无损检测超声检测公式汇总.pdf

超声检测公式 1.周期和频率的关系，二者互为倒数： T=1/f 2.波速、波长和频率的关系： C=f 或λ=fc 3.CL∶Cs∶CR≈1.8∶1∶0.9 4.声压： P＝P1－P0 帕斯卡〔Pa〕微帕斯卡〔μPa〕1Pa＝1N/m2 1Pa＝106μP 6.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〕 7.声强；I＝21Zu2＝ZP22 单位; 瓦/厘米2〔W/cm2〕或 焦耳/厘米2·秒〔J/cm2·s〕 8.声强级贝尔〔BeL〕 △＝lgI2/I1 〔BeL〕 9.声强级即分贝〔dB〕△＝10lgI2/I1 ＝20lgP2/P1 〔dB〕 10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比：△20lgP2/P1＝20lgH2/H1 〔dB〕 11.声压反射率、透射率： r=Pr / P0 t=Pt / P0 21// )1 (1ZtZrtrr=12120ZZZZPPrt=12202ZZZPPt Z1—第一种介质的声阻抗； Z2—第二种介质的声阻抗 12.声强反射率： R=2121220ZZZZrIIr声强透射率：T212214ZZZZ T+R=1 t－r=1 13.声压往复透射率；T往=21221)(4ZZZZ 14.纵波斜入射: 1sinLLc=1sinLLc=1nsiSSc=2sinLLc=2sinSSc CL1、CS1—第一介质中的纵波、横波波速； CL2、CS2—第二介质中的纵波、横波波速；αL、α´L—纵波入射角、反射角； βL、βS—纵波、横曲折射角；α´S—横波反射角。

15.纵波入射时：第一临界角α: βL=90°时αⅠ=arcsin21LLcc第二临界角α：βS=90°时αⅡ=arcsin21SLcc 16.有机玻璃横波探头αL=27.6°～57.7°，有机玻璃外表波探头αL≥57.7° 水钢界面 横波 αL=14.5°～27.27° - 17.横波入射：第三临界角：当α´L=90°时αⅢ=arcsin11LScc=33.2°当αS≥33.2°时，钢中横波全反射 有机玻璃横波入射角αS〔等于横波探头的折射角βS〕=35°～55°，即 K=tgβS=0.7～1.43 时，检测灵敏度最高 18.衰减系数的计算 1. 薄板：xmnBBnm)(2/lg20α=(Bn-Bm-20lg n/m)/2*(m-n) —衰减系数，dB/m〔单程〕 ； )(mnBB —两次底波分贝值之差，dB；δ为反射损失，每次反射损失约为〔0.5~1)dB； * 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：xBB26/lg2021α=(Bn-Bm-6)/2* )(21BB —两次底波分贝值之差，dB； 19.圆盘波源辐射的纵波声场声压为 ：xFPxRPPss020 20.近场区的长度：sssFRDN224 21. 圆晶片辐射的声束半扩散角为：D/7000 22.波束未扩散区：Nb64. 1 23.矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压:x≥3N 时，xFPP/0 24.矩形波源的近场区的长度为：FN 25.矩形波源的半扩散角0:*方向的半扩散角为：a25700 Y 方向的半扩散角为：b25700 26.近场区在两种介质中的分布: 1 基于钢中的近场区 21224ccLDNs2、基于水中的近场区 2—介质Ⅱ钢中波长 2N—只有介质Ⅱ时， 钢中近场长度； 1c—介质Ⅰ水中波速； 2c—介质Ⅱ钢中波速 21124ccLDNs）（ 27.横波轴线上的声压; coscos2sSKFP K—系数； SF—波源的面积；2s—第二介质中横波波长；x—轴线上*点至假想波源的距离 - 28.横波声场近场区长度为：coscos2sSFN  29.横波声场中，第二介质中的近场区长度N为：2LNNcoscos2xFsS-tantan1LSF—波源的面积； 2s—第二介质中横波波长； 1L—入射点至波源的距离 2L—入射点至假想波源的距离 30. 横 波 半 扩 散 角1. 对 于 圆 片 形 声 源 ：SSSDD020227022. 1arcsin2. 对 于 矩 形 正 方 形 声 源 ：aaS2572arcsin0202 31.规则反射体的反射波声压公式:*≥3N 1.平底孔回波声压;220xFFPxFPPfSfxf任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为：1221211240lg20xDxDPPffff 2. 长 横 孔 回 波 声 压 ;fPxDxFPfS220任 意 两 个 距 离 、 直 径 不 同 的 长 横 孔 回 波 分 贝 差 为 ：312321211210lg20xDxDPPffff 3.短横孔回波声压;ffSfDxlxFPP20 任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为： 41422221212112lg10lg20xxllDDPPffffff 4.球孔回波声压：xDxFPPfSf220任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为：2121222112lg20lg20ffffDDxxPP 5.大平底面或实心圆柱体回波声压：xFPPSB20两个不同距离的大平底回波分贝差为：122112lg20lg20xxPPBB 6.空心圆柱体 1.外柱面径向检测空心圆柱体：BPDdxFPS20 2.孔检测圆柱体：BPdDxFPS20 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，则所有公式均应增加68. 82axe 0P:波源的起始声压；SF:探头波源的面积，4/2SSDF： x:反射体至波源的距离。

fF:平底孔缺陷的面积，4/2ffDF:波长,fD:长横孔的直径,Lf：短横孔长度 D:空心圆柱体外经 d：空心圆柱体径 - ：介质单程衰减系数，dB/mm 32.同距离的大平底与平底孔反射波 dB 差：22lg20lg20ffBDxPP 33.当用平底面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：)(22lg20lg2022BfBfffBBfxxxDxPP fx:平底孔缺陷至检测面的距离；Bx:锻件底面至检测面的距离 :材质衰减系数； λ:波长；fD: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 34. 不同平底孔回波分贝差为：)(2lg40lg201212211221xxxDxDPPffff 35.当用空心圆柱体孔或外圆曲底面调节平底孔灵敏度时：)(2lg102lg20lg2022BfBfffBBfxxDdxDxPPd—空心圆柱体的径；D—空心圆柱体的外径； "+〞—外圆径向探测，孔凸柱面反射； "-〞—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。

36．水浸法波型分析，水层厚度4nH＝ 37. 管材周向检测纯横波检测条件：钢有钢有SLLLccccsin 38. 纯横波到达壁条件：Dt＜)1 (2122LSCC 2.横波检测到管材壁 RrsinRrccSL钢有sin 39. 水浸法： ① 声透镜：FCCCr121② 偏心距：2458. 0251. 0rRX 0.251R≤*＜0.458r ③ 水层厚度:H＞SX21(SX－管中横波声程)④ 焦距：22XRHF⑤rF2.2 40. 采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于 1.25P〔即 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=2Ttanβ 式中：P：跨距，mm； T：母材厚度，mm；K：探头 K 值； β——探头折射角， 〔º〕 41. 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≥TbaLO - 对于单面焊、上述 b 可以忽略不计，则：K≥TaLO 42 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: sinsinfffnxlcoscosfffnxd 用一次反射法 〔二次波〕 检测发现缺陷时 sinsinfffnxlcos2cos2fffnTxTd fx: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； fl:缺陷的水平距离； fd: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假设仪器按水平 1：1 调节扫描速度时，则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fl: 用直射法〔一次波〕检测发现缺陷时: ffnlKldff 一次反射法〔二次波〕检测发现缺陷时: ffnlKlTdff 2 式中 K:探头的 K 值，K=tg 44、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假设仪器按深度 1：1 调节扫描速度时，则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fd 用直射法〔一次波〕检测发现缺陷时: ffndfffKnKhl 用一次反射法〔二次波〕检测发现缺陷时: Tdf2－fnffKnl 1、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、投射和散射的波进展研究，对工件进展宏观缺陷检测、几何特征测量、组织构造和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进展评价的技术。

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，可对较大厚度围的工件部缺陷进展检测； 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，可检测工件部很小的缺陷；6 检测本钱低、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展超声波检测有困难；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θm 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ε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、穿插法、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、为了有效的发现近外表缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨率好的仪器5、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，防止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=0.7～1.5，因为 K<0.7 或 K>1.5，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，探头未扩散区扫查围大，远距离扫查围相对变小，发现远距离缺陷能力增强 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.工件外表粗糙度、4.工件外表形状。

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、缺陷外表粗糙度的影响 5、 缺陷性质的影响 6、 缺陷位置 19、 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、外表粗糙，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：在确定的声程围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，并对缺陷进展定位 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、动态围 4.衰减器精度 例 1：示波屏上一波高为 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： αⅠ=arcsin21LLcc=27.6°αⅡ=arcsin21SLcc=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θ0 和未扩散区长度 b 解：由题意 f=2.5MHz,Ds=20mm,CL=5900m/s 且λ=CL/f 近场区长度：)(4.421059004105.2204436222mmcfDDNLss半扩散角：26. 8105 . 220105900707070630fDCDsLs° 未扩散区长度：)(5 .694 .4264.164.1mmNb 例 4：用 2.5MHz，直径 14mm 纵波直探头水浸探伤钢板，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：36.25.29.52fC， 〔mm〕 钢中近场区长度：7.15590014802036.24141442122ccLDNs〔mm〕 例 5，试计算 2.5MHZ、10×12mm 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：)(29.105.210323022mmfCss coscos2sabN-tgtgL158.01268.029.114.3121013〔mm〕 例 6：用单斜探头直接接触法检测Φ325×40mm 无缝钢管，求探头的最大 K 值？ ：D0=325mm T=40mm 求: 最大 K 值？ 解: 20DR5.1622325 RTRr5 .122405 .162rRrsin 满足检测钢管壁的最大折射角： 92.4875.0arcsin5.1625.122arcsinarcsinRr 答:探头的最大 K 值为 1.15 例 7，用 2.5P20Z 探头径向检测Φ500mm 的实心圆柱体锻件，CL=5900m/s，问如何利用底波调节 500/Φ2 灵敏度？ 解：由题意得：)(36.2105.2109.566mmfC ①计算：500mm 处底波与Φ 2 平底孔反射波分贝差为：)( 5 .45214. 350036. 22lg202lg2022dBDxf 2 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％高，然后用"衰减器〞增益 46dB，这时Φ2 灵敏度就调节好了。

- 例 8，用 2.5P20Z 探头径向检测外径为Φ1000mm，径为Φ100mm 的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s 问如何利用孔回波调节 450/Φ2 灵敏度？ 解：由题意得：)(36.2105.2109.566mmfC ①计算：450mm处孔反射波与Φ2平底孔反射波分贝差为)(5 .341000100lg10214. 345036. 22lg20lg102lg2022dBDdDxf 2 调节：探头对准完好的孔外表，找出最高反射波，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/Φ2 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 CSⅠ系列试块调节 50/Φ2 灵敏度，试块与锻件外表耦合差 3dB，问如何调节灵敏度？ 解：利用 CSⅠ系列试块调节灵敏度的方法如下： 将探头对准 CSⅠ-1 试块Φ2 平底孔距离为 50mm，调"增益〞使Φ2 回波达 50％高，然后再用"衰减器〞增益 3dB，这时 50/Φ2 灵敏度就调节好了。

例 10， 用 2.5P20Z 探头检测底面粗糙， 厚度为 400mm 的锻件， 问如何利用 100/Φ4 平底孔试块调节 400/Φ2 灵敏度？试块与工件外表耦合差 6dB 解：①计算：100/Φ4 与 400/Φ2 回波分贝差： ② 调节：探头对准 100/Φ4 平底孔，找到最高回波后，然后用"衰减器〞增益 42dB，这时 400/Φ2 灵敏度就调节好了这时工件上 400/Φ2 平底孔缺陷反射波正好达基准高 50％ 例 11，用 2.5P20Z 探头检测φ600 的实心圆柱体锻件， CL=5900m/s，α=0.005dB/mm利用锻件底波调节 600/φ2 灵敏度，底波达基准高时衰减读数为 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：)(36.2105.2109.566mmfC， N=D2/4λ=202/4×2.36=42.37(mm) 3N＝3×2.37=127(mm)≤400(mm)，可进展计算；)(22lg2022BfBffBfxxxDx mmdBdBmmxmmxBffB/005.0,203050,400,600，代入公式得： - BffxDx222lg=2022=1.1； BffxDx222=1110。

∴)(6.51060014.340036.221021.121.12mmxxDBff 答：此缺陷的当量平底孔直径为φ5.6mm 例 12，用 2.5P20Z探头沿外圆径向检测外径为φ1000mm ，径为φ100mm的空心圆柱体锻件，CL=5900m/s， α=0.005dB/mm， 检测中在 200mm 处发现一缺陷， 其反射波比孔反射波低 12dB， 求此缺陷的当量大小？ 解：由题意得：)(36.2105.2109.566mmfC，=D2/4λ=202/4×2.36=42.37(mm) 3=3×42.37=127(mm)≤200(mm)，可进展计算； ,450210010002,100,1000mmdDxmmdmmDBdBmmdBmmxBff12,/005.0,200 ； 代入公式得： BffxDx222lg=205.24=1.225； BffxDx222=225. 110 ∴)(8 .21045014.320036.22102225.12225.12mmxxDBff 答：此缺陷的当量平底孔直径为φ2.8mm。

例 13，用 2.5P20Z 探头检测 400mm 厚的钢锻件，钢中 CL=5900m/s，衰减系数α=0.005dB/mm，检测灵敏度为 400mm 处Φ4 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φ4 当量的 dB 值并试根据/T4730.3—2005 标准评定该锻件的质量级别 解：⑴ 条件判别 )(36.2105.2109.566mmfC4 .42)36.24/(204/22sDN(mm)； 1274 .4233N＜250mm ∴符合当量计算的条件 ⑵ 求 250mm 处φ4 当量的 dB 值 ⑶ 求该缺陷的当量并评级 缺陷当量：φ4+〔20-9.5〕dB =φ4+10.5dB 缺陷评级：该锻件评为Ⅲ级 例 14：用=40º 的探头检测 T=30mm 的对接焊缝，仪器接声程 1：1 调节扫描速度，检测中在示波屏水平刻度 60 处出现一缺陷波，求此缺陷在焊缝中的位置？ - 解：由得一、二次波的声程为：1x=T/cos=30/040cos=39.2 2x=21x=2×39.2=78.4 39.2＜(fx=60)＜78.4 因此此缺陷是二次波发现的，所以有 sinffnl=1×60×040sin≈38.6(mm) cos2ffnTd=2×30－040cos≈14(mm) 答：此缺陷的水平距离为 38.6mm，深度为 14mm。

例 15：用 K2探头检测 T=15mm 的对接焊缝，仪器按水平 1：1 调节扫描速度，检测中示波屏上水平刻度50 处发现一缺陷波，求此缺陷的位置？ 解：由可得一、二次波的水平距离为：KTl1=2×15=30 122ll=2×2×15=60 30＜〔fl=50〕＜60 因此此缺陷是二次波发现的，它的水平距离和深度分别为 ffnl=1×50=50〔mm〕KlTdff 2=2×15－50/2=5〔mm〕 答：水平距离为 50mm，深度为 5mm 例 16：用 K2探头检测 T=40mm 的焊缝，仪器按深度 1：1 调节扫描速度，检测中在示波屏水平刻度 30 和60 处各出现一个缺陷波，求这个缺陷的位置？ 解：由条件可知：一、二次波的位置分别为： 因此，301f＜40，为一次波发现的 40＜〔602f〕＜80，为二次波发现的 30 处缺陷的深度和水平距离分别为： 11ffnd=1×30=30〔mm〕 111fffKnKhl=2×1×30=60〔mm〕 60 处缺陷的深度和水平距离分别为： Tdf2－fn=2×40－1×60=20〔mm〕 ffKnl=2×1×60=120〔mm〕 答：30 处缺陷水平距离为60mm，深度为 30mm。

60 处缺陷水平距离为 120mm，深度为 20mm 例 17：水侵聚焦检测φ60mm*8mm 小径管，声透镜曲率半径 r＇=36mm，求偏心距*和水层厚度 H 解：偏心距*：R=60/2=30mm r=30-8=22mm 2458.0251.0rRX=〔0.258×30+0.458×22〕/2=8.8mm 焦距 F: F=2.2 r＇=2.2×36=79.2mm 水层厚度：22FHXR=79.2-22.8830 =50.5mm 答：偏心距为 8.8mm 和水层厚度为 50.5mm 。