超声波探伤时常用的计算公式

超声波探伤时常用的计算公式

一、
1、示波屏上的波高与声压成正比。
既：△=20lgP2/P1=20lgH2/H1   (1NP=8.68dB   1dB=0.115NP)
2、声压反射率r和投射率t分别为：
r=Pr/ PO=Z2-Z1/Z2+Z1    t=Pt/ PO =2Z2/Z2+Z1
3、声强反射率R和投射率T分别为：
R=r2 =(Z2-Z1/Z2+Z1)2     T=4Z1Z /(Z2+Z1)2由以上几式得：t-r=1    T+R=1
4、声压往复透射率T往：探头接收到的回波声压Pa与入射波声压PO之比。既：T往=Pa/PO=4Z1Z /(Z2+Z1)2
5、反射、折射定律：
sinαL/CL1=sinα1L/CL1= sinα1S/CS1=sinβL/CL2=sinβS/CS2
6、第一临界角。αⅠ=arcsinCL1/CL2  第二临界角。αⅡ=arcsinCL1/CS2
第三临界角：αⅢ=arcsinCS1/CL1
7、（1）薄板工件的衰减系数测定：α=(20lgBm/Bn-δ)/2x(n-m)
对于多次反射：α=[20lgBm/Bn-δ(n-m)]/2x(n-m)
（2）厚板工件的衰减系数测定：α=(20lgB1/B2-6-δ)/2x  
对于2次波、3次波；α=(20lgB2/B3-3.5-δ)/2x。
对于1次波、3次波；α=(20lgB1/B3-9.5-δ)/4x。
二
1、近场区长度：N=D2S/4λ= R2S/λ= FS/πλ= FSƒ/Cλ  
2、圆盘源辐射的纵波声场的第一零值发散角；
θ0=arcsin1.22λ/Ds≈70λ/Ds
3、波束未扩散区与扩散区：b=1.64N
4、矩形波源的近场区长度N=Fs/πλ，未扩散区b=1.64N，
半扩散角θ0=arcsinλ/2a≈57λ/2a，
5、近场区在两种介质中的分布；公式N=D2S/4λ只适用均匀介质。在水、钢两种介质中，当水层厚度较小时，进场区就会分布在水、钢两种介质中，设水层厚度为L，则钢中剩余进场区长度N为：
N=N2-LC1/C2= D2S/4λ- LC1/C2，      
6、横波近场区长度；方形  N=FS/πλs2*cosβ/cosα
圆形   N=D2/4λs2*cosβ/cosα
横波声场中，第二介质中的近场区长度：
N`=N-L2= FS/πλs2*cosβ/cosα-L1tgα/tgβ
FS-波源面积 λs2-介质Ⅱ中横波波 L1-入射点至波源的距离 L2-入射点至假想波源的距离
半扩散角；对于圆片形声源：Ø0=arcsin1.22λS2/DS=70λS2/DS
对于矩形正方形声源：Ø0=arcsinλS2/2a=57λS2/2a
三
1、计算垂直线性误差D=（∣d1∣+∣d2∣）% 。d1 —实测值与理想值的最大正偏差；d2—实测值与理想值的最大负偏差。
2、计算水平线性误差； δ=∣αmax∣/0.8b*100%  αmax—α2、α3、α4中最大者；b—示波屏水平刻度值（一般为10）。
3、斜探头K值和折射角βs：K= tgβs=L+L0-35/反射体中心厚度
（分别为B=70、C=30、D=15mm）。
4、信噪比；△=20lgH信/H噪。
四
1、（1）按声程调节扫描速度时：一次波探伤时（τ∫≤T），缺陷至入射点的声程x∫=nτ∫，则缺陷在工件中的水平距离为：l∫=x∫sinβ= nτ∫sinβ 、深度为：d∫= x∫cosβ= nτ∫cosβ。二次波探伤T＜τ∫≤2T时，则缺陷在工件中的水平距离为：l∫=x∫sinβ= nτ∫sinβ 、
深度为：d∫= 2T-x∫cosβ= 2T-nτ∫cosβ。
（2）按水平调节扫描速度时：
一次波探伤（τ∫≤T）时，
则缺陷在工件中的水平距离：l∫= nτ∫   深度：d∫= l∫/K= nτ∫/K。
二次波探伤T＜τ∫≤2T时，
则缺陷在工件中的水平距离：l∫= nτ∫  深度：d∫=2T- l∫/K=2T- nτ∫/K。
（3）按深度调节扫描速度时：
一次波探伤（τ∫≤T）时，
则缺陷在工件中的水平距离为：l∫= Knτ∫    深度为：d=nτ∫。
二次波探伤（T＜τ∫≤2T时，
则缺陷在工件中的水平距离为：l∫= Knτ∫   、深度为：d∫=2T- nτ∫。
2、（1）外圆周向探测时，缺陷位置由深度H和弧长L来确定则：
H=R-[(Kd)2+(R-d)2]0.5     L=Rπθ/180= Rπ/180*tg-1Kd/R-d 。
结论：当探头从圆柱曲面外壁作周向探测时，弧长L总比水平距离l值大，但深度H却总比平板工件中的缺陷深度d小。
（2）内圆周向探测时，缺陷位置由深度h和弧长l来确定则：
h=[(Kd)2+(r+d)2]0.5-r   l=rπθ/180= rπ/180*tg-1Kd/r+d
结论：当探头从圆柱曲面内壁作周向探测时，弧长 l总比水平距离l值小，但深度h却总比平板工件中的缺陷深度d值大。（注意，如缺陷深度h大于壁厚，则为焊缝杂波）
3、最大探测壁厚；Tm/D≤1/2(1-sinβ)≤1/2(1-K/(1+K2)0.5
一般把筒体可探测的内外半径范围定位r/R≥80%
4、不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差为；
△Bƒ=20lgPB/Pƒ=20lg2λχ2ƒ/лD2ƒχB+2α(χƒ-χB) α—材质衰减系数；χƒ—探测面至缺陷的距离；χВ—探测面至底面的距离（工件的厚度）
不同平底孔、距离的回波分贝差为；
△12=20lgPƒ1/Pƒ2=40lgDƒ1χ2/Dƒ2χ1    Pƒ1—人工缺陷；Pƒ2—工件缺陷
5、避免侧壁干涉的条件
      侧壁反射波束与直接传播波束的声程差大于4λ（既：2W-α>4λ）就可以避免侧壁干涉。
（1）探头轴线上缺陷反射时避免侧壁干涉的最小距离dmin为：dmin>(2αλ)0.5
对于钢：dmin>(2αλ)0.5=3.5（α/ƒ）0.5
（2）底面反射时避免侧壁干涉的最小距离dmin为：dmin>2 (αλ)0.5
对于钢：dmin>2 (αλ)0.5=5（α/ƒ）0.5
6、①偏心距X的选择：偏心距—是指探头声束轴线与管材中心线之间的水平距离，用X表示。入射角α随偏心距X的距离增大而增大，控制偏心距X即可控制入射角α。满足纯横波探测内壁的条件为：
CL1/CL2×R≤X≤CL1/CL2×r
对于水浸探伤钢管0.251R≤X≤0.458r 取平均值X=1/2（0.251R+0.458r） ②水层厚度的选择：要求水层厚度H大于钢管中横波全声程的1/2（即H>XS），这是因为水/钢界面的第二次回波S2将位于管子的缺陷波F内（一次波）F外（二次波）之后，这样，有利于对缺陷判别。
③焦距的选择：F=H+（R2-X2）0.5
④声透镜的曲率半径r`  由F=2.2r`得r`=0.46F  
也可有  r`=C1-C2/C1*F  C1-声透镜的纵波声速   C2-水中的纵波声速
五
1、水浸重合波探伤钢板，根据钢和水中的声速，可得各次重合波水层厚度H与钢板厚度δ的关系为：H=n·C水/C钢δ=n·δ/4    n—重合波次数
2、复合材料超声波探伤，
当不考虑介质衰减和扩散衰减，且底面全反射时，底波B1与复合界面反射波S（复合良好）的dB差值为：
△BS=20lg︱B1/S︳=20lg︱T/r︳=20lg︱1-r2/r︳式中 r—复合界面声压反射率，r=Z2-Z1/Z2+Z1  T—复合界面声压往复透射率T=1-r2
当底面不是全反射，其反射率为r’,则这时底波B1与复合界面反射波S（复合良好）的dB差值为：
△ BS=20lg︱B1/S︳=20lg︱Tr’/r︳=20lg︱(1-r2)r’/r︳
式中 r’—底面声压反射率，r’=Z3-Z2/Z3+Z2
六   当量计算法
对于同距离平底面或实心圆柱体曲底面与平底孔回波分贝差；
△=20lgPB/Pf=20lg2λXf/D2fπ
对于不同距离平底面或实心圆柱体曲底面与平底孔回波分贝差；
△=20lgPB/Pf=20lg2λX2f/D2fπXB
对于空心圆柱体同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差；
△=20lgPB/Pf=20lg2λXf/D2fπ±10lgd/D  
外圆探伤用‘+’，内圆探伤用‘-’。
当试块厚度、平底孔直径与所调节的工件厚度和要求φ2平底孔不同时：△=20lgPB/Pf=40lgDf1X1/Df2X2
（一般设被利用的试块平底孔回波声压为PB，所要得到的工件φ2平底孔回波声压为Pf）
①当量计算法：  当用平底面或实心圆柱体曲底面调节探伤灵敏度时，当量计算公式为；  △Bf=20lgPB/Pf=20lg2λX2f/D2fπXB+2X(Xf-XB)
  当用空心圆柱体内孔或外圆曲面调节探伤灵敏度时，当量计算公式为；
       △Bf=20lgPB/Pf=20lg2λX2f/D2fπXB±10lgd/D +2X(Xf-XB)
七
1、焊缝两侧探测面的修整宽度P，一般根据母材厚度来确定；厚度为8-46mm的焊缝采用二次波探伤，探测面修整宽度为：P≥2KT+50 mm；厚度大于46mm的焊缝采用一次波探伤，探测面修整宽度为：P≥KT+50 mm；
2、缺陷位置的测定方法有几种？
  缺陷定位方法有；声程、水平、深度定位法。
①声程定位法：当仪器按声程1：n调节时；
一次波探伤：lf=nτfsinβ  df= nτfcosβ
二次波探伤：lf=nτfsinβ  df= 2T-nτfcosβ
②水平定位法：当仪器按水平1：n调节时；
一次波探伤：lf=nτf       df= nτf/K
二次波探伤：lf=nτf       df= 2T- nτf/K
③深度定位法：当仪器按深度1：n调节时；
一次波探伤： df= nτf       lf=nτf K     
二次波探伤： df= 2T- nτf   lf=nτf K      

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