水浸聚焦探头：声束进入钢后为何进一步聚焦

结论：正确（√）——超声闭卷题库第 143 题。钢中声速约为水中 4 倍（5900 vs 1480 m/s），会聚声束穿过水/钢平界面时发生折射，折射角大于入射角（声线远离法线、折向轴线），声束在钢中进一步会聚，焦距比水中更短。

原理图

原理示意 · 非实测 · 角度按折射定律计算，长度不按比例

物理过程

关键公式

折射定律（声学形式）：\[ \frac{\sin\theta_1}{c_1} = \frac{\sin\theta_2}{c_2} \]

代入水/钢数据：\(\;c_2/c_1 = 5900/1480 \approx 4\)，故对任意会聚声线恒有 \(\theta_2 > \theta_1\)。

教材中的同款表述（接触聚焦，同一原理）："聚焦折射波再入射到 \(c_2 < c_3\) 的平界面上，其折射波在工件内进一步聚焦"——水浸与接触式只是界面两侧介质不同，规律相同：从慢介质进入快介质，会聚声束进一步聚焦。

易错点

• 方向反了会发散：从快介质进慢介质（如钢中返回水），会聚声束经折射反而发散。聚焦/发散取决于界面两侧声速之比，不是固定属性。
• 平界面不改变声束的前提是平面波：平面对平面波只折向不改形状；此处是会聚（球面）波入射平界面，焦距才会改变。
• 水浸检测钢时入射角要小：纵波入射角超过 14.5° 钢中即无折射纵波（第二临界角前段），水浸检测钢材属图 2—45 所示情形。

记忆口诀

慢进快，折离法线，会聚更会聚；快进慢，折向法线，会聚变发散。

来源

• 超声闭卷_解析.md —— 第 143 题（答案：正确）
• Zotero-全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材·超声检测(第2版)（郑晖、林树青）—— 2.8 节（曲界面折射聚焦/发散判据、水浸聚焦探头设计原理）、3.3.1 节（聚焦声场的形成、平界面进一步聚焦）、4.7 节（水浸聚焦探头结构、焦距公式 F = c₁r/(c₁−c₂)）