超声波课后习题答案

1、超声波课后习题答案 超声检测公式及计算题 武玉林 二O一一年5月 *1.1 铝（Al）的纵波声速为6300m/s，横波声速为3100m/s。试计算2MHz声波在铝中的纵、横波波长。 cc?f?f 解：（mm）（mm）6f2?10 *1.2 甘油的密度为1270kg/m3，纵波声速为1900m/s，计算其声阻抗。 z?c 解： Z?c?1270?1900?2.4?106kg/m2?s 1.4 5P20×10K2探头，楔块中声速CL1=2700m/s，钢中声速CL2=5900m/s，CS2=3200m/s，求探头入射角为多少度？ sinsinK?tg ?Cl1Cs2 解： sin?sin

2、?C?sin?1（?sin?）CL1CS2CS2?12700?sin(?sin63.4)?4903200 1.8 已知钢中CS钢=3200m/s，某硬质合金中，CS硬=4000m/s，铝中CS铝=3080m/s，求用探测钢的横波斜探头探测硬质合金和铝时的实际K值为多少？ 2 sinsin?Cl1Cs2 解： 设入射角为?，楔块中声速为CL有在钢中，?钢?tg-1K?tg-11.0?450sin?sin?钢sin?硬sin?铝?CL有CS钢CS硬CS铝?硬?sin(?1CS硬CS钢?sin?钢）硬?tg?硬?tg61.10?1.8sin?sin?钢sin?硬sin?铝?CL有CS钢CS硬CS铝?

3、1CS铝?13080?铝?sin(?sin?钢）钢3230K铝?tg?铝 *1.10 示波屏上有A、B、C三个波，其中A波高为满刻度的80%，B波为50%，C波为20%。 、设A波为基准（0dB），则B、C波各为多少dB？ 、设B波为基准（10dB），则A、C波各为多少dB？ 、设C波为基准（-8dB），则A、B波各为多少dB？ 3 H1?20lgH2 解： ?20lgH1?H2HB50?20lg?4dBA、B?0?B?20lgC?0?C?20lgHC20?20lg?12dBHA80HA80?10?20lg?14dBHB50、A?10?A?10?20lgC?10?C?10?20lg、A?A?8

4、?20lgB?C?8?20lgHC20?10?20lg?2dBHB50HA80-8?20lg-8?4dBHC20HB50-8?20lg-8?0dBHC20 *1.11 示波屏上有一波高为满刻度的100%，但不饱和。问衰减多少 dB后，该波正好为10%？ 解： H100?20lg?20lg?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： ?20lgH2?H2?1020 H1H1 ?H2?H1?10?80?10?20?1620?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？

5、4 解： H?20lg?H1 ?12 H?H?1020?40?1020?10(%)21?6 H'2?H1?1020?40?1020?80(%) 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?Z1r?Z2?Z1 解： 设Z钢?1，Z不 1-0.99r?0.005?0.5%Z钢?Z不钢-Z不 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。 解： 5 *2.1 试计算5P14SJ探头在水中的（CL=1500m/s）的指向角和近场区长度。 D2N

6、?704D 解： 2.2 试计算频率f5MHz，边长a13mm的方形晶片，在钢中（Cl5900m/s ）的主声束半扩散角为多少度？ ?57解： c5900?103? a13 *2.3 已知钢中Cl5900m/s，水中Cl1480m/s.求、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0和未扩散区长度b各为多少？ DN?0?70D 2 6 解： c5900?103 钢中：?2.36mm6f2.5?10 D2202 b c1480?103 水中：?0.592mmf2.5?106 D2202277mm b 2.4 用、20mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢

7、中CL=5900m/s，水中CL=1480m/s。求钢中近声场长度。 C1N'?N2?L1C2 3C5900?10解： ?2?2.36mm26f2.5?10 2.5 用、20mm纵波直探头水浸探伤铝板，已知铝中近场长度为20mm，铝中CL=6260m/s，水中CL=1480m/s。求水层厚度。 解： 2.6 用、20mm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？80 x12?20lgx1 解： x2B1?20?12?20?20lgx12?15

8、0?20?20lg?20?6?26dB150x2B3?20?32?20?20lgx32?150?20?20lg?20-3.5?16.5dB3?150 2.7 已知x3N，200mm处2平底孔回波高度为24dB，求400mm处4平底孔和800mm处2平底孔回波高度各为多少dB？ 8 1x212?40lg2x1 解： ?2x1?2?24?21?24?40lg?1x2?24?40lg?24dB?3x1?3?24?31?24?40lg?1x3?200?24?40lg2 2?800?0dB 3.1 PZT-4的声速CL=4000m/s，如制作频率为的晶片，晶片厚度 应为多少mm？ NtCLCLNt?tf

9、0?t?t?2f02f0 C4000?103 解： t?0.8mm62f02?2.5?10 3.3 某探头的频率常数Nt=200Hz·m，频率，求该晶片厚度为多少？ 解： Nt?tf0 N200?103t?0.08mm6f02.5?10 3.4 某探头晶片的波速CL=5740m/s，晶片厚度，求该探头的标 称频率为多少？ 9 解： t?CL2f0CL5740?103 3.6 用IIW试测定仪器的水平线性，当B1和B5分别对准和时，B2、B3和B4分别对准、，求该仪器的水平线性误差为多少？ ?amax0.8b?100%解： ?amax?100%? 0.8b0.08?100%?1%0.8

10、?10 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50、44反射波等高的波峰高h1=80%，波谷高h2=25%，求分辨力为多少？ h1X?20lgh2 解： X?20lgh1?20lg80?10dB h225 4.3 用K2探头在CSK-IA试块上利用R50和R100反射面按水平11调节时基线，两反射波应调在第几格？ l1? l2? 50K?K2100K?K2 10 解： l50?l100?50k?K2100k 4.6 用探头径向探测500mm的圆柱形工件，CL=5900m/s，如何 利用工件底波调节500/2灵敏度？ 2xf?20lg2Df 3C5900?10解： ?2

11、.36mmf2.5?106 2?x2?2.36?500?20lg?20lg?45.5dB22 ?Df3.14?2 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 用探头径向探测1000mm的圆柱形钢工件，CL=5900m/s， 如何利用工件底波调节500/4灵敏度？ 2xf?20lg2DfxB 解： 2 C5900?103?2.36mm6f2.5?10?20lg2?xf2?DfxB2?20lg2?2.36?5002 4.8 用探头径向探测400mm的工件，如何利用150mm处4平底孔调节400/2灵敏度？ 11 1x212?40lg2x1 ?12解： ?1x

12、2?40lg?2x14?400?29dB2?150?40lg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29dB 4.9 用探头探测500mm的工件，CL=5900m/s，探伤中在200mm处 发现一缺陷，其波高比B1低12dB，求此缺陷的当量大小为多少？ 解： 5.1 用水浸法探测40mm厚的钢板，要求钢板四次底波与第二次界面波重合，其水层距离应为多少？ nTH?4 解： H? nT4?40?40mm4412 5.2 用水浸二次波重合法探伤T=40mm的钢板，仪器在钢试块上按1：2调节扫描速度，并校正“零点”。求： 、水层厚度为多少？ 、钢板中距上表面12

13、mm的缺陷回波的水平刻度值为多少？ 、示波屏上f=50处缺陷在钢板中的位置？ nT2?40解： 、H?20mm44 20?412?40?6?4622 20?4、（50-）?2?10?2?20mm2 5.6 用充水探头采用三次重合法检测T=60mm的钢板，水层厚度应调节为多少？ 解： H?nT3?60?45mm44 5.9 对钛/钢复合板在复层一侧作接触法检验，已知钛与钢的声阻抗差约为40%，试计算复合层界面回波与底波相差多少dB? Z2?Z1r?Z2?Z1 4ZZ2T?1?r(Z1?Z2)2 BS ?r2?20lg?20lgrr 13 解： 设Z钢?1，Z钛 Z钢-Z钛钢?Z钛1?0.6T?1

14、?r 5.11 从钢材一面探测钢/钛复合板，已知Z钢=46×106kg/m2·s， Z钛×106kg/m2·s，不计扩散衰减和材质衰减，求： 、复合界面声压反射率。 、底波与复合界面回波的dB差值。 解： Z钛-Z钢钛?Z钢27.4?46T?1?r2?1?0.252?0.9361-r20.936?20lg?20lg?1 5.13 今有一批50×6mm的无缝钢管，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。 0.251R?0.458r?H?F?R2?x2 2 C?C2rr?1F?F?2.2r1?2 C1C1? 解：

15、F?2.2r?2.2?40?88mm 0.251R?0.458r0.251?25?0.458?19x?7.5mm22H?F-R2-x2?88?252?7.52?88?23.8?64mm14 - 5.18 直径300mm、壁厚20mm的钢管作周向斜角探伤，采用K=2的斜探头合适吗？ Tm11K?(1?sin)?(1?)2DO22?K DOK?Tm?(1?)22?K 解：20mm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： 5.21 用接触法周向横波探伤外圆直径D=300mm ,壁厚t=60 mm的钢管，可使用的探头的K值最大为多少

16、？ DDtm?(1?sin?)?(1?22?600(1?22?22)?31.7mmK1?K2) r?1rsin?sinRR 解： 6.1 用、20mm直探头探测厚度300mm的钢锻件。 、如何利用工件底面调节2mm平底孔当量灵敏度？ 、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。 5.9?300解： 2?xf、?20lg?20lg?41dB22?Df3.14?2 2? 在工件无缺陷完好部将位一次底波调至荧光屏基准高度，再用衰减增器益41dB?21x?2?1?1040x1?x、 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15

17、0/2试块平底孔回波高6dB，求此缺陷平底孔当量。 解： 6.8 用直探头探测外径1100mm ，壁厚200mm的筒形钢锻件（C=5900m/s ). 、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）？ 、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）？ 2xfd?20lg?10lg2D 解： 、?20lg2?xf?Df2?10lgdD5.92?200700?20lg?10lg?37.5?2?35.5dB23.14?211002?xfd、?20lg?10lg2D?Df5.9?200700?20lg?10lg?37.5?2?39.5dB23.14?211

18、002? 6.9 用直探头探测厚度350mm的饼形钢锻件（C=5900m/s )，将底波调节为40dB进行探伤。 、此探伤灵敏度是否符合JB/T4730-2005标准要求？ 、探伤时发现一单个缺陷，深200mm，波幅29dB，求此缺陷当量。 解： 5.9?3502?xf、（不符合）22?Df3.14?22?、?20lg2?xf2?Df2xB?Df2?2?xf2?xB10202?40?293.14?350?10205.9?2002?48.4Df?48.4?7mm17 6.10 用直探头检测厚度380mm的钢锻件（C=5900m/s），材质衰减系数。检验中在130mm深发现一处缺陷，其波幅比底波低

19、7dB。求此缺陷当量。 2xfBf?20lg2?2(xf?xB) xB 解： ?Df2?Bf?20lg2?xf22?DfxB2?2?（xf?xB)?2?xf2?Bf?2?(xf?xB)?xB102?205.9?1302 7?0.01?（2130-380） 7.1 板厚20mm的焊缝，外表面焊缝宽度30mm，内表面焊缝宽度20mm，用前沿距离18mm的探头探伤，为保证声束能扫查到整个焊缝，探头K值应如何选择？ a?b?L0K?T 解： 7.3 用斜探头探测RB-2试块上深度d1=40mm和深度d2=80mm的3横孔， 分别测得简化水平距离L'1=45mm，L'2= 105mm，试计算探头K值和前沿距 离L0。 18 解： L?L0?L'L?KdL?Kd?L0?l1'?Kd1?L0?45?40K?K?1.5? ?L0?l2'?Kd2?L0?105?80K?L0?15 7.4 检验板厚T22mm的焊缝，上焊缝宽度为30mm，下焊缝宽度为20mm，选用K=2,前沿距离L017mm的探头，用一、二次