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第 38 卷 第 1 期 孙凯华等： 钢 -铅粘接结构的粘接强度对超声体波反射与透射特性的影响 99

入射时，谐振频厚积存在无规律的微弱偏移，谐振数 RL 和 DL 的极值点会随入射角增加向高频方向偏
不变，RT 迅速减小，谐振谷变宽变多，而 DT 仅有 移；当超声波入射角大于第二临界角 (42 ) 时，DL
◦
微弱下降，DT > 0.7 的透射窗口宽度几乎不变。而 和 DT 会出现明显的增强，这是由于铅层中已经不
当横波入射角大于 34 时，由于第三临界角的存在， 存在透射纵波和横波，能量集中在界面处，此时在透
◦
反射系数和透射系数的分布出现明显变化，主要表 射系数分布图中是界面波的形式体现而非严格意
现在 RT 显著增加，DT 明显降低且透射窗口变少 义的透射体波。如图 6 所示，当横波入射角大于第
变窄。 三临界角后，RT 始终为 1，以界面波形式存在的透
同样在理想粘接情况下，当超声纵波和横波分 射波也逐渐变弱。
别从铅层斜入射时，反射、透射系数随频厚积、入 对比上述结果可知，声波从铅层入射时，理想
射角度的变化关系分别如图5(a)、图5(b)和图 6(a)、 粘接条件下的反射和透射系数受临界角影响随入
图6(b)所示。由于纵波在铅层中的速度小于钢层中 射角的变化较大，可用的入射角范围较小，并且低反
的横波波速，超声波从铅层入射时会存在第一和第 射和高透射窗的宽度均较声波从钢层入射时窄，透
二临界角。与从钢层入射相比，反射和透射系数的 射系数也较小，因此，利用超声波从铅层斜入射不
分布受临界角影响变得更加复杂，当超声波入射角 利于粘接质量的检测。当超声波从钢层小角度 (小
小于第一临界角 (22 ) 时，出现谐振的位置和谐振 于30 )入射时，相比于反射系数，透射系数随入射角
◦
◦
周期基本不变，DL 和DT 明显降低，透射窗口变窄， 的变化较小，谐振峰比较稳定，同时透射波能够携带
4.0 1.0 4.0 2.0
3.5 3.5
0.8 3.0 1.6
3.0
ᮠԒሥ/MHzSmm 2.5 0.6 Ԧ࠱ጇ஝(arb. units) ᮠԒሥ/MHzSmm 2.5 1.2 ᤩ࠱ጇ஝(arb. units)
2.0
2.0
0.8
0.4
1.5
1.0 1.5
1.0
0.2 0.4
ኄ1˚ႍᝈ ኄ2˚ႍᝈ ኄ1˚ႍᝈ
0.5 0.5 ኄ2˚ႍᝈ
0 0 0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
К࠱ᝈ/(O) К࠱ᝈ/(O)
(a) ጫฉК࠱ᨥࡏᄊԦ࠱ጇ஝ (b) ጫฉК࠱ᨥࡏᄊᤩ࠱ጇ஝
图 5 超声纵波斜入射铅层时反射、透射系数与入射角、频厚积的关系
Fig. 5 The relationship between the frequency-thickness, incident angle and the reflection and
transmission coefficients of longitudinal waves oblique incident in the lead-layer

4.0 1.0 4.0 2.0
3.5 3.5
0.8 3.0 1.6
3.0
ᮠԒሥ/MHzSmm 2.5 ኄ1˚ႍᝈ 0.6 Ԧ࠱ጇ஝(arb. units) ᮠԒሥ/MHzSmm 2.5 ኄ1˚ႍᝈ 1.2 ᤩ࠱ጇ஝(arb. units)
2.0
2.0
0.8
0.4
1.5
1.0
1.0 ኄ2˚ႍᝈ 1.5 ኄ2˚ႍᝈ
ኄ3˚ႍᝈ
0.2 0.4
0.5 ኄ3˚ႍᝈ 0.5
0 0 0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
К࠱ᝈ/(O) К࠱ᝈ/(O)
(a) ഷฉК࠱ᨥࡏᄊԦ࠱ጇ஝ (b) ഷฉК࠱ᨥࡏᄊᤩ࠱ጇ஝
图 6 超声横波斜入射铅层时反射、透射系数与入射角、频厚积的关系
Fig. 6 The relationship between the frequency-thickness, incident angle and the reflection and
transmission coefficients of shear waves oblique incident in the lead-layer