2026年无损超声试题及答案解析

2026年无损超声试题及答案解析一、单项选择题1.在超声波检测中，声波在介质中传播时，其波长、频率和声速之间的关系是（）。A.λB.λC.λD.c2.超声波垂直入射到界面时，若第一介质的声阻抗远小于第二介质的声阻抗（如声波从钢射入空气），则声压反射率约为（）。A.0B.0.5C.1D.-13.关于超声波探头的近场长度（N），下列说法正确的是（）。A.频率越高，近场长度越短B.晶片尺寸越大，近场长度越短C.近场区内声压分布变化剧烈，不适合缺陷定量D.近场区是声束扩散的区域4.在钢焊缝的斜探头检测中，常用的探头K值（折射角正切值）范围一般不包括（）。A.K1.0B.K2.5C.K3.0D.K4.05.脉冲反射法超声波检测中，示波器屏幕上显示的“始脉冲”（T）主要是由于（）产生的。A.工件上表面反射波B.探头晶片发射脉冲的瞬态电感应C.耦合层界面的反射波D.工件底面反射波6.当超声波倾斜入射到异质界面，且第二介质为固体时，若入射角大于第一临界角但小于第二临界角，则第二介质中存在的波型为（）。A.只有纵波B.只有横波C.纵波和横波D.表面波和横波7.在超声波检测中，影响缺陷检出率的主要因素除了缺陷取向、尺寸外，还包括（）。A.探头的阻尼B.检测面的粗糙度C.仪器的电源类型D.探头的重量8.下列关于超声波衰减的描述，错误的是（）。A.衰减主要由散射和吸收引起B.晶粒粗大的材料，超声波衰减大C.频率越高，衰减通常越大D.水中超声波的衰减比钢中大9.在数字超声波探伤仪中，相当于模拟探伤仪中“抑制”旋钮功能的参数是（）。A.增益B.滤波C.记录门D.抑制（或舍弃电平）10.使用直探头检测钢板时，若发现距探测面一定深度处有一缺陷波，且该缺陷在工件移动时位置不变，高度也不变，该缺陷最可能是（）。A.分层B.横向裂纹C.白点D.夹杂11.在焊缝超声波检测中，为了检测焊缝热影响区的横向裂纹，通常采用的扫查方式是（）。A.锯齿形扫查B.平行扫查C.交叉扫查D.偏转扫查12.超声波波型转换发生的必要条件是（）。A.声波垂直入射B.声波倾斜入射C.两种介质声阻抗相同D.第二介质是液体13.某直探头晶片直径为10mm，频率为5MHz，在钢中（=5900A.10.5mmB.21.0mmC.42.0mmD.84.0mm14.在DAC曲线（距离-波幅曲线）的制作中，通常以不同孔径的（）作为反射体。A.平底孔B.长横孔C.球孔D.V型槽15.超声波检测中，耦合层厚度为半波长的整数倍时，透射声压（）。A.最小B.最大C.不变D.为零16.关于衍射时差法（TOFD）检测技术，下列说法正确的是（）。A.主要依赖缺陷端的反射波来定量B.使用两个探头，一发一收C.对表面开口裂纹不敏感D.只能检测近表面缺陷17.在相控阵超声检测（PAUT）中，通过改变激发晶片的（）来实现声束偏转。A.频率B.延迟法则C.阻抗D.幅度18.依据GB/T11345标准，焊缝超声检测时，评定线与定量线之间的区域通常称为（）。A.I区B.II区C.III区D.IV区19.超声波探伤仪的垂直线性好坏，会影响（）。A.缺陷定位精度B.缺陷当量大小测定C.扫描范围D.探盲区大小20.在检测碳钢锻件时，为了发现与检测面垂直的裂纹，最有效的检测方式是（）。A.纵波直探头检测B.横波斜探头检测C.表面波检测D.板波检测二、多项选择题1.超声波的主要特性包括（）。A.指向性好B.穿透能力强C.在介质中传播会产生衰减D.只能在固体中传播2.产生超声波的方法主要有（）。A.压电效应B.磁致伸缩效应C.电磁效应D.静电效应3.影响超声波探伤仪灵敏度的因素有（）。A.发射脉冲幅度B.探头频率C.探头晶片面积D.接收放大器增益4.在焊缝超声检测中，常见的伪缺陷波（干扰波）包括（）。A.焊缝表面沟槽反射波B.咬边反射波C.焊缝内部组织反射波D.耦合剂反射波5.关于声压反射率和透射率，下列描述正确的有（）。A.当声阻抗相同时，声压全部透射B.声压反射率与透射率之和恒等于1C.声波从疏介质射向密介质，反射波与入射波同相D.声波从密介质射向疏介质，反射波与入射波反相（有半波损失）6.超声波检测对缺陷定量的方法包括（）。A.当量法B.测长法（6dB法、端点6dB法）C.底波高度法D.图形识别法7.选择超声波探头频率时，需要考虑的因素有（）。A.检测对象的材质（衰减系数）B.检测灵敏度要求C.检测分辨力要求D.近场区长度要求8.下列关于接触法超声检测中耦合剂的描述，正确的有（）。A.应具有良好的润湿性B.声阻抗应尽量介于探头和工件之间C.对工件和人体应无腐蚀作用D.粘度越高越好9.数字超声波探伤仪相比模拟探伤仪的优势在于（）。A.信号处理功能强大（如FFT、频谱分析）B.可实现数据记录和回放C.环境适应性更强（耐温耐湿）D.波形显示更稳定，无晃动10.在进行超声检测系统校准（如DAC曲线制作）时，必须保证的条件是（）。A.试块材质与被检工件声学性能相同或相近B.温度稳定C.耦合条件一致D.使用同一探头和仪器三、判断题1.超声波在介质中传播的速度与介质的密度和弹性模量有关，与超声波的频率无关。（）2.横波只能在固体中传播，不能在液体和气体中传播。（）3.在超声波检测中，缺陷波越高，说明缺陷面积越大。（）4.探头的盲区主要取决于发射脉冲的宽度和放大器的恢复时间。（）5.斜探头检测中，K值越大，探测深度能力越强。（）6.AVG曲线适用于规则反射体的定量，不仅考虑了距离，还考虑了反射体面积。（）7.超声波检测中，利用底波调节灵敏度时，工件底面必须与探测面平行且光洁。（）8.聚焦探头在焦距处具有最高的灵敏度和最好的分辨力。（）9.在铝材检测中，由于晶粒较粗，通常使用较低频率的探头。（）10.脉冲反射法只能用于检测工件内部的缺陷，不能用于测量厚度。（）11.声束轴线上的声压在近场区内是单调递减的。（）12.表面波（瑞利波）在传播时，质点作椭圆运动，且随深度增加衰减迅速。（）13.超声波检测发现缺陷后，根据缺陷波的位置和动态波形，可以大致判断缺陷的性质。（）14.C扫描成像显示的是工件在垂直于声束方向上的平面投影图。（）15.时基线（扫描范围）线性调整的目的是为了保证缺陷定位的准确性。（）四、填空题1.超声波是频率高于______Hz的机械波。2.声阻抗是描述介质声学性质的重要物理量，其计算公式为Z=3.当超声波倾斜入射到界面，且入射角等于第二临界角时，第二介质中只有______波。4.在斜探头的前沿上标出的几何中心到入射点的距离称为______。5.常用的标准试块CSK-IA主要用于测试探头的______、入射点和距离幅度特性。6.在焊缝检测中，为了覆盖整个检测截面，通常需要采用______次扫查（如单面双侧、双面双侧等）。7.超声波检测中，分辨力是指区分两个相邻缺陷的能力，通常分为______分辨力和远场分辨力。8.利用底波调节灵敏度时，计算公式中通常涉及底波面积与缺陷面积的比值，对于平底孔，面积比等于______比的平方。9.相控阵超声检测中，通过控制阵列探头中各阵元的激励______，可以实现声束的聚焦和偏转。10.在TOFD检测中，缺陷的高度通常通过测量______信号和______信号的时间差来计算。五、简答题1.简述超声波检测中，纵波、横波和表面波的主要特点及适用场景。2.什么是超声波的衰减？为什么在检测粗晶材料（如奥氏体不锈钢铸件）时要使用低频探头？3.试述斜探头K值（或折射角）测定的一般步骤及其对焊缝检测的重要性。4.简述数字超声波探伤仪中DAC（距离-波幅）曲线的作用及制作要点。5.在焊缝超声波检测中，常见的缺陷类型有哪些？它们在示波器上的动态波形各有何特征？六、计算题1.已知某直探头晶片直径D=14mm，频率f=2.5MHz，在钢中纵波声速=2.用斜探头检测厚度T=30mm的钢对接焊缝。探头前沿=12mm(1)该探头的折射角β（保留一位小数）。(2)一次波（直射波）的最大水平探测距离。(3)二次波（一次反射波）的最大水平探测距离。3.使用2.5P20Z的直探头（晶片直径20mm，频率2.5MHz）检测厚度为400mm的钢锻件。发现距探测面200mm处有一缺陷，其波高比同深度ϕ2mm平底孔高6dB。已知钢中=4.在水浸法检测中，水层厚度为50mm，水中声速=1480m/5.某工件厚度为δ=参考答案与详细解析一、单项选择题1.B解析：波长（λ）、声速（c）和频率（f）之间的基本物理关系为c=λ·2.D解析：声压反射率R=。当≫（如钢到空气，≈0）时，3.C解析：近场区（菲涅尔区）内，由于波的干涉效应，声压分布极不均匀，存在多个声压极大值和极小值。在此区域内发现缺陷时，难以通过波幅准确判断缺陷大小。A和B错误，因为频率越高、晶片越大，近场长度（N=4.D解析：常用斜探头K值一般为1.0,1.5,2.0,2.5,3.0。K4.0对应的折射角约为76度，由于声束轴线过于倾斜，声程长，衰减大，且容易产生表面波干扰，一般不用于常规焊缝检测。5.B解析：始脉冲（发射脉冲）是仪器产生的高压电脉冲施加到探头晶片的瞬间，由于电路的瞬态响应和发射信号的强泄漏，在示波器时间轴零点处显示出的强信号。虽然它也包含部分界面反射，但主要来源是电激发。6.B解析：第一临界角是纵波折射角等于90度时的入射角；第二临界角是横波折射角等于90度时的入射角。当入射角介于两者之间时，纵波全反射，第二介质中只存在横波。这是斜探头检测的基本原理。7.B解析：检测面粗糙度直接影响耦合效果。粗糙的表面会导致耦合层厚度变化大，声能透射率降低且不稳定，从而显著影响缺陷检出率和定量准确性。阻尼影响脉冲宽度，电源类型无关，探头重量不影响声学性能。8.D解析：衰减主要由散射（晶粒边界等）和吸收（内摩擦）引起。水的粘滞性小，且是均质液体，散射极小，衰减系数远小于钢（尤其是高频时）。在超声检测中，水常被视为低衰减耦合介质。9.D解析：“抑制”功能是通过电子线路舍弃低于某一幅度的信号，以去除杂波。在数字仪器中，这通常通过设置“抑制电平”或“信号舍弃”功能来实现，与整体增益不同。10.A解析：分层是板材轧制过程中形成的平行于表面的扁平状缺陷。直探头垂直入射时，声束垂直于缺陷面，反射率最高。移动探头时，只要声束覆盖缺陷，反射波位置和高度基本不变，且底波会相应降低。11.B解析：锯齿形扫查主要用于发现焊缝及热影响区内的纵向缺陷。平行扫查（探头平行于焊缝移动）主要用于发现横向裂纹或热影响区的横向缺陷。12.B解析：根据斯涅尔定律，波型转换通常发生在声波倾斜入射到异质界面时。垂直入射时，虽然理论上满足特定条件也能转换（如入射横波在固体界面），但在常规检测讨论中，倾斜入射是产生波型转换（如纵波变横波）的必要条件。13.B解析：近场长度公式N=代入数据：D=10mm=λ=N=注：若按选项B的21.0mm计算，通常频率按5MHz算，λ=1.18，N≈21.2mm。题目中频率为5MHz，故选B。注：若按选项B的21.0mm计算，通常频率按5MHz算，重新计算：f=5MHz14.B解析：在焊缝检测中，DAC曲线通常使用长横孔作为基准反射体，因为长横孔的回波高度随距离的变化规律与焊缝中常见的气孔、夹渣等体积型缺陷较为接近。15.B解析：当耦合层厚度为λ/16.B解析：TOFD（衍射时差法）采用一发一收两个探头，相对放置。它利用缺陷端部产生的衍射波（而非镜面反射波）来测量缺陷的自身高度和深度。它对方向不敏感，但对表面盲区有一定限制。17.B解析：相控阵通过电子系统控制阵列探头中各个晶片激发的相对时间延迟（延迟法则），利用波束合成原理，实现声束的偏转、聚焦和扫描。18.B解析：根据GB/T11345等标准，通常将距离-波幅曲线分为三个区域：评定线以下为I区（一般不记），评定线至定量线之间为II区（需注意观察，可能需要记录），定量线至判废线之间为III区（缺陷判废区），超过判废线为IV区。19.B解析：垂直线性是指放大器输入信号幅度与示波器上显示幅度成正比的关系。如果垂直线性差，意味着屏幕上显示的缺陷波高不能真实反映回波声压，从而导致缺陷当量大小测定（定量）产生误差。20.B解析：纵波直探头声束垂直于表面，对垂直于表面的裂纹（如锻件中的收缩裂纹），声束平行于裂纹面，反射率极低，容易漏检。横波斜探头的声束倾斜入射，能有效检测垂直于检测面的裂纹。二、多项选择题1.ABC解析：超声波具有指向性好（易聚束）、穿透能力强（可穿透数米金属）、在介质传播有衰减的特性。它可以在固体、液体、气体中传播（只是气体中衰减极大），故D错误。2.AB解析：目前工业超声检测主要利用压电效应（压电陶瓷、石英等）产生和接收超声波。磁致伸缩效应用于某些特定大功率或低频场景（如EMAT，虽然EMAT本质是电磁感应，但传统磁致伸缩也是方法之一）。C（电磁效应）通常指EMAT，也是正确的一种产生方式，但在常规接触法中主要指AB。若从广义物理机制，AB是核心。3.ABCD解析：灵敏度代表发现最小缺陷的能力。发射幅度强、频率高（波长小）、晶片面积大（声能强）、接收增益高，都有助于提高灵敏度。4.ABC解析：焊缝余高过高或过宽、咬边、焊缝表面成形不良（沟槽）都会产生反射波，干扰对内部缺陷的判断。耦合剂反射波通常在时间轴零点附近，易与始脉冲混淆，一般不作为深处的伪缺陷波讨论，但在特定条件下可能形成界面波干扰。5.ACD解析：A正确，声阻抗相同无反射。B错误，声压透射率T=6.AB解析：A当量法（用于小于声束截面的缺陷），B测长法（用于大于声束截面的缺陷）。C底波高度法主要用于材质衰减测定或严重缺陷的粗略指示。D是定性分析。7.ABCD解析：频率选择是权衡过程：衰减大选低频；灵敏度高选高频；分辨力高选高频；近场区不能太长（薄工件）选低频或小晶片。8.ABC解析：耦合剂应润湿性好、声阻抗适中、无害、易清洗、经济。粘度并非越高越好，粘度过大难以填充粗糙表面，且难以在曲面或重力作用下保持，通常根据表面情况选择合适粘度。9.ABD解析：数字仪器优势在于信号处理、存储、数字化分析。模拟仪器在某些极端环境（如强电磁干扰、高温）下有时表现出更强的鲁棒性，但总体数字仪是趋势。C不是数字仪的绝对优势。10.ABCD解析：制作DAC曲线必须基于同材质（声速、衰减一致）、温度稳定、耦合一致、且同一仪器探头组合，以保证曲线的准确性。三、判断题1.√解析：声速是介质本身的物理属性（取决于弹性和密度），与波的频率无关。这是超声波检测不同频率探头可用于同一材料的前提。2.√解析：横波是剪切波，需要介质具有切变弹性模量。液体和气体不能承受剪切力，故横波只能在固体中传播。3.×解析：缺陷波高不仅取决于面积，还取决于缺陷取向、形状、性质以及缺陷至探头的距离。面积大但取向差的缺陷，回波可能很低。4.√解析：盲区是指最小可探测距离。发射脉冲宽度大（持续时间长）会占据时间轴前端；放大器恢复时间长会导致阻塞。两者共同决定了盲区大小。5.×解析：K值越大，折射角越大，声束轴线越倾斜。对于给定厚度工件，一次波探测的深度范围是0∼6.√解析：AVG（DGS）曲线是基于声学理论推导的规则反射体（主要是平底孔）的距离、增益和尺寸之间的关系图，考虑了球面波扩散和反射体面积的影响。7.√解析：利用底波调节灵敏度（如底波ϕ28.√解析：聚焦探头通过声透镜或电子聚焦，将声能汇聚在焦距处，此处声压最高，且声束宽度最小，因此灵敏度和分辨力最好。9.√解析：奥氏体不锈钢等粗晶材料对超声波散射严重，且具有各向异性。使用低频探头（如0.5MHz-1MHz）可以增加波长，减少晶粒散射，提高穿透能力。10.×解析：脉冲反射法不仅可以检测缺陷，其测量底面回波时间（或声程）的功能正是超声测厚仪的基本原理。11.×解析：近场区内声压是振荡变化的，有多个极大值和极小值，最后在近场末端趋于一个极大值，并非单调递减。12.√解析：表面波质点运动轨迹为椭圆，能量集中在表面约两个波长深度内，随深度增加能量迅速衰减。13.√解析：缺陷定性是超声检测的难点。通过分析缺陷的位置、回波静态波形（包络形状）和探头移动时的动态波形（如波幅跳动、游动），结合工艺经验，可以推断缺陷性质（如裂纹、气孔、未熔合）。14.√解析：C扫描是逐点扫查，提取某深度（或声程）处的回波幅度，以灰度或颜色显示，呈现的是工件内部垂直于声束的截面图像（投影）。15.√解析：时基线线性调整了电子扫描速度与声速的比例关系。只有线性好，时间轴上的刻度才能准确对应声程，进而准确计算出缺陷的深度和水平距离。四、填空题1.200002.ρ·3.表面（或瑞利）4.前沿长度5.入射点（及K值/折射角）6.两（或双面双侧/四）7.近场8.直径（或孔径）9.时间延迟（或延迟法则）10.侧向（或上端）、底面（或下端）注：TOFD中通常利用上端衍射波和下端衍射波的时间差。五、简答题1.简述超声波检测中，纵波、横波和表面波的主要特点及适用场景。答：(1)纵波（L波）：质点振动方向与传播方向平行。波速最快，穿透力强，在固体、液体、气体中均能传播。适用场景：主要用于检测板材、锻件、铸件等内部与检测面平行的缺陷（如分层、夹杂物），以及测量厚度。(2)横波（S波）：质点振动方向垂直于传播方向。波速约为纵波的一半，只能在固体中传播。适用场景：主要用于检测焊缝、管材等内部与检测面成一定角度甚至垂直的缺陷（如未焊透、裂纹、未熔合），是斜探头检测的基础。(3)表面波（R波）：质点作椭圆运动，能量集中在表面以下约1-2个波长深度。传播速度略低于横波。适用场景：专门用于检测材料表面及近表面的裂纹（如疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹）。2.什么是超声波的衰减？为什么在检测粗晶材料（如奥氏体不锈钢铸件）时要使用低频探头？答：超声波在介质中传播时，随着距离的增加，其能量逐渐减弱的现象称为衰减。衰减主要由三方面原因引起：(1)扩散衰减：由于声束扩散，单位面积能量随距离增加而减小（仅与几何形状有关）。(2)散射衰减：声波遇到晶粒边界或异质质点发生散射，能量向各方向散开。(3)吸收衰减：介质内部摩擦将声能转化为热能。在粗晶材料（如奥氏体不锈钢）中，晶粒尺寸大且可能具有各向异性。当超声波波长与晶粒尺寸相近时，会发生强烈的散射（瑞利散射），导致草状波杂波高，信噪比低，甚至无法检测。根据散射衰减规律（∝），降低探头频率可以增大波长，从而减小散射衰减，降低杂波，提高穿透能力和信噪比。3.试述斜探头K值（或折射角）测定的一般步骤及其对焊缝检测的重要性。答：测定步骤：(1)选择标准试块（如CSK-IA），该试块具有不同半径的圆弧面。(2)将探头放在试块上，前后移动探头，使声束对准试块上的圆弧面（如R50或R100）。(3)找到圆弧面的最高回波，固定探头。(4)测量探头前沿至试块端面的距离L，根据几何关系计算或直接读取折射角（或K值）。例如在CSK-IA上，利用K=重要性：(1)缺陷定位：K值决定了声束在工件中的折射角度，直接关系到缺陷深度d和水平距离l的计算准确性。(2)声束覆盖：选择合适的K值可以保证主声束能够扫查到整个焊缝截面，特别是焊缝根部和热影响区。(3)检测灵敏度：不同K值对不同取向缺陷的检测灵敏度不同。4.简述数字超声波探伤仪中DAC（距离-波幅）曲线的作用及制作要点。答：作用：DAC曲线用于描述不同距离上相同反射体回波高度的衰减规律。在实际检测中，用DAC曲线作为基准，对缺陷进行灵敏度调节和定量评级（如GB/T11345中的评定线、定量线、判废线）。制作要点：(1)试块：使用标准规定的试块（如CSK-IIA、CSK-IIIA），其材质应与工件相近。(2)反射体：选取不同深度的标准孔（如横孔）。(3)测定：不改变灵敏度，依次探测各深度的孔，记录其最高回波幅度。(4)绘制：在屏幕上标记各孔深度的波幅点，连接这些点形成DAC曲线。(5)补偿：考虑表面耦合损失和材质衰减差异，进行必要的增益补偿（表面补偿）。5.在焊缝超声波检测中，常见的缺陷类型有哪些？它们在示波器上的动态波形各有何特征？答：常见缺陷：气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹。动态波形特征：(1)气孔（点状）：探头环绕缺陷转动时，回波高度变化不大或迅速消失；探头平移时，回波较平稳地出现和消失。波形较单一。(2)夹渣（体积型）：回波较宽，波根毛糙。探头移动时，波幅有不规则跳动。(3)未焊透（线状）：位于焊缝中心线。探头平行于焊缝移动时，回波连续且稳定；探头转动时，波幅迅速下降。(4)未熔合（片状）：倾斜于检测面。探头从一侧探测时有较高回波，另一侧探测时回波很低或没有；且往往伴随着明显的端点衍射信号。(5)裂纹（面状）：回波高度大，波幅尖锐，根部陡峭。探头转动或平移时，回波出现速度快，消失也快，像闪电一样，且往往有多峰现象。六、计算题1.解：首先计算波长λ：λ(1)计算近场长度N：N(2)计算半扩散角：s=答：近场长度约为20.8mm，半扩散角约为11.9度。2.解：(1)求折射角β：已知K=β(2)求一次波最大水平距离：一次波声程垂直投影为工件厚度T。=探头移动范围涉及焊缝宽度，但此处仅求声束达底面的水平投影。(3)求二次波最大水平距离：二次波声程垂直投影为2T=答：折射角为63.4度，一次波最大水平距离为60mm，二次波为120mm。3.解：(1)计算波长λ：λ(2)计算近场区N：N缺陷距离x=200mm，位于(3)利