超声波检测主要公式

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1、UT主要公式共12页第1页超声波检测主要公式1.物理基础部分：1 .11 fTf 一频率：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 .2c九=f 一波长，波在一个周期内所传播的路程；UT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第#页c_波速，波在单位时间内所传播的距离UT主要公式共12页第5页0点传播到B点所需的时间(t-x/c)的位移，即：设B为波线上任意一点，距原点0的距离为x.因为振动从 为x/c,所以B点处质点在时间t的位移等于0点上质点在时间1.3y = Acos (t x / c) = Acos( t -kx)2 TT圆频率，即1秒钟内变化的弧度数Tk

2、 -波数.k二一二莎1.42 ,PmI =2ZI 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.Z _声阻抗.其能直接表示介质的声学性质.数值上Z1.5p.H .：dB = 20 lg - = 20 lg -p 2H 2P.和p2 -两个比较声压.分母中的p2为基准声压H .和 H 2 一两个比较的反射回波幅度.分母中的H 2为基准反射回波幅度1 .6声速 c = E k PE -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 丄/L之比. F /S.丄/ LT -介质的密度等于介质的质量M与其体积V之比，即

3、亍=M /Vk -与介质的泊松比二有关的常数；-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；=AL/L之比，即；-；_,/；1.7在钢中 c /Ct : 1.82;cr : 0.92ct1 .8反射折射定律sin :-1 sin :-1，sin :-1 sin I sin -tcl1ct1cl 2Ct 2厲，、冷，、込分别是第一介质的纵波入射角，纵波反射角，横波反射角C!,ct1,cl2,ct2 -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 -t -分别是第二介质纵波折射角，横波折射角1.9第临界角:纵波斜入射时，第二介质折射纵波的折射角等于90时的纵

4、波入射角为第临界角。1:-1 二 sin 一c11;有机玻璃/钢:C 2:-1 =27.2;水 / 钢：| =14.7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90时的纵波入射角为第二临界角。._L. | 二 sinC11;有机玻璃/钢Ct2:=56.7;水 /钢：=27.7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90时的横波入射角为第三临界角川二sin亠业；钢/空气5:、厂u = 33.21.10垂直入射时的反射率和透过率声压反射率:反射声压Pa与入射声压p之比paL 二二pZ2 -乙乙乙声压透过率:透过声压pt与入射声压p之比t 一巴一t pp2Z2；Z1 Z

5、2 ；故:1 - rp二 tp声强反射率:反射声强I a与入射声强I之比aR一 = r12p声强透过率:透过声强I t与入射声强I之比D暑=12-rp ；I故：R D =1声压往复透过率：探头接收的返回声压pt与入射声压p之比.Tp =匹=匹 =tpi tp2 =1 - rp;故Tp在数值上等于DP p ptUT主要公式共12页第6页UT主要公式共12页第7页1 .11超声波垂直入射平面界面的四种常见情况.乙如超声波从水入射至钢中:rp46-1.50.973 ;tp =1 - rp =1.9731.546:Z勺如超声波从钢入射至水中:rp1.5460.937 ;tp = 1 rp 二 0.06

6、3461 .5:乙如超声波入射到钢试件底面;探头直接置于空气中rp0.0004 -461;tp =1- rp=046 +0.0004Z !Z 2如超声波入射至普通碳钢焊缝金属与母材金属界面：UT主要公式共12页第#页因两者声阻抗仅差约1 %,故 rp0.010.5%; tp =1 - rp 11.99UT主要公式共12页第8页UT主要公式共12页第9页1 .12多层平面上垂直入射的反射率与透过率情况均匀介质中的异质薄层(Z1 =Z.Z2)声压反射率 ：r二21m -4 msin匕11 2.22nd 211 + 一m1 sin1 4m丄為i1m1 12sin2 nd 21(4m)声压透过率 :t

7、二d2 异质薄层厚度；2 -异质薄层中的波长m -两种介质声阻抗之比乙,m -Z2由上述公式可知(a).当d2 = n 二n为正整数 时,r ： 0,t :T,超声波全透过2(b).当d2 =(2n1) 丄n为正整数 时,即异质薄层厚度等于4薄层两侧介质不同的双界面(Z, =z2 =z3)如晶片 一保护膜 一工件，其声强透过率为：,几乎无反射，常称为半波透声层.1波长的奇数倍时，t最低r最咼.44Z! Z32乙Z3 cos+ Z2 +乙JZ22.2 2闇2sin 由上式可知(a).d2 =nn为正整数2则通过薄层的声强透过(b).d2 =(2n 1) 2 n为正整数，且Z2 =4时：T = 4

8、乙乙2 ;若薄层厚度等于半波长的整数倍，(Z1 +Z3)率T与薄层的性质无关，好象不存在薄层一样Z-Zs时：T二 4乙乙Z +乙乙厶2I 乙2 = 1;超声波全透射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,d 2 .2nd 2O, sin 0, 0, t :.21,回波幅度提高故现场检测要保持压力尽可能稳定UT主要公式共12页第10页1.13衰减系数的测定和计算(1) 试件厚度：2NT 200伽V1 2 dB -6dB -dB / mmUT主要公式共12页第#页2T(3) 薄试件(试件中多次底波的声程在未扩散区内Vm n -2(n -m)TdB / mmUT主要公式共12页

9、第#页UT主要公式共12页第#页1.14声压公式活塞波声压公式UT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第#页=2 p。sinUT主要公式共12页第12页p -离声源距离 S处的声压 po -声源的起始声压D -声源直径(1) 球面波声压公式(2) 近场区公式2D A N :，声轴线上最后一个声压极大值点至声源的距离4 N -近场区长度A -晶片的面积(a) 第二介质剩余近场区长度NciD2Nli4 .；,2 C2h 一第一介质厚度G和c2 一第一和第二介质声速2 一第二介质声波波长.(b) 横波在第二介质中的近场区长度NFs cos Btg aN -l1 -2 cos 二tg -Fs 晶

10、片面积. s2 -第二介质中的横波波长 h -入射点至晶片距离.二纵波入射角.1 -横波折射角.(c) 非扩散区长度 b 1.64N(3) 指向角公式(a) 圆晶片指向角：vo =70 D(b) 正方晶片 (a a)指向角：札=57 a(c) 长方形晶片(a b)指向角：.aH =57a.b-凤=57 b(4) 大平底面回波公式2HD1Pb 二 Po -4 Sb 2两个不同距离大平底面回波的dB差：厶dB =20lg卫吐=20 lg;即大平底回波声程差一倍,声压差6dB.P B2SB1(5) 平底孔回波公式兀D 2捕2= Po 4 AS 4 AS两个不同距离和不同孔径平底孔回波声压的dB差：人

11、P1S2&B =20 lg 中=40 lg 1P 电%S1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 .UT主要公式共12页第13页UT主要公式共12页第14页(7)长横孔回波公式PPW22S :两个不同距离不同孔径长横孔的回波声压dB差：空P单.：dB =20 lg - =10 lgPep同孔径，声程差一倍同声程，孔径差一倍，长横孔回波声压差，长横孔回波声压差9dB;3dB.(8)短横孔回波公式.短I 4 LS短2 S短两个不同孔径 ，不同距离的短横孔回波.42:短1 S短2 1短11g42短2 S短1 1短2，短横孔回波声压差 ，短横孔回波

12、声压差P 短二 Po声压dB差：.p短1.：dB = 20 lg二 10P短2同孔径，声程差一倍同声程，孔径差一倍(9)球孔回波公式12dB ；3dB.2兀DdPd = Po4/-Sd4 Sd两个不同孔径不同距离的球孔回波声压dB差:.：dB =20 lg 巴1 =20P d 2同孔径，声程差一倍同声程，孔径差一倍d 1Sd 2d 2Sd1,球孔回波声压差,球孔回波声压差lg12dB ;6dB .(10)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:2D1 S;即实心圆柱体径向检测4 SB2 的底波声压与大平底回波声压相同(b )空心圆柱体从外圆面径2兀DsP外二 Po

13、 -4 /-SbD-空心圆柱体外圆直径d -空心圆柱体内孔直径(c)空心圆柱体从内孔面径2兀DsP内二 Po -4 /-S b12向检测，其圆柱曲底面回波声压为向检测，其圆柱曲底面回波声压为:UT主要公式共12页第15页(11)不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差:：dB =20lgPbPf22 &S f -20 Ig 厂二D f Sb(12)考虑衰减系数时应)：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2Pb2 入Sf.：dB =20 Ig - =20lg 22: (Sf - Sb)p fHD f SB(13)考虑衰减系数时，不同距离不同孔径两平底孔回波声压 应):d

14、B差(即与探伤仪实测情况对idB =20 Ig P =40 IgP1 2(S2 -SJ2S1UT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第#页2. 缺陷位置2.1平面检测2.1.1声程定位(a)缺陷水平距离(c)缺陷深度UT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第#页一次波:d f!=Sf1 cos ： = n . f t cos :1 f1S f 11k2二次波=2T S f 2 cos三次波=S f 3 cos - - 2TIf3-2T四次波:d f4=4T Sf4cos -=4TUT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第16页2.1.2水平定位(a)缺陷水平距离(b)缺陷深度

15、n fdf-(当缺陷分别是二次波、k三次波或四次波发现时 ，按2.1.1方法计算缺陷深度)2.1.3深度定位(a)缺陷水平距离UT主要公式共12页第17页(b)缺陷深度,按2.1.1方法计算缺陷深度)df =n .f (当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时 22曲面检测2.2.1圆柱曲面外圆检测(a)缺陷深度H = R 一 . (kd )2 - (R -d)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uR1 kdltg -180 R -d2.2.2圆柱曲面内孔检测(a) 缺陷深度: 2 2h = kd r d - rr-试件内半径.(b) 缺陷水平弧长nr丄

16、kdltg -180 r dTmk2科2.2.3横波外圆周向探测圆柱形筒体试件时的最大探测厚度-1 1 -sin23. 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Sx : 0.76 dd -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X13d cos 30:T.3dUT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第18页d -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o 丄 15900ox2 =d cos 35.6d cos 18.8-1 .67 d232303.3 61 反射波（在I I W试块上的声程）U

17、T主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第#页x61 =7025 cos 61o 3525sin 61。59003230:82UT主要公式共12页第19页3.4 45反射波（在I I W试块上的声程）x45 =70 _25 cos 45 35 _ 25 sin 45 :704钢板水浸检测水层厚度公式c水I =nTc钢I 一水层厚度n _重合次数T-钢板厚度c水一水的纵波速度 c钢一钢的纵波速度5小径管水浸检测5.1偏心距x偏心距平均值xR 一小径管外半径 r 一小径管内半径0.251 R 0.458 r2UT主要公式共12页第#页UT主要公式共12页第20页5.2焦距F:22F 二 H 、R - xH -水层厚度5.3声透镜的曲率半径F =2.2r即 r =0.455 Fr_声透镜曲率半径6复合层检测6.1复合良好时，底面回波与复合界面回波的dB差（底面与空气接触,超声波在底面全反射）Pb=20 IgPsr=20 IgZ - Zr -复合界面声压反射率.r二$厶1ZZ26.2复合良好时，底面回波与复合界面回波的 dB差（超声在底面不是全反射，底面反射率为r UT主要公式共12页第21页UT主要公式共12页第#页. dB bs =20 lgPb=20 lg2(1 -r )rPsr 一底面声压反射率, Z3 _Z2 .r: