超声波检测主要公式

1、超声波检测主要公式1.物理基础部分： 1.1 f JTf 一频率：单位时间内质点振动的次数；T 一周期：质点完成一次完全振动 所需时间.1.2口 c扎=f波长,波在一个周期内所传播的路程;C -波速，波在单位时间内所传播的距离设B为波线上任意一点，距原点0的距离为X.因为振动从0点传 播到B点所需的时间为x/c,所以B点处质点在时间t的位移等于0点 上质点在时间(t-x/c)的位移,即：1.3讨二 Acos (t - x/c)二 Acos( t - kx)-圆频率，即1秒钟内变化的弧度数T，国2兀k - 波数.k 二一二一c 九1.52Ipm2ZI 一声强.在垂直声波传播方向上，单位面积上在单

2、位时间内通过的平均声能. p -声压弹性质点在传播声时，相邻质点所受到的附加 压力.Z 一声阻抗.其能直接表示介质的声 学性质.数值上Z = 21.5：dB =20lgB =20lg 也P2H 2»和p2 一两个比较声压.分母中的p2为基准声压.已和h2 -两个比较的反射回波幅 度.分母中的h2为基准反射回波幅度.1.6声速c二E k PE -介质的杨氏弹性模量，等于介质承受的拉应力 F/S与相对伸长.L/L之比.即：AL/ L? -介质的密度.等于介质的质量M与其体积V之比,即t二M /Vk -与介质的泊松比二有关的常数.:二-介质的泊松比，等于介质横向相对缩短. ：d /d与纵向

3、相对伸长；-AL/L之比，即 = zj z1.7在钢中 Cl/c : 1.82; Cr 0.92c1.8反射折射定律sin ： | _ sin : i _ sin ： t _ sin ：i sin 二Cl1Cl1Ct1Cl2Ct2分别是第一介质的纵波入射角，纵波反射角，横波反射角.Cl1 , Ct1, C 2 , Ct 2 -分别是第一介质纵波速度,横波速度，第二介质纵波速度,横波速度 -分别是第二介质纵波折射角,横波折射角1.9第一临界角:纵波斜入射时，第二介质折射纵波的折射角等于90°时的纵波入射角为第一临界角。:-1二sin丄虫;有机玻璃/钢： | =27.2°水/钢

4、：丨=14.7°C|2第二临界角：纵波斜入射时，第二介质折射横波的折射角等于90°时的纵波入射角为第二临界角。打 "n二乞;有机玻璃/钢：r =56.7°水/钢II =27.7° Ct2第三临界角：横波斜入射至固/气界面，第一介质纵波反射角等于90°时的横波入射角为第三临界角。:-III "门色;钢 /空气:-III =33.2° C111.10垂直入射时的反射率和透过率 声压反射率：反射声压Pa与入射声压P之比.r上二乙-乙P P 乙 Z2 声压透过率：透过声压pt与入射声压p之比t 一 Pt _ 2乙；t P;

5、P 乙乙 故:1 ' rtp 声强反射率：反射声强Ia与入射声强I之比.R =5 = r2I 声强透过率：透过声强It与入射声强I之比.故:R D =1声压往复透过率：探头接收的返回声压pt与入射声压p之比.Pl P2Tp =匹=»旦二tp1 © =1 -r；;故Tp在数值上等于t1.15超声波垂直入射平面界面的四种常见情况Z2 乙!如超声波从水入射至钢 中：rp二邑工=0.973;tp =1 rp =1.973p 1.5 46p p1 5 _46Z2 :乙如超声波从钢入射至水 中：rp一二-0.937;tp = 1 rp二0.063p 46 1.5p pZ 2 &

6、lt;.乙如超声波入射到钢试件 底面；探头直接置于空气中：r0.0004-461；t1 r 0r p1；tp =1 rp =0p 46 0.0004 p pWZj z2如超声波入射至普通碳钢焊缝金属与母材金属界面：因两者声阻抗仅差约1%,故r0 =0.5%;t1 rp 1p 1.99p p多层平面上垂直入射的反射率与透过率情况均匀介质中的异质薄层(Zi =Z3 = Z2)声压透过率d2 -异质薄层厚度；2 异质薄层中的波长 m -两种介质声阻抗之比，m = ZZ2由上述公式可知:(a) 当d2二n 2 n为正整数 时,r ： 0,t ： 1,超声波全透过,几乎无反射，常称为半波透声层.2(b)

7、 当d2 =(2n，1)2 n为正整数 时,即异质薄层厚度等于1波长的奇数倍时，t最低r最高.44薄层两侧介质不同的双界面(Z<- Z2 = Z3)如晶片一保护膜一工件,其声强透过率为:4Z1Z322 2二d2Z1 Z3 cos -/一2f'2+ Z2+刽sin2 2二d2.2由上式可知:(a).d2二nn为正整数 时:T经企;若薄层厚度等于半波长的整数倍2乙Z3则通过薄层的声强透过率T与薄层的性质无关，好象不存在薄层一样.(b).d2 =(2n 1)二 n为正整数4,且乙2二、Z1 Z3时4Z1Z3=1;超声波全透射Z2Z1Z3Z2丿这对直探头保护膜设计很重要.(c).检测中对

8、探头施加较大压力，d2r O,sin 0, 0,tr 1,回波幅度提咼故现场检测要保持压力尽可能稳定.衰减系数的测定和计算(1) 试件厚度:2N<T < 200 mmVm(dB) -20lg 丄一、.mdB/ mm2(n -m)T:一试件的单程衰减系数 Vm-试件m次与n次底波的dB差20lg - -底波的声扩散dB值m-底波的反射损失dB值试件厚度>200 mJ dB -6dB -、QdB/mm2T(3)薄试件(试件中多次底波的声程在未扩散区内)2( n -m)TdB/mm1.14声压公式(1)活塞波声压公式p 离声源距离S处的声压 po -声源的起始声压D -声源直径(2

9、) 球面波声压公式P =P。二D24 S(3) 近场区公式D24,N -近场区长度,声轴线上最后一个声压 极大值点至声源的距离A -晶片的面积.第二介质剩余近场区长度N 'N'=4C2h -第一介质厚度.G和c2 -第一和第二介质声速 '2 -第二介质声波波长.(b)横波在第二介质中的近场区长度 N'Fs cos :& : s2 COS：Fs -晶片面积.-第二介质中的横波波长h -入射点至晶片距离 :纵波入射角1 -横波折射角(c)非扩散区长度1.64N指向角公式(a) 圆晶片指向角：乙(b) 正方晶片(a a)指向角：二° =57a(c)

10、长方形晶片(a b)指向角：瑁=57-a才=57b(5) 大平底面回波公式2 :DPb两个不同距离大平底面回波的dB差:倍,声压差6dB.：dB =20lg血=20lg圣;即大平底回波声程差PB2Sbi(6) 平底孔回波公式nD2 皿2pPo-屮4AS© 4人S©两个不同距离和不同孔 径平底孔回波声压的dB差dB =20©也"Olg-1P伞ES同孔径，声程差一倍,平底孔回波声压差12dB;同声程,孔径差一倍,平底孔回波声压差12dB.(7) 长横孔回波公式2HD 1®p 二 Po 一 4盒S® 2 2Scp两个不同距离不同孔径 长横孔

11、的回波声压dB差:：d20lg1Pq2同孔径，声程差一倍,长横孔回波声压差9dB; 同声程,孔径差一倍,长横孔回波声压差3dB.(8) 短横孔回波公式B2l短师P卡百2S短 两个不同孔径，不同距离的短横孔回波声压dB差:dB =20lg也=10lg 短巴21 短1P短 2短 2 MS 1l短 2同孔径，声程差一倍，短横孔回波声压差12dB; 同声程，孔径差一倍，短横孔回波声压差3dB.(9) 球孔回波公式PdPoD24Sdd4Sd两个不同孔径不同距离的球孔回波声压dB差:2. ：dB =20lg20lg-dlSd22Pd2d2Sd1同孔径，声程差一倍，球孔回波声压差12dB;同声程，孔径差一倍

12、，球孔回波声压差6dB.(10) 圆柱曲底面回波公式(a)实心圆柱体径向检测时，其圆柱曲底面回波声压 为:2 ：Ds4Sb丄即实心圆柱体径向检测2的底波声压与大平底回波声压相同(b)空心圆柱体从外圆面径向检测，其圆柱曲底面回波声压 为:nDS21 ! d卩外=Po花;DD 空心圆柱体外圆直径.d -空心圆柱体内孔直径(c)空心圆柱体从内孔面径向检测，其圆柱曲底面回波声压 为:Ds2 1 D(11) 不同距离处的大平底与平底孔回波声压 dB差:dB =20lg 匹Pf= 20lg2 S2二 D2&(12) 考虑衰减系数时，不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差(即与探伤仪实测情况对应)

13、：2 ?S2dB =20lg 匹=20lg2 (Sf - SB)PfHDfSB(13) 考虑衰减系数时，不同距离不同孔径两平底孔回波声压dB差(即与探伤仪实测情况对应)：dB =20lg 比=40lg 竺 +2a(S2 S)P 申S,2.缺陷位置2.1平面检测2.1.1声程定位kSf2(a)缺陷水平距离l f = Sf sin ：二 n f sin :胡+ kl f 1Sf1k 1 k2(c)缺陷深度次波：df1 =Sf1 cos：二 n f1 cos： 二次波：df2 =2T -Sf2cos： =2T -匕k三次波：df3 二 Sf3cos ： -2T 上-2T k四次波：df4 =4T -

14、Sf4cos1 =4T -匕k2.1.2水平定位(a)缺陷水平距离(b)缺陷深度n df L(当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时，按2.1.1方法 k计算缺陷深度)2.1.3深度定位(a)缺陷水平距离(b)缺陷深度 df =n.f(当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时，按2.1.1方法计算缺陷深度)2.2曲面检测 221圆柱曲面外圆检测 (a)缺陷深度H = R- (kd)2 (R-d)2R-试件外半径； k-探头k值;d-平板试件中的缺陷深度 (b)缺陷水平弧长kd2.2.2圆柱曲面内孔检测 (a)缺陷深度h *(kd 2 + (r +d 2 _rr-试件内半径.(b)缺陷水平弧长

15、180tg4kdr d2.2.3横波外圆周向探测圆柱形筒体试件时的最大探测厚度Tm3.迟到波、三角形回波和61°波3.1纵波迟到波在钢中迟到距离x ： 0.76dd -试件在晶片直径方向宽 度3.2圆柱体试件径向检测时的三角形回波3.2.1纵波-纵波-纵波的三角形回波声程x-id cos30o ： 1.3d2d -圆柱体试件的直径3.2.2纵波-横波-纵波的三角形回波声程x2 =d cos35.6o - 5900 d cos18.8° 1.67d2 32303.361 °反射波（在I I W试块上的声程）°o .5900心=70 -25 cos61o 35-25 sin61°8232303.445°反射波（在I I W试块上的声程）x45 =70 -25 cos45o 35 -25 sin45° ： 704钢板水浸检测水层厚度公式c钢I -水层厚度 n -重合次数T -钢板厚度 c水-水的纵波速度C钢-钢的纵波速度5小径管水浸检测5.1偏心距x偏心距平均值-0.251R0.458rx =R -小径管外半径 r -小径管内半径25.2焦距FF = H R2 _ x2H -水层厚度