超声波检测主要公式.docx
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超声波检测主要公式
超声波检测主要公式
1.物理基础部分:
1.1
f-
T
f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.
1.2
c
波长,波在一个周期内所传播的路程;c波速,波在单位时间内所传播的距离
波动方程推导用图
设B为波线上任意一点,距原点0的距离为X.因为振动从0点传
播到B点所需的时间为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(t-x/c)的位移,即:
1.3
yAcos(tx/c)Acos(tkx)
圆频率,即1秒钟内变化的弧度数
k波数.^-—
c
1.4
2
I_Em
2Z
I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Zc
1.5
dB20lg-Pl20lg也
p2H2
P1和p2两个比较声压.分母中的p2为基准声压.
已和h2两个比较的反射回波幅度.分母中的h2为基准反射回波幅度.
1.6
声速cEk
V
E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L/L之比.即:
E3
L/L
介质的密度.等于介质的质量M与其体积V之比,即M/V
k与介质的泊松比有关的常数.
介质的泊松比,等于介质横向相对缩短1d/d与纵向相对伸长L/L
之比,即1/
1.7
在钢中c/ct
1.82;Cr
0.92ct
1.8
反射折射定律
sinIsini
sint
sini
sint
cnci1
ct1
ci2
ct2
l,ht分别是第一介质的纵波
入射角,纵波反射角,横波反射角
Cl1,Ct1,Q2,Q2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
i,t分别是第二介质纵波折射角,横波折射角
第一临界角:
纵波斜入射时,第二介质折射纵波的折射角等于90°时的纵波
入射角为第一临界角。
/气界面,第一介质纵波反射角等于90°时的横波
川sint1;钢/空气:
in
cii
°
33.2
1.10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.
PaZ2乙
rp—--
P乙乙声压透过率:
透过声压pt与入射声压P之比tPl2Z2;
P乙乙
故:
1rptp声强反射率:
反射声强Ia与入射声强I之比.
R¥r;声强透过率:
透过声强It与入射声强I之比.
D¥1rp2;
故:
RD1
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.
£;故Tp在数值上等于D
TPiPlPltt1
Iptp1tp21
ppPt
超声波垂直入射平面界面的四种常见情况
⑴Z2
乙如超声波从水入射至钢中:
rp
⑵Z2
乙如超声波从钢入射至水中:
rp
4615
0.973;tp1rp1.973
1.546pp
15460.937;tp1rp0.063
461.5pp
⑶Z2
乙如超声波入射到钢试件底面;探头直接置于空气中:
0.000446
rp1;tp1rp0
p460.0004pp
⑷Z1Z2如超声波入射至普通碳钢焊缝金属与母材金属界面:
多层平面上垂直入射的反射率与透过率情况
⑴均匀介质中的异质薄层(ZiZ3Z2)
d2异质薄层厚度;
2异质薄层中的波长
Z2
m两种介质声阻抗之比
由上述公式可知
(a)当d2n2n为正整数时,r0,t1,超声波全透过,几乎无反射,常称为半波透声层.
2
(b)当d2(2n1)2n为正整数时,即异质薄层厚度等于1波长的奇数倍时,t最低r最高.
44
⑵薄层两侧介质不同的双界面(Z1Z2Z3)
如晶片保护膜工件,其声强透过率为:
4Z1Z3
由上式可知
(b).d2(2n1)」n为正整数,且Z?
Z1Z3时:
T
4Z1Z3
—1;超声波全透射
4
乙Z3
Z2
Z2
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,d2
O,sin2d2
0,r0,t
1,回波幅度提高,
则通过薄层的声强透过
率T与薄层的性质无关,好象不存在薄层一样
故现场检测要保持压力尽可能稳定.
衰减系数的测定和计算
(1)试件厚度:
2NVmn(dB)20lg-
mdB/mm
2(nm)T
试件的单程衰减系数
Vmn试件m次与n次底波的dB差
20lg-底波的声扩散dB值
m
底波的反射损失dB值
⑵试件厚度>200m
V2dB6dB
亠dB/mm
2T
(3)薄试件(试件中多次底波的声程在未扩散区内)
1.14
声压公式
(1)活塞波声压公式
2p°sin—
S2
p离声源距离S处的声压po声源的起始声压
D声源直径
P。
D2
4S
(3)近场区公式
D2
4
N近场区长度,声轴线上最后一个声压极大值点至声源的距离A晶片的面积.
⑻第二介质剩余近场区长度N'
N'
D2
C2
ll第一介质厚度.
C|和C2第一和第二介质声速
2第二介质声波波长.
(b)横波在第二介质中的近场区长度N'
s2COS
Fs晶片面积.
s2
第二介质中的横波波长
|1入射点至晶片距离纵波入射角.横波折射角.
(c)非扩散区长度1.64N
⑷指向角公式
(a)圆晶片指向角:
°70—
(b)正方晶片(aa)指向角:
°57-
a
(c)长方形晶片(ab)指向角:
57—a
57b
PbPo-
4Sb2
两个不同距离大平底面回波的dB差:
倍,声压差6dB.
dB20lgE邑20lg圣;即大平底回波声程差
PB2Sbi
(6)平底孔回波公式
D2
两个不同距离和不同孔径平底孔回波声压的dB差
P1S
dB20lg140lg亠p22S
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.
(7)长横孔回波公式
D1
PPoW22S
两个不同距离不同孔径长横孔的回波声压dB差:
dB
p1
20lg1P2
S3
2S1
同孔径,声程差一倍,长横孔回波声压差9dB;同声程,孔径差一倍,长横孔回波声压差3dB.
(8)短横孔回波公式
Po
D2l短
4S短2S短
-短
两个不同孔径,不同距离的短横孔回波声压dB差
同孔径,声程差一倍,短横孔回波声压差12dB;同声程,孔径差一倍,短横孔回波声压差3dB.
Pd
D2d
Po4^d4sd
两个不同孔径不同距离
的球孔回波声压dB差:
2
dB20lgM20lg-dlSd22
Pd2d2Sd1
同孔径,声程差一倍,球孔回波声压差12dB;
同声程,孔径差一倍,球孔回波声压差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:
Ds2
丄•即实心圆柱体径向检测
2’
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向检测,其圆柱曲底面回波声压为:
Ds21了
p外Po4^B2lD
D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
P内
向检测,其圆柱曲底面回波声压为:
(11)不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差:
(12)考虑衰减系数时,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应):
(即与探伤仪实测情况对应):
dB20lg巴40©-^2(S2S)
P220
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
lfSfsinnfsin
(c)缺陷深度
2.1.2水平定位
(a)缺陷水平距离
lfnf
(b)缺陷深度
df-打当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时,按2.1.1方法k
计算缺陷深度)
2.1.3深度定位
(a)缺陷水平距离
lfknf
(b)缺陷深度
dfnf(当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时,按2.1.1方法计算缺陷深度)
2.2曲面检测
221圆柱曲面外圆检测
(a)缺陷深度
HR.(kd)2—(R—d)2
R-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
Rikd
180tgRd
2.2.2圆柱曲面内孔检测(a)缺陷深度
hkd2rd2r
r-试件内半径.
(b)缺陷水平弧长
ikd
rd
Tm
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
3.
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
x0.76d
d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
x-i-dcos30o1.3d
2
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
x2dcos35.6°-5900dcos18.8o1.67d
23230
3.361°反射波(在IIW试块上的声程)
°°5900
x617025cos61o3525sin61°82
3230
3.445°反射波(在IIW试块上的声程)
x457025cos45o3525sin45°70
4钢板水浸检测
水层厚度公式
c钢
I水层厚度n重合次数
T钢板厚度
c水水的纵波速度C钢钢的纵波速度
5小径管水浸检测
5.1偏心距x
偏心距平均值x
0.251R0.458r
R小径管外半径r小径管内半径
5.2焦距F
FHR2x2
H水层厚度
5.3声透镜的曲率半径
F2.2r'
即r'0.455F
r'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)
6.2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'
cIBbs20lg-PB
Ps
20lg°
r2)r'
r
r'底面声压反射率.r'
乙乙
乙Z3