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= f或 = f3.CL Cs CR 1.810.94. 声压： P P1 P0帕斯卡（ Pa ）微帕斯卡（ Pa） 1Pa 1N/m21Pa 106 P6.声阻抗 :Z p/u cu/uc单位为克 /厘米2·秒（ g/cm 2 ·s）或千克 /米 2·秒（ kg/m 2· s ）1P 222227. 声强； I2 Zu2 2 Z单位 ;瓦/ 厘米（ W/cm）或 焦耳 /厘米 ·秒（ J/cm·s）8.声强级贝尔（）。 lgI 2/I（

2、）BeL1BeL9.声强级即分贝（dB ） 10lgI 2 /I 120lgP 2/P 1（ dB）10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比：20lgP 2/P 120lgH 2/H1（ dB）11.声压反射率、透射率：r=Pr / P0t=Pt / P01 r tPrZ 2Z1Pt2Z 2(1 r ) / Z1t /Z 2PZZPZZr =021t=021Z1第一种介质的声阻抗；Z2第二种介质的声阻抗Z24Z1Z2Z2 Z1 2I rr 2Z21声强透射率： TZ12.R= I0声强反射率：Z 21T+R=1t r =14Z1Z2( Z212Z )13. 声压往复透射率； T 往 =sin

3、Lsin LsinSsinLsinS14.纵波斜入射:cL1cL1cS1cL 2c S 2CL1、第一介质中的纵波、横波波速；C L2、=CS1CS2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 L1c L115.=arcsinc L=arcsin c S 2纵波入射时：第一临界角:°时 2第二临界角：=90°时 =90LS16.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°cS1

4、17.横波入射：第三临界角：当 L=90°时 = arcsincL1 =33.2 °当 S 33.2°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 Bm / Bn18.衰减系数的计算1.薄板：2 ( nm ) x =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)衰减系数， dB/m （单程）；(BnBm ) 两次底波分贝值之差，dB； 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

5、； N ：单直探头近场区长度，mm； m 、 n 底波反射次数lg B1 / B(B1B2 ) 两次底20 26 =(Bn-Bm-6)/2x、厚板或粗圆柱体：2 x2-波分贝值之差，dB ；19. 圆盘波源辐射的纵波声场声压为DNPR2PFP0s0s：xxs2Rs2F s20. 近场区的长度：40700/D21. 圆晶片辐射的声束半扩散角为：b 1.64 N22. 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:x 3N 时， PP0F /xFN24.矩形波源的近场区的长度为：0570057025.矩形波源的半扩散角0 :X 方向的半扩散角为：2aY方向的半扩散角为：2b2ND

6、 sLc126.近场区在两种介质中的分布: 1基于钢中的近场区42c22、基于水中的近场区2介质钢中波长N2 只有介质时，钢中近场长度；c1 介 质 水中 波速 ；c2 介 质 钢 中波 速s2c1DN （L）4 1c2KF ScosP27.横波轴线上的声压 ;s2cosK 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 S cosNs2 cos28. 横波声场近场区长度为：F cosL 1 tanSN为：N NLx cos-tanFS波源的面29. 横波声场中，第二介质中的近场区长度2s 2积；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

7、想波源的距离arcsin1.22S 27000230. 横波半扩散角1.对于圆片形声源：DS 2DS 2.对于矩形正方形声源：arcsinS257002-2a2a31.规则反射体的反射波声压公式: X 3NPx F fP0 F S F fPf1.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：-Pf 1D f 1 x21220 lg40Pf 2D f 2x1P0F SD fPf2. 长横孔回波声压 ;2x2x任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为：Pf 1D f 1x2312 20 lg10PD f 23f 2x 1l f P0FS D fPf3.短横孔回波

8、声压;2 x xPf 1D fl21x212 20 lg10 lgfPf 2Dl 14任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为：24f2x1f2P0FSD fPf4.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 1x2D f 1212 20 lg20 lg2Pf 2x1D f 2P0 FSPB5.大平底面或实心圆柱体回波声压：2 x两个不同距离的大平底回波分贝差为：12 20 lg PB1 20 lg x2PB2x1P0 F SdP0 F SD6.空心圆柱体 1. 外柱面径向检测空心圆柱体： PB 2 x D 2. 内孔检测圆柱体： PB 2 x d 注意

9、：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 e2ax8.68P0 :波源的起始声压；FS :探头波源的面积，FSDS2/ 4：x :反射体至波源的距离。Ff :平底孔缺陷的面积， F f D f2 / 4:波长 ,Df :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/mm20lg PB20lg 2 xPfDf232.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：2 x 2f20lgBf20lgPB22 (xfBx )

10、PfDf xBx f : 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；: 波长； D f :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-12PfDx2 (xx )20lg140lgf 1 221Pf 2Df 2x134. 不同平底孔回波分贝差为：P2 x2dfBBf 20lg20lg10lg2 (x fxB)PfDf2 x BD35. 当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调节平底孔灵敏度时：d 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

11、。H n36水浸法波型分析，水层厚度4cLcL 有有sincLcS钢钢37. 管材周向检测纯横波检测条件：C St12rcL 有 r(1)sinsinD2C L38.纯横波到达内壁条件：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 X0.458r1 水层厚度 :H2X S(XS焦距： FHRXF2 .2 r管中横波声程)2240.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

12、：P：跨距，；T：母材厚度，； ：探头K值；探头折射角，（o）mmmm KLOab41.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：KTLOa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。lfx f sinn f sindfxf cosn f用直射法（一次波）检测发现缺陷时:lfx f sinn f用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时cossind f2Txfcos2Tnfcosxlfffd f: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

13、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f就是缺陷的水平距离l fl f n fd f用直射法（一次波）检测发现缺陷时:Klf :-lfd f2Tlfnf一次反射法（二次波）检测发现缺陷时:K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d

14、fl fKhfd f nfKnf用直射法（一次波）检测发现缺陷时:d f2TnflfKn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。f4.3、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

15、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 ）

16、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、

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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：c Lc1L1c Lc S=

22、 arcsin2=27.6° =arcsin2=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/f2222 .6CL5900103DD s205107070708.26sf4 c42.4D s45900103( m m)0Dsf20 2.51064LN近场区长度：半扩散角：°未扩散区长度：b1.64 N1 .6442 .4 69 .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

23、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：22.36，（mmC 5.9f2 .5钢中近场区长度：D s2c 11414201480（）.mmNL152 .374 2c 2465900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）C s解：23230101.29s 22 .( m m )f50Nab costg101212 13 （ mm）-s- L 1t0.680 .582cosg3

24、 .14 1 .29例 6 ：用单斜探头直接接触法检测 325 × 40mm无缝钢管，求探头的最大K 值？已知： D0=325mmT=40mm求 :最大K值？解 :D0325RR162 .522rR Tr 162 .5 40 122 .5rsinR-arcsi.nrarcsin1225 arcsin 0 . 7548 . 92.满足检测钢管内壁的最大折射角：R1625答 : 探头的最大 K值为 1.15 。例 7 ，用 2.5P20Z探头径向检测 500mm的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s ，问如何利用底波调节500/ 2 灵敏度？解：由题意得：C5.96102 . 36 (

25、 m m)f2.561022 x20l2.36500 45.5(dB计算： 500mm处底波与 2平底孔反射波分贝差为：20lgg)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？.162 . 36 ( mm )解：由题意得：C5 906.1f2 501000100450 mm100,Dd2D1000mm , dmmx2 计算： 450mm处内 孔反射波与2平底孔反射波分贝差为20 lg2 x10 lgd20 lg22.3645010 lg10034.5(dB )2D3.14 221000D f2 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