超聲波課后習(xí)題答案

超聲檢測公式及計算題

武玉林

二0一一年5月

*1.1鋁(AI)的縱波聲速為6300m/s,橫波聲速為3100m/so試計算

2MHz聲波在鋁中的縱、橫波波長。

c=Af—yA=~

解：

,Q6300xlO3、

=—^=-------=3.15(m/w)

f2xl06

,C3100xl03…/、

A=~s=-------=1.55(7W7W)

Sf2xl06

*1.2甘油的密度為1270kg/m3,縱波聲速為1900m/s,計算其聲阻抗。

z—pc

Z=pc=1270xl900?2.4xl06Jlg//n2-5

解：

1.45P20X10K2探頭,楔塊中聲速CLi=2700m/s,鋼中聲速CL2=59探m/s,

Cs2=3200m/s,求探頭入射角為多少度？

smasmp

K=tg°

0”Cs2

夕=應(yīng)一14=次-12=63.4°

sinasin/y._\,C/i.0、

-------=———->a=sin(—^-smB)

CIACS2CS2

._i2700.o

=sin(-------xsin63.4)?49

3200

解：

1.8已知鋼中Cs鋼=3200m/s,某硬質(zhì)合金中,Cs?=4000m/s,鋁中Cs鋁

=3080m/s,求用探測鋼的K1.0橫波斜探頭探測硬質(zhì)合金和鋁時的實際

K值為多少？

sinQsin￡

設(shè)入射角為a，楔塊中聲速為CL有

在鋼中，4鋼=絲」1＜二tg\.0=45°

sinasin6鋼sin￡硬sin夕鋁

J有Cs硬Cs鋁

解：

c.一硬.c、.-1z4000...Ox八iO

6硬=sm(-----鋼)=sin(-------------------xsin45)=61.1

Cs鋼3230

K硬=，g萬硬=Zg61.1°=1.8

sina_sin%_sin/?硬_sin/鋁

CL有0S鋼Cs硬Cs鋁

〃鋁=Sinl(落■Sin%)=si/(翳*sin45°)=42.4°

K鋁=夕鋁=/g42.4°=0.9

*1.10示波屏上有A、B、C三個波，其中A波高為滿刻度的80%,B波

為50%,C波為20%。

①、設(shè)A波為基準(zhǔn)（OdB）,貝IJB、C波各為多少dB?

②、設(shè)B波為基準(zhǔn)（lOdBl,則A、C波各為多少dB?

③、設(shè)C波為基準(zhǔn)（-8dB）,則A、B波各為多少

dB?

A=201g-->

H?

①、[B]=0+AB=201g^-=201g^=-4dB

A

Li20

[C]=0+Ac=201gh=201g—=-12dB

②、四=10+怎=10+201g叢=10+201g也=14dB

HB50

Liof)

[C]=10+Ac=10+201g—=10+201g—=2dB

HB50

③、[A]=AA-8=201g-^--8=201g—-8=4dB

Il(2()

[B]=Ac-8=201g^--8=201gj^-8=0dB

解：

A=201g-^-=201g—=20（仍）

“21°

*1.11示波屏上有一波高為滿

刻度的100%,但不飽和。問衰減多少dB后，該波正好為10%?

解：

A=201g^f星=10汨

以小

A-16

%=H|?10疝=80x10元=12.7(即)

*1.12示波屏上有一波高

為80mm,另一波比它低16dB,問另一波高為多少？

解：

*1.13示波屏上有一波高為40%,衰減12dB后該波為多高？若增益6dB

后該波為多高？

△二20館四.

%

A-12

〃2=〃1?1O2°=40x1020=10(%)

A6

"'2="I?102。=40X102°?80(%)

解：

1.15不銹鋼與碳鋼的聲阻抗差約為1%,試計算超聲波由不銹鋼進(jìn)入碳

鋼時，復(fù)合界面的聲壓反射率。

乙+乙

設(shè)Z鋼=1,Z不=1-0.01=0.99

含含二逐=°.°°5=°5%

解：

1.17某工件厚度T=240mm,測得第一次底波為屏高90%,第二次底波

為屏高15%,如果忽略反射損失，試計算該材料的衰減系數(shù)。

a-

201g4一6

a=-------------

2T

201g--6

=-----------=o.oldBImm

2x240

解：

試計算探頭在水中的的指向角和近場區(qū)長

*2.15P14SJ(CL=1500m/s)

度。

n2

N=J0^70—

4AD

。C1500X103.

Z=--L-=--------=0.3〃7m

/5.0xl06

^?70—=70x—=1.5°

D14

N=---=------?163mm

424x0.3

解：

2.2試計算頻率f=5MHz,邊長a=13mm的方形晶片，在鋼中（CI二

5900m/s）的主聲束半擴散角為多少度？

4c5900X103一。

4=一=------=1.1Smm

f5xl06

^?57-=57X^=5.17°.

0133x57A

a

解：

*2.3已知鋼中CI=5900m/s,水中Cl=1480m/s.求2.5MHz、cp20mm縱

波直探頭在鋼中和水中輻射的縱波聲場的近場區(qū)長度N、半擴散角80

和未擴散區(qū)長度b各為多少？

力2J

收=上一8產(chǎn)70db=1.64N

4A0D

解：

3

c5900x10J…

鋼中：2=—=-------------=2.36mm

f2.5xl06

D2202

N=——----------=42.4mm

424x2.36

7*=70x鬻=8.26。

b=l.64N=1.64x42.4=69.5mm

3

..c1480x10,八“c

水中：2=—=-----------=0.592mm

f2.5xl06

D2202“0

N=-----=------------=16891nm

424x0.592

7n"7005929A70

70—=70x-------=2.07

D20

6=1.64N=\.64x168.9=277mm

2.4用2.5MHz、（p20mm縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為

20mm,鋼中Q=5900m/s,水中Q=1480m/s。求鋼中近聲場長度。

】C5900X103

/L=——2=------------=236mm

f2.5xlO6

N'=N2-L^=--LX^-

眨1

2yc2

工-2。，蟹=37.他加

4x2.365900

N，=M-科

解：

2.5用2.5MHz、（p20mm縱波直探頭水浸探傷鋁板，已知鋁中近場長度

為20mm,鋁中Q=6260m/s,水中Q=1480m/s。求水層厚度。

a1480X103C

4=--=----------=0.592mm

f2.5xl06

N

c244c2

202“6260”「

-20x-------=84.3根加

4x0.5921480

解：

2.6用2.5MHz、（p20mm縱波直探頭探測厚度為150mm的餅形鍛件，

已知示波屏上同時出現(xiàn)三次底波，其中B2=50%,衰減器讀數(shù)為20dB,

若不考慮介質(zhì)衰減，求B1和B3達(dá)到50%高時衰減器讀數(shù)各為多少dB?

%=201g紅

%

[BJ=20+A]2=20+201g強

=20+20lg2x150=20+6=26dB

150

[B3]=20+A32=20+20Ig^-

=20+201g型變=20-3.5=16.56/5

3x150

解：

2.7已知xN3N,200mm處（p2平底孔回波高度為24dB,求400mm處

cp4平底孔和800mm處（p2平底孔回波高度各為多少dB?

4=401g%殳

%為

[a]=24+&1=24+40尼蛇

然2

=24+401g^=24跖

[4]=24+431=24+401g姐

M3

=24+401g微=04

解：

3.1PZT--4的聲速Q(mào)=4000m/s,如制作頻率為2.5MHz的晶片，晶片厚

度應(yīng)為多少mm?

Nf=tfo=-Tt=乂ft=

'02f02f0

3

CL4000xiocc

t=——=---------------=0.8加加

2fo2x2.5xl06

解：

3.3某探頭的頻率常數(shù)Nt=200Hzm,頻率f=2.5MHz,求該晶片厚度為

多少？

?=女

3

7VZ200x10

=0.08/w/w

fo2.5xl06

解：

3.4某探頭晶片的波速Q(mào)=5740m/s,晶片厚度t=0.574mm,求該探頭的

標(biāo)稱頻率為多少？

C.

2%

5740xl36

/o￡L0=5X\0HZ=5MHZ

=2/=2x0.574

解：

3.6用IIW試測定儀器的水平線性，當(dāng)Bi和Bs分別對準(zhǔn)2.0和10.0時，

B2、B3和B4分別對準(zhǔn)3.98、5.92、7.96,求該儀器的水平線性誤差為多

少？

b=-S^xlOo%

0.8b

aIlldX=6-5.92=0.08

^lfmaJ0.08

=xl00%=xlOO%1%

0.8/?0.8x10

解：

3.7用CSK-IA試塊測定斜探頭和儀器的分辨力，現(xiàn)測得臺階孔（p50、cp

44反射波等高的波峰高h(yuǎn)i=80%,波谷高h(yuǎn)z=25%,求分辨力為多少？

X=20lg」

力2

X=201g1=201g—=106/6

h225

解：

4.3用K2探頭在CSK-IA試塊上利用R50和R100反射面按水平1：1調(diào)

節(jié)時基線，兩反射波應(yīng)調(diào)在第幾格？

50K

產(chǎn)了前

WOK

Iz3="/

4+Y

50250x2…

======-7=====44.7

1+yV1+22

1004100x2g)

I=-7—=89.4

100l]+K2Vl+22

解

4.6用2.5P20Z探頭徑向探測中500mm的圓柱形工件，CL=5900m/s,如

何利用工件底波調(diào)節(jié)500/(p2靈敏度？

。Q5900X103

2=----=------------=2.36mm

f2.5xlO6

.,2AJC...2x2.36x500___

A=201g-------=201g----------------=45.548

初3.14x22

將工件完好處第一次底波調(diào)至熒光屏基準(zhǔn)線，

再用衰減器將增益提高45.5仍.

解：

4.7用2.5P20Z探頭徑向探測cplOOOmm的圓柱形鋼工件，CL=5900m/s,

如何利用工件底波調(diào)節(jié)500/(p4靈敏度？

△=201g----/—

皿xB

【Q5900xlO3

X=-----=--------------=23bmm

f2.5xlO6

2

2Axf2x236x5002

A=201g——1—=201g-~~f--------=274dB

TTD/XB3.14X42X1000

解：

4.8用2.5P20Z探頭徑向探測400mm的工件，如何利用150mm處(p4

平底孔調(diào)節(jié)400/(p2靈敏度?

1

△12=401g戶

Y2X\

4x400

=401g=29dB

2x150

解：

移動探頭，找到150/04孔的最大反射波，

并調(diào)至熒光屏基準(zhǔn)線，用衰減器將增益提高29d8

用探頭探測的工件，探傷中在

4.92.5P20Z500mmCL=5900m/s,200mm

處發(fā)現(xiàn)一缺陷，其波高比Bi低12dB,求此缺陷的當(dāng)量大小為多少？

解：

,Q5900xlO3”，

4=—=-----=236mm

f2.5xl06

2

2Axf

A=20lg2-

就fXB

=5.5mm

5.1用水浸法探測40mm厚的鋼板，要求鋼板四次底波與第二次界面波

重合，其水層距離應(yīng)為多少？

nT4x40

444

解：

5.2用水浸二次波重合法探傷T=40mm的鋼板，儀器在鋼試塊上按1：

2調(diào)節(jié)掃描速度，并校正“零點”。求：

①、水層厚度為多少？

②、鋼板中距上表面12mm的缺陷回波的水平刻度值為多少？

③、示波屏上［=50處缺陷在鋼板中的位置？

gwT2x40”

①、H=---=------=20mm

44

620x412八，”

②、------1----=40+6=46

22

20x4

③、(50------)x2=10x2=20mm

解

nT3x60

H==45mm

~T~4

5.6用充水探頭采用三次重合法檢測

T=60mm的鋼板，水層厚度應(yīng)調(diào)節(jié)為多少？

解：

5.9對鈦/鋼復(fù)合板在復(fù)層一側(cè)作接觸法檢驗，已知鈦與鋼的聲阻抗差

約為40%,試計算復(fù)合層界面回波與底波相差多少dB?

乙?十乙？

丁=4Z22=1一1

億盧ZJ

設(shè)Z鋼LZ鈦=1-0.4=0.6

/=Z鋼'Z鈦=h￡￡=025

Z鋼+Z鈦1+0.6

T=l-r2=l-0.252=0.938

=20^=11.5^

A=201

解：

5.11從鋼材一面探測鋼/鈦復(fù)合板，已知Z鋼=46xl06kg/m2.s,

Z鈦=27.4xl06kg/m2$不計擴散衰減和材質(zhì)衰減，求：

①、復(fù)合界面聲壓反射率C

②、底波與復(fù)合界面回波的dB差值。

鋼=27.4?46=O25

Z鈦+Z鋼27.4+46

T=l-r2=l-0.252=0.936

10.9361

A=201g=20lg|-0.25|=11.5tZB

解：

5.13今有一批（p50x6mm的無縫鋼管，采用水浸聚焦橫波探傷，若透鏡

曲率半徑為40mm,求應(yīng)采用偏心距和水層距離。

X=d251R*0458rH=尸一、/次一一

2

尸二G尸-產(chǎn)='好2〃

Cf一匕2

F-2.2r=2.2x40=88用加

■0.25lR+0.458r0.251x25+0.458x19一「

x=--------------------=---------------------------?l.jmm

22

H=F?JR2?』2=88一,252一7.52=88—23.8分646加

解：

直徑壁厚的鋼管作周向斜角探傷，采用的斜

5.18300mms20mmK=2

探頭合適嗎？

密￡*一6呻

-〃考〃K

占+Y

3002

=——（1一一==）=15.8<20mm

2后

不合適

解：

5.19采用K=2的斜探頭對外徑為600mm的鋼管作接觸法周向探傷，能

掃查到的最大厚度為多少？

必吟?吟"后）

600

......）=31.7/wm

7177

解：

5.21用接觸法周向橫波探傷外圓直徑D=300mm,壁厚t=60mm的鋼

管，可使用的探頭的K值最大為多少？

即9=示+B=sin1—

固叱小…/尹獷瑞=36.87。

K=Zg〃=/g36.87°=0.75

解：

6.1用2.5MHz、（1）20mm直探頭探測厚度300mm的鋼鍛件。

①、如何利用工件底面調(diào)節(jié)62mm平底孔當(dāng)量靈敏度？

②、探傷時發(fā)現(xiàn)距探測面200nlm處有一缺陷，波高為15dB,求此缺陷的

平底孔當(dāng)量。

59

MY,2X—X300

①、A=201g—4=201g—2$=41dB

z

7iDf3.14X22

在工件無缺陷完好部位將一次底波調(diào)至熒光屏

基準(zhǔn)高度，再用衰減器增益41/

②、《21=401g""—>^2=^|—-1040

Ml陽

15

=2x-^^-xlO40=3.16加掰

300

解：

6.3用2P20Z直探頭對鋼鍛件探傷，發(fā)現(xiàn)距探測面240mm處有一缺陷,

波高比150/62試塊平底孔回波高6dB,求此缺陷平底孔當(dāng)量,

八21=401g§^Lf"=^1--1040

Mlx\

6

=2x-24-0xl()4—°=4.52mn

150

解：

6.8用2.5P14Z直探頭探測外徑1100mm,壁厚200mm的筒形鋼鍛件

(C=5900m/s).

①、在外圓周作徑向探測時，如何用內(nèi)壁曲面回波調(diào)節(jié)探傷靈敏度

(6=2mm)?

②、在內(nèi)圓周作徑向探測時，如何用外壁曲面回波調(diào)節(jié)探傷靈敏度

(6=2mm)?

A=20!g2“去土16g—

“2D

2Ax,d

①、A=20lg—^r-+lOlg-

7rDfD

5Q

2x—x200

=20lg—25M0lg幽=37.5-2=35.5d8

3.l4x22&1100

r-x2AxTOlg(

②、A=20lg—4r

嗎2

5Q

2x—x200

IOlg-^-=37.5+2=395dB

=20Ig—————

3.l4x22HOO

解：

6.9用2.5P20Z直探頭探測厚度350mm的餅形鋼鍛件(C=5900m/s),

將底波調(diào)節(jié)為40dB進(jìn)行探傷。

①、此探傷靈敏度是否符合JB/T4730--2005標(biāo)準(zhǔn)要求？

②、探傷時發(fā)現(xiàn)一單個缺陷，深200mm,波幅29dB,求此缺陷當(dāng)量。

59

22xr2x---x350

①、A=201g——4=201g—左——=42.448(不符合)

冠3.14x22

2Ax/2Ax/2

②、A=201g——g——>0/9=

~x

兀D

加“1()20

59?

2x—x2002

=-----2$一一理"4

3.14x350x1020

Df=^48.4?1mm

解：

6.10用2.5P20Z直探頭檢測厚度380mm的鋼鍛件(C=5900m/s),材質(zhì)

衰減系數(shù)a=0.OldB/mm。檢驗中在130nlm深發(fā)現(xiàn)一處缺陷，其波幅比底

波低7dBo求此缺陷當(dāng)量°

&=201g一尸+2a(xf—xQ

2

2Axf

A以=201g-5-+2a(xy-XJJ)—>

九DfXB

2

2Axy

D"A曠2a(X/一打)

7txg\Q20

2x—xl302

.............-...............................=167

7-0.01x2(130-380),

3.14x380x1020

Df-J16.7?4.1/ww

解：

7.1板厚20mm的焊縫，外表面焊縫寬度30mm,內(nèi)表面焊縫寬度20mm,

用前沿距離181nm的探頭探傷，為保證聲束能掃查到整個焊縫，探頭K

值應(yīng)如何選擇？

K之火工

3020?。

——+—+18

K>a+b+l。2~~2-------=2.15

20

解：

7.3用斜探頭探測RB—2試塊上深度由=40mm和深度d2=80mm的63橫

孔，分別測得簡化水平距離L'產(chǎn)45mm,f2=105mm,試計算探頭K值

和前沿距離Lo0

L=L/L

L=Kd

L=Kd

Lo+W=Kdi|Zo+45=40