在无限均匀介质中传播的波称为体波。体波有两种，一种叫做纵波（或称为疏密波、无旋波、拉压波、P波），一种叫做横波（或称为剪切波、S波）。它们以各自的速度传播而无波型混合。而在一个或两个弹性半空间表面处，介质性质的不连续使超声波经过一次反射或透射后发生波型转换。随后，各种类型的反射波和透射波及界面波均以各自恒定的速度传播，而传播速度只与介质材料密度和弹性性质有关，不依赖于波动本身的特性。

当介质中有多于一个的界面存在时，就会形成一些具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将经受多次来回反射，这些往返的波将会产生复杂的波型转换，并且波与波之间会发生复杂的干涉。若一个弹性半空间被平行于表面的另一个面所截，使其厚度方向成为有界的，这就构成了一个无限延伸的弹性板状空间。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行于板面的方向行进，即平行的边界导制超声波在板内传播。这样的一个系统称为平板超声波导。

除薄板外，圆柱壳、棒及层状的弹性体都是典型的波导。其共同特性是：由两个或更多的平行界面存在而引入一个或多个特征尺寸（如壁厚、直径等）。在波导中传播的超声波称为超声导波。在薄板中传播的超声导波称为兰姆波（或者板波）。在圆柱和圆柱壳中传播的超声导波称为柱面导波

超声导波是由于超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。超声导波主要分为圆柱体中的超声导波以及板中的超声导波等。

根据Silk和Bainton的理论，圆柱体（或圆管）中的超声导波分为：纵向模态（L模态），用L（n，m）表示；扭转模态（T模态），用T（n，m）表示；弯曲模态（F模态），用F（n，m）表示。

其中，n和m分别代表周向和径向模态参数，且均为整数。L模态和T模态是轴对称模态，F模态是非轴对称模态，如图10-38所示。

各模式中整数m是计数变量，反映该模式在管壁厚度方向上的振动形态；整数n反映该模式绕管壁螺旋式的传播形态。其中，L（0，m）和T（0，m）模式是F（n，m）模式中n=0的特例。

板中的超声导波分为兰姆波（Lamb）、SH波和漏兰姆波等。其中，兰姆波为其主要形式。按照传播时板上下表面质点的振动相对于板中部是否对称，可将兰姆波分为对称和反对称两种模式，即对称型兰姆波（S）和反对称型兰姆波（A），每种波型又分为很多级（A₀、A₁、A₂、…、A_n和S₀、S₁、S₂、…、S_n）。

图10-38 圆管中超声导波的三种模态

a）纵向模态 b）弯曲模态 c）扭转模态(www.daowen.com)

对称型兰姆波的特点为：薄板中心质点做纵向运动，上下表面质点做椭圆运动，水平位移相位相同，垂直位移相位相反，并且对称于板中心。反对称型兰姆波的特点为：薄板中心质点做横向运动，上下表面质点做椭圆运动，水平位移相位相反，垂直位移相位相同，且不对称于板中心，如图10-39所示。当兰姆波在板中传播时，质点的运动可分为垂直分量（X轴）和水平分量（Z轴）。从理论上讲，当垂直分量大于水平分量时，所激发的兰姆波能量就大，并容易收到反射波而发现钢板的缺陷。为获得较大的垂直分量，应选用非对称型兰姆波，其振动充满整个板厚，从而能发现薄板中不同部位的缺陷。

图10-39 兰姆波基本模式的粒子运动

虽然形成兰姆波的条件苛刻，但是对于平板而言，只要这些波动满足共振条件，就可以允许不同模式的共振模形成。换而言之，在固定板厚的条件下，可以有不同频率及不同相速度（单一频率的声波在介质中的传播速度）的板波存在，再加上由探头频宽造成的不同群速度（多个频率相差不大的声波在同一介质中传播时互相合成的传播速度），兰姆波的波速不再是传统意义上的单一值，因此利用兰姆波作为检测工具要相对困难一些。再者，每一种模式的波动都有其独特的运动形式，是由垂直及平行于表面的位移分量所形成的。由此可见，特定的模式对特定的缺陷有极高的灵敏度，同时，不同的共振模式对厚度方向不同的区域也有不同的检测灵敏度。兰姆波检测是利用高频声束在被检板材的内部组织中传播时遇到缺陷或界面而出现反射或散射的特征来实现的。如何有针对性地选择适当的兰姆波模式，也是一个相当关键的问题。

超声导波具有以下特点：

1）超声导波通常以反射和折射的形式与边界发生相互作用，经介质边界制导传播，并且在传播过程中，纵波与横波相互间进行模态转换。在数学上，虽然体波与导波受同一组偏微分波动方程控制，但是体波方程的解无需满足边界条件，而导波方程的解在满足控制方程的同时必须满足实际的边界条件。

2）超声导波在一个有限体中通常可以存在多种不同的导波模态。超声导波大多具有频散现象，即超声导波相速度是超声导波频率的函数，随着超声导波频率的变化而变化。

3）由于超声导波沿传播路径衰减很小，因此当在构件中的一点激励超声导波时，它可以沿构件传播非常远的距离，最远可达几十米。由于接收探头所接收到的信号包含了有关激励和接收两点间结构整体性的信息，因此超声导波技术实际上是检测了一条线，而不是一个点。由于利用超声导波从一点检测就可以迅速也将大片区域进行有效检测，因此其比传统的无损检测方法更加有效率。

4）由于超声导波在管（或板）的内、外（上、下）表面和中部都有质点振动，声场遍及整个壁厚（板厚），因此整个壁厚（或板厚）都可以被检测到，无论对内表面的金属缺陷还是对外表面的金属缺陷，都非常敏感，这就意味着既可以检测构件的内部缺陷也可以检测构件的表面缺陷。

5）利用超声导波检测管道具有快速、可靠、经济且无需剥离外包层的优点，是管道检测新兴和前沿的一个发展方向。超声导波可以检测无法直接触及的区域，能提供更加快速而全面的检测结果，对弯曲面区域更加容易检测，在线无损检测更加具有优势。