0序言
在远东网BBS.UT部分，有两个帖子。一个帖子的题目叫《均匀介质中的异质薄层问题》，内容如下(个别地方文字，我做了修改):
教科书中描述:当薄层两侧介质声阻抗相等，薄层厚度为其半波长的整数倍时，超声波全透射，好像不存在薄层一样，那么如果钢材内部出现夹渣，其厚度符合条件，是否就不会出现回波？
薄层厚度应该如何规定？或者说什么厚度的介质算作薄层？
另一个帖子的题目叫《关于钢中气隙透声的问题》，内容如下:
特压《超声检测》教材2008版第37页图2—37和图2—38，分别画出了气隙透射率t和反射率r与d.f的关系。其中，d为气隙厚度，f为超声波频率。请问:当透射率t=100%时，此时的d，是半波透声层么？
我认为:第一个帖子提的问题，主要是“薄层半波(厚)透声”问题;第二个帖子提的问题，是“超薄层透声”问题。透声-----透射的问题，即超声波从第一介质，经薄层射入第三介质，有透射率，透射率t≠0的问题。针对帖子提的问题，根据笔者以前讲稿，编写了这篇短文。如有不当，请指正。
1概述
1.1什么是平界面薄层和超薄层？
从手头现有资料，查不到关于“薄层”和“超薄层”的定义，因此，我只好做如下叙述，并冠以“平界面”三字。因为迄今为止，研究超声的反射和折射定律，声压和声强的反射率和透射率，均以“平界面”为前提。
平界面薄层
介于第一介质(固体)和第三介质(固体)中的中间层(第二介质)，它有两个平行的平界面，中间层厚度d与其波长λ2的关系为: d≤λ2。
平界面超薄层
厚度小于半波长、但实际上声压透射率高于半波层的平界面薄层，称为平界面超薄层。对固体和液体而言，一般超薄层的厚度d≤λ/8。
至于超薄层定义，怎么来的，我将在后面讨论。
1.2纵波垂直入射
讨论平界面薄层的透射，主要是讨论纵波垂直入射。由此得出的一些结论，可供横波或倾斜入射参考。
超声波入射平界面，理论上的边界条件是:
在界面上，两侧的声压和质点振动速度在法线方向上的分量相等。
教材或资料上，为什么都讲纵波垂直入射(垂直透射)呢？因为这样一来，波的声压和质点振动速度本身就是法向量了，且无波型转换，使问题简化了许多。
1.3频率不变
一条经常被我们忽视的重要结论，也是问题讨论的基础:
超声波遇到不同介质发生反射和折射后，它的频率不变，对脉冲而言，可以认为频带宽度不变。
我不知这个重要结论是试验得来，还是理论推导来的。但它在计算第二和第三介质中波长方面的重要性，是不言自明的。
1.4薄层透声不包括气体薄层
由于气体声阻抗(Z2)太小，Z2趋近于零，声波无法从第一介质透射进气体薄层。所以，我认为，气体薄层不存在透声问题(透射率t=0)。UT接触法，使用耦合剂，目的就是为了排除空气，就是“气体薄层不存在透声问题”的最好佐证。
特压《超声检测》教材2008版第36页给出的公式(2—37)和(2—38)，似乎不适合气体薄层，我对该教材第37页图2—37和图2—38气隙透声持否定态度。因此，我认为，讨论薄层半波透声和超薄层透声，不包括或不涉及气体薄层，仅限于固体或液体薄层。
1.5按阻抗对薄层分类
工件中，有缺陷，就属于这种情况(往往Z2‹Z1=Z3)，但一般教材又不大讨论这个问题。本文后面的“半波透声”，重点讨论这个问。
气体薄层不存在透声问题，这就是说，气孔、未焊透和裂纹类含气体的焊接缺陷，不存在透声问题，全反射，声压反射率r=100%;而可以透声的焊接缺陷，只有夹渣和夹渣性未熔合了。
UT接触法使用耦合剂，就属这种情况，本文在“超薄层透声”部分，会讨论这个问题。
用于直探头保护膜设计。由于篇幅所限，本文不多涉及
2关于“半波透声”问题 半波透声，即固体或液体薄层厚度d，为其半波长的整数倍时，超声波全透射，这一理论是无可争辩的。但实际上，有下列两种情况，使问题复杂了: 2.1对单一频率的连续(简谐)波 其在薄层中的半波长λ2/2，是个常数，或近似为常数。然而，夹渣等自然缺陷的厚度(或宽度)d，却是变化的，可能缺陷的某处d=λ2/2，声波好透过，但缺陷的其它处，则可能d≠λ2/2，则可能不好透射，有些反射。或者说，在实际上，找不到“其厚度完全符合条件”的缺陷，只能找到部分厚度符合条件的缺陷，因为有部分透射，反射声压变小了。或者说，对符合薄层条件的自然缺陷而言，没有100%的透射，也没有100%的反射。 2.2对于脉冲波 我们实际使用的是脉冲波，它们有一定的频带宽度(或称有效频率范围)，因此，波长也就有了一个有效范围。例如，使用2.5MHz、相对带宽B=60%的探头，其高端频率fu=2.5MHzX(1+0.3)=3.25MHz，低端频率f1=2.5MHzX(1-0.3)=1.75MHz。 假设某夹渣平均横波声速度1500m/s，其平均波长λ=0.625mm，但波长有效范围却为0.46—0.85mm，半波长有效范围为0.23—0.425mm。假设某夹渣某处厚度d=0.425mm，那么，此处能较好地通过接近低端频率的波，而不大好通过接近高端频率或平均波长的波了。然而，夹渣各处的厚度也是不均匀。因此，可以肯定地说，既使厚度d等于或接近标称半波长的薄层，由于不大好通过高、低端频率的波，也不存在100%的透射，但也不存在100%的反射。 至于夹渣和夹渣性未熔合是否会因半波透声而漏检，那要看扫查灵敏度高低，以及缺陷与声束相对位置，以及造成按原路反射回波的高低了。 我凭个人经验认为:较大的、外型不大规则的体积性(厚度d往往大于波长)的夹渣类缺陷，一般不会漏检。扁平的条状气孔(虫孔---往往是条状气孔式未熔合)类缺陷，虽然声压反射率很高，但因孔壁平滑，对入射声束方向性要求很高，往往使反射波不能按原路返回，探头收不到回波，反而容易漏检。 2.3我的结论 (1)半波透声，不包括气体薄层。 (2)对于人工制造的、半波长厚度的固体透声薄层，当其厚度d等于(标称)半波长，且考虑阻抗Z1、Z2和Z3的匹配，其声压透射率可能接近100%。 (3)对于非人工制造的固体或液体薄层，既使厚度d，等于或接近(标称)半波长，其声压透射率仅略高于其它厚度，但远小于100%。典型的例子，请看特压《超声检测》教材2008版第174页图6—1(请注意此图仅表示回波高度与耦合层厚度的关系，扣除了其它衰减因素)。由图可以看出:当d≈λ/2时，回波高度(Hp)大约较入射高度(Ho)小14dB，即 20lg(Ht/Ho)=-14 Ht/Ho=20% 因为回波自有“往复”之意，故图示耦合薄层声压一次透射率 t=(20%)1/2=45% 3关于超薄层透声问题 3.1问题的提出 特压《超声检测》教材2008版第37页图2—37和图2—38，画出了气隙和水隙透射率t和反射率r与d.f的关系。其中，d为气隙厚度，f为超声波频率。这两个图是根据单一频率的连续(简谐)波，用纯理论公式计算的，不大符合实用。 但不论怎么说，图上水隙的厚度d远小于半波长了，这是超薄层透声的问题，和半波透声不是一个物理现象了。 3.2固体和液体超薄层的透声 根据特压《超声检测》教材2008版第174页图6—1，我认为，当d≤λ/8时，其回波高波开始高于λ/2。因此，我一直把d≤λ/8的薄层，叫超薄层;并认为，对于固体和液体而言，超薄层透声往往高于半波透声。 UT接触法使用耦合剂，笔者认为，其原理不是利用“半波透声”(因为其水溶物耦合层厚度d最大值一般仅稍大于粗糙度Ra，小于λ/2)，而是“超薄层透声”。使用声速大、声阻抗大的耦合剂，或使用较低频率的超声波，自然容易满足d≤λ/8的要求。工件表面粗糙度Ra影响了耦合剂厚度d的均匀性。如果有朋友感兴味的话，不妨看看我已在远东网发表的日志《接触法耦合层厚度与波长的关系及计算示例》。 3.3关于气体超薄层透声的讨论 对于气隙而言，笔者坚持认为:不存在气隙透声问题。特压《超声检测》教材2008版第37页图2—37和图2—38，表示了表示气隙的反射率与透射率与d.f的关系，我否认该图的正确性。 既使该图正确，当d.f≥10-5MHz.mm时，声压反射率r为100%;当d.f‹10-5MHz.mm时，才有声压透射率(t>0)。对频率为1MHz的超声波而言，气隙厚度d‹10-5mm，才有声压透射率，这种气隙，从技术应用角度看，可以认为:不存在了。
