超聲波檢測(cè)主要公式

1、超聲波檢測(cè)主要公式1.物理基礎(chǔ)部分： 1.1 f JTf 一頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)；T 一周期：質(zhì)點(diǎn)完成一次完全振動(dòng) 所需時(shí)間.1.2口 c扎=f波長(zhǎng),波在一個(gè)周期內(nèi)所傳播的路程;C -波速，波在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離設(shè)B為波線上任意一點(diǎn)，距原點(diǎn)0的距離為X.因?yàn)檎駝?dòng)從0點(diǎn)傳 播到B點(diǎn)所需的時(shí)間為x/c,所以B點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)在時(shí)間t的位移等于0點(diǎn) 上質(zhì)點(diǎn)在時(shí)間(t-x/c)的位移,即：1.3討二 Acos (t - x/c)二 Acos( t - kx)-圓頻率，即1秒鐘內(nèi)變化的弧度數(shù)T，國(guó)2兀k - 波數(shù).k 二一二一c 九1.52Ipm2ZI 一聲強(qiáng).在垂直聲波傳播方向上，單位面積上在單

2、位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的平均聲能. p -聲壓彈性質(zhì)點(diǎn)在傳播聲時(shí)，相鄰質(zhì)點(diǎn)所受到的附加 壓力.Z 一聲阻抗.其能直接表示介質(zhì)的聲 學(xué)性質(zhì).數(shù)值上Z = 21.5：dB =20lgB =20lg 也P2H 2»和p2 一兩個(gè)比較聲壓.分母中的p2為基準(zhǔn)聲壓.已和h2 -兩個(gè)比較的反射回波幅 度.分母中的h2為基準(zhǔn)反射回波幅度.1.6聲速c二E k PE -介質(zhì)的楊氏彈性模量，等于介質(zhì)承受的拉應(yīng)力 F/S與相對(duì)伸長(zhǎng).L/L之比.即：AL/ L? -介質(zhì)的密度.等于介質(zhì)的質(zhì)量M與其體積V之比,即t二M /Vk -與介質(zhì)的泊松比二有關(guān)的常數(shù).:二-介質(zhì)的泊松比，等于介質(zhì)橫向相對(duì)縮短. ：d /d與縱向

3、相對(duì)伸長(zhǎng)；-AL/L之比，即 = zj z1.7在鋼中 Cl/c : 1.82; Cr 0.92c1.8反射折射定律sin ： | _ sin : i _ sin ： t _ sin ：i sin 二Cl1Cl1Ct1Cl2Ct2分別是第一介質(zhì)的縱波入射角，縱波反射角，橫波反射角.Cl1 , Ct1, C 2 , Ct 2 -分別是第一介質(zhì)縱波速度,橫波速度，第二介質(zhì)縱波速度,橫波速度 -分別是第二介質(zhì)縱波折射角,橫波折射角1.9第一臨界角:縱波斜入射時(shí)，第二介質(zhì)折射縱波的折射角等于90°時(shí)的縱波入射角為第一臨界角。:-1二sin丄蟲;有機(jī)玻璃/鋼： | =27.2°水/鋼

4、：丨=14.7°C|2第二臨界角：縱波斜入射時(shí)，第二介質(zhì)折射橫波的折射角等于90°時(shí)的縱波入射角為第二臨界角。打 "n二乞;有機(jī)玻璃/鋼：r =56.7°水/鋼II =27.7° Ct2第三臨界角：橫波斜入射至固/氣界面，第一介質(zhì)縱波反射角等于90°時(shí)的橫波入射角為第三臨界角。:-III "門色;鋼 /空氣:-III =33.2° C111.10垂直入射時(shí)的反射率和透過(guò)率 聲壓反射率：反射聲壓Pa與入射聲壓P之比.r上二乙-乙P P 乙 Z2 聲壓透過(guò)率：透過(guò)聲壓pt與入射聲壓p之比t 一 Pt _ 2乙；t P;

5、P 乙乙 故:1 ' rtp 聲強(qiáng)反射率：反射聲強(qiáng)Ia與入射聲強(qiáng)I之比.R =5 = r2I 聲強(qiáng)透過(guò)率：透過(guò)聲強(qiáng)It與入射聲強(qiáng)I之比.故:R D =1聲壓往復(fù)透過(guò)率：探頭接收的返回聲壓pt與入射聲壓p之比.Pl P2Tp =匹=»旦二tp1 © =1 -r；;故Tp在數(shù)值上等于t1.15超聲波垂直入射平面界面的四種常見情況Z2 乙!如超聲波從水入射至鋼 中：rp二邑工=0.973;tp =1 rp =1.973p 1.5 46p p1 5 _46Z2 :乙如超聲波從鋼入射至水 中：rp一二-0.937;tp = 1 rp二0.063p 46 1.5p pZ 2 &

6、lt;.乙如超聲波入射到鋼試件 底面；探頭直接置于空氣中：r0.0004-461；t1 r 0r p1；tp =1 rp =0p 46 0.0004 p pWZj z2如超聲波入射至普通碳鋼焊縫金屬與母材金屬界面：因兩者聲阻抗僅差約1%,故r0 =0.5%;t1 rp 1p 1.99p p多層平面上垂直入射的反射率與透過(guò)率情況均勻介質(zhì)中的異質(zhì)薄層(Zi =Z3 = Z2)聲壓透過(guò)率d2 -異質(zhì)薄層厚度；2 異質(zhì)薄層中的波長(zhǎng) m -兩種介質(zhì)聲阻抗之比，m = ZZ2由上述公式可知:(a) 當(dāng)d2二n 2 n為正整數(shù) 時(shí),r ： 0,t ： 1,超聲波全透過(guò),幾乎無(wú)反射，常稱為半波透聲層.2(b)

7、 當(dāng)d2 =(2n，1)2 n為正整數(shù) 時(shí),即異質(zhì)薄層厚度等于1波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，t最低r最高.44薄層兩側(cè)介質(zhì)不同的雙界面(Z<- Z2 = Z3)如晶片一保護(hù)膜一工件,其聲強(qiáng)透過(guò)率為:4Z1Z322 2二d2Z1 Z3 cos -/一2f'2+ Z2+劊sin2 2二d2.2由上式可知:(a).d2二nn為正整數(shù) 時(shí):T經(jīng)企;若薄層厚度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍2乙Z3則通過(guò)薄層的聲強(qiáng)透過(guò)率T與薄層的性質(zhì)無(wú)關(guān)，好象不存在薄層一樣.(b).d2 =(2n 1)二 n為正整數(shù)4,且乙2二、Z1 Z3時(shí)4Z1Z3=1;超聲波全透射Z2Z1Z3Z2丿這對(duì)直探頭保護(hù)膜設(shè)計(jì)很重要.(c).檢測(cè)中對(duì)

8、探頭施加較大壓力，d2r O,sin 0, 0,tr 1,回波幅度提咼故現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要保持壓力盡可能穩(wěn)定.衰減系數(shù)的測(cè)定和計(jì)算(1) 試件厚度:2N<T < 200 mmVm(dB) -20lg 丄一、.mdB/ mm2(n -m)T:一試件的單程衰減系數(shù) Vm-試件m次與n次底波的dB差20lg - -底波的聲擴(kuò)散dB值m-底波的反射損失dB值試件厚度>200 mJ dB -6dB -、QdB/mm2T(3)薄試件(試件中多次底波的聲程在未擴(kuò)散區(qū)內(nèi))2( n -m)TdB/mm1.14聲壓公式(1)活塞波聲壓公式p 離聲源距離S處的聲壓 po -聲源的起始聲壓D -聲源直徑(2

9、) 球面波聲壓公式P =P。二D24 S(3) 近場(chǎng)區(qū)公式D24,N -近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度,聲軸線上最后一個(gè)聲壓 極大值點(diǎn)至聲源的距離A -晶片的面積.第二介質(zhì)剩余近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度N 'N'=4C2h -第一介質(zhì)厚度.G和c2 -第一和第二介質(zhì)聲速 '2 -第二介質(zhì)聲波波長(zhǎng).(b)橫波在第二介質(zhì)中的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度 N'Fs cos :& : s2 COS：Fs -晶片面積.-第二介質(zhì)中的橫波波長(zhǎng)h -入射點(diǎn)至晶片距離 :縱波入射角1 -橫波折射角(c)非擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度1.64N指向角公式(a) 圓晶片指向角：乙(b) 正方晶片(a a)指向角：二° =57a(c)

10、長(zhǎng)方形晶片(a b)指向角：瑁=57-a才=57b(5) 大平底面回波公式2 :DPb兩個(gè)不同距離大平底面回波的dB差:倍,聲壓差6dB.：dB =20lg血=20lg圣;即大平底回波聲程差PB2Sbi(6) 平底孔回波公式nD2 皿2pPo-屮4AS© 4人S©兩個(gè)不同距離和不同孔 徑平底孔回波聲壓的dB差dB =20©也"Olg-1P傘ES同孔徑，聲程差一倍,平底孔回波聲壓差12dB;同聲程,孔徑差一倍,平底孔回波聲壓差12dB.(7) 長(zhǎng)橫孔回波公式2HD 1®p 二 Po 一 4盒S® 2 2Scp兩個(gè)不同距離不同孔徑 長(zhǎng)橫孔

11、的回波聲壓dB差:：d20lg1Pq2同孔徑，聲程差一倍,長(zhǎng)橫孔回波聲壓差9dB; 同聲程,孔徑差一倍,長(zhǎng)橫孔回波聲壓差3dB.(8) 短橫孔回波公式B2l短師P卡百2S短 兩個(gè)不同孔徑，不同距離的短橫孔回波聲壓dB差:dB =20lg也=10lg 短巴21 短1P短 2短 2 MS 1l短 2同孔徑，聲程差一倍，短橫孔回波聲壓差12dB; 同聲程，孔徑差一倍，短橫孔回波聲壓差3dB.(9) 球孔回波公式PdPoD24Sdd4Sd兩個(gè)不同孔徑不同距離的球孔回波聲壓dB差:2. ：dB =20lg20lg-dlSd22Pd2d2Sd1同孔徑，聲程差一倍，球孔回波聲壓差12dB;同聲程，孔徑差一倍

12、，球孔回波聲壓差6dB.(10) 圓柱曲底面回波公式(a)實(shí)心圓柱體徑向檢測(cè)時(shí)，其圓柱曲底面回波聲壓 為:2 ：Ds4Sb丄即實(shí)心圓柱體徑向檢測(cè)2的底波聲壓與大平底回波聲壓相同(b)空心圓柱體從外圓面徑向檢測(cè)，其圓柱曲底面回波聲壓 為:nDS21 ! d卩外=Po花;DD 空心圓柱體外圓直徑.d -空心圓柱體內(nèi)孔直徑(c)空心圓柱體從內(nèi)孔面徑向檢測(cè)，其圓柱曲底面回波聲壓 為:Ds2 1 D(11) 不同距離處的大平底與平底孔回波聲壓 dB差:dB =20lg 匹Pf= 20lg2 S2二 D2&(12) 考慮衰減系數(shù)時(shí)，不同距離處的大平底與平底孔回波聲壓dB差(即與探傷儀實(shí)測(cè)情況對(duì)應(yīng))

13、：2 ?S2dB =20lg 匹=20lg2 (Sf - SB)PfHDfSB(13) 考慮衰減系數(shù)時(shí)，不同距離不同孔徑兩平底孔回波聲壓dB差(即與探傷儀實(shí)測(cè)情況對(duì)應(yīng))：dB =20lg 比=40lg 竺 +2a(S2 S)P 申S,2.缺陷位置2.1平面檢測(cè)2.1.1聲程定位kSf2(a)缺陷水平距離l f = Sf sin ：二 n f sin :胡+ kl f 1Sf1k 1 k2(c)缺陷深度次波：df1 =Sf1 cos：二 n f1 cos： 二次波：df2 =2T -Sf2cos： =2T -匕k三次波：df3 二 Sf3cos ： -2T 上-2T k四次波：df4 =4T -

14、Sf4cos1 =4T -匕k2.1.2水平定位(a)缺陷水平距離(b)缺陷深度n df L(當(dāng)缺陷分別是二次波、三次波或四次波發(fā)現(xiàn)時(shí)，按2.1.1方法 k計(jì)算缺陷深度)2.1.3深度定位(a)缺陷水平距離(b)缺陷深度 df =n.f(當(dāng)缺陷分別是二次波、三次波或四次波發(fā)現(xiàn)時(shí)，按2.1.1方法計(jì)算缺陷深度)2.2曲面檢測(cè) 221圓柱曲面外圓檢測(cè) (a)缺陷深度H = R- (kd)2 (R-d)2R-試件外半徑； k-探頭k值;d-平板試件中的缺陷深度 (b)缺陷水平弧長(zhǎng)kd2.2.2圓柱曲面內(nèi)孔檢測(cè) (a)缺陷深度h *(kd 2 + (r +d 2 _rr-試件內(nèi)半徑.(b)缺陷水平弧長(zhǎng)

15、180tg4kdr d2.2.3橫波外圓周向探測(cè)圓柱形筒體試件時(shí)的最大探測(cè)厚度Tm3.遲到波、三角形回波和61°波3.1縱波遲到波在鋼中遲到距離x ： 0.76dd -試件在晶片直徑方向?qū)?度3.2圓柱體試件徑向檢測(cè)時(shí)的三角形回波3.2.1縱波-縱波-縱波的三角形回波聲程x-id cos30o ： 1.3d2d -圓柱體試件的直徑3.2.2縱波-橫波-縱波的三角形回波聲程x2 =d cos35.6o - 5900 d cos18.8° 1.67d2 32303.361 °反射波（在I I W試塊上的聲程）°o .5900心=70 -25 cos61o 35-25 sin61°8232303.445°反射波（在I I W試塊上的聲程）x45 =70 -25 cos45o 35 -25 sin45° ： 704鋼板水浸檢測(cè)水層厚度公式c鋼I -水層厚度 n -重合次數(shù)T -鋼板厚度 c水-水的縱波速度C鋼-鋼的縱波速度5小徑管水浸檢測(cè)5.1偏心距x偏心距平均值-0.251R0.458rx =R -小徑管外半徑 r -小徑管內(nèi)半徑25.2焦距FF = H R2 _ x2H -水層厚度