超聲檢測公式

1、超聲檢測公式1.周期和頻率的關系，二者互為倒數(shù)： T=1/f2.波速、波長和頻率的關系：C= 或=3.CLCsCR1.810.94.聲壓： PP1P0 帕斯卡（Pa）微帕斯卡（Pa）1Pa1N/m2 1Pa106P6.聲阻抗:Zp/ucu/uc 單位為克/厘米2·秒（g/cm2·s）或千克/米2·秒（kg/m2·s）7.聲強；IZu2 單位; 瓦/厘米2（W/cm2）或 焦耳/厘米2·秒（J/cm2·s）8.聲強級貝爾（BeL）。lgI2/I1 （BeL）9.聲強級即分貝（dB） 10lgI2/I1 20lgP2/P1 （dB）10.

2、儀器示波屏上的波高與回波聲壓成正比：20lgP2/P120lgH2/H1 （dB）11.聲壓反射率、透射率： r=Pr / P0 =Pt / P0 = = Z1第一種介質(zhì)的聲阻抗； Z2第二種介質(zhì)的聲阻抗12.聲強反射率： R= 聲強透射率：T T+R=1 =1 13.聲壓往復透射率；T往= 14.縱波斜入射: = CL1、CS1第一介質(zhì)中的縱波、橫波波速； CL2、CS2第二介質(zhì)中的縱波、橫波波速；L、´L縱波入射角、反射角； L、S縱波、橫波折射角；´S橫波反射角。15.縱波入射時：第一臨界角: L=90°時= 第二臨界角：S=90°時=16.有機玻

3、璃橫波探頭L=27.6°57.7°， 有機玻璃表面波探頭L57.7° 水鋼界面 橫波 L=14.5°27.27°17.橫波入射：第三臨界角：當´L=90°時=33.2°當S33.2°時，鋼中橫波全反射。有機玻璃橫波入射角S（等于橫波探頭的折射角S）=35°55°，即K=tgS=0.71.43時，檢測靈敏度最高。18.衰減系數(shù)的計算 1. 薄板： =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n) 衰減系數(shù)，dB/m（單程）； 兩次底波分貝值之差，dB；為反射損失，每次反射損失約為（0.

4、51)dB； X 為薄板的厚度 ：工件檢測厚度，mm；：單直探頭近場區(qū)長度，mm；、底波反射次數(shù)2、厚板或粗圓柱體： =(Bn-Bm-6)/2x 兩次底波分貝值之差，dB； 19.圓盤波源輻射的縱波聲場聲壓為 ：20.近場區(qū)的長度： 21. 圓晶片輻射的聲束半擴散角為： 22.波束未擴散區(qū)：23.矩形波源輻射的縱波聲場：波束軸線上的聲壓:3N時，24.矩形波源的近場區(qū)的長度為：25.矩形波源的半擴散角:X方向的半擴散角為： Y方向的半擴散角為：26.近場區(qū)在兩種介質(zhì)中的分布: 1基于鋼中的近場區(qū) 2、基于水中的近場區(qū) 介質(zhì)鋼中波長 只有介質(zhì)時，鋼中近場長度； 介質(zhì)水中波速； 介質(zhì)鋼中波速 27

5、.橫波軸線上的聲壓; 系數(shù)； 波源的面積；第二介質(zhì)中橫波波長；軸線上某點至假想波源的距離28.橫波聲場近場區(qū)長度為： 29.橫波聲場中，第二介質(zhì)中的近場區(qū)長度為：- 波源的面積； 第二介質(zhì)中橫波波長； 入射點至波源的距離 入射點至假想波源的距離30.橫波半擴散角1. 對于圓片形聲源： 2.對于矩形正方形聲源：31.規(guī)則反射體的反射波聲壓公式: X3N1.平底孔回波聲壓; 任意兩個距離和直徑不同的平底孔反射波聲壓之比為： 2.長橫孔回波聲壓; 任意兩個距離、直徑不同的長橫孔回波分貝差為： 3.短橫孔回波聲壓; 任意兩個距離、長度和直徑不同的短橫孔回波分貝差為： 4.球孔回波聲壓： 任意兩個距離度

6、和直徑不同的球孔回波分貝差為： 5.大平底面或?qū)嵭膱A柱體回波聲壓： 兩個不同距離的大平底回波分貝差為：6.空心圓柱體 1.外柱面徑向檢測空心圓柱體： 2.內(nèi)孔檢測圓柱體： 注意：以上各種規(guī)則反射體的反射波聲壓公式均未考慮介質(zhì)衰減，如果考慮介質(zhì)衰減，則所有公式均應增加:波源的起始聲壓；:探頭波源的面積，： :反射體至波源的距離。:平底孔缺陷的面積， :波長, :長橫孔的直徑, Lf：短橫孔長度 D:空心圓柱體外經(jīng) d：空心圓柱體內(nèi)徑 ：介質(zhì)單程衰減系數(shù)，dB/mm 32.同距離的大平底與平底孔反射波dB差：33.當用平底面的和實心圓柱體曲底面調(diào)節(jié)靈敏度時，不同距離處的大平底與平底孔回波分貝差為：

7、 :平底孔缺陷至檢測面的距離；:鍛件底面至檢測面的距離 :材質(zhì)衰減系數(shù)； :波長；:平底孔缺陷的當量直徑； :底波與平底孔缺陷的反射波分貝差 34. 不同平底孔回波分貝差為： 35.當用空心圓柱體內(nèi)孔或外圓曲底面調(diào)節(jié)平底孔靈敏度時： 空心圓柱體的內(nèi)徑；空心圓柱體的外徑； “+”外圓徑向探測，內(nèi)孔凸柱面反射； “-”內(nèi)孔徑向探測，外圓凹柱面反射； 圓柱曲底面與平底孔缺陷的回波分貝差。36水浸法波型分析，水層厚度37. 管材周向檢測純橫波檢測條件： 38. 純橫波到達內(nèi)壁條件： 2.橫波檢測到管材內(nèi)壁 39. 水浸法： 聲透鏡： 偏心距： 0.251RX0.458r 水層厚度:H(管中橫波聲程)

8、焦距： 40. 采用一次反射法檢測時，探頭移動區(qū)應大于或等于1.25P（即2.5KT）：1）采用直射法時，探頭移動區(qū)應大于或等于0.75P（即1.5KT）。P=2KT 或P=2Ttan 式中：P：跨距，mm； T：母材厚度，mm；K：探頭K值； 探頭折射角，（º）41. 為保證直射波與一次反射波能掃查到焊縫整個截面，K值應滿足下式： K 對于單面焊、上述b 可以忽略不計，則：K 42按聲程調(diào)節(jié)掃描速度時: 當儀器接聲程1：n調(diào)節(jié)掃描速度時，應采用聲程定位法來確定缺陷的位置。用直射法（一次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時: 用一次反射法（二次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時 :缺陷的橫波聲程；:缺陷波前沿所對的刻

9、度值；:探頭的折射角；T:板厚； :缺陷的水平距離； :缺陷至檢測面的深度。43.按水平調(diào)節(jié)掃描速度時: 當儀器按水平1：n調(diào)節(jié)掃描速度時，應采用水平定位法來確定缺陷的位置。若儀器按水平1：1調(diào)節(jié)掃描速度時，那么顯示屏上缺陷波前沿所對應的水平刻度值就是缺陷的水平距離:用直射法（一次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時: 一次反射法（二次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時: 式中 K:探頭的K值，K=44、按深度調(diào)節(jié)掃描速度時：當儀器按深度1：n調(diào)節(jié)掃描速度時，應采用深度定位法來確定缺陷的位置。若儀器按深度1：1調(diào)節(jié)掃描速度時，那么顯示屏上缺陷波前沿所對應的水平刻度值就是缺陷的深度 用直射法（一次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時: 用一次反射

10、法（二次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時: 1、超聲波的特點： 1.方向性好 2.能量高 3.能在界面上產(chǎn)生反射、折射、衍射和波型轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換 4.穿透能力強2、超聲波檢測：使超聲波與工件相互作用，就反射、投射和散射的波進行研究，對工件進行宏觀缺陷檢測、幾何特征測量、組織結(jié)構和力學性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應用性進行評價的技術。3、超聲波檢測的優(yōu)點：1適用于金屬、非金屬和復合材料等多種制件的無損檢測；2穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進行檢測； 3、缺陷定位較準確；4對面積型缺陷的檢出率較高；5靈敏度高，可檢測工件內(nèi)部很小的缺陷；6檢測成本低、速度快，設備輕便，對人體及環(huán)境無害，現(xiàn)場使用

11、方便等 缺點：1）對缺陷的定性、定量仍需要作進一步研究；2）對具有復雜形狀或不規(guī)則外型的工件進行超聲波檢測有困難；3）缺陷的取向、位置和形狀對檢測結(jié)果有影響；4）工件材質(zhì)、晶粒度對檢測有較大影響， 5）A型脈沖反射法檢測結(jié)果是波形顯示，不直觀，檢測結(jié)果無直接見證記錄。5、機械波必須具備以下兩個條件: 1、 要有作機械振動的波源；2 、能傳播機械振動的彈性介質(zhì)。6、衰減的原因 擴散衰減、散射衰減、吸收衰減 介質(zhì)衰減通常是指吸收衰減和散射衰減，而不包括擴散衰減。7、雙晶探頭具有以下優(yōu)點：（1） 靈敏度高 （2）雜波少盲區(qū)小 （3） 工件中近場區(qū)長度小 （4） 探測范圍

12、可調(diào)8、超聲波探頭對晶片的要求：（1）機電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。（2）機械品質(zhì)因子m較小，以便獲得較高分辨力和較小的盲區(qū)。（3）壓電應變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。（4）頻率常數(shù)Nt較大，介電常數(shù)較小，以便獲得較高的頻率。（5）居里溫度Tc較高，聲阻抗Z適當。9、儀器和探頭的綜合性能：   1. 靈敏度.  2 盲區(qū)與始脈沖寬度    3. 分辨力    4. 信噪比 5.頻率10、雙探頭法又

13、可根據(jù)兩個探頭排列方式：并列法、交叉法、V型串列法、K型串列法、前后串列法等。11、選擇檢測儀器1、對于定位要求高的情況，應選擇水平線性誤差小的儀器。2、對于定量要求高的情況，應選擇垂直線性好，衰減器精度高的儀器。3、對于大型零件的檢測，應選擇靈敏度余量高、信噪比高、功率大的儀器。4、為了有效的發(fā)現(xiàn)近表面缺陷和區(qū)分相鄰缺陷，應選擇盲區(qū)小、分辨率好的儀器。5、對于室外現(xiàn)場檢測，應選擇重量輕，示波屏亮度好，抗干擾能力強 便攜式儀器。6、對于重要工件應選用可記錄式探傷儀。12、橫波斜探頭K值（或折射角）的選擇：當工件厚度較小時，應選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區(qū)檢測。當工件厚度較大時

14、，應選用較小的K值，以減少聲程過大引起的衰減，便于發(fā)現(xiàn)深度較大處的缺陷。在焊縫檢測中，還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。對于單面焊根部未焊透，還要考慮端角反射問題，應使K=0.71.5，因為K<0.7或K>1.5，端角反射率很低，容易引起漏檢。13、 焊縫檢測時探頭K值的選擇應遵循以下三方面原則 1.使聲束能掃查到整個焊縫截面；2.使聲束中心線盡量與主要缺陷垂直；3.保證有足夠的靈敏度14、探頭頻率的選擇的因素: 1、提高頻率，有利于發(fā)現(xiàn)更小的缺陷；2頻率高，脈沖寬度小，分辨力高；3、頻率高，波長短，則半擴散角小，聲束指向性好，能量集中；4、頻率高，近場區(qū)長度大，對檢測不

15、利。5、頻率增加，衰減越大；6、對面積狀缺陷，頻率高會形成反射指向性，檢出率降低。15.探頭晶片尺寸的選擇的影響因素： 1、晶片尺寸增加，半擴散角減少，波束指向性變好，超聲波能量集中，對檢測有利。 2、晶片尺寸增加，近場區(qū)長度迅速增加，對檢測不利。3、晶片尺寸大，輻射的超聲波能量大，探頭未擴散區(qū)掃查范圍大，遠距離掃查范圍相對變小，發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷能力增強。16、影響聲耦合的因素主要有：1.耦合層的厚度，2.偶合劑的聲阻抗，3.工件表面粗糙度、4.工件表面形狀。17、影響缺陷定位的主要因素；1.    儀器的影響 2.   &#

16、160;探頭的影響 3.    工件的影響 4.    操作人員的影響 5、試塊的影響18、影響缺陷定量的主要因素（1）.    儀器及探頭性能的影響1.頻率的影響 2.衰減器精度和垂直線性的影響3.晶片尺寸的影響 4、探頭K值的影響（2）.    耦合與衰減的影響 1、耦合的影響2、衰減的影響 （3）.  工件幾何形狀和尺寸的影響(4).    缺陷的影響 1、缺陷形狀的影響

17、 2、缺陷方位的影響 3、缺陷波的指向性 4、缺陷表面粗糙度的影響 5、缺陷性質(zhì)的影響 6、缺陷位置 19、試塊的作用：    1、確定檢測靈敏度    2、測試儀器和探頭的性能     3、調(diào)整掃描速度    4、 評判缺陷的大小 20.鑄件的特點： 1、組織不均勻 2、組織不致密 3、表面粗糙，形狀復雜 4、缺陷的種類和形狀復雜21.鑄件超聲波檢測的特點： 1超聲波透聲性差 2干擾雜波嚴重 3缺陷檢測要求較低22、檢測靈敏度：在確定

18、的聲程范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力。23、調(diào)整檢測靈敏度的目的：在于發(fā)現(xiàn)工件中規(guī)定大小的缺陷，并對缺陷進行定位24. 檢測靈敏度的調(diào)節(jié)方法： 1、試塊調(diào)整法 2、工件底波調(diào)整法25、超聲探傷儀的幾個主要指標，1、水平線性 2、垂直線性 3、動態(tài)范圍 4.衰減器精度。 例1：示波屏上一波高為80%，另一波高為20%，問前者比后者高多少dB？解：20lgH2/H120lg80/2012（dB）答：前者比后者高12dB。例2，縱波傾斜入射到有機玻璃/鋼界面時，有機玻璃中：CL1=2730m/s，鋼中CL2=5900m/s，CS2=3230m/s。則第一、二臨界角分別為：=27.6° =57

19、.7°例3: 計算2.5P20縱波直探頭探測鋼工件時的近場區(qū)長度N、半擴散角0和未擴散區(qū)長度b。解：由題意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 =CL/f 近場區(qū)長度：半擴散角：° 未擴散區(qū)長度：例4：用2.5MHz，直徑14mm縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為20mm，鋼中縱波聲速5900m/s，水中縱波聲速1480m/s，求鋼中近場區(qū)長度N。解：鋼中縱波波長： ，（mm） 鋼中近場區(qū)長度： （mm）例5，試計算2.5MHZ、10×12mm方晶片K2.0橫波探頭，有機玻璃中入射點至晶片的距離為12mm，求此探頭在鋼中的近場區(qū)長度。（鋼

20、中CS2=3230m/s）解： - （） 例6：用單斜探頭直接接觸法檢測325×40mm無縫鋼管，求探頭的最大K值？ 已知：D0=325mm T=40mm 求: 最大K值？解: 滿足檢測鋼管內(nèi)壁的最大折射角： 答:探頭的最大K值為1.15。例7，用2.5P20Z探頭徑向檢測500mm的實心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，問如何利用底波調(diào)節(jié)500/2靈敏度？解：由題意得：計算：500mm處底波與2平底孔反射波分貝差為：2調(diào)節(jié)：探頭對準工件完好區(qū)圓柱底面，找出反射最高回波，調(diào)“增益或衰減器”使底波B1達基準80高，然后用“衰減器”增益46dB，這時2靈敏度就調(diào)節(jié)好了。例8，用2.5P2

21、0Z探頭徑向檢測外徑為1000mm，內(nèi)徑為100mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900m/s問如何利用內(nèi)孔回波調(diào)節(jié)450/2靈敏度？解：由題意得： 計算：450mm處內(nèi)孔反射波與2平底孔反射波分貝差為 2調(diào)節(jié)：探頭對準完好的內(nèi)孔表面，找出最高反射波，調(diào)“增益”使底波B1達基準50高，然后用“衰減器”增益35dB作為檢測靈敏度，此時，450/2的檢測靈敏度的調(diào)節(jié)就完成了。必要時再增益6dB作為掃查靈敏度。例9，用2.5P20Z探頭檢測厚度為50mm的小鍛件，采用CS系列試塊調(diào)節(jié)50/2靈敏度，試塊與鍛件表面耦合差3dB，問如何調(diào)節(jié)靈敏度？解：利用CS系列試塊調(diào)節(jié)靈敏度的方法如下：將探頭對準CS-1

22、試塊2平底孔距離為50mm，調(diào)“增益”使2回波達50高，然后再用“衰減器”增益3dB，這時50/2靈敏度就調(diào)節(jié)好了。例10，用2.5P20Z探頭檢測底面粗糙，厚度為400mm的鍛件，問如何利用100/4平底孔試塊調(diào)節(jié)400/2靈敏度？試塊與工件表面耦合差6dB。解：計算：100/4與400/2回波分貝差： 調(diào)節(jié)：探頭對準100/4平底孔，找到最高回波后，然后用“衰減器”增益42dB，這時400/2靈敏度就調(diào)節(jié)好了。這時工件上400/2平底孔缺陷反射波正好達基準高50。例11，用2.5P20Z探頭檢測600的實心圓柱體鍛件， CL=5900m/s，=0.005dB/mm。利用鍛件底波調(diào)節(jié)600/

23、2靈敏度，底波達基準高時衰減讀數(shù)為50dB，檢測中在400mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，缺陷波達基準高時衰減器讀數(shù)為30dB，求此缺陷的當量平底孔直徑為多少？ 解：由題意得：， N=D2/4=202/4×2.36=42.37(mm)3N3×2.37=127(mm)400(mm)，可進行計算；，代入公式得：=1.1； = 答：此缺陷的當量平底孔直徑為5.6。例12，用2.5P20Z探頭沿外圓徑向檢測外徑為1000mm，內(nèi)徑為100mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900m/s，=0.005dB/mm，檢測中在200mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其反射波比內(nèi)孔反射波低12dB，求此缺陷的當量大小？解：由題

24、意得：，=D2/4=202/4×2.36=42.37(mm)=×42.37=127(mm)200(mm)，可進行計算； ；代入公式得：=1.225； =答：此缺陷的當量平底孔直徑為2.8。例13，用2.5P20Z探頭檢測400mm厚的鋼鍛件，鋼中 CL=5900m/s，衰減系數(shù)=0.005dB/mm，檢測靈敏度為400mm處4為0dB。檢測中在250mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其波高比基準波高20dB，求250mm處4當量的dB值。并試根據(jù)JB/T4730.32005標準評定該鍛件的質(zhì)量級別。解： 條件判別 ； mm 符合當量計算的條件。 求250mm處4當量的dB值 求該缺陷的當量并評級 缺陷當量：4+（20-9.5）dB =4+10.5dB 缺陷評級：該鍛件評為級。例14：用=40º的探頭檢測T=30mm的對接焊縫，儀器接聲程1：1調(diào)節(jié)掃描速度，檢測中在示波屏水平刻度60處出現(xiàn)一缺陷波，求此缺陷在焊縫中的位置？解：由已知得一、二次波的聲程為：=T/=30/=39.2 =2