超聲波是頻率大于20000Hz 的聲波，它屬于機(jī)械波。在金屬探傷中使用的超聲波，其頻率為0.5～10MHz，其中以2～5MHz較為常用。

一、超聲波的產(chǎn)生與接收

探傷中采用壓電法來(lái)產(chǎn)生超聲波。壓電法是利用壓電晶體片來(lái)產(chǎn)生超聲波的。壓電晶體片是一種特殊的晶體材料，當(dāng)壓電晶體片受拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的作用產(chǎn)生變形時(shí)，會(huì)在晶片表面出現(xiàn)電荷；反之，其在電荷或電場(chǎng)作用下，會(huì)發(fā)生變形，前者稱為正壓電效應(yīng)，后者稱為逆壓電效應(yīng)。

超聲波的產(chǎn)生和接收是利用超聲波探頭中壓電晶體片的壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由超聲波探傷儀產(chǎn)生的電振蕩，以高頻電壓形式加載于探頭中的壓電晶體片的兩面上，由于逆壓電效應(yīng)的結(jié)果，壓電晶體片會(huì)在厚度方向上產(chǎn)生持續(xù)的伸縮變形，形成了機(jī)械振動(dòng)。若壓電晶體片與工件表面有良好的耦合時(shí)，機(jī)械振動(dòng)就以超聲波形式傳播進(jìn)入被檢工件，這就是超聲波的產(chǎn)生。反之，當(dāng)壓電晶體片受到超聲波作用而發(fā)生伸縮變形時(shí)，正壓電效應(yīng)的結(jié)果會(huì)使壓電晶體片兩表面產(chǎn)生具有不同極性的電荷，形成超聲頻率的高頻電壓，以回波電信號(hào)的形式經(jīng)探傷儀顯示，這就是超聲波的接收。

二、超聲波的性質(zhì)

1．超聲波具有良好的指向性

由于超聲波的波長(zhǎng)非常短，因此，它在彈性介質(zhì)中能象光波一樣沿直線傳播。而且超聲波在固定的介質(zhì)中傳播速度是個(gè)常數(shù)，所以，根據(jù)傳播時(shí)間就能求得其傳播距離，這樣就為探傷中缺陷的定位提供了依據(jù)。

2．超聲波能在彈性介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播

一般探傷中通常把空氣介質(zhì)作為真空處理，所以認(rèn)為超聲波也不能通過(guò)空氣進(jìn)行傳播。

3．超聲波如同聲波一樣，通過(guò)介質(zhì)時(shí)，根據(jù)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的相互關(guān)系的不同，有不同的波型

⑴縱波（L） 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向相同的波，稱之為縱波。它能在固體、液體和氣體中傳播。

⑵橫波（S） 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播 方向相互垂直的波，稱之為橫波。橫波只能在固體中傳播。

橫波探傷有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度較高，分辨率較好等，在探傷中常用于焊縫及縱波難以探測(cè)的場(chǎng)合，應(yīng)用比較廣泛。

⑶表面波（R） 僅在固體表面?zhèn)鞑デ医橘|(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)的聲波，稱之表面波。在實(shí)際探傷中，表面波常用來(lái)檢驗(yàn)工件表面裂紋及滲碳層或覆蓋層的表面質(zhì)量。

對(duì)于普通鋼材，超聲波在其中傳播的縱波速度較快，橫波速度次之，表面波速度較慢。因此，對(duì)同一頻率超聲波來(lái)說(shuō)縱波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，橫波次之，表面波較短。由于探測(cè)缺陷的分辨力與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)短的分辨力高，因此表面波的探測(cè)分辨力優(yōu)于橫波，橫波優(yōu)于縱波。

綜上所述，由于超聲波在金屬介質(zhì)中能夠通過(guò)不同傳播速度的不同波型，因此對(duì)金屬焊縫進(jìn)行探傷時(shí)須選定所需超聲波的波型，通過(guò)以上分析相對(duì)較好，所以實(shí)際探傷通常選擇橫波，否則會(huì)使回波信號(hào)發(fā)生混亂，這樣就得不到正確的探傷結(jié)果。

4．超聲波具有可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中衰減的特性

超聲波的這一性質(zhì)與射線相似，但超聲波的能量很大，因而具有更強(qiáng)的穿透能力。超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中，尤其在鋼等金屬材料中傳播時(shí)，傳輸損失少，傳播距離可以達(dá)到數(shù)米遠(yuǎn)。所以，超聲波探傷能夠有較大的探測(cè)深度，這一優(yōu)勢(shì)是其他探傷方法沒(méi)有的。

超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其能量隨著傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱為超聲波的衰減。在金屬材料的超聲波探傷中，引起超聲波衰減的原因主要是散射，其聲壓按負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，其規(guī)律如下：

PX=P0e -αx

式中 Px——離壓電晶體片表面為X處的聲壓（Pa）；

P0——超聲波原始聲壓（Pa）；

e——自然對(duì)數(shù)的底；

α——金屬材料的衰減系數(shù)（dB/m）；

X——超聲波在金屬材料中傳播的距離（m）。