超声检测计算公式及习题.docx

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超声检测计算公式及习题

超声检测计算公式及习题

超声检测公式及计算题

武玉林

O一一年5月

*1.1铝（Al）的纵波声速为6300m/s,横波声速为3100m/so试计算2MHz

声波在铝中的纵、横波波长。

C——

f

解：

_Q6300xlO3+、

2/=—==3.15（mm）

f2xl06

:

Cs3100xl（P

=―—==1.55（nun）

f2xl06

*1.2甘油的密度为1270kg/m3,纵波声速为1900m/s,计算其声阻抗。

z-pc

解:

z=pc=1270x1900«2.4xio6^g/w2-s

CS2=3200m/s,求探头入射角为多少度?

5Cs2

解：

/?

=Zg-I^=Zg-,2=63.40

QlCS2CS2

=sin-1（^^-xsin63.4）«49°

3200

1.8已知钢中Csw=3200m/s,某硬质合金中，Cstt=4000m/s,铝中Cs怡=3080m/s,求用探测钢的KI.0横波斜探头探测硬质合金和铝时的实际K

值为多少?

sinasin（3

C11Cs2

解：

设入射角为G,楔块中声速为CL有在钢中，：

钢二tg1K=tg11.0二45°sin：

sin］钢sin］硬sin］铝CL有CS钢CS硬CS铝

r.-1/CS硬•r、.-1/4000*.“°、c—0

硬=sin（sin钢）二sin（sin45）=61.1

CS钢3230

K硬二tg硬二tg61.10=1.8

sin：

sin:

钢sin'硬sin'铝

CL有CS钢CS硬CS铝

K铝二tg铝二tg42.40=0.9

1.10示波屏上有A、BC三个波，其中A波高为满刻度的80%B波为50%C波为20%

①、设A波为基准（0dB）,则B、C波各为多少dB?

②、设B波为基准（10dB）,则AC波各为多少dB？

③、设C波为基准（-8dB），则AB波各为多少dB?

解：

H

△二20lg1>

H2

H50

1、[B]=0△B=20lgB二20lg4dB

BHA80

H20

[C]=00二20lg—C二20lg12dB

HA80

2、[A]=10「1020lgHA二1020lg80二14dB

AHB50

H20

[C]=10「1020lgC=1020lg2dB

Hb50

H80

3、[AH△A-8=20lgA-8=20lg—-8=4dB

AHC20

H50

[B]二-8二20lgB-8二20lg——8=0dB

CHC20

*1.11

示波屏上有一波咼为满刻度的100%但不饱和。

问衰减多少dB后，

该波正好为10%?

解：

二20lgH1二20lg100二20（dB）H210

*1.12

示波屏上有一波高为80mm另一波比它低16dB,问另一波高为多

少？

解：

HH—

二20lgH^H^1020H1H1

也T6

H疔已1020=801020二12.7（mm）

*1.13

示波屏上有一波高为40%衰减12dB后该波为多高？

若增益6dB

后该波为多高?

解:

二20lg土>

H1

H2二H1102^401020二10（%）

△6

H'^H11020=40102080（%）

1.15不锈钢与碳钢的声阻抗差约为1%,试计算超声波由不锈钢进入碳钢时，复合界面的声压反射率。

Z2乙

解：

设Z钢-1，Z不-1-0.01二0.99

Z钢-Z不1-0.99

r-丄0.005二0.5%

Z钢Z不10.99

1.17

某工件厚度T=240mm测得第一次底波为屏高90%第二次底波为

屏高

15%如果忽略反射损失，试计算该材料的衰减系数。

[但1沖2）-6]

a

2T

解：

20lg-B^-6

B2

2T

9020lg6

15o.o2dB/mm

2240

*2.1试计算5P14SJ探头在水中的（G=1500m/s）的指向角和近场区长度。

解:

CL=整卫3=0.3mm

f5.0106

二707003=1.5°

D14

2.2试计算频率f=5MHz边长a=13mm的方形晶片，在钢中（Cl=

5900m/s）的主声束半扩散角为多少度？

解:

c=590啤=1.18mm

f5106

扎118

二57——57二5.17°

a13

*2.3已知钢中Cl=5900m/s,水中Cl=1480m/s.求2.5MHz©20mm纵

波直探头在钢中和水中辐射的纵波声场的近场区长度N、半扩散角00和

未扩散区长度b各为多少?

D2

60咤b=1.64N

解:

钢中:

c5900103

f2.5106

20242.4mm

42.36

2.360

二2.36mm

»70708.260

0D20

b=1.64N=1.6442.4=69.5mm

水中:

=-=1480103二0.592mm

D2

I70D

f2.5106

202168.9mm40.592

0.5920

二702.07u

20

b=1.64N=1.64168.9=277mm

2.4

钢中

解:

用2.5MHz、©20mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm

G=5900m/s,

C2

N'=

N2

202

水中G=1480m/s。

求钢中近声场长度。

N'=N2-LC

C2

59吓二2.36mm

2.5106

42.36

-20型0

5900

37.4mm

2.5用2.5MHz、©20mn纵波直探头水浸探伤铝板，已知铝中近场长度为

20mm铝中G=6260m/s,水中CL=1480m/s。

求水层厚度。

-4

C242C2

202

-206260=84.3mm

40.5921480

2.6用2.5MHz、©20mn纵波直探头探测厚度为150mm的^饼形锻件，已知示波屏上同时出现三次底波，其中B2=50%衰减器读数为20dB,若不考虑介质衰减，求B1和B3达到50%高时衰减器读数各为多少dB?

△2=20lg红

X1

解:

x2

[B1p20「厂2020lg笆

X1

2汉150

二2020lg206二26dB

150

旧3「2032二2020lg程

X3

2S50

二2020lg20-3.5二16.5dB

3550

2.7已知x>3N,200mn处©2平底孔回波高度为24dB,求400mm处©4平底孔和800mn处©2平底孔回波高度各为多少dB?

3.1PZT--4的声速G=4000m/s,如制作频率为2.5MHz的晶片，晶片厚度

应为多少mm

3.3某探头的频率常数Nt=200Hz・m频率f=2.5MHz，求该晶片厚度为

多少？

解：

Nt=tf0

3.4某探头晶片的波速CL=5740m/s，晶片厚度t=0.574mm,求该探头的标

称频率为多少？

解：

t=c_

2fo

3.6用IIW试测定仪器的水平线性，当B和B5分别对准2.0和10.0时,

B、E3和Ek分别对准3.98、5.92、7.96,求该仪器的水平线性误差为多少?

amax

100%

0.8b

解：

amax=6-5.92二0.08

©50、

3.7用CSK-IA试块测定斜探头和仪器的分辨力，现测得台阶孔

44反射波等高的波峰高hi=80%波谷高h2=25%求分辨力为多少?

4.3用K2探头在CSK--IA试块上利用R50和R100反射面按水平1:

1

节时基线，两反射波应调在第几格?

l1

50K

K2

100K

解:

50k50沃2

Ldk^：

122=44.7

利用工件底波调节500/©2灵敏度?

2入x厂2nDf

2汉2.36江500

=20lg20lg45.5dB

Df23.1422

将工件完好处第一次底波调至荧光屏基准线，再用衰减器将增益提高45.5dB.

4.7用2.5P20Z探头径向探测©1000mm勺圆柱形钢工件，CL=5900m/s,

如何利用工件底波调节500/©4灵敏度?

解：

CL5900103

一2.36mm

f2.5106

22

2Xf22.365002

：

=20lg2—=20lg227.4dB

■Df2xb3.14421000

4.8用2.5P20Z探头径向探测400mm勺工件，如何利用150mn处©4平底

孔调节400/©2灵敏度？

42=40lg严

92X1

移动探头，找到150/4孔的最大反射波，

并调至荧光屏基准线，用衰减器将增益提高29dB4.9用2.5P20Z探头探测500mm勺工件，G=5900m/s,探伤中在200mm处发现一缺陷，其波高比B低12dB,求此缺陷的当量大小为多少?

解:

2xf2*

22.362002

xb10，/20

5.5mm

3.145001012/20

5.1

用水浸法探测40mn厚的钢板，要求钢板四次底波与第二次界面波重

nT

解:

H440

二40mm

5.2用水浸二次波重合法探伤T=40mm勺钢板，仪器在钢试块上按1:

2调节扫描速度，并校正“零点”。

求：

1、水层厚度为多少?

2、钢板中距上表面12mm勺缺陷回波的水平刻度值为多少?

3

、示波屏上Tf=50处缺陷在钢板中的位置?

—20412

2、——=406=46

22

—20乂4

3、（50-）2=102=20mm

2

5.6

用充水探头采用三次重合法检测T=60mn的钢板，水层厚度应调节为

多少?

解：

H=叵二3_6°=45mm

44

已知钛与钢的声阻抗差约

5.9对钛/钢复合板在复层一侧作接触法检验,

解：

设Z钢=1,Z钛=1-0.4二0.6

―乙冈-Z钛=上込0.25

Z钢Z钛10.6

T-Vr2=1-0.25—0.938

5.11从钢材一面探测钢/钛复合板，已知Z钢=46x106kg/m2•s,

Z钛=27.4x106kg/m2•s，不计扩散衰减和材质衰减，求:

①、复合界面声压反射率。

②、底波与复合界面回波的dB差值

解:

「=Z钛-乙冈=27.4-46=_0.25

Z钛+Z钢27.4+46

T=1-r2^-0.25^0.936

5.13今有一批©50x6mm勺无缝钢管，采用水浸聚焦横波探伤，若透镜

曲率半径为40mm求应采用偏心距和水层距离

C1

解:

F二2.2r二2.240二88mm

-0.251R0.458r0.251250.45819

x7.5mm

22_

H=F-\R2-x2=88一\252一7.52=88一23.864mm

5.18直径300mm壁厚20mm勺钢管作周向斜角探伤，采用K=2的斜探头

合适吗？

11K

2（1一sin%（1-仆2）

>Tm

=字（1_/K2）

2、1K2

解：

t

=2°（1_曲）亠1-^^）

22\1K2

3002

（1）=15.8<20mm

2?

1-22

不合适

5.19采用K=2的斜探头对外径为600mm的钢管作接触法周向探伤，能扫

查到的最大厚度为多少？

解:

tm号1-曲）号1-「J

600（1-，厶）=31.7mm

122

5.21用接触法周向横波探伤外圆直径D=300mm壁厚t=60mm的钢管,

可使用的探头的K值最大为多少?

sin

sin「「

二sinTr

-sin1=36.87°

R

R

150

解:

K=tg=tg36.87°=0.75

6.1用2.5MHz、©20mn直探头探测厚度300mmfi勺钢锻件。

1、如何利用工件底面调节©2mm平底孔当量灵敏度？

2、探伤时发现距探测面200mm处有一缺陷，波高为15dB,求此缺陷的平底孔当量。

59

解：

2Xf277300

3.1422

①、一20lg20lg—25=41dB

-Df2

在工件无缺陷完好部位

基准高度，再用衰减器

②、21=40lg2X1、

*1X2

15

200

二21040二3.16mm

300

6.3用2P20Z直探头对钢锻件探伤，发现距探测面240mm处有一缺陷,

波高比150/©2试块平底孔回波高6dB,求此缺陷平底孔当量。

6

240—

=21040=4.52mm

150

6.8用2.5P14Z直探头探测外径1100mm,壁厚200mr的筒形钢锻件

（C=5900m/s）.

①、在外圆周作径向探测时，如何用内壁曲面回波调节探伤灵敏度（©

=2mm?

②、在内圆周作径向探测时，如何用外壁曲面回波调节探伤灵敏度（

=2mm?

2入xd

△二20lg2F10lg—

n©D

6.9用2.5P20Z直探头探测厚度350mm!

勺饼形钢锻件（C=5900m/s）,

将底波调节为40dB进行探伤。

①、此探伤灵敏度是否符合JB/T4730--2005标准要求?

②、探伤时发现一单个缺陷，深200mm波幅29dB,求此缺陷当量。

=48.4

40—29

6.10用2.5P20Z直探头检测厚度380mm勺钢锻件（C=5900m/s）,材质

衰减系数a=0.01dB/mm检验中在130mn深发现一处缺陷，其波幅比底波低7dB。

求此缺陷当量。

&=20lg2?

2a（X-Xb）

n©Xb

解：

2人Xf2

Bf=20lg22-（Xf-xb）>

兀Dfxb

Df

2

2扎Xf2

匚Bf-2-（Xf-XB）

xb1020

3.143801020

Df=\16.7:

4.1mm

7.1板厚20mm勺焊缝，外表面焊缝宽度30mm内表面焊缝宽度20mm

用前沿距离18mn的勺探头探伤，为保证声束能扫查到整个焊缝，探头K值

应如何选择?

解:

二2.15

20

7.3用斜探头探测RB--2试块上深度d1=40mn和深度d2=80mnS勺©3横孔,分别测得简化水平距离L'1=45mmL'2=105mm试计算探头K值和前沿距离L°。

解:

L=Kd

L丄L

L=Kd

L°〔1’=Kd[

T

L°12’=Kd2

L0+45=40K'K=1.5

L°+105=80KL°=15

7.4检验板厚T=22mm勺焊缝，上焊缝宽度为30mm下焊缝宽度为20mm选用K=2,前沿距离L）=17mn的探头，用一、二次波法能否扫查到整个焊

缝截面?

解：

为保证用一、二次波扫查到整个焊缝截面，要求:

a+b+L030/2+20/2+17…

Ko01.9

T22

K=21.9

故K2探头能扫查到整个焊缝截面。

7.5用5P10X12K2.5探头检验板厚T=25mnS勺钢板对接焊缝，扫描比例

按深度2:

1调节。

探伤时在水平刻度60mm处发现一缺陷波，求此缺陷的

深度和水平距离

L=Kd

解:

d-2T-d

30>T=25，故缺陷在二次波位。

2

60

I二Kd'二2.575mm

2

60

d=2T-d'=22520mm

2

7.6用5P10X12K2.5探头检验板厚T=20mn的钢板对接焊缝，扫描比例按水平1:

1调节。

探伤时在水平刻度40mn和70mn处各发现缺陷波一，试分别求这两个缺陷的深度。

d-2T-

解:

第一个缺陷，l^40VKT二50,故在一次波位。

」l140“

d16mm

K2.5

第二个缺陷，|2二70>KT=50,而V2KT二100

故在二次波位。

d=2T-吃=220-匹二12mmK2.5

7.7采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（Gi=2700m/s,钢C=3200m/s）,检

sinasin卩

CL1

CS2

解：

K二1,

tg_1K二

tg1仁450

sin

sin

钢sn

sin硬

Ci

Cs钢

Ci

Cs硬

sin钢

sin硬

Cs钢

Cs硬

硬二sin

-1（CS硬

Cs钢

sin钢）

sin1（3800sin45°）=57.103200

2扎Xf2

"20lg—

7Dfxb

59o

22002

2.5

3.143501020

Df48.47mm