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/ f2. 波速、波长和频率的关系：3. Cl : Cs : Cr1.8 : 1 : 0.94.声压：=P1 P。C=或入=帕斯卡（Pa）微帕斯卡（卩Pa） 1Pa = 1N/m21Pa = 106卩P6.声阻抗=p/u = cu/uc单位为克/厘米2 秒（g/cm2 s）或千克/米2 秒（kg/m2 s）7.声强;12I = Zu2 = 2 z2单位；瓦/厘米（W/cm ）或焦耳/厘米秒（J/cm s）8.声强级贝尔（BeL ）。 = lgl 2/1 1(BeL) = 10lgl 2 /I9. 声强级即分贝（dB）10. 仪器示波屏上的波

2、高与回波声压成正比：11.声压反射率、透射率:=20lgP 2/P 120lgP 2/P 1 = 20lgH=Pt / P0(dB)2/H1(dB)1 r tPrZ 2Z1Pt2Z 2(1 r ) / Z1 t / Z 2PZZP ZZr =021t = 021乙一第一种介质的声阻抗;Z2第二种介质的声阻抗4 +r=Pr / P02Z 2 Z 1r r 212.声强反射率：R=声强透射率:4Z1Z2TZ2 Z1 2T+R=113.声压往复透射率;tr =14Z1Z22T 往=(Z 2 c?Z1)sin l sinl sin ssin l sin sCL1= cL114.纵波斜入射:CS2 第二

3、介质中的纵波、横波波速; a，S横波反射角。二 cs1 二 cL 2CS1 第一介质中的纵波、 ，L纵波入射角、反射角；c S 2 CL1、横波波速；C3 l、3 S 纵波、横波折射角;L2、15.纵波入射时：第一临界角a16.有机玻璃横波探头a l=27.6a l=14.5。27.27 °3=90Lo57.7c L 1 ca =arcsi nL 2i第二临界角,有机玻璃表面波探头a l > 57.7c L1a : 3 =90 °时 a =arcsin c s 2Sn水钢界面横波17.横波入射：第三临界角：当 有机玻璃横波入射角a 敏度最高。a ' L=90c

4、S1arcs in c时a川=L1S （等于横波探头的折射角3 S） =35=33.2。当a S > 33.2。时，钢中横波全反射。55。，即卩K=tg 3 S=0.71.43时，检测灵A1Z18.衰减系数的计算衰减系数，dB/m(0.51)dB ; XT :工件检测厚度，20 lg B m / B n 2 ( n m ) xa =(B n-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)1. 薄板：（B B ）（单程）；n m 两次底波分贝值之差，dB ; 8为反射损失，每次反射损失约为为薄板的厚度mm;N:单直探头近场区长度，20 lg B 1 / B 26m nmm ;、一底波反射次数2、

5、厚板或粗圆柱体:a =(B n-Bm-6)/2x(B1B2 ）两次底波分贝值之差，dB ;P R20 s19.圆盘波源辐射的纵波声场声压为Rs20.近场区的长度:21.圆晶片辐射的声束半扩散角为:0 7022.波束未扩散区：b 1.64 N23.矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压Nx> 3N 时，PoF / x24.矩形波源的近场区的长度为:57 057°25.矩形波源的半扩散角0 :X方向的半扩散角为:2a丫方向的半扩散角为:2b26.近场区在两种介质中的分布:1基于钢中的近场区L C1C22、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;1 介质

6、I水中波速；中波速N (Ds2)C14 1 C2KF s cos27.横波轴线上的声压； 线上某点至假想波源的距离s2 COS系数;Fs 波源的面积；一第二介质中横波波长;28.横波声场近场区长度为:F s cosNS2 COSF S cos29.横波声场中，第二介质中的近场区长度 积；NN为：L 1 tan2s 2x cosatanFs波源的面s2 第二介质中横波波长;L 入射点至波源的距离L2 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:arcsin 1.22 s 270002Ds 2.对于矩形正方形声源:Ds 2F -toS 2厂 0arcs in572a022a31.规

7、则反射体的反射波声压公式:XPfPx F fP0 Fs F f1.平底孔回波声压;2 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:Pf 11220 IgPf 2D xf 1240D xf 21Po Fs D f2 x 2x2.长横孔回波声压 p mf 11220 IgPf 2D f 1 X23103D f 2 X1PfPfPoFs I f D f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3 =12任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为:DPoFs fPf 1D f120 lg P 10 lgf 2D f 22f 12I44X1Pf4.球孔回波声压:2 x

8、 2xPf 11220 lg220 lg 2D f 1Pf 2X1D f 2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:P0 FsPb耳2 x两个不同距离的大平底回波分贝差为:12PB1x220 lg 20 lgPB2X1P0 Fs dPb 2 x D2.内孔检测圆柱体：PbP0 Fs D2 x6.空心圆柱体 1.外柱面径向检测空心圆柱体：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e 8.68P0:波源的起始声压;Fd 2 / 4 积，f f2 圆柱体内径FSFSDS2 / 4S :探头波源的面积，SD

9、f:波长,:长横孔的直径,Lf:短横孔长度D:空心圆柱体外经:介质单程衰减系数，dB/mmPB2 x20lg 20lgPfDf2X :反射体至波源的距离。Ff :平底孔缺陷的面d :空心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:PbBf 20lgPf20lg2 x2f22 (Xf Xb)Df xbXf :平底孔缺陷至检测面的距离; 孔缺陷的当量直径；xB :锻件底面至检测面的距离:材质衰减系数;入:波长；Df :平底Bf :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:PfDx12 20

10、lgp 1 40lgDf 1x2f2f 2 135.当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调节平底孔灵敏度时:2 (X2 xi) : ± 2 ,PB2 x f dBf 20lg20lg10lg2 (Xf Xb)PfDf2 XBDd空心圆柱体的内径;D 空心圆柱体的外径;A+”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H = n36 水浸法波型分析，水层厚度4=_W 沁 cLcL有有sin37.管材周向检测纯横波检测条件：CL钢CS钢P Ma s*t1 C S 2sinrsincl有 r(1)D v2C38.纯横波到达内壁条件：

11、L 22.横波检测到管材内壁Rcs钢RC1C20.251R0.458rrFX39.水浸法：声透镜:C1偏心距：20.251R < Xv0.458r/ L1Xs X水层厚度H>2（S 管中横波声程焦距：F2 2H R2 X2F2 .2r40.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；p 探头折射角，（o）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 &g

12、t; TLo a对于单面焊、上述 b可以忽略不计，则： K> T42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。l f x f sin n f sind f xf cosn f cos用直射法（一次波）检测发现缺陷时l f x f sin n f sinx 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；丨f :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

13、应的水平刻度值就是缺陷的水平距离lf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d f 2TK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d f n f用直射法（一次波）检测发现缺陷时1 : n调节扫描速度时，应采用深度定位法来确定缺陷的位置。若f就是缺陷的深度dfl f Kh f Kn fd f 2T n fl f Kn f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

14、波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、0 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

15、，5） A不直观，检测结果无直接见证记录。:1、要有作机械振动的波源；2、能传播机械振动的弹性介质。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3.能在界面上产生反射、 折射、衍射和波型转换4.型脉冲反射法检测结果是波形显示，5、机械波必须具备以下两个条件6、 衰减的原因扩散衰减、 扩散衰减。7、双晶探头具有以下优点：（1） 测范围可调&超声波探头对晶片的要求：灵敏度高（2）杂波少盲区小（3）工件中近场区长度小（4） 探较小，以便获得较高分辨力和较小的盲区。射灵敏度和接收灵敏度。（4）频率常数较高，声阻抗Z适当。9、仪器和探头的综合性能：力4.信噪比5.频率10、双探

16、头法又可根据两个探头排列方式：并列法、交叉法、（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e m3）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 较小，以便获得较高的频率。（5 ）居里温度TcNt较大，介电常数1.灵敏度.2盲区与始脉冲宽度3.分辨V型串列法、K型串列法、前后串列法等。2、对于定量要求高的情况， 。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。 应选择垂直线性好

17、，衰减器精度高的仪器现场检测，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=0.71.5，因为KvO.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； 尽量与

18、主要缺陷垂直；3.保证有足够的灵敏度2.使声束中心线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； 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。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

19、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

20、、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

21、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 L1ca I = arcsinl 2 =27.6 ° a n =arcsins 2 =57.7e 0和未扩散区长度例3:计算2.5P20纵波直探头探测钢工件时的近场区长度N、半扩散角解：由题意 f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s且 入=CL/fn4近场区长度:2 6202 .51045900 盘

22、10 342.4 ( m m)半扩散角:7070 CLDsD s70590020 2.5103106 &26未扩散区长度：例4：用2.5MHz，直径1.64 N 1 .6442 .469 .5( mm )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解：钢中纵波波长：,求钢中近场区长度 N。2.36,5.92 .5mm)钢中近场区长度:例5，试计算2.5MHZ、10 X 12mm方晶片 在钢中的近场区长度。（钢中 CS2=3230m/s ）£“解：s 2:/f2.50C s 2ab cosNs 2 cos-3

23、23010例6:用单斜探头直接接触法检测 已知：D0=325mmD 0勺° RT=40mmR _sin(mm)15. 7141442 .36K2.0横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为201480590012mm，求此探头1 W11 . 29 ( m m )1012tgtg325 X 40mm无缝钢管， 求:最大K值？3 .141 .290.6812 0 .5813( mm)求探头的最大 K值?162 .5r R Tr 162 .5 40 122 .5122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：a

24、rcsin r arcsinR162.5 arcs in 0.7548.92.5500mm的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节500/2灵6C5.9106f2.510计算：500mm处底波与 2平底孔反射波分贝差为:2.36 ( m m)2 x2 2.3650020lg20lg45.5(dB)2 2D f3.14 22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=590

25、0m/s问如何 利用内孔回波调节450/2灵敏度？D1000 mm , d解：由题意得:,x65 . 910，62.5102.36( m m )计算450mm处内孔反射波与2平2 Xd210020 lgX10 lg20lg2.3645010 lgJLH A34.5(dB )D 2fD 一3.14221000 = 100 mmDd21000100二 450 mm2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， 450/2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

26、2.5P20Z探头检测厚度为50mm的小锻件，采用CS I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 I系列试块调节灵敏度的方法如下：将探头对准CS I -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 灵敏度？试块与工件表面耦合差6dB。400mm的锻件，问如何利用 100/4平底孔试块调节 400/2解：计算：100/冬4与400/2回波分贝差:20 lg40 lgA壅=£ 2垂调节：探头对准1 1440040

27、 lgX2 2 2 100100/4平底孔:36 ( dB )找到最高回波后，然后用“衰减器”增益42dB，这时400/2灵敏度2 x2f2Bf 20 lg D f xB 2 ( x f xb )x b600 mm , x f400 mm ,22 x f20 lgBf一D2fX 云Bf50 3020 dB ,，代入公式得:0 .005 dB / mm2 ( X fA X b )20 2 0.00520022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2.5P20Z探头检测© 600的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s , a =0.005dB/m

28、m。利用锻件底波调节 600/0 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 10 6 2.36 ( m m ) , N=D 2/4 入=20 2/4 X 2.36=42.37(mm)6f 2.5103N = 3 X 2.37=127(mm) < 400(mm)，可进行计算;Ig22 弓=22=1.1D f2 x b202 x f =10 1。12D f x b222 .364001 . 1 一宁5 .6 ( m m) y X± 22/X f'

29、 "x B 10 1.11 3 . 14 c 600 10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，6=5900m/s ,a =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?2 2解：由题意得：_ C 5.9 .10 62 36( m , N =D /4 入=20 /4 X 2.36=42.37(mm)几一 f 一2.5 X103=3 X 42.37=127(mm) < 200(mm)，可进行计算; =2 x 2

30、fd +a-Bf20 Ig_D f2 x B10 ig d2 ( x fx B )D 1000 mm , d100 mmDd 1000_100x f200 mm,x B2一2一 450 mm ,0 .005 dB / mmBf _12 dB代入公式得:20 IgJ* 夕、1D 2f x B10 Ig - 2 . ( Xb d一 X f 片'止.Bf10 Ig2 0.0052501224.510024 .522=20 =1.225 ;2 x f=10 1.225z气 2/wIg2271XDf x BD f B22 x f22 .36 2002D f一'江2.8(m m)xb 10

31、 1.2253 .14450 10 1.2252 x f2D1000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，400mm 处4为0dB。检测中在250mm 处发现一缺陷， 并试根据JB/T4730.3 2005标准评定该锻件的质量级别钢中CL=5900m/s，衰减系数其波高比基准波高 20dBa =0.005dB/mm，检测灵敏度为,求250mm 处$ 4当量的dB值。解：条件判别5 .9 102 .5 1066_ 2 .36 ( m m)2N D s2/ 420 2 /( 4 2.36 ) 42 .4(mm);42 .4127 V 250 mm3求250mm处$ 4当量的dB值符合当量计算的条件。气 _p f 1-1220 IgPf 2x 2丄40 Ig _ 2 a ( x 2 X1 )40 Ig 400250 求该缺陷的当量并评级 级。x 120.005( 400缺陷当量:250 )一9 .5 ( dB )$ 4+ ( 20-9.5 ) dB = $ 4+10.5dB缺陷评级：该锻件评为川例14 :用P=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