超声波检测主要定律

.超声波检测主要公式物理基础部分:1.1T1频率：单位时间内质点振动的次数;T周期：质点完成一次完全振动所需时间.1.2cf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精品文档放心下载设B为波线上任意一点,距原点O的距离为x.因为振动从O点传谢谢阅读播到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O精品文档放心下载点上质点在时间(t-x/c)的位移,即:1.3Acos(tx/c)Acos(tkx)谢谢阅读圆频率,即1秒钟内变化的弧度数.2f2Tk波数.kc2精品文档放心下载.1.4p2I m2Z声强.在垂直声波传播方向上,单位面积上在单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.感谢阅读Z声阻抗.其能直接表示介质的声学性质.数值上Zc感谢阅读1.5HdB20lgp120lgH122p和p两个比较声压.分母中的p为基准声压.122H和H两个比较的反射回波幅度.分母中的H为基准反射回波幅度.1221.6声速cEk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.精品文档放心下载:EF/SL/L介质的密度.等于介质的质量M与其体积V之比,即M/Vk与介质的泊松比有关的常数.谢谢阅读介质的泊松比,等于介质横向相对缩短d/d与纵向相对伸长L/L感谢阅读1之比,即/11.7在钢中c/c1.82;c0.92cl t r t1.8反射折射定律sinlsinlsintsinlsint,cccccl1l1t1l2t2,,,分别是第一介质的纵波入射角,纵波反射角,横波反射角.谢谢阅读l l t,c,c,c分别是第一介质纵波速度,横波速度,第二介质纵波速度,横波速度精品文档放心下载l1 t1 l2 t2,分别是第二介质纵波折射角,横波折射角l t.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90o时的纵波入射角为第一临界角。谢谢阅读cIsin1cl1;有机玻璃/钢:I27.2o;水/钢:I14.7o精品文档放心下载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90o时的纵波入射角为第二临界角。感谢阅读cIIsin1cl1;有机玻璃/钢:II56.7o;水/钢:II27.7o谢谢阅读2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90o时的横波入射角为第三临界角。精品文档放心下载cIIIsin1ct1;钢/空气:III33.2o精品文档放心下载l11.10垂直入射时的反射率和透过率声压反射率:反射声压p与入射声压p之比.apaZ2Z1pZZp1 2声压透过率:透过声压p与入射声压p之比ttppZ2Z;t21 2故:1r tp p声强反射率:反射声强I与入射声强I之比.aRIar2I p声强透过率:透过声强I与入射声强I之比.tIt1r2;Ip:RD1声压往复透过率:探头接收的返回声压p,与入射声压p之比.精品文档放心下载tTp,pp,tt1r2;故T在数值上等于Dtttppppp1p2ppt.1.11超声波垂直入射平面界面的四种常见情况:⑴ZZ如超声波从水入射至钢中:r461.50.973;t1r1.97321p1.546pp⑵ZZ如超声波从钢入射至水中:r1.5460.937;t1r0.06321p461.5pp⑶ZZ如超声波入射到钢试件底面;探头直接置于空气中:21r0.0004461;t1r0p460.0004pp⑷ZZ如超声波入射至普通碳钢焊缝金属与母材金属界面:120.010.5%;t1r1因两者声阻抗仅差约1%,故rp1.99pp.1.12多层平面上垂直入射的反射率与透过率情况:⑴均匀介质中的异质薄层(ZZ Z)1321122dmsin22声压反射率:r4m211122d4msin22m2声压透过率:t11122d14msin22m2d异质薄层厚度;2异质薄层中的波长;2Zm两种介质声阻抗之比,mZ12由上述公式可知:(a).当dn2n为正整数时,r0,t1,超声波全透过,几乎无反射,常称为半波透声层.22(b).当d(2n1)1波长的奇数倍时,t最低r最高.2n为正整数时,即异质薄层厚度等于424⑵ZZ)123如晶片保护膜工件,其声强透过率为:T4ZZ2d132dZZ2cos2ZZ22Z13sin22Z132222由上式可知:(a).d24ZZn22n为正整数时:TZ1Z32;若薄层厚度等于半波长的整数倍,13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).d(2n1)且ZZZ时:T4ZZ1;超声波全透射.2n为正整数,1324213ZZ2Z132Z2这对直探头保护膜设计很重要.(c).检测中对探头施加较大压力,dO,sin2d20,r0,t1,回波幅度提高,22故现场检测要保持压力尽可能稳定..1.13衰减系数的测定和计算试件厚度:2N<T≤200㎜V(dB)20lgnmnmdB/mm2(nm)T试件的单程衰减系数试件m次与n次底波的dB差mn20lgmn底波的声扩散dB值底波的反射损失dB值试件厚度>200㎜VdB6dBdB/mm122T薄试件(试件中多次底波的声程在未扩散区内)VdB/mmmn2(nm)T1.14声压公式(1)活塞波声压公式p2psinD2S2So4离声源距离S处的声压声源的起始声压o声源直径(2)球面波声压公式ppD2o4S.(3)近场区公式ND2A4 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.谢谢阅读(a)第二介质剩余近场区长度N’N'D2lc411c2 2第一介质厚度.1c和c第一和第二介质声速.2第二介质声波波长.2横波在第二介质中的近场区长度N’N'Fcosltgscostg12晶片面积.s第二介质中的横波波长.2入射点至晶片距离.1纵波入射角.横波折射角.(c)非扩散区长度b≈1.64N(4)指向角公式(a)圆晶片指向角: 70o D(b)正方晶片(aa)指向角: 57感谢阅读o a(c)长方形晶片(ab)指向角:a57o ab57o b(5)大平底面回波公式.ppD21o4S2BB两个不同距离大平底面回波的dB差:dB20lgpB120lgSB2;即大平底回波声程差一倍,声压差6dB.pSB2B1(6)平底孔回波公式pD22o4S4S 两个不同距离和不同孔径平底孔回波声压的dB差:dB20lgp40lgS112pS221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ppD2122So4S两个不同距离不同孔径长横孔的回波声压dB差:dB20lgp10lgS3112pS3221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ppD2l短短短o4S2S短 短两个不同孔径，不同距离的短横孔回波声压dB差：p10lgS4l2短1短1短2短1短2短2短1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.ppD2d4Sdo4Sd d两个不同孔径不同距离的球孔回波声压dB差:dB20lgp20lgdS2d11d2pdS2d22d1同孔径,声程差一倍,球孔回波声压差12dB;同声程,孔径差一倍,球孔回波声压差6dB.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:谢谢阅读ppD21;即实心圆柱体径向检测的底波声压与大平底回波声压相同.S2实o4SB(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:感谢阅读ppD21dS2D外o4SB空心圆柱体外圆直径.d空心圆柱体内孔直径.感谢阅读(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:感谢阅读ppD21DS2d内o4SB不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差:p20lg2S2fffB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):精品文档放心下载dB20lgp20lg2S2S)Bf2(SpD2SfBffB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):感谢阅读.dB20lgp40lgS2(SS)112pS21221缺陷位置2.1平面检测2.1.1声程定位(a)缺陷水平距离lSsinnsinkSffff1k2缺陷深度一次波:dScosncoslSf1f1f1f1f1k1k2二次波:d2TScosl2Tf2f2f2k三次波:dScos2Tl2Tf3f3f3k四次波:d4TScos4Tlf4f4f4k2.1.2水平定位(a)缺陷水平距离nf f(b)缺陷深度nf(当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时,按2.1.1方法谢谢阅读k计算缺陷深度)2.1.3深度定位(a)缺陷水平距离l knf f.(b)缺陷深度n(当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时,按2.1.1方法感谢阅读f f计算缺陷深度)2.2曲面检测2.2.1圆柱曲面外圆检测(a)缺陷深度HR (kd)2(Rd)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Rkdltg1180Rd2.2.2圆柱曲面内孔检测(a)缺陷深度h kd2rd2r谢谢阅读r-试件内半径.(b)缺陷水平弧长rkdltg1180rd2.2.3横波外圆周向探测圆柱形筒体试件时的最大探测厚度Tm精品文档放心下载T111km1sinD221k2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x0.76d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x3dcos30o1.3d1 2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dcos35.6o1259003230dcos18.8o1.67d2精品文档放心下载3.361°反射波(在IIW试块上的声程)7025cos61o3525sin61o590082谢谢阅读6132303.445°反射波(在IIW试块上的声程)7025cos45o3525sin45o70精品文档放心下载45钢板水浸检测水层厚度公式clnT 水c钢水层厚度n重合次数T钢板厚度水的纵波速度水钢的纵波速度钢小径管水浸检测5.1偏心距x.偏心距平均值x0.251R0.458r2小径管外半径r小径管内半径5