特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)超聲波三級(jí)UT3考試(2025年)開(kāi)卷試題及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.在超聲檢測(cè)中，縱波在固體中傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向（）。A.垂直B.平行C.成45°角D.無(wú)固定關(guān)系答案：B解析：縱波的特點(diǎn)就是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向平行，而橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，所以本題選B。2.超聲檢測(cè)中，晶片尺寸增大，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度（）。A.減小B.增大C.不變D.不確定答案：B解析：根據(jù)近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度公式$N=\frac{D^{2}}{4\lambda}$（其中$D$為晶片直徑，$\lambda$為波長(zhǎng)），當(dāng)晶片尺寸（直徑$D$）增大時(shí)，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度$N$會(huì)增大，所以選B。3.用超聲縱波檢測(cè)板材時(shí)，若板材中存在與檢測(cè)面平行的缺陷，當(dāng)缺陷面積大于聲束截面時(shí)，其反射波高（）。A.與缺陷面積成正比B.與缺陷面積的平方根成正比C.與缺陷面積無(wú)關(guān)D.與缺陷深度成正比答案：C解析：當(dāng)缺陷面積大于聲束截面時(shí)，超聲反射波高主要取決于聲束的特性和儀器的設(shè)置等，而與缺陷面積無(wú)關(guān)，所以選C。4.超聲檢測(cè)中，為了使超聲波在試件中傳播，必須在探頭與試件表面之間施加（）。A.耦合劑B.潤(rùn)滑劑C.清洗劑D.防銹劑答案：A解析：耦合劑的作用是排除探頭與試件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入試件，所以在超聲檢測(cè)中必須施加耦合劑，選A。5.在超聲檢測(cè)中，檢測(cè)頻率提高，（）。A.聲速增大B.聲速減小C.聲速不變D.聲速變化不確定答案：C解析：聲速主要取決于介質(zhì)的性質(zhì)，與檢測(cè)頻率無(wú)關(guān)，所以檢測(cè)頻率提高時(shí)聲速不變，選C。6.超聲檢測(cè)中，當(dāng)聲束斜入射到異質(zhì)界面時(shí)，會(huì)發(fā)生（）現(xiàn)象。A.反射B.折射C.波型轉(zhuǎn)換D.以上都是答案：D解析：當(dāng)聲束斜入射到異質(zhì)界面時(shí)，會(huì)同時(shí)發(fā)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，所以選D。7.超聲檢測(cè)用的試塊分為（）。A.標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊B.校準(zhǔn)試塊和靈敏度試塊C.平底孔試塊和橫孔試塊D.以上都對(duì)答案：A解析：超聲檢測(cè)試塊主要分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊，標(biāo)準(zhǔn)試塊是由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定的，對(duì)比試塊是根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)制作的，所以選A。8.超聲檢測(cè)中，對(duì)于同一材料，橫波的聲速（）縱波的聲速。A.大于B.小于C.等于D.不確定答案：B解析：在同一材料中，橫波的聲速小于縱波的聲速，這是由材料的物理性質(zhì)決定的，所以選B。9.超聲檢測(cè)中，檢測(cè)面的表面粗糙度對(duì)檢測(cè)結(jié)果（）。A.無(wú)影響B(tài).有影響，使反射波高降低C.有影響，使反射波高升高D.影響不確定答案：B解析：檢測(cè)面表面粗糙度會(huì)使超聲波在表面發(fā)生散射，導(dǎo)致反射波高降低，所以對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響，選B。10.超聲檢測(cè)中，采用多次底波法檢測(cè)時(shí)，若底波次數(shù)明顯減少，可能是因?yàn)椋ǎ?。A.工件中有大面積缺陷B.工件厚度增加C.探頭頻率降低D.耦合劑厚度增加答案：A解析：當(dāng)工件中有大面積缺陷時(shí)，超聲波在傳播過(guò)程中被缺陷大量反射和散射，底波次數(shù)會(huì)明顯減少，所以選A。11.超聲檢測(cè)中，探頭的折射角與（）有關(guān)。A.探頭材料B.檢測(cè)頻率C.試件材料D.以上都是答案：D解析：探頭的折射角與探頭材料、檢測(cè)頻率、試件材料等因素都有關(guān)系，根據(jù)折射定律，這些因素會(huì)影響折射角的大小，所以選D。12.超聲檢測(cè)中，對(duì)于埋藏較深的缺陷，宜選用（）。A.較高的檢測(cè)頻率B.較低的檢測(cè)頻率C.與頻率無(wú)關(guān)D.不確定答案：B解析：較低的檢測(cè)頻率超聲波在材料中傳播時(shí)衰減較小，能夠傳播到更深的部位，所以對(duì)于埋藏較深的缺陷宜選用較低的檢測(cè)頻率，選B。13.超聲檢測(cè)中，當(dāng)采用斜探頭檢測(cè)時(shí)，為了使聲束在工件中得到純橫波，入射角應(yīng)（）。A.小于第一臨界角B.大于第一臨界角且小于第二臨界角C.大于第二臨界角D.無(wú)要求答案：B解析：當(dāng)入射角大于第一臨界角且小于第二臨界角時(shí)，縱波全部折射到工件外，只剩下橫波在工件中傳播，所以選B。14.超聲檢測(cè)中，試塊的作用不包括（）。A.校準(zhǔn)儀器B.調(diào)整檢測(cè)靈敏度C.確定缺陷的性質(zhì)D.評(píng)估檢測(cè)系統(tǒng)的性能答案：C解析：試塊可以用于校準(zhǔn)儀器、調(diào)整檢測(cè)靈敏度和評(píng)估檢測(cè)系統(tǒng)的性能，但不能直接確定缺陷的性質(zhì)，缺陷性質(zhì)需要結(jié)合多種因素綜合判斷，所以選C。15.超聲檢測(cè)中，對(duì)于薄板檢測(cè)，可采用（）。A.縱波直探頭B.橫波斜探頭C.表面波探頭D.板波探頭答案：D解析：板波在薄板中傳播時(shí)能夠檢測(cè)到薄板內(nèi)部的缺陷，所以對(duì)于薄板檢測(cè)可采用板波探頭，選D。二、判斷題（每題1分，共15分）1.超聲檢測(cè)只能檢測(cè)金屬材料。（）答案：錯(cuò)誤解析：超聲檢測(cè)不僅可以檢測(cè)金屬材料，還可以檢測(cè)非金屬材料，如塑料、陶瓷等，只要材料對(duì)超聲波有一定的傳播特性即可。2.超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其能量會(huì)逐漸衰減。（）答案：正確解析：超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的吸收、散射等原因，其能量會(huì)逐漸衰減。3.超聲檢測(cè)中，探頭的頻率越高，檢測(cè)靈敏度就越高。（）答案：錯(cuò)誤解析：探頭頻率越高，波長(zhǎng)越短，聲束越窄，檢測(cè)靈敏度在一定程度上會(huì)提高，但同時(shí)也會(huì)使超聲波衰減增大，對(duì)檢測(cè)深度有影響，而且對(duì)于一些粗糙表面的工件，高頻率檢測(cè)效果可能不佳，所以不能簡(jiǎn)單地說(shuō)頻率越高檢測(cè)靈敏度就越高。4.對(duì)比試塊的材質(zhì)必須與被檢測(cè)工件的材質(zhì)完全相同。（）答案：錯(cuò)誤解析：對(duì)比試塊的材質(zhì)應(yīng)與被檢測(cè)工件的聲學(xué)性能相近，不一定完全相同，只要能滿(mǎn)足檢測(cè)要求即可。5.超聲檢測(cè)中，聲速只與介質(zhì)的彈性模量和密度有關(guān)。（）答案：正確解析：聲速的計(jì)算公式為$C=\sqrt{\frac{E}{\rho}}$（對(duì)于縱波，$E$為彈性模量，$\rho$為密度），所以聲速只與介質(zhì)的彈性模量和密度有關(guān)。6.超聲檢測(cè)中，當(dāng)缺陷位于近場(chǎng)區(qū)時(shí)，缺陷定量比較準(zhǔn)確。（）答案：錯(cuò)誤解析：近場(chǎng)區(qū)存在聲壓分布不均勻的現(xiàn)象，缺陷回波受到近場(chǎng)區(qū)聲壓分布的影響，所以在近場(chǎng)區(qū)缺陷定量不準(zhǔn)確。7.超聲檢測(cè)用的耦合劑可以用水代替。（）答案：在某些情況下可以，但不推薦。解析：水可以作為一種耦合劑，但它的耦合效果相對(duì)較差，容易干燥，而且對(duì)一些檢測(cè)要求較高的場(chǎng)合，水不能滿(mǎn)足要求，所以一般不推薦用水代替專(zhuān)門(mén)的耦合劑。8.超聲檢測(cè)中，采用多次反射法檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)靈敏度會(huì)提高。（）答案：正確解析：多次反射法可以使超聲波在工件中多次傳播，增加了與缺陷相遇的機(jī)會(huì)，從而提高了檢測(cè)靈敏度。9.超聲檢測(cè)中，探頭的晶片面積越大，聲束擴(kuò)散角就越大。（）答案：錯(cuò)誤解析：探頭晶片面積越大，聲束擴(kuò)散角越小，聲束越集中。10.超聲檢測(cè)中，檢測(cè)面的曲率半徑對(duì)檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有影響。（）答案：錯(cuò)誤解析：檢測(cè)面的曲率半徑會(huì)影響超聲波的傳播和反射，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，例如曲面檢測(cè)時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的修正。11.超聲檢測(cè)中，只要檢測(cè)到缺陷回波，就可以確定缺陷的大小和位置。（）答案：錯(cuò)誤解析：檢測(cè)到缺陷回波后，還需要通過(guò)一系列的方法和計(jì)算才能確定缺陷的大小和位置，而且缺陷的性質(zhì)也需要進(jìn)一步判斷。12.超聲檢測(cè)中，橫波可以在液體和氣體中傳播。（）答案：錯(cuò)誤解析：橫波的傳播需要介質(zhì)具有剪切彈性，而液體和氣體沒(méi)有剪切彈性，所以橫波不能在液體和氣體中傳播。13.超聲檢測(cè)用的試塊可以重復(fù)使用。（）答案：正確解析：只要試塊沒(méi)有損壞，符合檢測(cè)要求，就可以重復(fù)使用。14.超聲檢測(cè)中，儀器的增益越大，檢測(cè)靈敏度就越高。（）答案：正確解析：儀器的增益增大，會(huì)使接收信號(hào)放大，相當(dāng)于提高了檢測(cè)靈敏度。15.超聲檢測(cè)中，對(duì)于表面粗糙的工件，應(yīng)選擇較高頻率的探頭。（）答案：錯(cuò)誤解析：表面粗糙的工件會(huì)使高頻率超聲波大量散射，導(dǎo)致檢測(cè)效果不佳，應(yīng)選擇較低頻率的探頭。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述超聲檢測(cè)的基本原理。答案：超聲檢測(cè)是利用超聲波在材料中傳播時(shí)遇到缺陷會(huì)產(chǎn)生反射、折射、散射等現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)材料內(nèi)部缺陷的方法。當(dāng)超聲波在均勻材料中傳播時(shí)，它以一定的速度和方向前進(jìn)。當(dāng)遇到與材料聲阻抗不同的缺陷時(shí)，一部分超聲波會(huì)在缺陷界面發(fā)生反射，反射波被探頭接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在儀器的顯示屏上顯示出反射波的信號(hào)。通過(guò)分析反射波的幅度、位置、波形等特征，可以判斷缺陷的存在、大小、位置等信息。例如，反射波的幅度大小與缺陷的大小有關(guān)，反射波出現(xiàn)的時(shí)間與缺陷的位置有關(guān)。同時(shí)，超聲波在傳播過(guò)程中還會(huì)發(fā)生折射和散射等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象也可以為檢測(cè)提供有用的信息。2.說(shuō)明超聲檢測(cè)中探頭的主要參數(shù)及其對(duì)檢測(cè)的影響。答案：超聲檢測(cè)中探頭的主要參數(shù)包括頻率、晶片尺寸、折射角等。-頻率：頻率是探頭的重要參數(shù)之一。頻率越高，波長(zhǎng)越短，聲束越窄，檢測(cè)靈敏度在一定程度上會(huì)提高，能夠檢測(cè)到更小的缺陷，對(duì)近表面缺陷的檢測(cè)能力也較強(qiáng)。但頻率越高，超聲波在介質(zhì)中的衰減也越大，檢測(cè)深度會(huì)受到限制，而且對(duì)于粗糙表面的工件，高頻率探頭的檢測(cè)效果可能不佳。相反，頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，聲束越寬，檢測(cè)深度較大，但檢測(cè)靈敏度相對(duì)較低，對(duì)小缺陷的檢測(cè)能力較弱。-晶片尺寸：晶片尺寸影響聲束的特性。晶片尺寸增大，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度增大，聲束擴(kuò)散角減小，聲束更集中，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)檢測(cè)時(shí)檢測(cè)精度較高，但對(duì)近場(chǎng)區(qū)的檢測(cè)不利。晶片尺寸減小，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度減小，聲束擴(kuò)散角增大，適用于檢測(cè)一些形狀復(fù)雜或小尺寸的工件，但檢測(cè)精度可能會(huì)降低。-折射角：對(duì)于斜探頭，折射角決定了聲束在工件中的傳播方向。合適的折射角可以使聲束更好地檢測(cè)到特定方向的缺陷。例如，當(dāng)檢測(cè)焊縫中的缺陷時(shí)，根據(jù)焊縫的結(jié)構(gòu)和可能出現(xiàn)缺陷的方向，選擇合適的折射角探頭，能夠提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。3.如何進(jìn)行超聲檢測(cè)儀器和探頭的校準(zhǔn)？答案：超聲檢測(cè)儀器和探頭的校準(zhǔn)通常包括以下步驟：-外觀(guān)檢查：首先對(duì)儀器和探頭進(jìn)行外觀(guān)檢查，確保儀器和探頭沒(méi)有損壞，電纜連接良好。-零點(diǎn)校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)試塊，如CSK-IA試塊，將探頭放置在試塊上，調(diào)整儀器的時(shí)基線(xiàn)，使儀器顯示的始波前沿對(duì)準(zhǔn)試塊上的已知反射體（如試塊的直角邊）的實(shí)際位置，從而校準(zhǔn)儀器的零點(diǎn)。-聲速校準(zhǔn)：根據(jù)被檢測(cè)工件的材料和檢測(cè)要求，選擇合適的聲速?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量試塊上已知距離的反射體的回波時(shí)間，計(jì)算出聲速，并在儀器上進(jìn)行設(shè)置。例如，在CSK-IA試塊上測(cè)量不同距離的反射體的回波時(shí)間，根據(jù)公式$C=\frac{2L}{t}$（$L$為反射體距離，$t$為回波時(shí)間）計(jì)算聲速。-探頭折射角校準(zhǔn)：對(duì)于斜探頭，需要校準(zhǔn)折射角?？梢允褂肅SK-IA試塊上的特定反射體（如$\phi50$孔），將探頭放置在試塊上，調(diào)整儀器使反射體的回波達(dá)到最高，然后根據(jù)儀器上的角度顯示或通過(guò)計(jì)算確定探頭的折射角，并進(jìn)行調(diào)整。-靈敏度校準(zhǔn)：使用對(duì)比試塊，根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或檢測(cè)要求，將儀器的靈敏度調(diào)整到合適的水平。例如，將對(duì)比試塊上的人工缺陷（如平底孔）的反射波高調(diào)整到規(guī)定的幅度，以此作為檢測(cè)靈敏度的基準(zhǔn)。在校準(zhǔn)過(guò)程中，要注意保持探頭與試塊表面的良好耦合，并且操作要準(zhǔn)確、規(guī)范，以確保校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知超聲檢測(cè)中探頭的頻率$f=5MHz$，在鋼中的聲速$C=5900m/s$，求超聲波在鋼中的波長(zhǎng)$\lambda$。答案：根據(jù)波長(zhǎng)、頻率和聲速的關(guān)系公式$\lambda=\frac{C}{f}$，已知$f=5\times10^{6}Hz$，$C=5900m/s$，則：$\lambda=\frac{5900}{5\times10^{6}}=1.18\times10^{-3}m=1.18mm$所以超聲波在鋼中的波長(zhǎng)為$1.18mm$。2.用超聲縱波檢測(cè)厚度為$T=50mm$的鋼板，已知儀器的時(shí)基線(xiàn)比例為$1:1$，在時(shí)基線(xiàn)上測(cè)得底波與始波的間距為$100mm$，求此時(shí)超聲波在鋼板中的聲速$C$。答案：因?yàn)闀r(shí)基線(xiàn)比例為$1:1$，時(shí)基線(xiàn)上測(cè)得底波與始波的間距為$100mm$，說(shuō)明超聲波在鋼板中傳播一個(gè)來(lái)回的時(shí)間對(duì)應(yīng)的距離在時(shí)基線(xiàn)上顯示為$100mm$，而鋼板厚度$T=50mm$，超聲波傳播一個(gè)來(lái)回的實(shí)際距離$L=2T=2\times50=100mm$。設(shè)超聲波傳播時(shí)間為$t$，根據(jù)時(shí)基線(xiàn)比例可知，時(shí)基線(xiàn)上的距離與時(shí)間成正比，由于時(shí)基線(xiàn)比例為$1:1$，則傳播時(shí)間$t$對(duì)應(yīng)的時(shí)基距離為$100mm$，相當(dāng)于傳播$100mm$距離的時(shí)間。根據(jù)聲速公式$C=\frac{L}{t}$，這里$L=100mm=0.1m$，$t$對(duì)應(yīng)的傳播距離為$0.1m$，所以聲速$C=\frac{0.1}{t}$，又因?yàn)閭鞑ゾ嚯x和時(shí)基距離對(duì)應(yīng)，所以$C=5900m/s$（一般在鋼中，根據(jù)常規(guī)情況，這里也可以通過(guò)計(jì)算得出，由于傳播$0.1m$距離，而在鋼中這種情況下是符合常規(guī)聲速的，所以聲速為$5900m/s$）。具體計(jì)算：$C=\frac{2T}{t}$，$t$對(duì)應(yīng)的時(shí)基距離為$100mm$，相當(dāng)于傳播$0.1m$時(shí)間，$C=\frac{0.1}{\frac{0.1}{C_{0}}}$（$C_{0}$為鋼中聲速，一般取$5900m/s$），所以$C=5900m/s$。五、綜合分析題（每題15分，共20分）1.某壓力容器的筒體采用超聲檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一處缺陷回波信號(hào)，根據(jù)反射波的特征初步判斷為內(nèi)部缺陷。請(qǐng)?jiān)敿?xì)闡述后續(xù)應(yīng)采取哪些步驟來(lái)進(jìn)一步確定該缺陷的性質(zhì)、大小和位置，并說(shuō)明每個(gè)步驟的依據(jù)和目的。答案：-缺陷定位：-步驟：使用儀器的時(shí)基線(xiàn)功能，根據(jù)反射波在時(shí)基線(xiàn)上的位置，結(jié)合聲速和探頭的折射角等參數(shù)，計(jì)算出缺陷的深度和水平位置?？梢圆捎弥苯訙y(cè)量法或利用三角關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。例如，對(duì)于斜探頭檢測(cè)，根據(jù)折射角和反射波的傳播時(shí)間，通過(guò)三角函數(shù)關(guān)系計(jì)算缺陷的水平距離和深度。-依據(jù)：超聲波在介質(zhì)中傳播具有一定的速度和傳播規(guī)律，反射波的傳播時(shí)間與缺陷的位置相關(guān)，利用這些關(guān)系可以準(zhǔn)確確定缺陷的位置。-目的：準(zhǔn)確確定缺陷在容器筒體內(nèi)的具體位置，為后續(xù)的處理和評(píng)估提供基礎(chǔ)。-缺陷定量：-步驟：采用當(dāng)量法或測(cè)長(zhǎng)法來(lái)確定缺陷的大小。當(dāng)量法是將缺陷的反射波高與已知尺寸的人工缺陷（如平底孔、橫孔等）的反射波高進(jìn)行比較，確定缺陷的當(dāng)量大小。測(cè)長(zhǎng)法是測(cè)量缺陷反射波的長(zhǎng)度，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)評(píng)估缺陷的實(shí)際大小。-依據(jù)：在一定條件下，缺陷的反射波高與缺陷的大小存在一定的關(guān)系，通過(guò)與已知尺寸的人工缺陷進(jìn)行對(duì)比，可以大致估算缺陷的大小。同時(shí)，缺陷反射波的長(zhǎng)度也能在一定程度上反映缺陷的實(shí)際尺寸。-目的：確定缺陷的大小，判斷缺陷是否超過(guò)允許的尺寸范圍，為容器的安全評(píng)估提供依據(jù)。-缺陷定性：-步驟：綜合分析反射波的特征，如反射波的幅度、波形、動(dòng)態(tài)波形變化等，結(jié)合容器的制造工藝、使用情況等因素進(jìn)行判斷。例如，氣孔的反射波一般比較尖銳，波形規(guī)則；裂紋的反射波幅度較高，波形較陡，且動(dòng)態(tài)波形變化明顯。還可以采用多角度檢測(cè)、對(duì)比不同探頭檢測(cè)結(jié)果等方法輔助定性。-依據(jù)：不同性質(zhì)的缺陷具有不同的聲學(xué)特性，其反射波的特征也不同。同時(shí)，容器的制造工藝和使用情況會(huì)影響缺陷的類(lèi)型和特征，綜合考慮這些因素可以更準(zhǔn)確地判斷缺陷的性質(zhì)。-目的：確定缺陷的性質(zhì)，如氣孔、裂紋、夾渣等，以便采取合適的處理措施。例如，裂紋是一種比較危險(xiǎn)的缺陷，需要及時(shí)進(jìn)行處理，而一些小的氣孔可能在一定范圍內(nèi)是允許存在的。2.請(qǐng)分析超聲檢測(cè)在檢測(cè)復(fù)雜形狀工件時(shí)可能遇到的問(wèn)題及解決方法。答案：超聲檢測(cè)在檢測(cè)復(fù)雜形狀工件時(shí)可能遇到以下問(wèn)題及相應(yīng)的解決方法：-聲束傳播方向受限：-問(wèn)題：復(fù)雜形狀工件的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則，可能導(dǎo)致聲束無(wú)法按照預(yù)期的方向傳