无损检测超声检测公式汇总

1、超声检测公式1.周期和频率的关系，二者互为倒数：T =1/ fc2. 波速、波长和频率的关系：C=ff或 =3.C L CsCR 1.8 10.9帕斯卡（ Pa）微帕斯卡（ Pa ）1Pa 1N/m 24.声压： P P1 P01Pa 106 P6.声阻抗 :Z p/u cu/u c单位为克 / 厘米 2 秒（ g/cm 2 s）或千克 / 米 2秒（ kg/m 2 s）1P 222222（W/cm ）或 焦耳 / 厘米 秒（ J/cm s）7.声强； I Zu2 2 Z单位 ;瓦/ 厘米8. 声强级贝尔（ BeL ）。 lgI 2 /I 1（BeL）9. 声强级即分贝（ dB ）10lgI2

2、/I1 21 （dB）20lgP/P10. 仪器示波屏上的波高与回波声压成正比：20lgP 2/P 120lgH2/H1（dB）t11. 声压反射率、透射率：r=Pr / P0=Pt / P01 r tPrZ 2Z1Pt2Z 2(1 r ) / Z 1t / Z 2P ZZP ZZr = 021t= 021Z1第一种介质的声阻抗；Z2第二种介质的声阻抗24Z 1Z2I rr2Z 2Z 1I声强透射率：TZ2Z 1212. 声强反射率： R= 0tZ 2Z 1T+R=1 r =14Z1 Z2Z1)213. 声压往复透射率； T 往 =( Z 2sin LsinLsin SsinLsin S14.

3、 纵波斜入射 :cL1= cL1= cS1 = c L 2= c S 2CL1 、CS1 第一介质中的纵波、 横波波速； C L2 、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。c L 1c L115. 纵波入射时：第一临界角 : =90 时 =arcsincL 2第二临界角 ： =90 时 =arcsin c S 2LS16. 有机玻璃横波探头 L=27.6 57.7 ， 有机玻璃表面波探头 L 57.7 水钢界面横波 L=14.5 27.27 cS1arcsinc17. 横波入射：第三临界角：当 L=90 时 =L1 =33

4、.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） =35 55 ，即 K=tg S=0.7 1.43时，检测灵敏度最高。20 lg B m / B n18. 衰减系数的计算2 ( n m ) x1.薄板： =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)衰减系数， dB/m （单程）；(BB)dB； 为反射损失，每次反射损失约为nm两次底波分贝值之差，（0.51)dB ；X为薄板的厚度TNmn：工件检测厚度， mm ；：单直探头近场区长度，mm ；、底波反射次数20lg B 1/B2 6(BB)2、厚板或粗圆柱体：2 x =(Bn-Bm-6)/2x

5、12两次底波分贝值之差，dB ；PP R 2P F0s0 s19.圆盘波源辐射的纵波声场声压为：xx22F sD sR sN20.近场区的长度：421.圆晶片辐射的声束半扩散角为：070 0/ Db 1.64 N22. 波束未扩散区：xP23. 矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压: 3N 时，P0F / xFN24. 矩形波源的近场区的长度为：057 025. 矩形波源的半扩散角0 :X 方向的半扩散角为：2a057 0Y方向的半扩散角为：2bND26. 近场区在两种介质中的分布: 1基于钢中的近场区4质钢中波长2s L c 12c22、基于水中的近场区2 介Ncc2 只有介质时，钢中近

6、场长度；1介质水中 波速 ；2介质钢中波速N （ Ds2） c14 1c2KF S cosP27. 横波轴线上的声压 ;s2 cosK 系数； FS 波源的面积；s2第二介质中横波波长； x 轴线上某点至假想波源的距离F ScosNcos28. 横波声场近场区长度为：s2NN LF S cosL 1 tan29. 横波声场中，第二介质中的近场区长度x cos-tanFS波源的面N 为：2s 2积；s2第二介质中横波波长；L入射点至波源的距离L入射点至假想波源的距离12arcsin1.22S 27000230.横波半扩散角1. 对于圆片形声源：DS 2DS2. 对于矩形正方形声源：arcsin

7、S 257 0022a2a31. 规则反射体的反射波声压公式 : X 3NPfPx F fP0 FS F f1. 平底孔回波声压 ;x2 x 2任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为：PD xf 1f 121220 lg40PD xf 2f 21PfP0 FSD f2. 长横孔回波声压 ;2 x2x任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为：P3f 1D f 1 x21220 lgP103f 2D f 2 x1PfP0FS l f D f3. 短横孔回波声压 ;2 x x1220 lgPf 1D f 1P10 lg任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为：Df 2f 2ll24

8、f 1x224f 2x1DP 0F SfPf4. 球孔回波声压：2 x 2x任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为：Pf 1x22D f 11220 lg20 lg 2Pf 2x1D f 2P0 FS5. 大平底面或实心圆柱体回波声压：PB2 x两个不同距离的大平底回波分贝差为：1220 lg PB120 lg x2Px1B2P0 FSdP0FS D6. 空心圆柱体1. 外柱面径向检测空心圆柱体：PB2 xDP2 x2. 内孔检测圆柱体：Bd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 e 8.68P0 : 波源的起始声压； FS :

9、 探头波源的面积， FS DS2/ 4： x : 反射体至波源的距离。Ff : 平底孔缺陷的面FD2 /4:波长,D f: 长横孔的直径 , Lf：短横孔长度D: 空心圆柱体外经d：空心积， f f圆柱体内径：介质单程衰减系数， dB/mm20lg PB 20lg 2 x32. 同距离的大平底与平底孔反射波dB 差：PfDf233. 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：PB2 x2fBf 20lg20lg 22 (x f x B)PfDf xBxf : 平底孔缺陷至检测面的距离；x: 材质衰减系数；: 波长；Df : 平底B : 锻件底面至检测面

10、的距离孔缺陷的当量直径；Bf: 底波与平底孔缺陷的反射波分贝差PfD x12 20lgP1 40lgD f 1x22 (x2x1)34. 不同平底孔回波分贝差为：f2f 21PB2 x2fdBf20lg20lg10lg2 (x f xB )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：PfDf2 xBDd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；“- ”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。H n36水浸法波型分析，水层厚度4cLcL 有有sincScL 钢37.管材周向检测纯横波检测条件：钢t1C S 2)sin

11、rcL 有 r2(1sinC38.纯横波到达内壁条件：D L 22.横波检测到管材内壁RcS 钢 RC1C2X0.251R0.458rrF39.水浸法： 声透镜：C1 偏心距：20.251R X0.458r1XFX S焦距： FHR2X2水层厚度 2(S管中横波声程2 .2 r:H)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，（ o）LOa b41.为保证直射波与一次反射波能

12、扫查到焊缝整个截面，K 值应满足下式： K TLOaT对于单面焊、上述b 可以忽略不计，则：K42 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:l f x f sinn f sind用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时lfxf cosn f cosfx f sinn f sind f2Tx f cos2Tn f cosx f : 缺陷的横波声程；f: 缺陷波前沿所对的刻度值；: 探头的折射角； T: 板厚；l f : 缺陷的水平距离；d f :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

13、： 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flf: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l fl fn fd f用直射法（一次波）检测发现缺陷时K:l fl fd f 2T一次反射法（二次波）检测发现缺陷时n f:K式中tgK: 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fd f1 ：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:d f n fl f Kh f Kn f用一

14、次反射法（二次波）检测发现缺陷时:d f 2Tn fl f Kn f1、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

15、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

16、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

17、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

18、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 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

19、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

20、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

21、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：c L 1c L1= arcsinc =arcsincL 2=2

22、7.6 S 2 =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/f2220210D sD s f2 .5N44 c L459001067070CL7059001038.2630DsD s f20 2.510642 . 4 ( m m)近场区长度：半扩散角：未扩散区长度：b1.64 N1 .6442 .469 .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

23、声速 1480m/s，求钢中近场区长度N。解：钢中纵波波长：2C5 . 92.36，（ mm ）f2 .5钢中近场区长度：DN42c 11414201480（ mm ）sL15. 72c 242 .365900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：C s 23230101 . 29 ( m m )s 22 . 50fNab cos-tg101213 （ mm ）L 10.6812 0 .58s 2costg3 .141 .29例 6：用单斜探头直接接触

24、法检测 325 40mm 无缝钢管，求探头的最大K 值？已知： D0=325mmT=40mm求: 最大K值？D 0R325162 .5解 :R22rR Tr 162 .540 122 .5rsinR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 敏度？解：由题意得：C5.9610f2.5610122arcsinrarcsin. 5arcsin 0 . 7548 . 92R162 .5500mm 的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s ，问如何利用底波调节500/ 2 灵2 . 36 ( m m)计算： 500mm 处底波与 2 平

25、底孔反射波分贝差为：20lg2 x2 2.3650020lg45.5(dB)D f23.14222 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：C5 . 91066f2 . 510D1000 mm , d100 mmDd, x22 . 36( mm )1000100450mm2计算： 450mm处内

26、 孔反射波与 2 平底孔反射波分贝差为2 xd2450 10 lg10020 lg10 lg20 lg2.3634.5(dB )D 2fD3.14 2210002 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 C

27、S -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 2.5P20Z400mm 的锻件，问如何利用100/ 4 平底孔试块调节 400/探头检测底面粗糙，厚度为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：Px4400f 11120 lg40 lgx40 lg36 ( dB )P2100f 222 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

28、 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， C L=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：Cf3N 3 2.37=127(mm)x B600 mm , x f400 mm ,22x f20 lgBfD 2f x B5.910622， N=D /4=20 /4 2.36=42.37(mm)2 . 36 ( m m )2.5106400(

29、mm) ，可进行计算；2 x 2fBf20 lgD f2 xB2 ( x fx B )，代入公式得：Bf50 3020 dB ,0 .005 dB / mm2 ( x fx B )20 2 0.005200222 x 2f22lg2 x B=D f20=1.1 ；22 x f=101 。 12D f xB2 x f222 .3624005 .6 ( m m)D f1 . 1x B 10 1.13.1460010答：此缺陷的当量平底孔直径为5.6 mm 。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，C L =5900m/s ， =

30、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：C5.910 6， =D 2 /4 =20 2 /4 2.36=42.37(mm)f2.562 .36 ( m m)103 =3 42.37=127(mm) 200(mm) ，可进行计算；2 x 2fdBf20 lgD f2 x B10 lg D2 ( x fx B )Dd 1000100D1000 mm , d100 mm , x B22450 mm ,x f200 mm,0 .005 dB / mm ,Bf；12 dB代入公式得：20 lg2x f2D2 ( x B

31、x f )10002 0.005 250 12 24.5D 2f x B10 lgBf10 lgd1002224 .52x fx= 20 =1.225；=10 1.2252lg22D fx BxD fB2222 .36200x f2D f10 1.2252.8(m m)x B3 .1445010 1 .225答：此缺陷的当量平底孔直径为2.8 mm 。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

32、250mm 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。解：条件判别6C5.9 106f2.5103N342.42 .36 ( m m)ND s2/ 420 2 /( 4 2.36 )42 .4(mm) ；127 250mm符合当量计算的条件。 求 250mm 处 4 当量的 dB 值P1220 lgPf 1x40 lgf 2x22 a ( x 2x1 )140 lg 40020.005( 400250 )9 .5 ( dB )250 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=40o 的探头检测T=30mm 的对接焊缝，仪器接