超声波课后习题答案

超声检测公式及计算题

武玉林

二0一一年5月

*1.1铝(AI)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=Af—yA=~

解：

,Q6300xlO3、

=—^=-------=3.15(m/w)

f2xl06

,C3100xl03…/、

A=~s=-------=1.55(7W7W)

Sf2xl06

*1.2甘油的密度为1270kg/m3,纵波声速为1900m/s,计算其声阻抗。

z—pc

Z=pc=1270xl900«2.4xl06Jlg//n2-5

解：

1.45P20X10K2探头,楔块中声速CLi=2700m/s,钢中声速CL2=59探m/s,

Cs2=3200m/s,求探头入射角为多少度？

smasmp

K=tg°

0”Cs2

夕=应一14=次-12=63.4°

sinasin/y._\,C/i.0、

-------=———->a=sin(—^-smB)

CIACS2CS2

._i2700.o

=sin(-------xsin63.4)«49

3200

解：

1.8已知钢中Cs钢=3200m/s,某硬质合金中,Cs«=4000m/s,铝中Cs铝

=3080m/s,求用探测钢的K1.0横波斜探头探测硬质合金和铝时的实际

K值为多少？

sinQsin£

设入射角为a，楔块中声速为CL有

在钢中，4钢=丝」1＜二tg\.0=45°

sinasin6钢sin£硬sin夕铝

J有Cs硬Cs铝

解：

c.一硬.c、.-1z4000...Ox八iO

6硬=sm(-----钢)=sin(-------------------xsin45)=61.1

Cs钢3230

K硬=，g万硬=Zg61.1°=1.8

sina_sin%_sin/?硬_sin/铝

CL有0S钢Cs硬Cs铝

〃铝=Sinl(落■Sin%)=si/(翳*sin45°)=42.4°

K铝=夕铝=/g42.4°=0.9

*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%。

①、设A波为基准（OdB）,贝IJB、C波各为多少dB?

②、设B波为基准（lOdBl,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=201g-->

H?

①、[B]=0+AB=201g^-=201g^=-4dB

A

Li20

[C]=0+Ac=201gh=201g—=-12dB

②、四=10+怎=10+201g丛=10+201g也=14dB

HB50

Liof)

[C]=10+Ac=10+201g—=10+201g—=2dB

HB50

③、[A]=AA-8=201g-^--8=201g—-8=4dB

Il(2()

[B]=Ac-8=201g^--8=201gj^-8=0dB

解：

A=201g-^-=201g—=20（仍）

“21°

*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：

A=201g^f星=10汨

以小

A-16

%=H|・10疝=80x10元=12.7(即)

*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：

*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？

△二20馆四.

%

A-12

〃2=〃1・1O2°=40x1020=10(%)

A6

"'2="I・102。=40X102°«80(%)

解：

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。

乙+乙

设Z钢=1,Z不=1-0.01=0.99

含含二逐=°.°°5=°5%

解：

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。

a-

201g4一6

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

2T

201g--6

=-----------=o.oldBImm

2x240

解：

试计算探头在水中的的指向角和近场区长

*2.15P14SJ(CL=1500m/s)

度。

n2

N=J0^70—

4AD

。C1500X103.

Z=--L-=--------=0.3〃7m

/5.0xl06

^«70—=70x—=1.5°

D14

N=---=------«163mm

424x0.3

解：

2.2试计算频率f=5MHz,边长a=13mm的方形晶片，在钢中（CI二

5900m/s）的主声束半扩散角为多少度？

4c5900X103一。

4=一=------=1.1Smm

f5xl06

^«57-=57X^=5.17°.

0133x57A

a

解：

*2.3已知钢中CI=5900m/s,水中Cl=1480m/s.求2.5MHz、cp20mm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80

和未扩散区长度b各为多少？

力2J

收=上一8产70db=1.64N

4A0D

解：

3

c5900x10J…

钢中：2=—=-------------=2.36mm

f2.5xl06

D2202

N=——----------=42.4mm

424x2.36

7*=70x鬻=8.26。

b=l.64N=1.64x42.4=69.5mm

3

..c1480x10,八“c

水中：2=—=-----------=0.592mm

f2.5xl06

D2202“0

N=-----=------------=16891nm

424x0.592

7n"7005929A70

70—=70x-------=2.07

D20

6=1.64N=\.64x168.9=277mm

2.4用2.5MHz、（p20mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为

20mm,钢中Q=5900m/s,水中Q=1480m/s。求钢中近声场长度。

】C5900X103

/L=——2=------------=236mm

f2.5xlO6

N'=N2-L^=--LX^-

眨1

2yc2

工-2。，蟹=37.他加

4x2.365900

N，=M-科

解：

2.5用2.5MHz、（p20mm纵波直探头水浸探伤铝板，已知铝中近场长度

为20mm,铝中Q=6260m/s,水中Q=1480m/s。求水层厚度。

a1480X103C

4=--=----------=0.592mm

f2.5xl06

N

c244c2

202“6260”「

-20x-------=84.3根加

4x0.5921480

解：

2.6用2.5MHz、（p20mm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?

%=201g红

%

[BJ=20+A]2=20+201g强

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

150

[B3]=20+A32=20+20Ig^-

=20+201g型变=20-3.5=16.56/5

3x150

解：

2.7已知xN3N,200mm处（p2平底孔回波高度为24dB,求400mm处

cp4平底孔和800mm处（p2平底孔回波高度各为多少dB?

4=401g%殳

%为

[a]=24+&1=24+40尼蛇

然2

=24+401g^=24跖

[4]=24+431=24+401g姐

M3

=24+401g微=04

解：

3.1PZT--4的声速Q=4000m/s,如制作频率为2.5MHz的晶片，晶片厚

度应为多少mm?

Nf=tfo=-Tt=乂ft=

'02f02f0

3

CL4000xiocc

t=——=---------------=0.8加加

2fo2x2.5xl06

解：

3.3某探头的频率常数Nt=200Hzm,频率f=2.5MHz,求该晶片厚度为

多少？

»=女

3

7VZ200x10

=0.08/w/w

fo2.5xl06

解：

3.4某探头晶片的波速Q=5740m/s,晶片厚度t=0.574mm,求该探头的

标称频率为多少？

C.

2%

5740xl36

/o£L0=5X\0HZ=5MHZ

=2/=2x0.574

解：

3.6用IIW试测定仪器的水平线性，当Bi和Bs分别对准2.0和10.0时，

B2、B3和B4分别对准3.98、5.92、7.96,求该仪器的水平线性误差为多

少？

b=-S^xlOo%

0.8b

aIlldX=6-5.92=0.08

^lfmaJ0.08

=xl00%=xlOO%1%

0.8/?0.8x10

解：

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（p50、cp

44反射波等高的波峰高hi=80%,波谷高hz=25%,求分辨力为多少？

X=20lg」

力2

X=201g1=201g—=106/6

h225

解：

4.3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

产了前

WOK

Iz3="/

4+Y

50250x2…

======-7=====44.7

1+yV1+22

1004100x2g)

I=-7—=89.4

100l]+K2Vl+22

解

4.6用2.5P20Z探头径向探测中500mm的圆柱形工件，CL=5900m/s,如

何利用工件底波调节500/(p2灵敏度？

。Q5900X103

2=----=------------=2.36mm

f2.5xlO6

.,2AJC...2x2.36x500___

A=201g-------=201g----------------=45.548

初3.14x22

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45.5仍.

解：

4.7用2.5P20Z探头径向探测cplOOOmm的圆柱形钢工件，CL=5900m/s,

如何利用工件底波调节500/(p4灵敏度？

△=201g----/—

皿xB

【Q5900xlO3

X=-----=--------------=23bmm

f2.5xlO6

2

2Axf2x236x5002

A=201g——1—=201g-~~f--------=274dB

TTD/XB3.14X42X1000

解：

4.8用2.5P20Z探头径向探测400mm的工件，如何利用150mm处(p4

平底孔调节400/(p2灵敏度?

1

△12=401g户

Y2X\

4x400

=401g=29dB

2x150

解：

移动探头，找到150/04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29d8

用探头探测的工件，探伤中在

4.92.5P20Z500mmCL=5900m/s,200mm

处发现一缺陷，其波高比Bi低12dB,求此缺陷的当量大小为多少？

解：

,Q5900xlO3”，

4=—=-----=236mm

f2.5xl06

2

2Axf

A=20lg2-

就fXB

=5.5mm

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？

nT4x40

444

解：

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：

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［=50处缺陷在钢板中的位置？

gwT2x40”

①、H=---=------=20mm

44

620x412八，”

②、------1----=40+6=46

22

20x4

③、(50------)x2=10x2=20mm

解

nT3x60

H==45mm

~T~4

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：

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?

乙?十乙？

丁=4Z22=1一1

亿卢ZJ

设Z钢LZ钛=1-0.4=0.6

/=Z钢'Z钛=h££=025

Z钢+Z钛1+0.6

T=l-r2=l-0.252=0.938

=20^=11.5^

A=201

解：

5.11从钢材一面探测钢/钛复合板，已知Z钢=46xl06kg/m2.s,

Z钛=27.4xl06kg/m2$不计扩散衰减和材质衰减，求：

①、复合界面声压反射率C

②、底波与复合界面回波的dB差值。

钢=27.4・46=O25

Z钛+Z钢27.4+46

T=l-r2=l-0.252=0.936

10.9361

A=201g=20lg|-0.25|=11.5tZB

解：

5.13今有一批（p50x6mm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。

X=d251R*0458rH=尸一、/次一一

2

尸二G尸-产='好2〃

Cf一匕2

F-2.2r=2.2x40=88用加

■0.25lR+0.458r0.251x25+0.458x19一「

x=--------------------=---------------------------®l.jmm

22

H=F・JR2・』2=88一,252一7.52=88—23.8分646加

解：

直径壁厚的钢管作周向斜角探伤，采用的斜

5.18300mms20mmK=2

探头合适吗？

密£*一6呻

-〃考〃K

占+Y

3002

=——（1一一==）=15.8<20mm

2后

不合适

解：

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？

必吟™吟"后）

600

......）=31.7/wm

7177

解：

5.21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？

即9=示+B=sin1—

固叱小…/尹犷瑞=36.87。

K=Zg〃=/g36.87°=0.75

解：

6.1用2.5MHz、（1）20mm直探头探测厚度300mm的钢锻件。

①、如何利用工件底面调节62mm平底孔当量灵敏度？

②、探伤时发现距探测面200nlm处有一缺陷，波高为15dB,求此缺陷的

平底孔当量。

59

MY,2X—X300

①、A=201g—4=201g—2$=41dB

z

7iDf3.14X22

在工件无缺陷完好部位将一次底波调至荧光屏

基准高度，再用衰减器增益41/

②、《21=401g""—>^2=^|—-1040

Ml阳

15

=2x-^^-xlO40=3.16加掰

300

解：

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150/62试块平底孔回波高6dB,求此缺陷平底孔当量,

八21=401g§^Lf"=^1--1040

Mlx\

6

=2x-24-0xl()4—°=4.52mn

150

解：

6.8用2.5P14Z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

(6=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

(6=2mm)?

A=20!g2“去土16g—

“2D

2Ax,d

①、A=20lg—^r-+lOlg-

7rDfD

5Q

2x—x200

=20lg—25M0lg幽=37.5-2=35.5d8

3.l4x22&1100

r-x2AxTOlg(

②、A=20lg—4r

吗2

5Q

2x—x200

IOlg-^-=37.5+2=395dB

=20Ig—————

3.l4x22HOO

解：

6.9用2.5P20Z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

22xr2x---x350

①、A=201g——4=201g—左——=42.448(不符合)

冠3.14x22

2Ax/2Ax/2

②、A=201g——g——>0/9=

~x

兀D

加“1()20

59?

2x—x2002

=-----2$一一理"4

3.14x350x1020

Df=^48.4«1mm

解：

6.10用2.5P20Z直探头检测厚度380mm的钢锻件(C=5900m/s),材质

衰减系数a=0.OldB/mm。检验中在130nlm深发现一处缺陷，其波幅比底

波低7dBo求此缺陷当量°

&=201g一尸+2a(xf—xQ

2

2Axf

A以=201g-5-+2a(xy-XJJ)—>

九DfXB

2

2Axy

D"A旷2a(X/一打)

7txg\Q20

2x—xl302

.............-...............................=167

7-0.01x2(130-380),

3.14x380x1020

Df-J16.7«4.1/ww

解：

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181nm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之火工

3020।。

——+—+18

K>a+b+l。2~~2-------=2.15

20

解：

7.3用斜探头探测RB—2试块上深度由=40mm和深度d2=80mm的63横

孔，分别测得简化水平距离L'产45mm,f2=105mm,试计算探头K值

和前沿距离Lo0

L=L/L

L=Kd

L=Kd

Lo+W=Kdi|Zo+45=40