无损检测超声检测公式汇总

1、.超声检测公式1.周期和频率的关系，二者互为倒数：T=1/ fc2. 波速、波长和频率的关系：C= f或 = f3.CL CsCR 1.8 10.924.101Pa 106P声压： P P P帕斯卡（ Pa）微帕斯卡（ Pa）1Pa1N/m6.声阻抗 :Z p/u cu/u c 单位为克 / 厘米 2 秒（ g/cm2 s）或千克 / 米 2秒（ kg/m2 s）1P 27.声强； I 2 Zu2 2 Z单位 ;2222s）瓦 / 厘米（W/cm）或 焦耳 / 厘米秒（ J/cm8.声强级贝尔（ BeL）。 lgI 2/I 1（BeL）9.声强级即分贝（ dB） 10lgI 2 /I 120l

2、gP 2/P 1（ dB）10. 仪器示波屏上的波高与回波声压成正比： 20lgP 2/P 120lgH 2/H1 （dB）11. 声压反射率、透射率：r=Pr / P0t =Pt / P01 r tPrZ 2Z1Pt2Z 2(1 r ) / Z1t / Z 2r = P0Z 2Z1t = P0Z 2 Z1Z 第一种介质的声阻抗；Z第二种介质的声阻抗12I rZ 2Z 124 Z1Z 2r212. 声强反射率： R= I 0声强透射率： T2Z 2Z 1Z 2 Z1T+R=1t r =14 Z 1 Z 213. 声压往复透射率； T 往 = ( Z 2 Z 1 ) 2sin LsinLsin

3、Ssin LsinS14. 纵波斜入射 :cL1= cL1= cS1=cL 2= c S 2CL1 、CS1第一介质中的纵波、 横波波速；C L2、C 第二介质中的纵波、横波波速；L、纵波入射角、反射角；、 纵波、横波折射角；S2LLSS横波反射角。c L1c15.纵波入射时：第一临界角 : L =90时 = arcsin c L 2第二临界角： S=90时 =arcsin c16.有机玻璃横波探头 L=27.6 57.7 ， 有机玻璃表面波探头 L 57.7 水钢界面 横波 L=14.5 27.27 L 1 S 2cS117. 横波入射：第三临界角：当 L=90时 =arcsin cL1 =

4、33.2 当 S33.2 时，钢中横波全反射。有机玻璃横波入射角 S（等于横波探头的折射角 S） =35 55，即 K=tg S=0.71.43 时，检测灵敏度最高。20 lg B m / B n18. 衰减系数的计算1.薄板：2 ( nm ) x =(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)衰减系数， dB/m（单程）；(BnBm ) 两次底波分贝值之差， dB；为反射损失，每次反射损失约为（0.51)dB ；X为薄板的厚度T ：工件检测厚度， mm； N ：单直探头近场区长度，mm； m 、 n 底波反射次数.2、厚板或粗圆柱体：波分贝值之差， dB；20 lg B 1 / B 26

5、2 x. =(Bn-Bm-6)/2x(B1 B2 ) 两次底P0Rs2P 0 F s19.圆盘波源辐射的纵波声场声压为Pxx：D s2 Rs2Fs20.N近场区的长度：421.圆晶片辐射的声束半扩散角为：0 700/ D22. 波束未扩散区： b 1.64N23. 矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压: x 3N时， PP0 F /xNF24.矩形波源的近场区的长度为：25.矩形波源的半扩散角0 :X 方向的半扩散角为：0570Y05702a方向的半扩散角为：2bD2LcNs126.近场区在两种介质中的分布 : 1基于钢中的近场区42c22、基于水中的近场区2 介质钢中波长N 2 只有介

6、质 时， 钢中 近场长度 ；c1 介 质 水中 波速 ；c2 介 质 钢 中波 速N（Ds2）c14 1Lc2KF S cos27.横波轴线上的声压 ;PcosK 系数；FS 波源的面积；s2 第二介质中横波波长；x 轴s2线上某点至假想波源的距离NFS cos28.s2 cos横波声场近场区长度为：F Scostan29.N 为： NN L2-L 1FS 波源的面横波声场中，第二介质中的近场区长度s 2 x costan积；s2 第二介质中横波波长；L1 入射点至波源的距离L2 入射点至假想波源的距离arcsin 1.22S 27000230.横 波半 扩散 角1.对 于圆 片形 声源 ：D

7、 S2D S2. 对于 矩形 正方 形声 源 ：arcsinS 257 0022a2a31.规则反射体的反射波声压公式 :X 3N.PfPx F fP0 FS F f1. 平底 孔回 波声 压 ;x2 x2任意 两个 距离 和直径不 同的 平底 孔反 射波 声 压之 比为 ：Pf 1D f 1x212 20 lg40Pf 2D f 2 x1PfP0 F SD f2. 长横 孔 回 波声 压;2 x2 x任 意 两 个 距离 、 直 径 不同 的 长 横 孔 回 波 分 贝 差 为 ：Pf 1D f 1 x 231220 lg Pf 210 D f 2 x13PfP0 F Sl f D f2 x

8、x3. 短横孔回波声压 ;Pf 1D1220 lg10 lg任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为：Pf 2Df 1l f21x24f 2l f22x14P0 FS D f4. 球 孔 回 波 声 压 ：Pf任 意 两 个 距 离 度 和 直 径 不 同 的 球 孔 回 波 分 贝 差 为 ：2 x 2xPf 1x22D f 11220 lg Pf 220 lg x12D f 2PBP0 FS5. 大 平 底 面 或 实 心 圆柱 体 回 波 声 压 ：2 x两 个 不 同 距 离 的 大平 底回 波分 贝 差 为 ：12 20 lg PB120 lg x2PB2x1P0 FSdP0

9、 FSD6. 空心圆柱体1. 外柱面径向检测空心圆柱体：PB 2 xD2. 内孔检测圆柱体： PB 2 xd注意：以上各种规则反射体的反射波声压公式均未考虑介质衰减，如果考虑介质衰减，则所有公式均应2ax增加 e 8.68P0 : 波源的起始声压； FS : 探头波源的面积， FSDS2/ 4 ： x : 反射体至波源的距离。 Ff : 平底孔缺陷的面积，F fD f2/ 4D f: 长横孔的直径 ,Lf：短横孔长度D: 空心圆柱体外经d：空心: 波长 ,圆柱体内径：介质单程衰减系数， dB/mm20lgPB20lg2 x32. 同距离的大平底与平底孔反射波PfD2fdB差：33. 当用平底面

10、的和实心圆柱体曲底面调节灵敏度时，不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差为：PB20lg2 x2fxB )Bf20lg2 (xfPfD2f xBx f: 平底孔缺陷至检测面的距离；xB: 锻件底面至检测面的距离: 材质衰减系数；: 波长；D f: 平底.孔缺陷的当量直径；Bf: 底波与平底孔缺陷的反射波分贝差1220lg Pf140lgDf1x22 (xx )PfDf 2x12134. 不同平底孔回波分贝差为：2PB20lg2 x2fdxB)Bf20lg10lg2 (xf35. 当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调节平底孔灵敏度时：PfDf2 xBDd 空心圆柱体的内径； D 空心圆柱体的外径；“

11、”外圆径向探测，内孔凸柱面反射；“”内+-孔径向探测，外圆凹柱面反射；Bf 圆柱曲底面与平底孔缺陷的回波分贝差。H n36水浸法波型分析，水层厚度4cL有sincL有37.c 钢c 钢管材周向检测纯横波检测条件：LSt1(1C S 2)sinrsincL 有r38.纯横波到达内壁条件：D 2C L 22.横波检测到管材内壁RcS钢RrC1C2FX0.251R0.458r39.水浸法： 声透镜：C1 偏心距：20.251RX0.458r1X S ( X S 管中横波声程 ) 焦距： FHR2X2 F2 .2 r 水层厚度 :H 240.采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于1.25P （即

12、 2.5KT ）：1）采用直射法时，探头移动区应大于或等于0.75P（即 1.5KT）。 P=2KT或 P=2Ttan式中： P：跨距， mm；T：母材厚度， mm；K：探头 K 值；探头折射角， （o）LO ab41.为保证直射波与一次反射波能扫查到焊缝整个截面，K 值应满足下式： K TLOa对于单面焊、上述 b 可以忽略不计，则： KT42 按声程调节扫描速度时 :当仪器接声程1：n 调节扫描速度时，应采用声程定位法来确定缺陷的位置。用直射法（一次波）检测发现缺陷时 :l fx f sinnf sind fx f cosn fcos用 一 次 反 射 法 （ 二 次 波 ） 检 测 发

13、现 缺 陷 时l fx f sinn fsind f 2T x f cos2Tn fcosx f : 缺陷的横波声程；f : 缺陷波前沿所对的刻度值；: 探头的折射角； T: 板厚； l f : 缺陷的水平距离；d f :缺陷至检测面的深度。43. 按水平调节扫描速度时 :当仪器按水平1： n 调节扫描速度时，应采用水平定位法来确定缺陷的位置。若.仪器按水平 1：1 调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿所对应的水平刻度值f 就是缺陷的水平距离 l f :lfl fnfd f用直射法（一次波）检测发现缺陷时:Kl fl fnfd f 2T一次反射法（二次波）检测发现缺陷时:K式中K:探头的 K

14、 值， K=tg44、按深度调节扫描速度时：当仪器按深度1：n 调节扫描速度时，应采用深度定位法来确定缺陷的位置。若仪器按深度 1：1 调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿所对应的水平刻度值f 就是缺陷的深度 d f用直射法（一次波）检测发现缺陷时 :d fn fl fKh f Knf用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时:d f 2Tn fl f Knf1、超声波的特点： 1. 方向性好2. 能量高3.能在界面上产生反射、 折射、衍射和波型转换4.穿透能力强2、超声波检测：使超声波与工件相互作用，就反射、投射和散射的波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性能变化的检

15、测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。3、超声波检测的优点： 1 适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；2 穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测；3 、缺陷定位较准确； 4 对面积型缺陷的检出率较高；5 灵敏度高，可检测工件内部很小的缺陷； 6 检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用方便等缺点： 1）对缺陷的定性、定量仍需要作进一步研究；2）对具有复杂形状或不规则外型的工件进行超声波检测有困难； 3）缺陷的取向、位置和形状对检测结果有影响；4）工件材质、晶粒度对检测有较大影响，5 ）A型脉冲反射法检测结果是波形显示，不直观，检测结果无直接见

16、证记录。5、机械波必须具备以下两个条件 : 1、 要有作机械振动的波源；2 、能传播机械振动的弹性介质。6、衰减的原因扩散衰减、散射衰减、吸收衰减介质衰减通常是指吸收衰减和散射衰减，而不包括扩散衰减。7、双晶探头具有以下优点：（1） 灵敏度高（ 2）杂波少盲区小（3） 工件中近场区长度小（ 4） 探测范围可调8、超声波探头对晶片的要求： （1）机电耦合系数 K 较大，以便获得较高的转换效率。 （ 2）机械品质因子 m 较小，以便获得较高分辨力和较小的盲区。 （ 3）压电应变常数 d33 和压电电压常数 g33 较大，以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度。 （ 4）频率常数 Nt 较大，介电常数

17、较小，以便获得较高的频率。 （ 5）居里温度 Tc 较高，声阻抗 Z 适当。9 、 仪 器 和 探 头 的 综 合 性 能 ：1. 灵 敏 度 .2 盲区 与 始 脉 冲宽 度3. 分 辨力4. 信噪比 5. 频率10、双探头法又可根据两个探头排列方式：并列法、交叉法、V 型串列法、 K 型串列法、前后串列法等。11、选择检测仪器 1、对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。2、对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器。3、对于大型零件的检测，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器。 4、为了有效的发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨率好的仪器。5、

18、对于室外现场检测，应选择重量轻，示波屏亮度好，抗干扰能力强便携式仪器。 6、对于重要工件应选用可记录式探伤仪。12、横波斜探头 K 值（或折射角）的选择：当工件厚度较小时，应选用较大的K 值，以便增加一次波的声程，避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选用较小的K 值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。在焊缝检测中，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于单面焊根部未焊透，还要考虑端角反射问题，应使 K=0.71.5 ，因为 K1.5，端角反射率很低，容易引起漏检。13、 焊缝检测时探头 K 值的选择应遵循以下三方面原则1. 使声束能扫查到整个焊缝截面；2. 使声束中心线尽量与主

19、要缺陷垂直； 3. 保证有足够的灵敏度.14、探头频率的选择的因素: 1、提高频率，有利于发现更小的缺陷；2 频率高，脉冲宽度小，分辨力高；3、频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中； 4、频率高，近场区长度大，对检测不利。 5、频率增加，衰减越大； 6、对面积状缺陷，频率高会形成反射指向性，检出率降低。15. 探头晶片尺寸的选择的影响因素： 1 、晶片尺寸增加，半扩散角减少，波束指向性变好，超声波能量集中，对检测有利。 2 、晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对检测不利。3、晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。

20、16、影响声耦合的因素主要有：1. 耦合层的厚度， 2. 偶合剂的声阻抗， 3. 工件表面粗糙度、 4. 工件表面形状。17、影响缺陷定位的主要因素；1.仪器的影响2.探头的影响3.工件的影响4.操作人员的影响5 、试块的影响18、影响缺陷定量的主要因素（1）. 仪器及探头性能的影响1. 频率的影响2.衰减器精度和垂直线性的影响3. 晶片尺寸的影响4 、探头 K值的影响（2）.耦合与衰减的影响1、耦合的影响 2、衰减的影响（3）.工件几何形状和尺寸的影响(4).缺陷的影响 1 、缺陷形状的影响2 、缺陷方位的影响3 、缺陷波的指向性4 、缺陷表面粗糙度的影响5 、缺陷性质的影响6、缺陷位置19

21、、试块的作用：1、确定检测灵敏度2、测试仪器和探头的性能3、调整扫描速度4、评判缺陷的大小20. 铸件的特点： 1 、组织不均匀 2 、组织不致密 3 、表面粗糙，形状复杂 4 、缺陷的种类和形状复杂21. 铸件超声波检测的特点： 1 超声波透声性差 2 干扰杂波严重 3 缺陷检测要求较低22、检测灵敏度：在确定的声程范围内发现规定大小缺陷的能力。23、调整检测灵敏度的目的：在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷进行定位24. 检测灵敏度的调节方法： 1 、试块调整法 2 、工件底波调整法25、超声探伤仪的几个主要指标，1、水平线性2、垂直线性3、动态范围4. 衰减器精度。例 1：示波屏上一波

22、高为 80%，另一波高为 20%，问前者比后者高多少 dB？解： 20lgH2/H1 20lg80/20 12（dB）答：前者比后者高 12dB。例 2，纵波倾斜入射到有机玻璃 / 钢界面时，有机玻璃中： CL1=2730m/s，钢中 CL2=5900m/s，CS2=3230m/s。则第一、二临界角分别为：c L 1c L 1 = arcsin c L 2 =27.6 =arcsin c S 2=57.7 例 3:计算 2.5P20 纵波直探头探测钢工件时的近场区长度N、半扩散角 0 和未扩散区长度 b。解：由题意 f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且 =CL/fCL59

23、003222610ND sD s f202 .51042 . 4( mm )07070701068.2644 c L45900103半扩散角：DsD s f20 2.5近场区长度：未扩散区长度： b1 .64 N1 .6442 .469 .5( mm )例 4：用 2.5MHz ，直径 14mm 纵波直探头水浸探伤钢板， 已知水层厚度为 20mm ，钢中纵波声速 5900m/s ，水中纵波声速 1480m/s ，求钢中近场区长度 N。解：钢中纵波波长：钢中近场区长度：2C5 . 92 . 36 ，（ mm）f2 . 5D s2c 11414201480（ mm）NLc 215. 74242 .

24、365900例 5，试计算 2.5MHZ、1012mm方晶片 K2.0 横波探头，有机玻璃中入射点至晶片的距离为12mm，求此探头在钢中的近场区长度。（钢中 CS2=3230m/s）解：C s 2323010s 2f2 . 51 . 29 ( mm )0.ab cos-tg10120 . 68 12 0 .5813（ mm ）Ns 2 cosL 1 tg3 . 141 .29例 6：用单斜探头直接接触法检测32540mm无缝钢管，求探头的最大K 值？已知： D0=325mmT=40mm求:最大 K 值？解 :rsinRD0R325162 . 5r R Tr 162.5 40 122.5R22a

25、rcsinrarcsin 122. 5arcsin 0 . 7548 . 92满足检测钢管内壁的最大折射角：R162. 5答: 探头的最大 K 值为 1.15 。例 7，用 2.5P20Z 探头径向检测 500mm的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s，问如何利用底波调节 500/ 2 灵敏度？解：由题意得：C5 .910f2 . 510662 . 36 ( mm )计算： 500mm处底波与 2 平底孔反射波分贝差为：20lg2 x20lg2 2.3650045.5(dB)D f23.14222 调节：探头对准工件完好区圆柱底面，找出反射最高回波，调“增益或衰减器”使底波B1 达基准 80

26、高，然后用“衰减器”增益46dB，这时 2 灵敏度就调节好了。例 8，用 2.5P20Z 探头径向检测外径为 1000mm，内径为 100mm的空心圆柱体锻件， CL=5900m/s问如何利用内孔回波调节 450/ 2 灵敏度？解：由题意得：C5. 910f2. 510D1000 mm , d100 mm, xDd2662 . 36( mm)1000100450mm2 计算：450mm处内孔反 射 波与 2 平底孔 反 射 波分 贝 差 为20 lg2x10 lgd22.3645010034 .5(dB )D2f20 lg3.142 210 lgD10002 调节：探头对准完好的内孔表面，找出

27、最高反射波，调“增益”使底波B1 达基准 50高，然后用“衰减器”增益 35dB作为检测灵敏度，此时， 450/ 2 的检测灵敏度的调节就完成了。必要时再增益6dB 作为扫查灵敏度。例 9，用 2.5P20Z 探头检测厚度为 50mm的小锻件，采用 CS系列试块调节 50/ 2 灵敏度，试块与锻件表面耦合差 3dB，问如何调节灵敏度？解：利用 CS系列试块调节灵敏度的方法如下：将探头对准 CS -1 试块 2 平底孔距离为 50mm，调“增益”使 2 回波达 50高，然后再用“衰减器”增益3dB，这时 50/ 2 灵敏度就调节好了。例 10，用 2.5P20Z 探头检测底面粗糙，厚度为400m

28、m的锻件，问如何利用 100/ 4 平底孔试块调节 400/ 2灵敏度？试块与工件表面耦合差6dB。解：计算： 100/ 4 与 400/ 2 回波分贝差：Pf 140 lg1 x140440020 lg2 x 2lg36 (dB )P f 22100 调节：探头对准 100/ 4 平底孔，找到最高回波后，然后用“衰减器”增益42dB，这时 400/ 2 灵敏度就调节好了。这时工件上400/ 2 平底孔缺陷反射波正好达基准高50。例 11，用 2.5P20Z 探头检测 600 的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s， =0.005dB/mm。利用锻件底波调节 600/2 灵敏度，底波达基准高

29、时衰减读数为 50dB，检测中在 400mm处发现一缺陷，缺陷波达基准高时衰减器读数为 30dB，求此缺陷的当量平底孔直径为多少？解：由题意得：C5 .910f2 .5102 . 36 ( mm ) ，222.36=42.37(mm)N=D /4=20 /466.3N 3 2.37=127(mm)400(mm)，可进行计算； Bf2x 2fx B )20 lg2 ( x fD2f xBx B600 mm , x f400 mm ,Bf50 3020 dB ,0 .005 dB / mm ，代入公式得：2x 2f( x fx B )20 2 0 . 0052002220 lg2fBf2DxB2x

30、 2f=22=1.1；lg2f x B20D2 x f2=10 1。1D f2 x BD f2x 2f22. 36400x B10 1 . 13 .146001021 . 15 .6 ( mm )答：此缺陷的当量平底孔直径为5.6 mm 。例 12，用 2.5P20Z 探头沿外圆径向检测外径为 1000mm，内径为 100mm的空心圆柱体锻件， CL=5900m/s，=0.005dB/mm，检测中在 200mm处发现一缺陷，其反射波比内孔反射波低 12dB，求此缺陷的当量大小？解：由题意得：2 .36( mm ) ，222.36=42.37(mm)C5 . 9106=D/4=20 /4f2 .

31、 51063=3 42.37=127(mm)200(mm)，可进行计算；20 lg2 x f210 lgd2( x fx B )BfD f2 x BDD1000 mm , d100 mm , x BDd1000100450 mm ,x f200 mm ,0 . 005 dB / mm , Bf22代入公式得：20 lg2 x2f10 lg D2( xBx f )10 lg 100020.005250 1224 .5D 2fx BBfd100x 2f24 .5lg2= 20 =1.225 ；2x 2f=101.225D 2f x BD f2 x B D f2x 2f22 .3620022.8(m

32、m )x B10 1.2253 .1445010 1 .22512 dB；答：此缺陷的当量平底孔直径为2.8 mm 。例 13，用 2.5P20Z 探头检测 400mm厚的钢锻件，钢中 CL=5900m/s，衰减系数 =0.005dB/mm，检测灵敏度为400mm处 4 为 0dB。检测中在 250mm处发现一缺陷，其波高比基准波高20dB，求 250mm处 4 当量的 dB 值。并试根据 JB/T4730.3 2005 标准评定该锻件的质量级别。解：条件判别C5 .910f2 .510662 .36 ( mm )ND s2 / 420 2 /( 42.36 )42 .4 (mm)；3 N342 . 4127 250mm符合当量计算的条件。 求 250mm处 4 当量的 dB 值P f 140 lgx 22 a ( x 2x 1 )1220 lgx 1P f240 lg40020 . 005( 400250 )9 .5 ( dB )250 求该缺陷的当量并评级缺陷当量： 4+（ 20-9.5 ）dB = 4+10.5dB缺