超声波检测方法按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法、共振法、TOFD法、超声相控阵检测法和超声导波检测法等。

1.脉冲反射法

超声波探头发射脉冲波到被检工件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。

脉冲反射法是根据探伤仪显示屏上显示的底波和缺陷波形进行判断的方法。该方法是反射法的基本方法。

图4-1 脉冲反射法的基本原理

图4-1所示为脉冲反射法的基本原理。当试件完好时，超声波可顺利传播到底面，检测图形中只有表示发射脉冲T及底面回波B两个信号。若试件中存在缺陷，则在检测图形中，底面回波前有表示缺陷的回波F。

当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的。如果试件内存在缺陷，则底面回波高度会下降，当缺陷达到一定尺寸时，底波会消失。当透入试件的超声波能量较大而试件厚度较小时，超声波可在检测面与底面之间往复传播多次，显示屏上出现多次底波B₁、B₂、…、B_n。如果试件内部存在缺陷，则底面回波次数会减少，同时显示出缺陷回波。检测时可根据底面回波次数和有无缺陷来判断工件质量。

2.穿透法

穿透法是依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷的一种方法。穿透法常采用两个探头，一个用于发射，一个用于接收，分别放置在试件的两侧进行检测。当工件内部存在缺陷或其他不正常情况时，接收探头仍能工作，但收到的信号变弱。当工件内部存在缺陷或不正常区城时，其面积大于或等于发射晶体直径，接收探头接收信号可能减弱至零。根据接收信号穿透脉冲波幅的高低，可判断缺陷的有无和大小。由于发射出来的超声波束具有一定的扩散角度，因此即使是同一缺陷，因其与接收探头间的距离不同，所形成的“声影”大小也不同。检测时不但要考虑发射超声波束的扩散情况，而且要考虑超声波在传播过程中遇到障碍物时的绕射现象。通常它适合于探查流水线上厚度在30mm以下的批量工件。

3.共振法

若声波在被检工件内传播，则当工件厚度为超声波半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率，根据相邻的两个共振频率之差，用式（4-1）算出工件厚度。

式中 f₀——工件的固有频率；

f_m、f_m-1——相邻两共振频率；

c——被检工件中的波速；

λ——波长；

δ——试件厚度。(www.daowen.com)

当工件内部存在缺陷或工件厚度发生变化时，工件的共振频率会发生变化，因此可根据频率的变化来判断缺陷情况和工件厚度的变化情况。共振法多用于工件测厚。

4.TOFD法

TOFD是Time Of Flight Diffraction的缩写，中文简称为超声衍射声时检测技术。TOFD技术依赖于超声波与不连续端点的相互作用。这种相互作用导致产生一个覆盖大角度范围的衍射波，对衍射波的检测可用于确定缺陷的存在。所记录的信号渡越时间可测量缺陷的高度，从而能够对缺陷定量。缺陷尺寸往往由衍射信号的渡越时间决定。信号幅度不用于缺陷定量评估。

TOFD的基本结构为一对相距一定间距的超声发射器与接收器，如图4-2所示。由于超声波的衍射与缺陷取向无关，因此通常使用宽角度声束的纵波探头，这样就可一次完成对一定空间的检查。然而，单次扫查中可检查的空间大小是有限制的，如图4-3所示。

图4-2 TOFD的基本结构

1—发射器 2—接收器 a—侧向波 b—上端 c—内角 d—缺陷 e—下端 f—背面回波

图4-3 内部缺陷的A型显示

x—幅度 y—时间 a—侧向波 b—上端 c—下端 d—背面回波

在一个声脉冲发射后，第一个到达接收器的信号通常是侧向波，这个侧向波刚好从测试工件近表面传播。

当不存在不连续时，第二个到达接收器的信号叫做背面回波。

这两个信号通常被作为参考，如果波形转换忽略不计，则由材料中的不连续所产生的任何信号将在侧向波与背面回波之间到达，因为侧向波和背面回波分别对应发射器与接收器之间最短和最长的路径。同理，缺陷上端所产生的信号较缺陷下端所产生的信号先到达接收器。内部缺陷的A型显示如图4-3所示。缺陷高度可从两个衍射信号的渡越时间差中推算出来。应注意侧向波和背面回波以及缺陷上下端回波之间的相位翻转。

5.超声相控阵检测法

超声相控阵检测法是按一定的规则和时序用电子系统控制激发由多个独立的压电晶片组成的阵列换能器，通过软件控制相控阵探头中每个晶片的激发延时和振幅，从而调节控制焦点的位置和聚焦的方向，生成不同指向性的超声波聚焦波束，产生不同形式的声束效果，可以模拟各种斜聚焦探头的工作，并且可以电子扫描和动态聚焦，无需或较少移动探头。该方法检测速度快，探头放在一个位置就可以生成被检测物体的完整图像，实现自动扫查，且可检测复杂形状的物体，克服了常规A型超声脉冲法的一些局限。

6.超声导波检测法

导波是由于声波在介质中的不连续交界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂的干涉和几何弥散而形成的，主要分为圆柱体中的导波以及板中导波等。探头阵列发出一束超声能量脉冲，此脉冲充斥整个圆周方向和整个管壁厚度，向远处传播。导波在传输过程中遇到缺陷（缺陷在径向截面上有一定的面积），会在缺陷处返回一定比例的反射波，因此可由同一探头阵列检出返回信号，从而发现和判断缺陷的大小。工件中的变化会产生反射信号，被探头阵列接收到，因此可以检出工件内外壁由腐蚀或侵蚀引起的缺陷。