的称为副瓣。主声束的扩散角按零阶贝塞尔函数计算出其主瓣的锥角范围，即J1(X)=J1(kasinθ)，J1(X)有很多根，其中最小的根为X0=3.83，则sinθ0=3.83/ka=(3.83/2π)(λ/a)=(3.83/π)(λ/2a) sinθ=1.22(λ/D) [D=2a--晶片直径，a为半径]，求出θ0值即为主瓣的扩散角（θ0），当用J2(X)、J3(X)……分别求出第一副瓣、第二副瓣……的扩散角θ1、θ2……等（如下图b），同样由sinθ=1.22(λ/D)求出，当S=b=1.64(D2/4λ)=1.64N时，主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离（也可用二项式展开证明）（注：也有资料以1.67N为主声束由晶片中心扩散到晶片边缘的距离）
2.试比较射线探伤与超声波探伤两种方法的适用范围和局限性
[提示]：应从两种方法的灵敏度高低、检测厚度范围、易发现的缺陷形状以及安全防护和经济性等方面进行比较
3．何谓波的、干涉现象？什么情况下合成振幅最大？什么情况下合成振幅最小？
答：①两列频率相同，振动方向相同，相位相同或相位差恒定的波相遇时，由于波叠加的结果，会使某些地方的振动始终互相加强，而另一些地方的振动始互相减弱或完全抵消，这种现象称为波的干涉，产生干涉现象的波称为相干波。相干波现象的产生是相干波传播到各点时波程不同所致。②当波程差等于波长的整数倍时，合成振幅达最大值。③当波程差等于半波长的奇数倍时，合成振幅达最小值。
4．何谓驻波？为什么通常取晶片厚度等于半波长？
答：①两列振幅相同的相干波，在同一直线上相向传播时互相叠加而成的波，称为驻波。②当介质厚度等于半波长整数倍时，会产生驻波。所以取晶片厚度可以形成驻波，产生共振，使合成振幅最大，有利于提高探头辐射超声波的效率。
5．什么是惠更斯原理？它有什么作用？
答：惠更斯原理：介质中波动传播到的各点都可以看到是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹就是新的波阵面。利用惠更斯原理，可以确定不同波源辐射的声波的形状和波的传播方向，可以解释声波在均匀和非均匀介质中传播的许多现象。
6.什么叫衰减？产生衰减的原因是什么？
答：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐减小的现象叫做超声波的衰减。超声波衰减的原因主要有三个：① 扩散衰减：超声波在传播中，由于声束的扩散，使能量逐渐分散，从而使单位面积内超声波的能量随着传播距离的增加而减小，导致声压和声强的减小。② 散射衰减：当声波在传播过程中，遇到不同声阻抗的介质组成的界面时，将发生散乱反射（即散射），从而损耗声波能量，这种衰减叫散射衰减。散射主要在粗大晶粒（与波长相比）的界面上产生。由于晶粒排列不规则，声波在斜倾的界面上发生反射、折射及波型转换（统称散射），导致声波能量的损耗。③ 粘滞衰减：声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内壁摩擦，从而使一部分声能变为热能。同时，由于介质的热传导，介质的疏、密部分之间进行的热交换，也导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。由介质吸收引起的衰减叫做粘滞衰减。
7.什么叫超声波声场？反映超声波声场特征的重要物理量有哪几个？什么叫声压、声强、声阻抗？
答：充满超声波的空间，或者说传播超声波的空间范围叫做超声波声场。声压、声强、声阻抗是反映超声波声场特征的三个重要物理量，称为超声波声场的特征量。超声波声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声波存在时，同一点的静态压强之差，称为声压。单位时间内穿过和超声波传播方向垂直的单位面积上的能量称为声强。介质中的任何一点的声压和该质点振动速度之比称为声阻抗。
8.超声波检测利用超声波的哪些特性？
答：①超声波有良好的指向性，在超声波检测中，声源的尺寸一般都大于波长数倍以上，声束能集中在特定方向上，因此可按几何光学的原理判定缺陷位置。②超声波在异质介面上将产生反射、折射、波型转换、利用这些特性，可以获得从缺陷等异质界面反射回来的反射波及不同波型，从而达到探伤的目的。③超声波检测中，由于频率较高，固体中质点的振动是难以察觉的。因为声强与频率的平方成正比，所以超声波的能量比声波的能量大得多。④超声波在固体中容易传播。在固体中超声波的散射程度取决于晶粒度与波长之比，当晶粒小于波长时，几乎没有散射。在固体中，超声波传输损失小，探测深度大。
9.在超声波反射法检测中为什么要使用脉冲波？
[提示]：①可使瞬时内发射能量很大，而总能量不大；②可做时标用，测量超声波在工件中的传播时间，从而对缺陷进行定位；③不是单色波，可克服缺陷厚度对超声波反射率与透过率的影响；④可显著减少入射波与反射波之间干涉区的长度；⑤从工程技术上比较容易制造出脉冲波的超声波检测仪
10.什么叫波的叠加原理？
答：波动的下述规律称为叠加原理：①两列波在传播过程中相遇后仍然保持它们各自原有的特性（频率、波长、振幅等）不变，按照自己原来的传播方向继续前进；②在相遇区域内，任意一点的振动为两列波所引起的振动的合成
11.什么叫波的绕射现象？
答：波在传播过程中遇到尺寸可以与波长向比拟的障碍物，或者一个大障碍物上尺寸可与波长比拟的小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续传播，而不会在障碍物背面产生“阴影”的现象叫做波的绕射现象
12.说明超声波声场具体分为哪几个区域？
答：超声波声场具体分为四个区域：①主声束和副瓣--声源正前方，声能最集中的锥形区域即为主声束，声源发射的声能主要集中在主声束。声束副瓣也称副声束，通常出现在邻近探头晶片的一个区域内，旁侧于主声束，其轴线倾斜于晶片表面，能量微弱，截面较小，晶片尺寸和波长之比的不同，副瓣的数量和辐射方向也不相同；②近场--指主声束中心轴线上最后一个声压极大值处至晶片表面这一区域，近场长度用N表示，它取决于晶片的直径D（或面积AS）和波长λ，用公式N=(D2-λ2)/4λ≈AS/πλ表示。近场区邻近压电晶片，声压分布最不均匀，这是由于该区域内声波干涉现象最严重，因此近场区也称干涉区，干涉现象对探伤有很大影响，探伤时要尽量避免；③远场--近场以外的区域称为远场。远场中各子波传播的距离已经很远，相位几乎相等，各量可以简单相加，声压值随距离增加而单调下降。远场区的大小由晶片尺寸、波长、介质的声学特性及激励晶片的电压决定，实质上即与超声波的发射功率以及传声介质特性相关；④未扩散区--主声束横截面与声源直径相同之点至近场与远场分界点的一段区域称为未扩散区，该点至晶片表面的距离约为近场区长度的1.6倍，该区域中的平均声压可以看作常数，从该点开始，主声束扩散，形成锥体。
13.现有一合金材料（CL=2.3x106mm/s，CS=1.63x106mm/s），用2.5MHz13x13 tgβ=2（β=63.4°）（有机玻璃-钢）的斜探头，能否实现在该材料中的纯横波探伤？如果不能，请说明理由并提出应采取什么措施？
答：不能，因为不存在第一临界角，合金材料中始终是纵、横波同时存在，解决的办法是使波型转换器（有机玻璃斜楔）的声速降到C1L＜C2L的情况，例如改用水楔，此时水-合金材料的第一临界角为40°，只要水中入射角大于40°即可。
14.试从超声波前进方向的角度出发，广义地叙述超声波在界面上的行为。
答：广义地说，超声波在异质界面上的行为有反射、折射、波型转换或使超声波束发生收敛、发散、绕射及散射。
