超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。这也是我们开始一段时间要讨论的主要内容，深入理解几何声学和物理声学中的有关概念，掌握其中的基本定律，对于灵活运用超声波理论去解决实际探伤中的各种问题无疑是十分有益的。我们今天开始讨论振动和波动。
超声波无损探伤是一种广泛应用的检测技术，它基于超声波的机械波特性进行工作。超声波探伤的原理是利用机械振动和波动的物理现象，这些概念是理解超声波理论的关键。机械振动是指物体在平衡位置附近沿着直线或曲线进行的往复周期性运动，如弹簧振子、钟摆等。振动的描述包括周期T（完成一次全振动所需时间）和频率f（单位时间内完成全振动的次数）。谐振动是最简单最基本的直线振动，具有恢复力与位移成正比的特点，且能量遵守机械能守恒。阻尼振动则是因为阻力导致振幅随时间减少，其周期不变。受迫振动是物体在周期性外力作用下产生的振动，经过一段时间会达到稳定状态，表现为周期性的谐振动，并可能产生共振现象。
波动是振动的传播过程，机械波需要振源和弹性介质才能产生。在波动中，介质的质点并不随波前进，而是按照波动传递振动状态。波长λ是指同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，与频率f和波速v之间存在关系：v = fλ。机械波分为两类：纵波（质点振动方向与波的传播方向相同）和横波（质点振动垂直于波的传播方向），超声波探伤中通常涉及的是纵波。
超声波探伤在实际应用中，例如在工业检测中，通过发射高频电脉冲，使得压电晶片产生共振，从而将电信号转化为声波。当这个声波（超声波）进入工件后，如果遇到缺陷或界面，会产生反射，接收器捕获这些反射信号，通过分析这些信号的时间延迟和幅度，可以判断工件内部是否存在缺陷及其位置、大小和性质。为了提高检测效率和准确性，通常会设计探头的压电晶片频率与晶片的固有频率一致，以达到共振状态，此时电声能量转换效率最高。
超声波无损探伤是基于对机械振动和波动理论的深刻理解，通过超声波的发射、传播和接收，实现对材料内部结构的无损检测。这种方法广泛应用于制造业、航空航天、石油化工等领域，是确保产品质量和安全的重要手段。对振动和波动的深入学习有助于更好地掌握超声波探伤技术，解决实际检测中的各类问题。
