无损检测超声检测公式汇总.docx
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无损检测超声检测公式汇总
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/f
2.波速、波长和频率的关系:
C=
c
或入=f
3.Cl:
Cs:
CR~1.8:
1:
0.9
4.声压:
P=Pi—R帕斯卡(Pa)微帕斯卡(卩Pa)1Pa=1N/mi1Pa=106卩P
6.声阻抗:
Z=p/u=cu/u=c单位为克/厘米2•秒(g/cm2•s)或千克/米2•秒(kg/m•s)
1
7.声强;I
=2Zu2=2z
单位;瓦/厘米2
(W/cni)或焦耳/厘米2•秒(J/cm2•s)
△=lgI2/I1
△=10lgI2/I1
△
8.声强级贝尔(BeL)。
9.声强级即分贝(dB)
10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比:
11.声压反射率、透射率:
r=Pr/P0
1rtPr
(1r)/Z1t/Z2r=P0
(BeL)
=20lgP2/P1(dB)
20lgP2/Pp20lgH2/H1(dB)
t=Pt/P0
2乙
t=PoZ2乙
Pt
声强透射率:
4Z1Z2
Z2乙2
乙一第一种介质的声阻抗;
12.声强反射率:
R=Io
Z2—第二种介质的声阻抗
2
JZj
Z2Z!
T+R=1
4Z
13.声压往复透射率;T往=辽
t—r=1
1Z2
2Z1)2
CL1、CS—第一介质中的纵波、横波波速;CL2、
Bs—纵波、横波折射角;
cL1cL1
15.纵波入射时:
第一临界角a:
Bl=90。
时a1=arcsin%第二临界角a:
Bs=90。
时an=arcsin62
16.有机玻璃横波探头aL=27.6。
〜57.7°,有机玻璃表面波探头al>57.7°水钢界面横波
al=14.5。
〜27.27°
cS1
17.横波入射:
第三临界角:
当a'L=90°时aM=arcsincL1=33.2。
当aS>33.2。
时,钢中横波全反射。
有机玻璃横波入射角aS(等于横波探头的折射角BS)=35°〜55°,即K=tgBS=0.7〜1.43时,检测灵
敏度最高。
20lgBm/Bn
18.衰减系数的计算1.薄板:
2(nm)xa=(Bn-Bm-20lgn/m)/2x(m-n)
—衰减系数,dB/m(单程);(BnBm)—两次底波分贝值之差,dB;S为反射损失,每次反射损失约为
(0.5~1)dB;X为薄板的厚度
n—底波反射次数
T:
工件检测厚度,mmN:
单直探头近场区长度,mmm
22.波束未扩散区:
b1.64N
23.矩形波源辐射的纵波声场:
波束轴线上的声压
N工
24.矩形波源的近场区的长度为:
:
x>3N时,P
P0F/
x
057°—
0
570-
25.矩形波源的半扩散角0:
X方向的半扩散角为:
2a
Y
方向的半扩散角为:
2b
NDs
26.近场区在两种介质中的分布:
1基于钢中的近场区42
C2
2、基于水中的近场区
2—介
质U钢中波长
arcsin1.22-^70°-02
30.
横波半扩散角1.对于圆片形声源:
Ds2Ds2.对于矩形正方形声源:
.S2.--002
arcsin57
2a2a
31.规则反射体的反射波声压公式:
X>3N
1.平底孔回波声压;f匚
1220lg—10lg_DH”与
任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为:
Pf2Df2lf2X1
厂P°FsIf[D
Pf*1
3.短横孔回波声压;2xx>
PfP°FsDf
4.球孔回波声压:
f2x2x
任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为:
22
X任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为:
Pf1x2Df1
1220lg-20lg与一
Pf2x1Df2
RFsdP°FsD
6.空心圆柱体1.外柱面径向检测空心圆柱体:
Pb2x'D2.内孔检测圆柱体:
Pb2X、d
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
2ax
增加e868
P。
:
波源的起始声压;Fs:
探头波源的面积,FsDs/4:
x:
反射体至波源的距离。
Ff:
平底孔缺陷的
2
d:
空
面积,FfDf/4:
波长,Df:
长横孔的直径,Lf:
短横孔长度D:
空心圆柱体外经
心圆柱体内径:
介质单程衰减系数,dB/mm
2Qg
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:
Bf
2ag帶-
DfxB
2(Xf
Xb)
xf
:
平底孔缺陷至检测面的距离;
Xb:
锻件底面至检测面的距离
:
材质衰减系数;
入:
波长;Df:
平底
孔缺陷的当量直径;
Bf:
底波与平底孔缺陷的反射波分贝差
12
34.不同平底孔回波分贝差为:
20lg空40lgD^
Pf2Df2X1
2(x2Xi)
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:
Bf2^gPB
Pf
2虫菩〔10lgD2(XfXb)
DfXBD
d—空心圆柱体的内径;D—空心圆柱体的外径;
“+”
—外圆径向探测,
内孔凸柱面反射;
“-”一内
孔径向探测,外圆凹柱面反射;
Bf—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:
Cl有
cL钢
sin
Cl有
Cs钢
38.
纯横波到达内壁条件:
Dv卩
CS2)cLZ)
sin
2.
横波检测到管材内壁
sin
Cl有r
Cs钢R
39.
水浸法:
0.458r
C1r
①声透镜:
C1
C2F
X
②偏心距:
0.251R0.458r
0.251RWXV
1Xsx
③水层厚度:
H>2(Xs—管中横波声程
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
④焦距:
F
HR2X2
2.2r
式中:
P:
跨距,mmT:
母材厚度,mmK:
探头K值;
0.75P(即1.5KT)。
P=2KT或P=2TtanB
探头折射角,
(o)
Loab
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>T
对于单面焊、上述b可以忽略不计,贝U:
42按声程调节扫描速度时:
当仪器接声程
Loa
K>T
1:
n调节扫描速度时,
用直射法
(一次波)检
测发现缺陷时
应采用声程定位法来确定缺陷的位置。
Ifxfsinnfsin
dfXfcos
nfcos
用一次反射法(二次波)检测发现缺
陷时
lf
xfsinnfsin
df2T
xfcos2Tnfcos
Xf:
缺陷的横波声程;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
f:
缺陷波前沿所对的刻度值;
:
探头的折射角;T:
板厚;lf:
缺陷的水平距离;df:
f就是缺陷的水平距离lf
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
用直射法(一次波)检测发现缺陷时:
lfnf
df
K
ln
lf
df2T—
一次反射法(二次波)检测发现缺陷时:
lfnf
K
式中K:
探头的K值,K=tg
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f就是缺陷的深度df
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&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Bm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=0.7〜1.5,因为K<0.7或K>1.5,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/H1=20lg80/20=12(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/sCS2=3230m/s则第一、二临界角分别为:
cL1cL1
al=arcsin仏=27.6°aH=arcsin5=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B0和未扩散区长度b。
解:
由题意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s且入=CL/f
N
D'f
2022.5106
-42.4(mm)
半扩散角:
07070CL
7059001068.26
近场区长度:
4
4cl
45900103
DsDsf
202.510
未扩散区长度:
b
1.64N
1.6442.4
69.5(mm)
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:
2C5.9236,(mm
2f2.5.
钢中近场区长度:
Dsc11414201480(mr)
NL15.7
42c242.365900
例5,试计算2.5MHZ10X12mn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
r
Sin
R
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①500mm的实心圆柱体锻件,CL=5900m/s问如何利用底波调节500/①2灵敏度?
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①2灵敏度就调节好了。
例8,用2.5P20Z探头径向检测外径为①1000mm内径为①100mm的空心圆柱体锻件,CL=5900m/s问如何利用内孔回波调节450/①2灵敏度?
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,450/①2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CSI系列试块调节50/①2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CSI系列试块调节灵敏度的方法如下:
将探头对准CSI-1试块①2平底孔距离为50mm调“增益”使①2回波达50%高,然后再用“衰减器”增益3dB,这时50/①2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100/①4平底孔试块调节400/①2灵敏度?
试块与工件表面耦合差6dB。
解:
①计算:
100/①4与400/①2回波分贝差:
20lg40lg1%140lg440036(dB)
Pf22X22100
②调节:
探头对准100/①4平底孔,找到最高回波后,然后用“衰减器”增益42dB,这时400/①2灵敏度
就调节好了。
这时工件上400/①2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,a=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?
22
解:
由题意得:
d5.9106236(mm),N=D/4入=20/4x2.36=42.37(mm)
f2.5106.(丿
2X:
2
2.36
4002
Xb101.1
3.14
600
101.1
5.6(mm)
答:
此缺陷的当量平底孔直径为©5.6mm。
例12,用2.5P20Z探头沿外圆径向检测外径为©1000mm内径为©100mn!
勺空心圆柱体锻件,CL=5900m/s,a=0.005dB/mm,检测中在200mn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:
c5.9106236(mm),=D/4入=202/4X2.36=42.37(mm)
f2.5106
3=3X42.37=127(mm)w200(mm),可进行计算;
代入公式得:
答:
此缺陷的当量平底孔直径为©2.8mm
例13,用2.5P20Z探头检测400mn厚的钢锻件,钢中CL=5900m/s,衰减系数a=0.005dB/mm检测灵敏度为400mn处①4为OdB。
检测中在250mn处发现一缺陷,其波高比基准波高20dB,求250mn处©4当量的dB值'并试根据JB/T4730.3—2005标准评定该锻件的质量级别。
例14:
用=40o的探头检测T=30mm勺对接焊缝,仪器接声程1:
1调节扫描速度,检测中在示波屏水平刻度
答:
30处缺陷水平距离为60mm深度为30mm60处缺陷水平距离为120mm深度为20mm
例17:
水侵聚焦检测660mm*8m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=30mmr=30-8=22mm
X°.251R°.458「=(0.258X30+0.458X22)/2=8.8mm
2
焦距F:
F=2.2r/=2.2X36=79.2mm
水层厚度:
HF、R2X2=79.2-.3028.82=50.5mm
答:
偏心距为8.8mm和水层厚度为50.5mm
14.纵波斜入射:
cL1=cL1=cs1=cL2=82
CS2—第二介质中的纵波、横波波速;a
a,s—横波反射角。
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