無損檢測超聲檢測公式匯總

1、超聲檢測公式1.周期和頻率的關系，二者互為倒數(shù):2.波速、波長和頻率的關系：C= fT=1/fc或入=f3. Cl : Cs : CR 1.8 : 1 : 0.94. 聲壓：P = Pi Po帕斯卡(Pa)微帕斯卡(卩 Pa) 1Pa= 1N/mi1Pa = 106 卩 P6.聲阻抗:Z = p/u = cu/u = c 單位為克/厘米2 秒(g/cm2 s)或千克/米2 秒(kg/m2 s)7.聲強;I = 2 Zu2= 2 Z單位；瓦/厘米2 (W/cn2)或 焦耳/厘米2 秒(J/cm2 s) = lgI 2/I 1 = 10lgI 2/I 18. 聲強級貝爾(BeL)。9. 聲強級即分

2、貝(dB)10. 儀器示波屏上的波高與回波聲壓成正比:11. 聲壓反射率、透射率：r=Pr / P0(BeL)=20lgP2/P1(dB)20lgP2/Pp 20lgH2/H1(dB)t=Pt / P01 r tPr(1 r)/Z1 t/Z2 r=P0乙一第一種介質的聲阻抗；PL2乙t = P°Z 2 乙Z2第二種介質的聲阻抗2乙乙Z2乙12.聲強反射率：R= Ior2 Z2 ZjZ2 Z!聲強透射率:4Z1Z2Z2 Z1 2T+R=1t r =14Z1Z213. 聲壓往復透射率；T往=(Z"石產sin l sin l sins sin l sin s14. 縱波斜入射：c

3、L1=cL1=cs1=cL2= cs2 CL1、CS第一介質中的縱波、橫波波速；Cl2、CS2 第二介質中的縱波、橫波波速；a l、a丄一縱波入射角、反射角；B l、B s 縱波、橫波折射角；a，s橫波反射角。cL1cL115. 縱波入射時：第一臨界角a : B l=90。時a 1 = arcsin %第二臨界角a：B s=90。時a “ =arcsin 6216. 有機玻璃橫波探頭a L=27.6。57.7 °,有機玻璃表面波探頭a l > 57.7 °水鋼界面 橫波a l=14.5。27.27 °cS117. 橫波入射：第三臨界角：當a' L=9

4、0°時aM =arcsin 3 =33.2。當a s> 33.2。時，鋼中橫波全反射。 有機玻璃橫波入射角a S (等于橫波探頭的折射角B s) =35°55°，即K=tgB S=0.71.43時，檢測靈敏度最高。20 lg B m / B n18. 衰減系數(shù)的計算 1. 薄板：2(n m)xa =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)衰減系數(shù)，dB/m (單程)；(Bn Bm)兩次底波分貝值之差，dB;S為反射損失，每次反射損失約為(0.51)dB ； X為薄板的厚度T：工件檢測厚度，mm N :單直探頭近場區(qū)長度，mm m、n底波反射次數(shù)2、厚

5、板或粗圓柱體:20 lg B ! / B 262 xa =(B n-Bm-6)/2x(B1 b2)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P0 Rs P °Fsxx2 2D； R2N 20.近場區(qū)的長度：4Fs21.圓晶片輻射的聲束半擴散角為:0700 /D22.波束未擴散區(qū)：b 1-64N23.矩形波源輻射的縱波聲場：波束軸線上的聲壓:x > 3N 時,PoF/F N 24.矩形波源的近場區(qū)的長度為：25.矩形波源的半擴散角0:X方向的半擴散角為:0 5702a方向的半擴散角為:26.近場區(qū)在兩種介質中的分布：1基于鋼中的近場區(qū)D"4 2L宜C2

6、2 、基于水中的近場區(qū)2 介質U鋼中波長N2 只有介質U時,鋼中近場長度；C1 介質I水中波速；6 介質U鋼中波速KF S cos27.橫波軸線上的聲壓； 線上某點至假想波源的距離s2 cOsK 系數(shù);Fs 波源的面積;s2 第二介質中橫波波長；X 軸28.橫波聲場近場區(qū)長度為:Fs coss2 cos29.橫波聲場中，第二介質中的近場區(qū)長度N為：N N L2積；Fs coss2 x costan L1tanFs 波源的面s2 第二介質中橫波波長;L1入射點至波源的距離L2 入射點至假想波源的距離arcsin 1.2230.橫波半擴散角1.對于圓片形聲源：S270。_02Ds2 Ds 2.對于

7、矩形正方形聲源： S2.- 0 02arcs in 572a2a31.規(guī)則反射體的反射波聲壓公式：1.平底孔回波聲壓;PfPxFfP°FsFfx 任意兩個距離和直徑不同的平底孔反射波聲壓之比為：P f1D f 1X212 20吭 40f12.長橫孔回波聲壓；Pf2 x ，- 2x任意兩個距離、直徑不同的長橫孔回波分貝差為：Pf 1D f1x21220 lg 10一3pd x3f 2f 213.短橫孔回波聲壓；Fflf2 x xPoFsDf任意兩個距離、長度和直徑不同的短橫孔回波分貝差為:1220 Ig $Ff 210 Ig fDf2 丨；24 空 4 X14球孔回波聲壓：PfP

8、76;Fs Df2 x 2x任意兩個距離度和直徑不同的球孔回波分貝差為：12 20lgFflP f 2220©篤X15.大平底面或實心圓柱體回波聲壓：Pb兩個不同距離的大平底回波分貝差為：12 20磴20lgfPo FsdPoFsD1.外柱面徑向檢測空心圓柱體:Pb 2 x d 2.內孔檢測圓柱體:Pb2 x d6.空心圓柱體注意：以上各種規(guī)則反射體的反射波聲壓公式均未考慮介質衰減，如果考慮介質衰減，則所有公式均應2ax增加e8682P。：波源的起始聲壓；Fs:探頭波源的面積，F(xiàn)s Ds/4 : x:反射體至波源的距離。Ff:平底孔缺陷的面積，圓柱體內徑:波長,Df:長橫孔的直徑,L

9、f :短橫孔長度 D:空心圓柱體外經d :空心:介質單程衰減系數(shù)，dB/mmFB2 x20lgB 2蟲貸32. 同距離的大平底與平底孔反射波dB差：FfDf33. 當用平底面的和實心圓柱體曲底面調節(jié)靈敏度時，不同距離處的大平底與平底孔回波分貝差為:c2FB2 XfBf 20lg20lg 廠 2 (Xf Xb)PfDfXBXf ：平底孔缺陷至檢測面的距離；Xb :鍛件底面至檢測面的距離：材質衰減系數(shù)；入：波長；Df :平底孔缺陷的當量直徑；Bf:底波與平底孔缺陷的反射波分貝差FfDf1x234.不同平底孔回波分貝差為:Df2Xi12 % 40L 2 (X2 幼FB2 XfdBf 20Ig B 2

10、0Ig 廠 10lg 2 (Xf xb) FfDf XbDd 空心圓柱體的內徑； D空心圓柱體的外徑;“+” 一外圓徑向探測，內孔凸柱面反射;“-”一內孔徑向探測，外圓凹柱面反射;Bf 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.t 1純橫波到達內壁條件：D V 2（1G r水浸法：聲透鏡：C10.458r39.Cl有 .sinCl有Cl鋼CS2廠)Cl22.sin橫波檢測到管材內壁X偏心距：0.251R 0.458rX s X 水層厚度:H > 2（ Xs -管中橫波聲程40.采用一次反射法檢測時，探頭移動區(qū)應大于或等于1.2

11、5F （即2.5KT）：1）采用直射法時，探頭移動區(qū)應大于或等于0.75F （即1.5KT）。F=2KT或F=2TtanB式中：P:跨距，mm T:母材厚度，mm K:探頭K值；焦距：FH .R2 X2sinCl有rcs鋼R0.251RW Xv2.2 r探頭折射角，（o）35.當用空心圓柱體內孔或外圓曲底面調節(jié)平底孔靈敏度時:Lo a b41.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 > T對于單面焊、上述b可以忽略不計，貝U：42按聲程調節(jié)掃描速度時：當儀器接聲程LoaK>T用直射法（一次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時：1: n調節(jié)掃描速度時，應采用聲程定位法來確定缺

12、陷的位置。Xf sin n f sindf xf cosIfn f cos用一次反射法（二次波）發(fā)現(xiàn)缺陷時l f xf sinn f sindf 2T xf cos 2T n f cosXf ：缺陷的橫波聲程；f ：缺陷波前沿所對的刻度值；：探頭的折射角；T:板厚；lf:缺陷的水平距離；df 缺陷至檢測面的深度。43. 按水平調節(jié)掃描速度時：當儀器按水平1: n調節(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f就是缺陷的水平距離lf用直射法（一次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時lf n fdf一次反射法（二次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時l

13、fdf 2Tlf式中K:探頭的K值，K=tg44、按深度調節(jié)掃描速度時：當儀器按深度 1: n調節(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f就是缺陷的深度df用直射法（一次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時df n fIf Khf Kn f用一次反射法（二次波）檢測發(fā)現(xiàn)缺陷時df 2T n fIf Kn f1、 超聲波的特點：1.方向性好 2.能量高 3. 能在界面上產生反射、折射、衍射和波型轉換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

14、結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 厚度范圍內的工件內部缺陷進行檢測； 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果有影響；4）工件材質、晶粒度對檢測有較大影響，5）A型脈沖反射法檢測結果是波形顯示，不直觀，檢測結

15、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。6、 衰減的原因擴散衰減、散射衰減、吸收衰減介質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)?。?） 工件中近場區(qū)長度?。?） 探測范圍可調&超聲波探頭對晶片的要求：（1）機電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉換效率。（2）機械品質因子B 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

16、，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。

17、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，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

18、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

19、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.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、調整掃描速度4、評判缺陷的大小20、鑄件

20、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：在確定的聲程范圍內發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力。23、調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、檢測靈敏度的調節(jié)方法：1、試塊調整法 2、工件底波調整法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/H1 = 20lg80/20 = 12 (dB)

21、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：c L1c L1al = arcsi n % =27.6 ° aH =arcsin % =57.7 °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B 0和未擴散區(qū)長度b。解：由題意 f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 入=CL/f3N£1DLl2022.5103642.4(mm)070卞70呂70販。"68.26近場區(qū)長度：44CL4

22、 5900 10 3半擴散角：DsDsf 20 2.5 10°未擴散區(qū)長度. b 1.64 N 1.6442 .469.5(mm)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：J2 36 ，(mm2 f 2.5.鋼中近場區(qū)長度：D： , c114 1420 1480( mr)N L L 15 . 742c 242 .365900例5,試計算2.5MHZ 10X 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)

23、長度。(鋼中 CS2=3230m/s例6 :用單斜探頭直接接觸法檢測 已知：D0=325mmR 亙2T=40mm 求:R 竺2162sin325 X 40mm無縫鋼管，求探頭的最大 K值? 最大K值？r 162.540122.5滿足檢測鋼管內壁的最大折射角: 答:探頭的最大K值為1.15。r arcsinR122 .5arcsinarcsin 0.7548 .92162 .5解:s 2C s2f3230101 .29 ( mm )2.50Nab cos-L1：10 1213 ( mm)s2 cos0.68120.583.141 .29例 7，用2.5P20Z探頭徑向檢測500mm的實心圓柱體鍛

24、件，CL=5900m/s,問如何利用底波調節(jié) 500/2靈 敏度？計算：500mm處底波與2平底孔反射波分貝差為：20lg空 20lg2 2.3645.5(dB)Df3.14 2解：由題意得:5.9106C f2.510 62.36 (mm )2調節(jié)：探頭對準工件完好區(qū)圓柱底面，找出反射最高回波，調“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靈敏度就調節(jié)好了。例8,用2.5P20Z探頭徑向檢測外徑為1000mm內徑為100mm的空心圓柱體鍛件，CL=5900m/s問如何利 用內孔回波調節(jié)450/2靈敏度？解：由題意得:C5 .910 6f2 .5102 .

25、36(mm )Dd1000100D1000 mm d100 mm x450 mm22計算:450mm 處內孔反射波20lg!4 1。噲10lg篇DfD3.14 21000與2 平底孔反射波分貝差為34.5(dB)2調節(jié)：探頭對準完好的內孔表面，找出最高反射波，調“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勺小鍛件，采用CSI系列試塊調節(jié)50/2靈敏度，試塊與鍛件表面 耦合差3dB,問如何調節(jié)靈敏度？解：利用CSI系列試塊調節(jié)靈敏度的

26、方法如下：將探頭對準CSI -1試塊2平底孔距離為50mm調“增益”使2回波達50%高，然后再用“衰減器”增益 3dB,這時50/2靈敏度就調節(jié)好了。例10,用2.5P20Z探頭檢測底面粗糙，厚度為 400mm勺鍛件，問如何利用100/4平底孔試塊調節(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：20 lg40 lg40 lg -36 (dB )Pf 22 x22 100 調節(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

27、2.5P20Z探頭檢測© 600的實心圓柱體鍛件，CL=5900m/s, a =0.005dB/mm利用鍛件底波調節(jié) 600/ © 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：c 5.9 106 、， N=D2/4 入=202/4 X 2.36=42.37(mm)2.36 (mm )22 XfBf 20 lg 22 (Xf Xb)D f Xbf 2.510 63N= 3X 2.37=127(mm)w400(mm),可進行計算;x B 600 mm , x f

28、400 mm , Bf 503020 dB ,0.005 dB / mm , 代入公式得:20 lg2 xfD f XBBf 2 (XfXb) 20 2 0.005 20022lg 翠 2=1.1g D2xB 20Xf2D f Xb=101o1Df22Xf10 1.13.142.36400 2600 105 .6(mm )答：此缺陷的當量平底孔直徑為© 5.6 mm。例12,用2.5P20Z探頭沿外圓徑向檢測外徑為© 1000mm內徑為© 100mm的空心圓柱體鍛件，Q=5900m/s, a =0.005dB/mm,檢測中在200mn處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其反射波比內孔反

29、射波低12dB,求此缺陷的當量大??？解：由題意得:C 5.9105.9102.36 (mm ) 5=D/4 入=2074 X 2.36=42.37(mm)210D f x bD 1000 mm , d100 mm , x1000 100450 mm ,2x f 200 mm ,0.005 dB / mm , Bf 12 dB ?3=3 X 42.37=127(mm)< 200(mm),可進行計算;igBf 20 lg 2代入公式得:220 lg2XfD f XB10 lg D 2y d(XbXf )Bf 10 lg100021000.0052501224.524 .52 lg2Xf =

30、20 =1.225;x2=101'25D f X B22.3621o Df2 Xf22.36200 2,、1.2251 .2252.8(mm )xB 10. 3.1445010答：此缺陷的當量平底孔直徑為© 2.8 mm例13，用2.5P20Z探頭檢測400mml厚的鋼鍛件，鋼中CL=5900m/s,衰減系數(shù)a =0.005dB/mm檢測靈敏度為 400mn處4為0dB。檢測中在250mn處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其波高比基準波高 20dB,求250mn處© 4當量的dB值' 并試根據(jù)JB/T4730.3 2005標準評定該鍛件的質量級別解：條件判別f 2.36(mm)d2 /4202 /(4 2.36)42.4 (mm);3N 3 42.4127 V 250 mm求250mn處© 4當量的dB值Pf11220 lgPf2符合當量計算的條件。x240 lg 一 2a (x 2 X1)X140040 lg2250 求該缺陷的當量并評級 級。0.005(400250缺陷當量：©9.5(dB )4+( 20-9.5)dB = © 4+10.5dB缺陷評級：該鍛件評為川例14 :用=40o的探頭檢測T=30mm勺對接焊縫，儀器接聲程1: 1調節(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