超声波课后习题答案

超声检测公式及计算题

武玉林

二O—年5月

*铝（Al）的纵波声速为6300m/s,横波声速为3100m/so试计算2MHz

声波在铝中的纵、横波波长。

c—AfA=—

f

解：।Q6300x103、

2/=—=------=3.15(/n/n)

/2xl06

Cs31OOxlO3

为==-------=1.55(mm)

f2xl06

*甘油的密度为1270kg/m,纵波声速为1900m/s,计算其声阻抗。

z—pc

解：z=pc=\270x1900«2.4xlO6^/m1•s

5P20X10K2探头，楔块中声速Gk2700m/s,钢中声速CL2=5900m/s,

G,产3200m/s,求探头入射角为多少度

幽二蟠

Cs2

解:fi=tg~]K=tg~]2=63A()

sincrsin/3.-iCj\.0、

----=———=sin(z—^-sinZ?)

QlCs2，S2

=sin-1(-^^xsin63.4)»490

3200

已知钢中CstR=3200m/s,某硬质合金中，Cs硬二4000m/s,铝中Cstg—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

sina_s/n/3

C”Cs2

解.

,设入射角为a,楔块中声速为CL有

在钢中，％=/g-lK=tg_11.0=45°

sina_sin/?钢_sin/?硬_sin.铝

Q有。钢Cs硬Cs铝

户硬=sinl硬小足/?钢)=sin-1(1222.sin450)=61.10

帔C'ss钢"打3230x

K硬=，g尸硬=tg6l.l0=1.8

sine_sin/?钢_sin/?硬_sin%

有钢Cs硬Cs铝

-1

月铝=sin(-^2-.sin万钢)=sin-l(22§2xsin450)=42.4°

Cs钢3230

K铝二次月铝二次42.4°=0.9

*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%。

①、设A波为基准(OdB),则B、C波各为多少dB

②、设B波为基准(10dB),则A、C波各为多少dB

③、设C波为基准(-8dB),则A、B波各为多少dB

A=201g2

H2

解:△二201gD.

H2

TTZQ

①、|B]=0+AB=201g=201g—=-4dB

HA次)

i_r20

[C]=0+A(.=201g—=201g—=-12dB

HA80

H8()

②、[A]=10+AA=10+201g^=10+201g—=14dB

HB50

[C]=10+Ac=10+201g-^=10+201g—=2dB

11B50

Ligo

③、[A]=△x-8=201g^-8=201g--8=4dB

Hc20

TJ

[B]=A(:-8=201g—^-8=201g--8=0dB

Hc20

*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:△二201g"l=201g10°=20(6/B)

H210

*示波屏上有一波高为80m叫另一波比它低16dB,问另一波高为多少

解:

△=201gaf旦=10.

乩H]

△-16

*示波解t有以波堤到本）即嵬藏2?2dB恰拔波为基高若增益6dB后该波

为多局）

解：一崎f

A-12

“2=%/。2°=40x1()20=10(%)

A6

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。

解:i殳Z钢=1,Z不=1-0.01=0.99

z钢-z不1-0.99

=0.005=0.5%

Z钢+Z不1+0.99

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。

[(^-B2)-6]

U-

解:201g^-62T

B?

a=--------=-----

2T

201g--6

-------=ox)2dBimm

2x240

*试计算5P14SJ探头在水中的（5二1500m/s）的指向角和近场区长度。

D2

N二6^70—

~4AD

,C1500xl03“

解:A=——L=--------=0.3mm

f5.0xl06

^«70—=70x—=1.5°

D14

D2142

N=---=----x163mm

4/14x0.3

试计算频率f=5MHz，边长a=13mm的方形晶片，在钢中(CI=5900m/s)

的主声束半扩散角为多少度

6x57%

a

解：1_c_5900xl()3

A=---------------1.18/72/72

f5xl06

211o

^«57-=57x—=5.17"

a13

*已知钢中Cl=5900m/s,水中CI=1480m/s.求、。20所纵波直探头在

钢中和水中辐射的纵波声场的近场区长度N、半扩散角00和未扩散区长度

b各为多少

r\21

/V=—e^7O—b=1.64N

4Ao0D

解:

,c5900X103

钢中:A=—=----------—=236mm

f2.5xlOb

N=/=上=424所

444x2.36

&7*=70x第=8.26。

b=l.64N=1.64x42.4=69.5加加

水中：HOxl?

=0.592〃〃%

f2.5xlO6

D2

N==16S.9mm

4A4x0.592

Q7*7°x鬻=2.07。

b=1・64N=1・64x168.9=277加加

用、Q20mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm,钢中

C尸5900m/s,水中C尸1480m/s。求钢中近声场长度。

M=N-舁

C/2

解.1G5900x103

wzu=--=-----------=2.5bmm

,f2.5xlO6

N'=N「L/=2—L]三

1

-1G44c2

20221480

=------------20x-------=374mm

4x2.365900

用、020mm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/so求水层厚度。

解：Q=1480x101

2f2.5xl06

^^.20x^0

=84.3切机

4x0.5921480

用、©20mm纵波直探头探测厚度为150nlm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

%=201g红

xi

解：

・[B/=20+A「=20+201g上

玉

=20+20lg2x150=20+6=26dB

150

[B3]=20+A37=20+201g^-

20+201g卫卫=20-3.5=16.56/5

3x150

已知x23N,200mm处Q2平底孔回波高度为24dB,求400mm处。4平底

孔和800mm处42平底孔回波高度各为多少dB

4=40/g吟

解：[°J=24+A、=24+401g以

■.旅2

=24+401g甥需=2418

[4]=24+&]=24+401g—

然3

=24+401g用0四

PZT—4的声速G=4000m/s,如制作频率为的晶片，晶片厚度应为多少mm

M=tf。

解：心」000x103加

2fo2x2.5xl06

某探头的频率常数Nt=200Hz-m,频率求该晶片厚度为多少

解：Nt=tfo

3

Nt200x10八八。

t=—=--------=0.08mm

fo2.5x10°

某探头晶片的波速L=5740m/s,晶片厚度t=，求该探头的标称频率为多

少

解:

2/o

£=5740x10、=5x106HZ=5M"Z

f

。2t2x0.574

用Iiw试测定仪器的水平线性，当&和B5分别对准和时，B2.B3和84分

别对准、、，求该仪器的水平线性误差为多少

解：tz=6-5.92=0.08

IlldA-x

万一______

amax|xlOO%

3=xlOO%=响1购0%=1%

Olb0.8x10

用CSKTA试块测定斜探头和仪器的分辨力，现测得台阶孔650、044

反射波等高的波峰高儿二80%,波谷高hz=25%,求分辨力为多少

X=201g，h

用2

解：X=201g-^=201g—=10JB

h225

用K2探头在CSK—IA试块上利用R50和R100反射面按水平1:1调节时

基线，两反射波应调在第几格

50K

L=

1OOK

12-

Jl+K2

解：50k50x2

“507=44.7

\+K2/1+22

100k100x2

=89.4

用探头径向探测4）500（^的圆柱形工件，金二5900由公如何利用工件底波

调节500/4）2灵敏度

A=201g^^

rrDf

3

解.。CL5900x10c”

解•A=——=-----------=2.36mm

f2.5x106

A.12/Lr___2x2.36x500

A=201g------7=201g-----------------=45.5dB

7iDf3.14x22

将工件完好处第一次底调至荧光屏基准线

再用衰减器将增益提高.548

用探头径向探测01000mm的圆柱形钢工件，CL=5900m/s,如何利用工件

底波调节500/04灵敏度

A=201g2M

码xB

3

解：,CL5900x10…

f2.5xlO6

2/Uf22X236X50G2

A=201g——=201g-------------------二274dB

22

7iDfxB3.14X4X1000

用探头径向探测400mm的工件，如何利用150mm处64平底孔调节400/

$2灵敏度

的表

解:△i2=401g衿

02X]

4x400

=401g=29dB

2x150

用探头探测500mm的工件，CL=5900m/s,探伤中在200mm处发现一缺陷，

其斓塔fe«吸菊战聚剧崂多少

并调至荧光屏基准线，用衰减器将增益提高29dB

解：

,C5900x103

A=——z-=----------=2.36mm

f2.5x10°

2Ax2

A=201g-gf——>

兀DfXB

c2/k/NI2X2.36X20G2<<

Df=.1-------二八=、-----------——-=5.5mtn

Y他"/20丫3.14x500x1012/2C

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

心正

4

解：4火=生竺=4()加〃2

44

用水浸二次波重合法探伤T=40mrn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：

①、水层厚度为多少

②、钢板中距上表面12mm的缺陷回波的水平刻度值为多少

③、示波屏上T尸50处缺陷在钢板中的位置

解：G口〃T2x40on

①、H=---=------=20mm

44

②、生1+工=40+6=46

22

2()x4

③、(50-—■—)x2=10x2=20mm

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：

对钛饰复蠹露售L侧住族触法检验，已知钛与钢的声阻抗差约为

44

40%,试计算复合层界面回波与底波相差多少dB

---

Z+乙

r=4Z221T2

0+乙尸

解：设Z钢=1,Z钛=1-0.4=0.6

Z钢-Z钛1-0.6”

尸—-----------------------II/

・2钢+2钛"0.6

T=l-r2=l-0.252=0.938

△二201g二201g”生=ii.5d8

1一厂0.25

从钢材一面探测钢/钛复合板，已知z^46X106kg/m2-s,

2

Ztt=X106kg/m-s,不计扩散衰减和材质衰戒，求：

①、复合界面声压反射率。

②、底波与复合界面回波的dB差值。

解：Z钛-Z钢27.4-46

r=-----=-----------=-().25

Z钛+Z钢27.4+46

T=l-r2=l-0.252=0.936

△二201g工=201g^^=11.548

r-0.25

今有一批050X6mm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。

22

X=0-251A0.458r__H=F_4R-X

G

解：F=2.2r=2.2x40=88mm

-0.251R+0.458r0.251x25+0.458x19「「

x=----------=--------------x1.5mm

22

22

H=F-JR2-J=88-V25-7.5=88-23.8«64mm

直径300mmx壁厚20mm的钢管作周向斜角探伤，采用K=2的斜探头合适

吗

^<-(1-sin/3)=-(1-/长)

[

Do2〃2'/7产

号）

解：

On=-D^-。(l-Sin./7)=

1+K

300，

=--(1一一——-)=15.8<20mm

2后

不合适

采用"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：K

tm=-sin/?)=—.)

J1+K?

—(1--—)=31.7mm

2代丁

用接触法周向横波探伤外圆直径D=300mm，壁厚t=60mm的钢管，可使

用的探头的K值最大为多少

解:==近P=犷尹信瑞=3687。

K=tgj3=tg36.S70=OJ5

用、020mm直探头探测厚度300mm的钢锻件。

①、如何利用工件底面调节©2mm平底孔当量灵敏度

②、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。

59

解：〜2H2><77x300

①、A=201g—9=201g-=4148

7iDf3.14x2，

在工件无缺陷完好部礴一次底波调至荧光乂

基准高度，再用衰减器益4k

②、A21=40怛幽■f的=仇红・1。40

协工2项

15

20f)—

=2x---x1。4°=3.16mm

300

用2P20Z直探头对钢锻件探伤，发现距探测面240nlm处有一缺陷，波高

比150/02试块平底孔回波高6dB,求此缺陷平底孔当量。

八21

解：的1=401g0工.的二场土>」()40

性2司

6

240—

=2x——x1。4°-4.52mm

150

用直探头探测外径1100mm,壁厚200mm的筒形钢锻件(C=5900m/s).

①、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(，二2mm)

②、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(C=2mm)

人2Ax

A=201g——:f±7。/*

TT(p

解：①、A=201g^^-+101g—

吗2&D

59

2x—x200700

=201g—+101g=37.5-2=355dB

3.14x2?1100

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。

①、此探伤灵敏度是否符合JB/T4730—2005标准要求

②、探伤时发现一单个缺陷，深200mm,波幅29dB,求此缺陷当量。

59

解:2打「2x—x350

①、A=201g：==201g—2”=424/8（不符合;

兀Df23.14x22

22寸

②、A=201g」a——>Df=

A

兀D『XB

欣BIO2。

2x—X2002

———--------=484

40-29

3.14x350x1020

D,=，48.4x7mm

用直探头检测厚度380mm的钢锻件(C=5900m/s),材质衰减系数"mm。

检验中在130mm深发现一处缺陷，其波幅比底波低7dB。求此缺陷当量。

%=2019^^+20（^-xB）

TrqrxB

2

解：2Axf

=201g---+—+2aCvr-XB）->

叫2跖

92AxJ

Df=---------L-------

Jf-xB）

7TVcIA20

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

K〉a+b+4

~T

解：30201O

K2"小或22=215

T20

用斜探头探测RB-2试块上深度dE40nlm和深度dF80mm的Q3横孔，分

别测得简化水平距离L：=45mm,L-2=105mm,试计算探头K值和前沿距离

Loo

L=L°+L

L