超声检测计算题类.上课讲义

1、超声检测计算题类. 例题例题1 1（1.11.1）铝（铝（A1）的纵波声速为）的纵波声速为6300m/s，横波声速为，横波声速为3100m/s，试计算，试计算2MHz的声波在铝（的声波在铝（A1）中的纵、横波波长？）中的纵、横波波长？ 解：已知解：已知C CL L=6300m/s, C=6300m/s, Cs s =3100 m /s =3100 m /s f=2 f=210106 6 Hz =C/f Hz =C/f 纵波纵波 L L=C=CL L/f=63/f=6310106 6/2/210106 6=3.5=3.5（mmmm） 横波横波 s s=C=Cs s/f=3.1/f=3.11010

2、6 6/2/210106 6=1.55=1.55（mmmm）22 2、 声阻抗声阻抗ZC3 例题例题2 2 甘油的密度为甘油的密度为1270kg/m3，纵波，纵波声速为声速为1900m/s，试计算其声阻抗？，试计算其声阻抗？ 解：已知解：已知C CL L=1900m/s=1900m/s1.9 1.9 10103 3 m/s, m/s, =1270kg/m =1270kg/m3 3 =1.27 =1.2710103 3kg/mkg/m3 3 Z= Z= C=1.9 C=1.9 10103 3 1.271.2710103 3 =2.4 =2.410106 6kg/mkg/m2 2s s4 3 3、

3、波高比的分贝值、波高比的分贝值1220lgHH 5 4 4、声压反射率、声压反射率t t和声压和声压透射率透射率（1.141.141.151.15）2121ZZrZZ2212ZtZZ6 例题例题3 3 不锈钢与碳素钢的声阻抗约差不锈钢与碳素钢的声阻抗约差1%，试计算超声波由不锈钢进入碳钢，试计算超声波由不锈钢进入碳钢时，复合界面上的声压反射率。时，复合界面上的声压反射率。 解：设碳钢的声阻抗解：设碳钢的声阻抗Z Z钢钢=1=1，则，则不锈钢的声阻抗不锈钢的声阻抗Z Z不不=1-1%=0.99=1-1%=0.99 74 4、声压往复透射率、声压往复透射率（1.161.16、5.95.9、5.11

4、5.11）2221211)(4rZZZZT往)1 (2rrT往2323ZZZZr8在底面全反射的情况下，声压往复透射率与声强透射率在数值上相等P384 4、声压往复透射率、声压往复透射率（波高比）（波高比）界面回波与底面回波界面回波与底面回波dBdB差值差值rrrTBS21lg20lg20rrrrTrBS2)1 (lg20lg202323zzzzr9 钛钢钛钢22ZZ27.4-4.6r=0.25Z +Z27.4+4.6T=1-r =1-0.25 =0.9375r0.25=20lg=20lg-11.46(dB)T0.9375ZZ1.527.4=0.896Z +Z1.5+27.4r=20lg(dB

5、)T r- r0.2520lg10.50.9375 0.896水钛水钛 例题例题 从钢材一侧探测刚钛复合板，已知从钢材一侧探测刚钛复合板，已知=46106kg/m2S， =1.5106kg/m2S，=27.4106KG/m2S求求 *a. 界面声压反射率界面声压反射率 *b. 底面声压反射率底面声压反射率 *c. 界面回波与底面回波界面回波与底面回波dB差差 *d. 如将钛底面浸在水中，问此时的界面回波与底面回波差多少如将钛底面浸在水中，问此时的界面回波与底面回波差多少dB？ 解：解：105 5、折射定律、折射定律（1.41.4、1.81.81.91.9）21sinsinCC22111sins

6、insinsinsinSsLLSsLLLLCCCCC11 例题：（例题：（7.77.7） 采用钢焊缝探伤用的采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（斜探头（C L1=2700m/s，钢，钢Cs=3200m/s）。检验某种硬质合金焊缝）。检验某种硬质合金焊缝（Cs=3800m/s），其实际），其实际K值为多大？值为多大？ 解：解：K=1 tgK=1 tg1 1=1 =1 1 1=45=45O O 根据折射定律：根据折射定律： K K2 2=tg=tg57.1=tg=tg57.1o o=1.5 =1.5 12111sinsinSLCC5966. 045sin32002700sinsin121oSLCC22

7、1sinsinSLCC8397. 05966. 027003800sinsin122LSCCo1 .579387. 0sin126 6、临界角、临界角（1.51.51.71.7）211sinLLICC211sinSLIICC111sinLSIIICC13例题： 解： 已知钢中CL=5900m/s，CN=3230 m/s，水中CL=1480m/s，超声波倾斜入射到水/钢的界面。 求1和II。12110sin1480sin14,55900LILCC12110sin1480sin27.33230LIISCC147 7、材料衰减系数、材料衰减系数P52)3()(2)/lg(20dB15 . 0）反射损

8、失：NTTmnBBnm15)3(2-6)/1lg(206dB;15 . 02）扩散衰减引起的损失反射损失：NTTBB8、单一介质纵波波源近场长度24SSFDN16例题例题 ：试计算试计算5P14SJ5P14SJ探头，在水中探头，在水中（CL=1500m/s）的指向角和近场区长）的指向角和近场区长度？度？ （1.5度；度；163毫米）毫米） 解：已知解：已知f=5MHz=5f=5MHz=510106 6HzHz，D=14mmD=14mm，C CL L=1500m/s=1.5=1500m/s=1.510106 6mm/smm/s， =C/f=C/f =1.5 =1.510106 6 /5 /510

9、106 6 =0.3 =0.3（mm)mm) N= N=（D D2 2/4/4）=14=142 2/4/40.3=1630.3=163（mm) mm) 179、半扩散角10sin1.2270SSDD1010sin5722sin5722aabb18a或b一定平行于所在的坐标轴面 例题：例题：试计算率试计算率f=5MHZ，边长，边长=13mm的方晶片，在钢中（的方晶片，在钢中（CL=5900m/s）主声速）主声速半扩散角半扩散角为多少度？为多少度？ 解：因为是正方形，不存在解：因为是正方形，不存在a a和和b b的问的问题题6605.9 101.185 101.185757513Cmmfa1910

10、10、未扩散区、未扩散区未扩散区内，平均声压可看做常未扩散区内，平均声压可看做常数。数。1.64bN20 例题：例题： 已知钢中已知钢中CL=5900m/s，水中，水中CL=1480m/s，求，求2.5MHZ、20mm纵波纵波进探头在钢和水中辐射的纵波声场的近场进探头在钢和水中辐射的纵波声场的近场区长度区长度N、半扩散角、半扩散角0和未扩散区长度和未扩散区长度b各各为多少？（为多少？（42.4毫米；毫米；8.28度；度；69.5毫米；毫米；168.9毫米；毫米；2.07度；度；277毫米）毫米） 解：解：225,92.362.52042.444 2.361.641.64 42.469.5Cmm

11、fDNmmbNmm2111、近场区在两种介质中的分近场区在两种介质中的分布布出现零或负值如何考虑？P6321S122222122CDCN=N -L=-LC4CN -介质II中的近场长度C -介质I中的波速C -介质II中的波速 -介质II中的波长22 例题：例题：用用CL=2730m/s，、，、20mm的纵的纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中，钢中CL=5900m/s，水中，水中CL=1480m/s，求钢中近场长度为多少？，求钢中近场长度为多少？ 解：解：21S122222CDCN=N -L=-LC4C=2014802037.442.365

12、900mm231212、横波近场长、横波近场长coscos2sSFN 2413、斜探头在介质中的近场长度tgtgLFLNNsS122coscos25减去探头内部占有的近场长度L2:入射点到假想波源的距离14、规则反射体的回波声压（平底孔）220 xFFPPfSf122112xxlg402614、规则反射体的回波声压（长横孔）xDxFpPfsf22031232112xxlg102714、规则反射体的回波声压（短横孔）ffsfDxlxFpP202814、规则反射体的回波声压（球孔）xxFpPsf4021222112xxlg202914、规则反射体的回波声压（大平底面和实心圆柱曲面）1212xxlg

13、2030 x2FPPs0312121123131134 20040lg40lg0()2 400回波高度 24 024()2 20040lg40lg-24()2 800回波高度 24 （ 24）0()xdBxdBxdBxdB 回波声压计算回波声压计算: :例题例题1: 1:已知已知x3N，200mm处处2平底孔回波平底孔回波高为高为24 dB，求，求400mm处处4平底孔和平底孔和800mm处处2平底孔回波高各为多少平底孔回波高各为多少dB？ 解：解：320220200222242422224223.14371.692222 2.361ssffssffffP F FPxP FDPxxP FP F

14、DPPxxxDXmmxxD 平底孔 长横孔 例题例题2 2 试计算在远场，频率为试计算在远场，频率为2.5MHZ的超声波探测的超声波探测3平底孔与平底孔与1长横孔回长横孔回波高相等时的声程。波高相等时的声程。 解：解：15、 DGS（AVG）曲线33xANDfGDS=归一化距离归一化缺陷当量例题例题: :用用2P20Z直探头，检验厚度为直探头，检验厚度为340mm的饼形钢锻件，要求探伤灵敏度为的饼形钢锻件，要求探伤灵敏度为4mm，如利用通用型如利用通用型A、V、G曲线以底波调整探曲线以底波调整探伤灵敏度，试计算伤灵敏度，试计算A和和G。 解：解：225.92.952203444 2.95340

15、103440.220fCmmfDNmmxANDGD3416、压电晶片频率常数频率常数N NP10120LCtfN35例题：例题： 某探头晶片的波速为某探头晶片的波速为CL=5740m/s，晶片厚度晶片厚度t=0.574mm，求该探头的标称频，求该探头的标称频率为多少？率为多少？ 解：解：066025.74 105 1022 0.574llCNt fCfHzt 3617、仪器水平线性误差水平线性误差%1008 . 0maxba37例题：用IIW试块测定仪器的水平性线，当B1 、B5分别对准2.0和10.0时，B2 、B3 、B1分别对准3.98、5.92、7.96，求该仪器的水平线性误差多少？

16、解：3maxmax65.920.08100%0.80.08100%1%0.8 10Baab：3818、仪器仪器垂直线性误差：垂直线性误差：)%(21ddD3919、底波法调节灵敏度（平行底面和圆柱曲底面）4022220lgfBxx（大平底与平底孔距离不同，Xf:平底孔 XB大平底距离）19、底波法调节灵敏度（空心圆柱体）Ddxflg102lg202411919、借助平底孔试块调节灵敏、借助平底孔试块调节灵敏度度12122140lgxx42例题：例题： 用用2.5P20Z探头径向探测探头径向探测500mm的的圆柱形工件，圆柱形工件，CL=5900m/s，如何利用工件，如何利用工件底波调节底波调节

17、500/2灵敏度。灵敏度。 解解: :mmfC36. 25 . 2590022220lg2 2.36 50020lg45.53.14 2xdB 43备注：大平底除以平底孔，以基准试件调好灵敏度后，数值为正，则需要增益，反之，需要衰减 例题：例题：用用2.5P20Z探头探伤为探头探伤为400mm的工的工件，如何利用件，如何利用150mm处处4平底孔调节平底孔调节400/2灵敏度？灵敏度？ 解：解：122140lg4 40040lg292 150 xxdB 44解：1） 2）22225.92.362.5220lg10lg2 2.36 20070020lg10lg35.53.14 21100220l

18、g10lg2 2.36 20070020lg10lg39.53.14 21100ffCmmfxdDdBxdDdB 45用用2.5P 14Z直探头检验外径直探头检验外径1100mm，壁厚，壁厚200mm筒行锻钢件筒行锻钢件（X L=5900 m/s）。（）。（1）在外圆周作径向探伤时，如何用内）在外圆周作径向探伤时，如何用内壁曲面回波调节探伤灵敏度（壁曲面回波调节探伤灵敏度（=2mm）？）？ （2）在内壁作径向）在内壁作径向探伤时，如何用外壁曲面回波调节探伤灵敏度（探伤时，如何用外壁曲面回波调节探伤灵敏度（=2mm）？）？注：注：lg700/1100一定是负值一定是负值20、当量计算法评定缺陷（

19、平面和实心圆柱曲底面）)(22lg2022BfBfBfxxxx46适用于平底面和实心圆柱曲底面（相当于大平底声压公式）调节灵敏度，来计算缺陷当量的情况下，Xf：平底孔缺陷至探测面的距离，XB，平面底面至探测面的距离大平底除以平底孔得上式。Bf：底波与平底孔缺陷的回波分贝差。（Xf-XB）一定与分子分母对应起来。2a（xf-Xb）分别得正或得负的意义？20、当量计算法评定缺陷（空心圆柱体）22220lg10lg2 ()fBfBxdxDxx 4720、已知灵敏度后，由当量计算法评定缺陷（以平底孔为基准）1212212140lg2 ()xxxx48（以平底孔为基准，平底孔对平底孔）注意X2-X1一定

20、与分子分母对应起来。定量计算题例题:用2MHz，20直探头对锻件探伤，发现距探测面240mm处有一缺陷，其回波高度比150/2试块平底孔回波高6dB。求此缺陷的平底孔当量。 解：12211640140lg15040lg62 240104.520.3125xxmm 49例题：锻钢件厚度例题：锻钢件厚度320mm，用，用2.5MHz，20直探头探伤。发现距探测面直探头探伤。发现距探测面240mm处处有一波高为有一波高为36dB的缺陷波，而探头在工件的缺陷波，而探头在工件完好处测得底面回波高度为完好处测得底面回波高度为52dB。求此缺。求此缺陷的平底孔当量陷的平底孔当量 解：222216205,92

21、.362.5220lg2 2.36 24020lg5236163.143202706.5410fBfBCmmfxxmm50*例题:用2.5MHz，20直探头探测厚度350mm的锻钢件，探伤灵敏度在200/2平底孔试块上校正，当试块平底孔回波达基准高度时，测得工件中150mm处有一波高16dB的缺陷，求此缺陷的平底孔当量。（试块材质衰减不计，工件材质衰减为双=0.02dB/mm，工件与试块耦合差4 dB）注意此处 用试块校准，所以仅仅考虑工件150mm距离的材质衰减、在试块衰减不计的情况下。如果不是因为衰减存在，也许波高会更高。所以加上7dB，这种情况绝对不能用a（X2-X1）。假如考虑试块衰减

22、如何做？解：12312121234011640.02 1502320040lg40lg2 150105.630.667xxmm 51综合计算题： 有一锻钢曲拐，用4MHz，14直探头探测其轴颈（直径）280mm），要求3当量缺陷不漏检，问利用曲拐的扇形平面（厚320 mm）如何调探伤灵敏度？（曲率补偿6dB，材质衰减不计），探测时发现距探测面180mm处有一波高为10dB的缺陷，求此缺陷的平底孔当量。 解：2222121122110405.91.474.022 1.4728020lg20lg283.1433202863428040lg40lg103 180103.420.5185BCmmfxx

23、dBxxmm 52解：用2.5MHz，14直探头探测厚度300mm的锻钢件，技术条件规定不允许2当量缺陷存在，材料衰减系数为x=0.02dB/mm，利用工件底面如何调节探测灵敏度？在此灵敏度下发现距探测面200mm处有一缺陷，其最高回波为22dB，问此缺陷当量？ 在本体上调节的公式。221212212111184015.92.362.5222.3630020lg20lg413.14240lg2 ()30040lg20.02(300200)220030040lg224182200103.760.75fCmmfxdBxxxxmm 53例题： 用2.5P 20Z直探头检验厚度为380mm的钢锻件（C

24、 L=5900m/s），材质衰减系数=0.01dB。检验中在130mm深发现一缺陷，其波幅较底波低7 dB。求此缺陷当量多大？ 解：222212205.92.362.5220lg2 ()22.36 13020 lg20.01(130380)3.143807751266.84.110fBffBBcmmfxxxxlmm 54 例：用2.5MHZ，20直探头，探测厚400mm锻钢件，要求检测灵敏度不低于4平底孔当量，已测得工件一次底波高100，二次底波高为20，若考虑衰减， 问： 如何用工件底面调探伤灵敏度？（如何用工件底面调探伤灵敏度？（CLCL钢钢5900/s5900/s）用用150/2150/

25、2平底孔试块如何调灵敏度？（试块平底孔试块如何调灵敏度？（试块与工件材质相同，表面偶合补偿差与工件材质相同，表面偶合补偿差4dB4dB）上述灵敏度下发现探测面下上述灵敏度下发现探测面下300mm300mm缺陷波比基缺陷波比基准高准高20dB20dB，求缺陷当量。，求缺陷当量。 解： dB20lg 20lg 20lg 31.5dB 注意此处：注意此处：因为在本体上调节，不存在材质衰减补偿。 先求材质衰减系数： 双 0.02dB/mmPPB242X2414.340036.22400620100lg20 再求150/2与400/4dB差 dB120lg 40lg 5dB 材质引起dB差为 dB2（4

26、00-150）双2500.025dB 42PP150*4400*2 表面补偿： dB34dB dB总dB1+ dB2+ dB35+5+414Db 将150/2反射波调至基准高再提高14dB。 dB120lg =20lg =20lg dB （400-300）双1000.022dB 则 20-220lg ,即1840lg ,解得：X=8.45mm。 4PPX22223004400X92X92X3X 见课本P266例题2626、重合法探伤、重合法探伤4nTH 62 解：用水浸二次重波合法探伤T=40mm的钢板，仪器在钢板上按1：2调节扫描速度，并校正“0”点。求： （1）水层厚度为多少？ （20毫米） （2）钢板中距上表面12mm处的缺陷回波的水平刻度值为多少？ （4.6格） （3）示波屏上 =50处缺陷在钢板中的位置？ （20毫米）12 401204424012 f =40+4623(5040) 220nTHmmmm12、20 4、S2、f63备注：20*4相当于多少钢，除以2后 表示刻度值21、外圆面周向横波可检测最大壁厚2(1)2(1)21mDTSinDKK64计算题(5.175.19、5.