头波和爬波：浅析划艇技巧

当纵波从第一介质以第一临界角附近的角度（±30′以内）入射第二介质时，在第二介质中不但存在表面纵波，而且由于要满足界面是自由的边界条件，还存在斜射横波。通常把横波的波前称为头波，把沿介质表面下一定距离处在横波和表面上纵波之间传播的峰值波称为纵向头波或爬波，如图3.5-56所示。严格地讲，爬波已不是纯粹的纵波。

在纵波速度为5850m/s的细晶珠光体钢平试样上，用频率为1.8MHz、晶片直径为18mm、有机玻璃（纵波速度c₁=2700m/s）斜楔倾角为27.5°（钢中第一临界角）的两个探头分别作为发射和接收探头，测出试样水平表面的声场指向性示于图3.5-57a；用直径为5mm的直探头在圆柱体侧壁测得在入射平面内的声场指向性示于图3.5-57b。

爬波受试件表面刻痕、不平整度、凹陷、液滴等的干扰较少，有利于探测表面下的缺陷，如铸件、堆焊层等的表面下裂纹以及螺纹根部的裂纹等。且理论和实验研究表明：将爬波探头的入射角α选为第一临界角，可通过选择fD值，来改变对表面附近缺陷的敏感深度，这里f为声波频率，D为探头晶片直径。这些都是它优于瑞利波之处。爬波速度与纵波相近，在圆弧面上约为纵波的0.96。因横波吸收能量，爬波离开探头后衰减很快，回波声压约与距离的4次方成反比，探测距离较小，通常只有数十毫米，在很多情况下采用双探头，一发一收相对放置，较为有利。

图3.5-56 头波和爬波和产生，以钢为例

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图3.5-57 空气/钢界面，f=1.8MHz，D=18mm，发射角α=27.5°时

图3.5-58 斜探头横波声场的虚拟源分析

在35°～39°之间的角度所产生的头波有相当的强度，这些横波在被检件的对面表面可产生纵波转换，因此用这种方法检测缺陷还有一些优点。在爬波存在的区域只对表层几个毫米深的区域敏感，横波不会干扰检测，因横波声速约为爬波和纵波的一半，由横波产生的信号在时间基线上的位置要后延很多。