无损检测超声检测公式汇总

.超声检测公式1.周期和频率的关系，二者互为倒数： T=1/f2.波速、波长和频率的关系：C= 或=3.CLCsCR1.810.94.声压： PP1P0 帕斯卡（Pa）微帕斯卡（Pa）1Pa1N/m2 1Pa106P6.声阻抗:Zp/ucu/uc 单位为克/厘米2秒（g/cm2s）或千克/米2秒（kg/m2s）7.声强；IZu2 单位; 瓦/厘米2（W/cm2）或 焦耳/厘米2秒（J/cm2s）8.声强级贝尔（BeL）。lgI2/I1 （BeL）9.声强级即分贝（dB） 10lgI2/I1 20lgP2/P1 （dB）10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比：20lgP2/P120lgH2/H1 （dB）11.声压反射率、透射率： r=Pr / P0 =Pt / P0 = = Z1第一种介质的声阻抗； Z2第二种介质的声阻抗12.声强反射率： R= 声强透射率：T T+R=1 =1 13.声压往复透射率；T往= 14.纵波斜入射: = CL1、CS1第一介质中的纵波、横波波速； CL2、CS2第二介质中的纵波、横波波速；L、L纵波入射角、反射角； L、S纵波、横波折射角；S横波反射角。15.纵波入射时：第一临界角: L=90时= 第二临界角：S=90时=16.有机玻璃横波探头L=27.657.7， 有机玻璃表面波探头L57.7 水钢界面 横波 L=14.527.2717.横波入射：第三临界角：当L=90时=33.2当S33.2时，钢中横波全反射。有机玻璃横波入射角S（等于横波探头的折射角S）=3555，即K=tgS=0.71.43时，检测灵敏度最高。18.衰减系数的计算 1. 薄板： =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n) 衰减系数，dB/m（单程）； 两次底波分贝值之差，dB；为反射损失，每次反射损失约为（0.51)dB； X 为薄板的厚度 ：工件检测厚度，mm；：单直探头近场区长度，mm；、底波反射次数2、厚板或粗圆柱体： =(Bn-Bm-6)/2x 两次底波分贝值之差，dB； 19.圆盘波源辐射的纵波声场声压为 ：20.近场区的长度： 21. 圆晶片辐射的声束半扩散角为： 22.波束未扩散区：23.矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压:3N时，24.矩形波源的近场区的长度为：25.矩形波源的半扩散角:X方向的半扩散角为： Y方向的半扩散角为：26.近场区在两种介质中的分布: 1基于钢中的近场区 2、基于水中的近场区 介质钢中波长 只有介质时，钢中近场长度； 介质水中波速； 介质钢中波速 27.横波轴线上的声压; 系数； 波源的面积；第二介质中横波波长；轴线上某点至假想波源的距离28.横波声场近场区长度为： 29.横波声场中，第二介质中的近场区长度为：- 波源的面积； 第二介质中横波波长； 入射点至波源的距离 入射点至假想波源的距离30.横波半扩散角1. 对于圆片形声源： 2.对于矩形正方形声源：31.规则反射体的反射波声压公式: X3N1.平底孔回波声压; 任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为： 2.长横孔回波声压; 任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为： 3.短横孔回波声压; 任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为： 4.球孔回波声压： 任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为： 5.大平底面或实心圆柱体回波声压： 两个不同距离的大平底回波分贝差为：6.空心圆柱体 1.外柱面径向检测空心圆柱体： 2.内孔检测圆柱体： 注意：以上各种规则反射体的反射波声压公式均未考虑介质衰减，如果考虑介质衰减，则所有公式均应增加:波源的起始声压；:探头波源的面积，： :反射体至波源的距离。:平底孔缺陷的面积， :波长, :长横孔的直径, Lf：短横孔长度 D:空心圆柱体外经 d：空心圆柱体内径 ：介质单程衰减系数，dB/mm 32.同距离的大平底与平底孔反射波dB差：33.当用平底面的和实心圆柱体曲底面调节灵敏度时，不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差为： :平底孔缺陷至检测面的距离；:锻件底面至检测面的距离 :材质衰减系数； :波长；:平底孔缺陷的当量直径； :底波与平底孔缺陷的反射波分贝差 34. 不同平底孔回波分贝差为： 35.当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调节平底孔灵敏度时： 空心圆柱体的内径；空心圆柱体的外径； “+”外圆径向探测，内孔凸柱面反射； “-”内孔径向探测，外圆凹柱面反射； 圆柱曲底面与平底孔缺陷的回波分贝差。36水浸法波型分析，水层厚度37. 管材周向检测纯横波检测条件： 38. 纯横波到达内壁条件： 2.横波检测到管材内壁 39. 水浸法： 声透镜： 偏心距： 0.251RX0.458r 水层厚度:H(管中横波声程) 焦距： 40. 采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于1.25P（即2.5KT）：1）采用直射法时，探头移动区应大于或等于0.75P（即1.5KT）。P=2KT 或P=2Ttan 式中：P：跨距，mm； T：母材厚度，mm；K：探头K值； 探头折射角，（）41. 为保证直射波与一次反射波能扫查到焊缝整个截面，K值应满足下式： K 对于单面焊、上述b 可以忽略不计，则：K 42按声程调节扫描速度时: 当仪器接声程1：n调节扫描速度时，应采用声程定位法来确定缺陷的位置。用直射法（一次波）检测发现缺陷时: 用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时 :缺陷的横波声程；:缺陷波前沿所对的刻度值；:探头的折射角；T:板厚； :缺陷的水平距离； :缺陷至检测面的深度。43.按水平调节扫描速度时: 当仪器按水平1：n调节扫描速度时，应采用水平定位法来确定缺陷的位置。若仪器按水平1：1调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿所对应的水平刻度值就是缺陷的水平距离:用直射法（一次波）检测发现缺陷时: 一次反射法（二次波）检测发现缺陷时: 式中 K:探头的K值，K=44、按深度调节扫描速度时：当仪器按深度1：n调节扫描速度时，应采用深度定位法来确定缺陷的位置。若仪器按深度1：1调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿所对应的水平刻度值就是缺陷的深度 用直射法（一次波）检测发现缺陷时: 用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时: 1、超声波的特点： 1.方向性好 2.能量高 3.能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换 4.穿透能力强2、超声波检测：使超声波与工件相互作用，就反射、投射和散射的波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。3、超声波检测的优点：1适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；2穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测； 3、缺陷定位较准确；4对面积型缺陷的检出率较高；5灵敏度高，可检测工件内部很小的缺陷；6检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用方便等 缺点：1）对缺陷的定性、定量仍需要作进一步研究；2）对具有复杂形状或不规则外型的工件进行超声波检测有困难；3）缺陷的取向、位置和形状对检测结果有影响；4）工件材质、晶粒度对检测有较大影响， 5）A型脉冲反射法检测结果是波形显示，不直观，检测结果无直接见证记录。5、机械波必须具备以下两个条件: 1、 要有作机械振动的波源；2 、能传播机械振动的弹性介质。6、衰减的原因 扩散衰减、散射衰减、吸收衰减 介质衰减通常是指吸收衰减和散射衰减，而不包括扩散衰减。7、双晶探头具有以下优点：（1）灵敏度高 （2）杂波少盲区小 （3）工件中近场区长度小 （4）探测范围可调8、超声波探头对晶片的要求：（1）机电耦合系数K较大，以便获得较高的转换效率。（2）机械品质因子m较小，以便获得较高分辨力和较小的盲区。（3）压电应变常数d33和压电电压常数g33较大，以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度。（4）频率常数Nt较大，介电常数较小，以便获得较高的频率。（5）居里温度Tc较高，声阻抗Z适当。9、仪器和探头的综合性能：1.灵敏度. 2盲区与始脉冲宽度 3.分辨力 4.信噪比 5.频率10、双探头法又可根据两个探头排列方式：并列法、交叉法、V型串列法、K型串列法、前后串列法等。11、选择检测仪器1、对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。2、对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器。3、对于大型零件的检测，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器。4、为了有效的发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨率好的仪器。5、对于室外现场检测，应选择重量轻，示波屏亮度好，抗干扰能力强 便携式仪器。6、对于重要工件应选用可记录式探伤仪。12、横波斜探头K值（或折射角）的选择：当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。在焊缝检测中，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于单面焊根部未焊透，还要考虑端角反射问题，应使K=0.71.5，因为K1.5，端角反射率很低，容易引起漏检。13、焊缝检测时探头K值的选择应遵循以下三方面原则 1.使声束能扫查到整个焊缝截面；2.使声束中心线尽量与主要缺陷垂直；3.保证有足够的灵敏度14、探头频率的选择的因素: 1、提高频率，有利于发现更小的缺陷；2频率高，脉冲宽度小，分辨力高；3、频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中；4、频率高，近场区长度大，对检测不利。5、频率增加，衰减越大；6、对面积状缺陷，频率高会形成反射指向性，检出率降低。15.探头晶片尺寸的选择的影响因素： 1、晶片尺寸增加，半扩散角减少，波束指向性变好，超声波能量集中，对检测有利。 2、晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对检测不利。3、晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。16、影响声耦合的因素主要有：1.耦合层的厚度，2.偶合剂的声阻抗，3.工件表面粗糙度、4.工件表面形状。17、影响缺陷定位的主要因素；1.仪器的影响 2.探头的影响 3.工件的影响 4.操作人员的影响 5、试块的影响18、影响缺陷定量的主要因素（1）.仪器及探头性能的影响1.频率的影响 2.衰减器精度和垂直线性的影响3.晶片尺寸的影响 4、探头K值的影响（2）.耦合与衰减的影响 1、耦合的影响2、衰减的影响 （3）.工件几何形状和尺寸的影响(4).缺陷的影响 1、缺陷形状的影响 2、缺陷方位的影响 3、缺陷波的指向性 4、缺陷表面粗糙度的影响 5、缺陷性质的影响 6、缺陷位置 19、试块的作用：1、确定检测灵敏度2、测试仪器和探头的性能 3、调整扫描速度 4、评判缺陷的大小 20.铸件的特点： 1、组织不均匀 2、组织不致密 3、表面粗糙，形状复杂 4、缺陷的种类和形状复杂21.铸件超声波检测的特点： 1超声波透声性差 2干扰杂波严重 3缺陷检测要求较低22、检测灵敏度：在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。23、调整检测灵敏度的目的：在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷进行定位24. 检测灵敏度的调节方法： 1、试块调整法 2、工件底波调整法25、超声探伤仪的几个主要指标，1、水平线性 2、垂直线性 3、动态范围 4.衰减器精度。 例1：示波屏上一波高为80%，另一波高为20%，问前者比后者高多少dB？解：20lgH2/H120lg80/2012（dB）答：前者比后者高12dB。例2，纵波倾斜入射到有机玻璃/钢界面时，有机玻璃中：CL1=2730m/s，钢中CL2=5900m/s，CS2=3230m/s。则第一、二临界角分别为：=27.6 =57.7例3: 计算2.5P20纵波直探头探测钢工件时的近场区长度N、半扩散角0和未扩散区长度b。解：由题意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 =CL/f 近场区长度：半扩散角： 未扩散区长度：例4：用2.5MHz，直径14mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中纵波声速5900m/s，水中纵波声速1480m/s，求钢中近场区长度N。解：钢中纵波波长： ，（mm） 钢中近场区长度： （mm）例5，试计算2.5MHZ、1012mm方晶片K2.0横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为12mm，求此探头在钢中的近场区长度。（钢中CS2=3230m/s）解： - （） 例6：用单斜探头直接接触法检测32540mm无缝钢管，求探头的最大K值？ 已知：D0=325mm T=40mm 求: 最大K值？解: 满足检测钢管内壁的最大折射角： 答:探头的最大K值为1.15。例7，用2.5P20Z探头径向检测500mm的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节500/2灵敏度？解：由题意得：计算：500mm处底波与2平底孔反射波分贝差为：2调节：探头对准工件完好区圆柱底面，找出反射最高回波，调“增益或衰减器”使底波B1达基准80高，然后用“衰减器”增益46dB，这时2灵敏度就调节好了。例8，用2.5P20Z探头径向检测外径为1000mm，内径为100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s问如何利用内孔回波调节450/2灵敏度？解：由题意得： 计算：450mm处内孔反射波与2平底孔反射波分贝差为 2调节：探头对准完好的内孔表面，找出最高反射波，调“增益”使底波B1达基准50高，然后用“衰减器”增益35dB作为检测灵敏度，此时，450/2的检测灵敏度的调节就完成了。必要时再增益6dB作为扫查灵敏度。例9，用2.5P20Z探头检测厚度为50mm的小锻件，采用CS系列试块调节50/2灵敏度，试块与锻件表面耦合差3dB，问如何调节灵敏度？解：利用CS系列试块调节灵敏度的方法如下：将探头对准CS-1试块2平底孔距离为50mm，调“增益”使2回波达50高，然后再用“衰减器”增益3dB，这时50/2灵敏度就调节好了。例10，用2.5P20Z探头检测底面粗糙，厚度为400mm的锻件，问如何利用100/4平底孔试块调节400/2灵敏度？试块与工件表面耦合差6dB。解：计算：100/4与400/2回波分贝差： 调节：探头对准100/4平底孔，找到最高回波后，然后用“衰减器”增益42dB，这时400/2灵敏度就调节好了。这时工件上400/2平底孔缺陷反射波正好达基准高50。例11，用2.5P20Z探头检测600的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s，=0.005dB/mm。利用锻件底波调节600/2灵敏度，底波达基准高时衰减读数为50dB，检测中在400mm处发现一缺陷，缺陷波达基准高时衰减器读数为30dB，求此缺陷的当量平底孔直径为多少？ 解：由题意得：， N=D2/4=202/42.36=42.37(mm)3N32.37=127(mm)400(mm)，可进行计算；，代入公式得：=1.1； = 答：此缺陷的当量平底孔直径为5.6。例12，用2.5P20Z探头沿外圆径向检测外径为1000mm，内径为100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s，=0.005dB/mm，检测中在200mm处发现一缺陷，其反射波比内孔反射波低12dB，求此缺陷的当量大小？解：由题意得：，=D2/4=202/42.36=42.37(mm)=42.37=127(mm)200(mm)，可进行计算； ；代入公式得：=1.225； =答：此缺陷的当量平底孔直径为2.8。例13，用2.5P20Z探头检测400mm厚的钢锻件，钢中 CL=5900m/s，衰减系数=0.005dB/mm，检测灵敏度为400mm处4为0dB。检测中在250mm处发现一缺陷，其波高比基准波高20dB，求250mm处4当量的dB值。并试根据JB/T4730.32005标准评定该锻件的质量级别。解： 条件判别 (mm)； mm 符合当量计算的条件。 求250mm处4当量的dB值 求该缺陷的当量并评级 缺陷当量：4+（20-9.5）dB =4+10.5dB 缺陷评级：该锻件评为级。例14：用=40的探头检测T=30mm的对接焊缝，仪器接声程1：1调节扫描速度，检测中在示波屏水平刻度60处出现一缺陷波，求此缺陷在焊缝中的位置？解：由已知得一、二次波的声程为：=T/=30/=39.2 =2=239.2=78.439.2(=60)78.4 因此此缺陷是二次波发现的，所以有=16038.6(mm) =23014(mm)答：此缺陷的水平距离为38.6mm，深度为14mm。例15：用K2探头检测T=15mm的对接焊缝，仪器按水平1：1调节扫描速度，检测中示波屏上水平刻度50处发现一缺陷波，求此缺陷的位置？解：由已知可得一、二次波的水平距离为：=215=30 =2215=6030（=50）60 因此此缺陷是二次波发现的，它的水平距离和深度分别为=150=50（mm） =21550/2=5（mm）答：水平距离为50mm，深度为5mm。例16：用K2探头检测T=40mm的焊缝，仪器按深度1：1调节扫描速度，检测中在示波屏水平刻度30和60处各出现一个缺陷波，求这个缺陷的位置？解：由已知条件可知：一、二次波的位置分别为： 因此，40，为一次波发现的 40（）80，为二次波发现的 30处缺陷的深度和水平距离分别为：=130=30（mm） =2130=60（mm）60处缺陷的深度和水平距离分别为：=240160=20（mm） =2160=120（mm）答：30处缺陷水平距离为60mm，深度为30mm。60处缺陷水平距离为120mm，深度为20mm。例17：水侵聚焦检测60mm*8mm小径管，声透镜曲率半径r=36mm，求偏心距x和水层厚度H 。解：偏心距x：R=60/2=30mm r=30-8=22mm=（0.25830+0.45822）/2=8.8mm焦距F: F=2.2 r=2.236=79.2mm水层厚度： =79.2-=50.5mm答：偏心距为8.8mm和水层厚度为50.5mm.