无损检测超声检测公式汇总.doc

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= 或λ=
3.CL∶Cs∶CR≈1.8∶1∶0.9
4.声压： P＝P1－P0 帕斯卡（Pa）微帕斯卡（μPa）1Pa＝1N/m2 1Pa＝106μP
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/m2·s）
7.声强；I＝Zu2＝ 单位; 瓦/厘米2（W/cm2）或 焦耳/厘米2·秒（J/cm2·s）
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/P1＝20lgH2/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；αL、α´L—纵波入射角、反射角； βL、βS—纵波、横波折射角；α´S—横波反射角。
15.纵波入射时：第一临界角α: βL=90°时αⅠ= 第二临界角α：βS=90°时αⅡ=
16.有机玻璃横波探头αL=27.6°～57.7°， 有机玻璃表面波探头αL≥57.7° 水钢界面 横波
αL=14.5°～27.27°
17.横波入射：第三临界角：当α´L=90°时αⅢ==33.2°当αS≥33.2°时，钢中横波全反射。
有机玻璃横波入射角αS（等于横波探头的折射角βS）=35°～55°，即K=tgβS=0.7～1.43时，检测灵敏度最高。
18.衰减系数的计算 1. 薄板： α=(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；δ为反射损失，每次反射损失约为（0.5~1)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： α=(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Ⅱ钢中波长
—只有介质Ⅱ时，钢中近场长度； —介质Ⅰ水中波速； —介质Ⅱ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: X≥3N
1.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； λ: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： ① 声透镜： ② 偏心距： 0.251R≤X＜0.458r
③ 水层厚度:H＞(－管中横波声程) ④ 焦距： ⑤
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=2Ttanβ
式中：P：跨距，mm； T：母材厚度，mm；K：探头K值； β——探头折射角，（º）
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θm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ε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/s，CS2=3230m/s。则第一、二临界角分别为：
αⅠ==27.6° αⅡ==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θ0和未扩散区长度b。
解：由题意f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 λ=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、10×12mm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Φ325×40mm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Φ500mm的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节500/Φ2灵敏度？
解：由题意得：
①计算：500mm处底波与Φ2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Φ2灵敏度就调节好了。
例8，用2.5P20Z探头径向检测外径为Φ1000mm，内径为Φ100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s问如何利用内孔回波调节450/Φ2灵敏度？
解：由题意得：

①计算：450mm处内孔反射波与Φ2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/Φ2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/Φ2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Φ2平底孔距离为50mm，调“增益”使Φ2回波达50％高，然后再用“衰减器”增益3dB，这时50/Φ2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/Φ4平底孔试块调节400/Φ2灵敏度？试块与工件表面耦合差6dB。
解：①计算：100/Φ4与400/Φ2回波分贝差：

② 调节：探头对准100/Φ4平底孔，找到最高回波后，然后用“衰减器”增益42dB，这时400/Φ2灵敏度就调节好了。这时工件上400/Φ2平底孔缺陷反射波正好达基准高50％。
例11，用2.5P20Z探头检测φ600的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s，α=0.005dB/mm。利用锻件底波调节600/φ2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=D2/4λ=202/4×2.36=42.37(mm)
3N＝3×2.37=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φ5.6。
例12，用2.5P20Z探头沿外圆径向检测外径为φ1000mm，内径为φ100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s，
α=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：，=D2/4λ=202/4×2.36=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φ2.8。

例13，用2.5P20Z探头检测400mm厚的钢锻件，钢中 CL=5900m/s，衰减系数α=0.005dB/mm，检测灵敏度为400mm处Φ4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φ4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。

解：⑴ 条件判别
(mm)；
＜mm　　 ∴符合当量计算的条件。
　⑵ 求250mm处φ4当量的dB值

⑶ 求该缺陷的当量并评级 缺陷当量：φ4+（20-9.5）dB =φ4+10.5dB 缺陷评级：该锻件评为Ⅲ级。
例14：用=40º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=2×39.2=78.4
39.2＜(=60)＜78.4 因此此缺陷是二次波发现的，所以有
=1×60×≈38.6(mm) =2×30－≈14(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：=2×15=30 =2×2×15=60
30＜（=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
=1×50=50（mm） =2×15－50/2=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：
=1×30=30（mm） =2×1×30=60（mm）
60处缺陷的深度和水平距离分别为：
－=2×40－1×60=20（mm） =2×1×60=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φ60mm*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
=（0.258×30+0.458×22）/2=8.8mm
焦距F: F=2.2 r＇=2.2×36=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

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