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:2.波速、波长和频率的关系：C= fT=1/fc或入=f3. Cl : Cs : CR 1.8 : 1 : 0.94. 声压：P = Pi Po帕斯卡(Pa)微帕斯卡(卩 Pa) 1Pa= 1N/mi1Pa = 106 卩 P6.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 = 2 Zu2= 2 Z单位；瓦/厘米2 (W/cn2)或 焦耳/厘米2 秒(J/cm2 s) = lgI 2/I 1 = 10lgI 2/I 18. 声强级贝尔(BeL)。9. 声强级即分

2、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(BeL)=20lgP2/P1(dB)20lgP2/Pp 20lgH2/H1(dB)t=Pt / P01 r tPr(1 r)/Z1 t/Z2 r=P0乙一第一种介质的声阻抗；PL2乙t = P°Z 2 乙Z2第二种介质的声阻抗2乙乙Z2乙12.声强反射率：R= Ior2 Z2 ZjZ2 Z!声强透射率:4Z1Z2Z2 Z1 2T+R=1t r =14Z1Z213. 声压往复透射率；T往=(Z"石产sin l sin l sins sin l sin s14. 纵波斜入射：c

3、L1=cL1=cs1=cL2= cs2 CL1、CS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；a l、a丄一纵波入射角、反射角；B l、B s 纵波、横波折射角；a，s横波反射角。cL1cL115. 纵波入射时：第一临界角a : B l=90。时a 1 = arcsin %第二临界角a：B s=90。时a “ =arcsin 6216. 有机玻璃横波探头a L=27.6。57.7 °,有机玻璃表面波探头a l > 57.7 °水钢界面 横波a l=14.5。27.27 °cS117. 横波入射：第三临界角：当a' L=9

4、0°时aM =arcsin 3 =33.2。当a s> 33.2。时，钢中横波全反射。 有机玻璃横波入射角a S (等于横波探头的折射角B s) =35°55°，即K=tgB S=0.71.43时，检测灵敏度最高。20 lg B m / B n18. 衰减系数的计算 1. 薄板：2(n m)xa =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)衰减系数，dB/m (单程)；(Bn Bm)两次底波分贝值之差，dB;S为反射损失，每次反射损失约为(0.51)dB ； X为薄板的厚度T：工件检测厚度，mm N :单直探头近场区长度，mm m、n底波反射次数2、厚

5、板或粗圆柱体:20 lg B ! / B 262 xa =(B n-Bm-6)/2x(B1 b2)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P0 Rs P °Fsxx2 2D； R2N 20.近场区的长度：4Fs21.圆晶片辐射的声束半扩散角为:0700 /D22.波束未扩散区：b 1-64N23.矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压:x > 3N 时,PoF/F N 24.矩形波源的近场区的长度为：25.矩形波源的半扩散角0:X方向的半扩散角为:0 5702a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D"4 2L宜C2

6、2 、基于水中的近场区2 介质U钢中波长N2 只有介质U时,钢中近场长度；C1 介质I水中波速；6 介质U钢中波速KF S cos27.横波轴线上的声压； 线上某点至假想波源的距离s2 cOsK 系数;Fs 波源的面积;s2 第二介质中横波波长；X 轴28.横波声场近场区长度为:Fs coss2 cos29.横波声场中，第二介质中的近场区长度N为：N N L2积；Fs coss2 x costan L1tanFs 波源的面s2 第二介质中横波波长;L1入射点至波源的距离L2 入射点至假想波源的距离arcsin 1.2230.横波半扩散角1.对于圆片形声源：S270。_02Ds2 Ds 2.对于

7、矩形正方形声源： S2.- 0 02arcs in 572a2a31.规则反射体的反射波声压公式：1.平底孔回波声压;PfPxFfP°FsFfx 任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为：P f1D f 1X212 20吭 40f12.长横孔回波声压；Pf2 x ，- 2x任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为：Pf 1D f1x21220 lg 10一3pd x3f 2f 213.短横孔回波声压；Fflf2 x xPoFsDf任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为:1220 Ig $Ff 210 Ig fDf2 丨；24 空 4 X14球孔回波声压：PfP

8、76;Fs Df2 x 2x任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为：12 20lgFflP f 2220©笃X15.大平底面或实心圆柱体回波声压：Pb两个不同距离的大平底回波分贝差为：12 20磴20lgfPo FsdPoFsD1.外柱面径向检测空心圆柱体:Pb 2 x d 2.内孔检测圆柱体:Pb2 x d6.空心圆柱体注意：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2ax增加e8682P。：波源的起始声压；Fs:探头波源的面积，Fs Ds/4 : x:反射体至波源的距离。Ff:平底孔缺陷的面积，圆柱体内径:波长,Df:长横孔的直径,L

9、f :短横孔长度 D:空心圆柱体外经d :空心:介质单程衰减系数，dB/mmFB2 x20lgB 2虫貸32. 同距离的大平底与平底孔反射波dB差：FfDf33. 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:c2FB2 XfBf 20lg20lg 厂 2 (Xf Xb)PfDfXBXf ：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FfDf1x234.不同平底孔回波分贝差为:Df2Xi12 % 40L 2 (X2 幼FB2 XfdBf 20Ig B 2

10、0Ig 厂 10lg 2 (Xf xb) FfDf XbDd 空心圆柱体的内径； D空心圆柱体的外径;“+” 一外圆径向探测，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:38.t 1纯横波到达内壁条件：D V 2（1G r水浸法：声透镜：C10.458r39.Cl有 .sinCl有Cl钢CS2厂)Cl22.sin横波检测到管材内壁X偏心距：0.251R 0.458rX s X 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1.2

11、5F （即2.5KT）：1）采用直射法时，探头移动区应大于或等于0.75F （即1.5KT）。F=2KT或F=2TtanB式中：P:跨距，mm T:母材厚度，mm K:探头K值；焦距：FH .R2 X2sinCl有rcs钢R0.251RW Xv2.2 r探头折射角，（o）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:Lo a b41.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LoaK>T用直射法（一次波）检测发现缺陷时：1: n调节扫描速度时，应采用声程定位法来确定缺

12、陷的位置。Xf sin n f sindf xf cosIfn f cos用一次反射法（二次波）发现缺陷时l f xf sinn f sindf 2T xf cos 2T n f cosXf ：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；lf:缺陷的水平距离；df 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f就是缺陷的水平距离lf用直射法（一次波）检测发现缺陷时lf n fdf一次反射法（二次波）检测发现缺陷时l

13、fdf 2Tlf式中K:探头的K值，K=tg44、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用直射法（一次波）检测发现缺陷时df n fIf Khf Kn f用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时df 2T n fIf 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

14、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

15、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B 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

16、，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。

17、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=0.71.5，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

18、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

19、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

20、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)

21、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 L1c L1al = arcsi n % =27.6 ° aH =arcsin % =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B 0和未扩散区长度b。解：由题意 f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 入=CL/f3N£1DLl2022.5103642.4(mm)070卞70吕70販。"68.26近场区长度：44CL4

22、 5900 10 3半扩散角：DsDsf 20 2.5 10°未扩散区长度. b 1.64 N 1.6442 .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， 水中纵波声速1480m/s，求钢中近场区长度 N。解：钢中纵波波长：J2 36 ，(mm2 f 2.5.钢中近场区长度：D： , c114 1420 1480( mr)N L L 15 . 742c 242 .365900例5,试计算2.5MHZ 10X 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

23、长度。(钢中 CS2=3230m/s例6 :用单斜探头直接接触法检测 已知：D0=325mmR 亘2T=40mm 求:R 竺2162sin325 X 40mm无缝钢管，求探头的最大 K值? 最大K值？r 162.540122.5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。r arcsinR122 .5arcsinarcsin 0.7548 .92162 .5解:s 2C s2f3230101 .29 ( mm )2.50Nab cos-L1：10 1213 ( mm)s2 cos0.68120.583.141 .29例 7，用2.5P20Z探头径向检测500mm的实心圆柱体锻

24、件，CL=5900m/s,问如何利用底波调节 500/2灵 敏度？计算：500mm处底波与2平底孔反射波分贝差为：20lg空 20lg2 2.3645.5(dB)Df3.14 2解：由题意得:5.9106C f2.510 62.36 (mm )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 .910 6f2 .5102 .

25、36(mm )Dd1000100D1000 mm d100 mm x450 mm22计算:450mm 处内孔反射波20lg!4 1。哙10lg篇DfD3.14 21000与2 平底孔反射波分贝差为34.5(dB)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，450/2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勺小锻件，采用CSI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CSI系列试块调节灵敏度的

26、方法如下：将探头对准CSI -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2.5P20Z探头检测底面粗糙，厚度为 400mm勺锻件，问如何利用100/4平底孔试块调节400/2 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：20 lg40 lg40 lg -36 (dB )Pf 22 x22 100 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平底孔缺陷反射波正好达基准高50%。例11,用

27、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？解：由题意得：c 5.9 106 、， N=D2/4 入=202/4 X 2.36=42.37(mm)2.36 (mm )22 XfBf 20 lg 22 (Xf Xb)D f Xbf 2.510 63N= 3X 2.37=127(mm)w400(mm),可进行计算;x B 600 mm , x f

28、400 mm , Bf 503020 dB ,0.005 dB / mm , 代入公式得:20 lg2 xfD f XBBf 2 (XfXb) 20 2 0.005 20022lg 翠 2=1.1g D2xB 20Xf2D f Xb=101o1Df22Xf10 1.13.142.36400 2600 105 .6(mm )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，Q=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

29、射波低12dB,求此缺陷的当量大小？解：由题意得:C 5.9105.9102.36 (mm ) 5=D/4 入=2074 X 2.36=42.37(mm)210D f x bD 1000 mm , d100 mm , x1000 100450 mm ,2x f 200 mm ,0.005 dB / mm , Bf 12 dB ?3=3 X 42.37=127(mm)< 200(mm),可进行计算;igBf 20 lg 2代入公式得:220 lg2XfD f XB10 lg D 2y d(XbXf )Bf 10 lg100021000.0052501224.524 .52 lg2Xf =

30、20 =1.225;x2=101'25D f X B22.3621o Df2 Xf22.36200 2,、1.2251 .2252.8(mm )xB 10. 3.1445010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400mml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4为0dB。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解：条件判别f 2.36(mm)d2 /4202 /(4 2.36)42.4 (mm);3N 3 42.4127 V 250 mm求250mn处© 4当量的dB值Pf11220 lgPf2符合当量计算的条件。x240 lg 一 2a (x 2 X1)X140040 lg2250 求该缺陷的当量并评级 级。0.005(400250缺陷当量：©9.5(dB )4+( 20-9.5)dB = © 4+10.5dB缺陷评级：该锻件评为川例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60处出现一缺陷波，求此缺陷在焊缝中的位置?解：由