超聲檢測計算題類實用教案

1、1 1、波長、波長(bchng)(bchng)、頻、頻率和波速率和波速Cf1第1頁/共80頁第一頁，共81頁。 例題例題(lt)1(lt)1（）鋁（）鋁（A1A1）的縱波聲速為）的縱波聲速為6300m/s6300m/s，橫波聲速為，橫波聲速為3100m/s3100m/s，試計算，試計算2MHz2MHz的的聲波在鋁（聲波在鋁（A1A1）中的縱、橫波波長？）中的縱、橫波波長？ 解：已知解：已知CL=6300m/s, Cs =3100 m /s CL=6300m/s, Cs =3100 m /s f=2 f=2106 Hz =C/f106 Hz =C/f 縱波縱波L=CL/f=63L=CL/f=63

2、106/2106/2106106（mmmm） 橫波橫波s=Cs/f=3.1s=Cs/f=3.1106/2106/2106106（mmmm）2第2頁/共80頁第二頁，共81頁。2 2、 聲阻抗聲阻抗ZC3第3頁/共80頁第三頁，共81頁。 例題例題2 2 甘油的密度為甘油的密度為1270kg/m31270kg/m3，縱波聲速，縱波聲速(shn s)(shn s)為為1900m/s1900m/s，試計算其，試計算其聲阻抗？聲阻抗？ 解：已知解：已知CL=1900m/sCL=1900m/s1.9 1.9 103 m/s,103 m/s, =1270kg/m3 =1.27 =1270kg/m3 =1.

3、27103kg/m3 103kg/m3 Z= C=1.9 Z= C=1.9 103 103 1.271.27103103 =2.4 =2.4106kg/m2s106kg/m2s4第4頁/共80頁第四頁，共81頁。 3 3、波高比的分貝、波高比的分貝(fnbi)(fnbi)值值1220lgHH 5第5頁/共80頁第五頁，共81頁。 4 4、聲壓、聲壓(shn y)(shn y)反射反射率率t t和聲壓和聲壓(shn y)(shn y)透透射率射率（）（）2121ZZrZZ2212ZtZZ6第6頁/共80頁第六頁，共81頁。 例題例題3 3 不銹鋼與碳素鋼的聲阻抗約差不銹鋼與碳素鋼的聲阻抗約差1%

4、1%，試計算，試計算(j sun)(j sun)超聲波由不超聲波由不銹鋼進入碳鋼時，復(fù)合界面上的聲壓反射率。銹鋼進入碳鋼時，復(fù)合界面上的聲壓反射率。 解：設(shè)碳鋼的聲阻抗解：設(shè)碳鋼的聲阻抗Z Z鋼鋼=1=1，則不銹鋼的聲阻抗，則不銹鋼的聲阻抗Z Z不不 7第7頁/共80頁第七頁，共81頁。4 4、聲壓、聲壓(shn y)(shn y)往復(fù)透射往復(fù)透射率率（、）（、）2221211)(4rZZZZT往)1 (2rrT往2323ZZZZr8在底面全反射的情況下，聲壓往復(fù)透射率與聲強透射率在數(shù)值(shz)上相等P38第8頁/共80頁第八頁，共81頁。4 4、聲壓往復(fù)、聲壓往復(fù)(wngf)(wngf)透

5、射率透射率（波高比）（波高比）界面回波與底面回波界面回波與底面回波dBdB差值差值rrrTBS21lg20lg20rrrrTrBS2)1 (lg20lg202323zzzzr9第9頁/共80頁第九頁，共81頁。 鈦鋼鈦鋼22ZZ27.4-4.6r=0.25Z +Z27.4+4.6T=1-r =1-0.25 =0.9375r0.25=20lg=20lg-11.46(dB)T0.9375ZZ1.527.4=0.896Z +Z1.5+27.4r=20lg(dB)T r- r0.2520lg10.50.9375 0.896水鈦水鈦 例題例題 從鋼材一側(cè)探測剛鈦復(fù)合板，已知從鋼材一側(cè)探測剛鈦復(fù)合板，已知

6、=46=46106kg/m2S106kg/m2S， =1.5 =1.5106kg/m2S106kg/m2S，=27.4=27.4106KG/m2S106KG/m2S求求 * * *a. a. 界面聲壓界面聲壓(shn y)(shn y)反射率反射率 * * *b. b. 底面聲壓底面聲壓(shn y)(shn y)反射率反射率 * * *c. c. 界面回波與底面回波界面回波與底面回波dBdB差差 * * * *d. d. 如將鈦底面浸在水中，問此時的界面回如將鈦底面浸在水中，問此時的界面回波與底面回波差多少波與底面回波差多少dBdB？ 解：解：10第10頁/共80頁第十頁，共81頁。5 5、

7、折射、折射(zhsh)(zhsh)定律定律（、）（、）21sinsinCC22111sinsinsinsinsinSsLLSsLLLLCCCCC11第11頁/共80頁第十一頁，共81頁。 例題：（） 采用鋼焊縫探傷用的K=1斜探頭（C L1=2700m/s，鋼Cs=3200m/s）。檢驗?zāi)撤N硬質(zhì)合金(yn zh h jn)焊縫（Cs=3800m/s），其實際K值為多大？ 解：K=1 tg1=1 1=45O 根據(jù)折射定律： K2o 12111sinsinSLCC5966. 045sin32002700sinsin121oSLCC221sinsinSLCC8397. 05966. 02700380

8、0sinsin122LSCCo1 .579387. 0sin12第12頁/共80頁第十二頁，共81頁。6 6、臨界角、臨界角（）（）211sinLLICC211sinSLIICC111sinLSIIICC13第13頁/共80頁第十三頁，共81頁。例題： 解： 已知鋼中CL=5900m/s，CN=3230 m/s，水中CL=1480m/s，超聲波傾斜(qngxi)入射到水/鋼的界面。求1和II。12110sin1480sin14,55900LILCC12110sin1480sin27.33230LIISCC14第14頁/共80頁第十四頁，共81頁。7 7、材料、材料(cilio)(cilio)衰

9、減系數(shù)衰減系數(shù)P52)3()(2)/lg(20dB15 . 0）反射損失：NTTmnBBnm15)3(2-6)/1lg(206dB;15 . 02）擴散衰減引起的損失反射損失：NTTBB第15頁/共80頁第十五頁，共81頁。8、單一介質(zhì)縱波(zn b)波源近場長度24SSFDN16第16頁/共80頁第十六頁，共81頁。例題例題(lt) (lt) ：試計算：試計算5P14SJ5P14SJ探頭，在探頭，在水中（水中（CL=1500m/sCL=1500m/s）的指向角和）的指向角和近場區(qū)長度？近場區(qū)長度？ （度；（度；163163毫米）毫米） 解：已知解：已知f=5MHz=5f=5MHz=5106H

10、z106Hz，D=14mmD=14mm，CL=1500m/s=1.5CL=1500m/s=1.5106mm/s106mm/s， =C/f =C/f =1.5 =1.5106 /5106 /5106106（mm)mm) N= N=（D2/4D2/4）=142/4=142/40.3=1630.3=163（mm) mm) 17第17頁/共80頁第十七頁，共81頁。9、半擴散(kusn)角10sin1.2270SSDD1010sin5722sin5722aabb18a或b一定平行(pngxng)于所在的坐標軸面第18頁/共80頁第十八頁，共81頁。 例題：試計算率例題：試計算率f=5MHZf=5MHZ

11、，邊長，邊長=13mm=13mm的方晶片，在鋼中的方晶片，在鋼中（CL=5900m/sCL=5900m/s）主聲速半擴散角為多）主聲速半擴散角為多少度？少度？ 解：因為解：因為(yn wi)(yn wi)是正方形，不存在是正方形，不存在a a和和b b的問題的問題6605.9 101.185 101.185757513Cmmfa19第19頁/共80頁第十九頁，共81頁。1010、未擴散區(qū)、未擴散區(qū)未擴散區(qū)內(nèi)未擴散區(qū)內(nèi)(q ni)(q ni)，平均聲壓可看做常數(shù)。，平均聲壓可看做常數(shù)。1.64bN20第20頁/共80頁第二十頁，共81頁。例題例題(lt)(lt)： 已知鋼中已知鋼中CL=5900

12、m/sCL=5900m/s，水中，水中CL=1480m/sCL=1480m/s，求、，求、20mm20mm縱波進探頭縱波進探頭在鋼和水中輻射的縱波聲場的近場區(qū)長在鋼和水中輻射的縱波聲場的近場區(qū)長度度N N、半擴散角、半擴散角00和未擴散區(qū)長度和未擴散區(qū)長度b b各為各為多少？（毫米；度；毫米；毫米；度；多少？（毫米；度；毫米；毫米；度；277277毫米）毫米）解：解：225,92.362.52042.444 2.361.641.64 42.469.5CmmfDNmmbNmm21第21頁/共80頁第二十一頁，共81頁。11、近場區(qū)在兩種介質(zhì)(jizh)中的分布出現(xiàn)零或負值如何考慮？P6321S1

13、22222122CDCN=N -L=-LC4CN -介質(zhì)II中的近場長度C -介質(zhì)I中的波速C -介質(zhì)II中的波速 -介質(zhì)II中的波長22第22頁/共80頁第二十二頁，共81頁。例題例題(lt)(lt)：用：用CL=2730m/sCL=2730m/s，、，、20mm20mm的縱波直探頭水浸探傷鋼板，的縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為已知水層厚度為20mm20mm，鋼中，鋼中CL=5900m/sCL=5900m/s，水中，水中CL=1480m/sCL=1480m/s，求鋼中近場長度為多少？求鋼中近場長度為多少？ 解：解：21S122222CDCN=N -L=-LC4C=2014802037

14、.44 2.365900mm23第23頁/共80頁第二十三頁，共81頁。1212、橫波、橫波(hngb)(hngb)近場長近場長coscos2sSFN 24第24頁/共80頁第二十四頁，共81頁。13、斜探頭(tn tu)在介質(zhì)中的近場長度tgtgLFLNNsS122coscos25減去探頭內(nèi)部占有的近場長度L2:入射點到假想波源(byun)的距離第25頁/共80頁第二十五頁，共81頁。14、規(guī)則反射體的回波(hu b)聲壓（平底孔）220 xFFPPfSf122112xxlg4026第26頁/共80頁第二十六頁，共81頁。14、規(guī)則反射體的回波(hu b)聲壓（長橫孔）xDxFpPfsf22

15、031232112xxlg1027第27頁/共80頁第二十七頁，共81頁。14、規(guī)則反射體的回波(hu b)聲壓（短橫孔）ffsfDxlxFpP2028第28頁/共80頁第二十八頁，共81頁。14、規(guī)則(guz)反射體的回波聲壓（球孔）xxFpPsf4021222112xxlg2029第29頁/共80頁第二十九頁，共81頁。14、規(guī)則反射體的回波聲壓(shn y)（大平底面和實心圓柱曲面）1212xxlg2030 x2FPPs0第30頁/共80頁第三十頁，共81頁。312121123131134 20040lg40lg0()2 400回波高度 24 024()2 20040lg40lg-24(

16、)2 800回波高度 24 （ 24）0()xdBxdBxdBxdB 回波聲壓計算(j sun):例題1:已知x3N，200mm處2平底孔回波高為24 dB，求400mm處4平底孔和800mm處2平底孔回波高各為多少dB？ 解：第31頁/共80頁第三十一頁，共81頁。320220200222242422224223.14371.692222 2.361ssffssffffP F FPxP FDPxxP FP FDPPxxxDXmmxxD 平底孔 長橫孔 例題2 試計算(j sun)在遠場，頻率為的超聲波探測3平底孔與1長橫孔回波高相等時的聲程。 解：第32頁/共80頁第三十二頁，共81頁。15

17、、 DGS（AVG）曲線(qxin)33xANDfGDS=歸一化距離歸一化缺陷當(dāng)量第33頁/共80頁第三十三頁，共81頁。例題例題: :用用2P20Z2P20Z直探頭，檢驗厚度為直探頭，檢驗厚度為340mm340mm的餅形鋼鍛件，要求探傷的餅形鋼鍛件，要求探傷(tn (tn shng)shng)靈敏度為靈敏度為4mm4mm，如利用通用型，如利用通用型A A、V V、G G曲線以底波調(diào)整探傷曲線以底波調(diào)整探傷(tn (tn shng)shng)靈敏度，試計算靈敏度，試計算A A和和G G。 解：解：225.92.952203444 2.95340103440.220fCmmfDNmmxANDGD

18、34第34頁/共80頁第三十四頁，共81頁。16、壓電晶片頻率(pnl)常數(shù)NP10120LCtfN35第35頁/共80頁第三十五頁，共81頁。例題：例題： 某探頭晶片的波速為某探頭晶片的波速為CL=5740m/sCL=5740m/s，晶片厚度，晶片厚度(hud)(hud)，求，求該探頭的標稱頻率為多少？該探頭的標稱頻率為多少？ 解：解：066025.74 105 1022 0.574llCNt fCfHzt 36第36頁/共80頁第三十六頁，共81頁。17、儀器(yq)水平線性誤差%1008 . 0maxba37第37頁/共80頁第三十七頁，共81頁。例題：用IIW試塊測定儀器的水平性線，當(dāng)

19、B1 、B5分別對準(du zhn)和時，B2 、B3 、B1分別對準(du zhn)、，求該儀器的水平線性誤差多少？ 解：3maxmax65.920.08100%0.80.08100%1%0.8 10Baab：38第38頁/共80頁第三十八頁，共81頁。18、儀器垂直(chuzh)線性誤差：)%(21ddD39第39頁/共80頁第三十九頁，共81頁。19、底波法調(diào)節(jié)靈敏度（平行(pngxng)底面和圓柱曲底面）4022220lgfBxx（大平底與平底孔距離不同，Xf:平底孔 XB大平底距離）第40頁/共80頁第四十頁，共81頁。19、底波法調(diào)節(jié)(tioji)靈敏度（空心圓柱體）Ddxflg1

20、02lg20241第41頁/共80頁第四十一頁，共81頁。1919、借助、借助(jizh)(jizh)平底孔試塊調(diào)平底孔試塊調(diào)節(jié)靈敏度節(jié)靈敏度12122140lgxx42第42頁/共80頁第四十二頁，共81頁。例題：例題： 用探頭用探頭(tn tu)(tn tu)徑向探測徑向探測500mm500mm的圓柱形工件，的圓柱形工件，CL=5900m/sCL=5900m/s，如何利，如何利用工件底波調(diào)節(jié)用工件底波調(diào)節(jié)500/2500/2靈敏度。靈敏度。 解解: :mmfC36. 25 . 2590022220lg2 2.36 50020lg45.53.14 2xdB 43備注：大平底除以平底孔，以基準

21、試件調(diào)好靈敏度后，數(shù)值為正，則需要增益，反之(fnzh)，需要衰減 第43頁/共80頁第四十三頁，共81頁。 例題例題(lt)(lt)：用探頭探傷為：用探頭探傷為400mm400mm的工的工件，如何利用件，如何利用150mm150mm處處44平底孔調(diào)節(jié)平底孔調(diào)節(jié)400/2400/2靈敏度？靈敏度？ 解：解：122140lg4 40040lg292 150 xxdB 44第44頁/共80頁第四十四頁，共81頁。解：1） 2）22225.92.362.5220lg10lg2 2.36 20070020lg10lg35.53.14 21100220lg10lg2 2.36 20070020lg10l

22、g39.53.14 21100ffCmmfxdDdBxdDdB 45用2.5P 14Z直探頭檢驗(jinyn)外徑1100mm，壁厚200mm筒行鍛鋼件（X L=5900 m/s）。（1）在外圓周作徑向探傷時，如何用內(nèi)壁曲面回波調(diào)節(jié)探傷靈敏度（=2mm）？ （2）在內(nèi)壁作徑向探傷時，如何用外壁曲面回波調(diào)節(jié)探傷靈敏度（=2mm）？注：lg700/1100一定是負值第45頁/共80頁第四十五頁，共81頁。20、當(dāng)量計算法評定缺陷（平面(pngmin)和實心圓柱曲底面）)(22lg2022BfBfBfxxxx46適用于平底面和實心圓柱曲底面（相當(dāng)于大平底聲壓公式）調(diào)節(jié)靈敏度，來計算缺陷當(dāng)量的情況下，

23、Xf：平底孔缺陷至探測面的距離，XB，平面底面至探測面的距離大平底除以平底孔得上式。Bf：底波與平底孔缺陷的回波分貝(fnbi)差。（Xf-XB）一定與分子分母對應(yīng)起來。2a（xf-Xb）分別得正或得負的意義？第46頁/共80頁第四十六頁，共81頁。20、當(dāng)量計算(j sun)法評定缺陷（空心圓柱體）22220lg10lg2 ()fBfBxdxDxx 47第47頁/共80頁第四十七頁，共81頁。20、已知靈敏度后，由當(dāng)量計算法評定缺陷(quxin)（以平底孔為基準）1212212140lg2 ()xxxx48（以平底孔為基準，平底孔對平底孔）注意X2-X1一定與分子分母對應(yīng)(duyng)起來。

24、第48頁/共80頁第四十八頁，共81頁。定量(dngling)計算題例題:用2MHz，20直探頭對鍛件探傷(tn shng)，發(fā)現(xiàn)距探測面240mm處有一缺陷，其回波高度比150/2試塊平底孔回波高6dB。求此缺陷的平底孔當(dāng)量。 解：12211640140lg15040lg62 240104.520.3125xxmm 49第49頁/共80頁第四十九頁，共81頁。例題：鍛鋼件厚度320mm，用，20直探頭探傷。發(fā)現(xiàn)距探測面240mm處有一波高為36dB的缺陷波，而探頭在工件完好處測得底面回波(hu b)高度為52dB。求此缺陷的平底孔當(dāng)量 解：222216205,92.362.5220lg2 2

25、.36 24020lg5236163.143202706.5410fBfBCmmfxxmm50第50頁/共80頁第五十頁，共81頁。*例題:用，20直探頭探測厚度350mm的鍛鋼件，探傷靈敏度在200/2平底孔試塊上校正，當(dāng)試塊平底孔回波達基準高度時，測得工件中150mm處有一波高16dB的缺陷，求此缺陷的平底孔當(dāng)量。（試塊材質(zhì)衰減不計，工件材質(zhì)衰減為雙，工件與試塊耦合差4 dB）注意此處 用試塊校準，所以僅僅考慮工件150mm距離的材質(zhì)衰減、在試塊衰減不計的情況下。如果不是因為衰減存在，也許(yx)波高會更高。所以加上7dB，這種情況絕對不能用a（X2-X1）。假如考慮試塊衰減如何做？解：1

26、2312121234011640.02 1502320040lg40lg2 150105.630.667xxmm 51第51頁/共80頁第五十一頁，共81頁。綜合計算題： 有一鍛鋼曲拐，用4MHz，14直探頭(tn tu)探測其軸頸（直徑）280mm），要求3當(dāng)量缺陷不漏檢，問利用曲拐的扇形平面（厚320 mm）如何調(diào)探傷靈敏度？（曲率補償6dB，材質(zhì)衰減不計），探測時發(fā)現(xiàn)距探測面180mm處有一波高為10dB的缺陷，求此缺陷的平底孔當(dāng)量。 解：2222121122110405.91.474.022 1.4728020lg20lg283.1433202863428040lg40lg103 18

27、0103.420.5185BCmmfxxdBxxmm 52第52頁/共80頁第五十二頁，共81頁。解：用，14直探頭(tn tu)探測厚度300mm的鍛鋼件，技術(shù)條件規(guī)定不允許2當(dāng)量缺陷存在，材料衰減系數(shù)為，利用工件底面如何調(diào)節(jié)探測靈敏度？在此靈敏度下發(fā)現(xiàn)距探測面200mm處有一缺陷，其最高回波為22dB，問此缺陷當(dāng)量？ 在本體上調(diào)節(jié)的公式。221212212111184015.92.362.5222.3630020lg20lg413.14240lg2 ()30040lg20.02(300200)220030040lg224182200103.760.75fCmmfxdBxxxxmm 53第5

28、3頁/共80頁第五十三頁，共81頁。例題： 用2.5P 20Z直探頭檢驗厚度為380mm的鋼鍛件（C L=5900m/s），材質(zhì)衰減系數(shù)。檢驗中在130mm深發(fā)現(xiàn)(fxin)一缺陷，其波幅較底波低7 dB。求此缺陷當(dāng)量多大？ 解：222212205.92.362.5220lg2 ()22.36 13020 lg20.01(130380)3.143807751266.84.110fBffBBcmmfxxxxlmm 54第54頁/共80頁第五十四頁，共81頁。 例：用Z，20直探頭，探測厚400mm鍛鋼件，要求檢測靈敏度不低于4平底孔當(dāng)量，已測得工件一次底波高100，二次底波高為20，若考慮衰減，

29、 問： 如何用工件底面調(diào)探傷靈敏度？（CL鋼5900/s） 用150/2平底孔試塊如何調(diào)靈敏度？（試塊與工件材質(zhì)相同，表面偶合補償差4dB） 上述(shngsh)靈敏度下發(fā)現(xiàn)探測面下300mm缺陷波比基準高20dB，求缺陷當(dāng)量。第55頁/共80頁第五十五頁，共81頁。 解： dB20lg 20lg 20lg 注意此處：因為(yn wi)在本體上調(diào)節(jié)，不存在材質(zhì)衰減補償。 先求材質(zhì)衰減系數(shù)： 雙 PPB242X2414.340036.22400620100lg20第56頁/共80頁第五十六頁，共81頁。 第57頁/共80頁第五十七頁，共81頁。 再求150/2與400/4dB差 dB120lg

30、40lg 5dB 材質(zhì)(ci zh)引起dB差為 dB2（400-150）雙5dB 42PP150*4400*2第58頁/共80頁第五十八頁，共81頁。 表面補償： dB34dB dB總dB1+ dB2+ dB35+5+414Db 將150/2反射波調(diào)至基準( jzhn)高再提高14dB。第59頁/共80頁第五十九頁，共81頁。 dB120lg =20lg =20lg dB （400-300）雙2dB 則 20-220lg ,即1840lg ,解得：X。 4PPX22223004400X92X92X3X第60頁/共80頁第六十頁，共81頁。 見課本(kbn)P266例題第61頁/共80頁第六十

31、一頁，共81頁。2626、重合法、重合法(hf)(hf)探傷探傷4nTH 62第62頁/共80頁第六十二頁，共81頁。 解：用水浸二次重波合法探傷T=40mm的鋼板，儀器在鋼板上按1：2調(diào)節(jié)掃描速度，并校正“0”點。求： （1）水層厚度為多少？ （20毫米） （2）鋼板中距上表面12mm處的缺陷(quxin)回波的水平刻度值為多少？ （格） （3）示波屏上 =50處缺陷(quxin)在鋼板中的位置？ （20毫米）12 401204424012 f =40+4623(5040) 220nTHmmmm12、20 4、S2、f63備注(bizh)：20*4相當(dāng)于多少鋼，除以2后 表示刻度值第63頁/

32、共80頁第六十三頁，共81頁。21、外圓面周向橫波(hngb)可檢測最大壁厚2(1)2(1)21mDTSinDKK64第64頁/共80頁第六十四頁，共81頁。計算題、）例題(lt)（）解：mmKKDTm6 .31)894. 01 (300)2121 (2600)11 (222065第65頁/共80頁第六十五頁，共81頁。22、焊縫(hn fn)缺陷定位（聲程法）cossinsdsl2211KsdkKslcos2sinsTdsl22121KsTdKKsl66第66頁/共80頁第六十六頁，共81頁。22、焊縫缺陷(quxin)定位（水平法）Kldl直讀KlTdl2直讀67第67頁/共80頁第六十七頁，共81頁。22、焊縫(hn fn)缺陷定位（深度法）直讀dKdl2dTdKdl68第68頁/共80頁第六十八頁，共81頁。計算題（）例題(lt)（）解：6022 2550 30 2022fddTmm 602.57522fdLKmm69第69頁/共80頁第六十九頁，共81頁。例題(lt)：（）解