超声波检测主要公式Word下载.docx
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d/d与纵向相对伸长
之比,即
1/
1.7
在钢中cl/ct
1.82;
cr
0.92ct
1.8
反射折射定律
sin
sint
sinl
l
t
cl1
cl1
ct1
cl2
ct2
l,
l,,
t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,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
分别是第二介质纵波折
射角,横波折射角
1.9
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90o时的纵波
入射角为第一临界角。
Isin1cl1;
有机玻璃/钢:
I
27.2o;
水/钢:
I
14.7o
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90o时的纵波
入射角为第二临界角。
IIsin1cl1;
有机玻璃/钢:
II
56.7o;
水/钢:
II
27.7o
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90o时的横波入射角为第三临界角。
III
sin1ct1
;
钢/空气:
III33.2o
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.
paZ2Z1
rp
pZ1Z2
声压透过率:
透过声压pt与入射声压p之比
tp
pt
2Z2
p
Z1Z2
故:
1rp
声强反射率:
反射声强Ia与入射声强I之比.
R
Ia
rp2
声强透过率:
透过声强It与入射声强I之比.
D
It
1rp2;
故:
RD1
声压往复透过率:
探头接收的返回声压p,t与入射声压p之比.
Tp
pt,
tp1tp21rp2;
故Tp在数值上等于D
1.11
超声波垂直入射平面界面的四种常见情况:
⑴Z2
Z1如超声波从水入射至钢中:
rp
46
0.973;
tp
rp
1.973
⑵Z2
Z1如超声波从钢入射至水中:
0.937;
0.063
⑶Z2
Z1如超声波入射到钢试件底面;
探头直接置于空气中:
0.0004
1;
tp1rp
⑷Z1
Z2如超声波入射至普通碳钢焊缝金属与母材金属界面:
因两者声阻抗仅差约1%,故rp
0.01
0.5%;
tp1rp1
1.99
1.12
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（Z1Z3Z2）
sin22
m
d2
r
4
sin22d2
t
2d2
sin2
异质薄层厚度;
异质薄层中的波长
m两种介质声阻抗之比,mZ1Z2
由上述公式可知:
（a）.当d2
n
n为正整数时,r
0,t1,超声波全透过,几乎无反射,常称为半波透声层.
（b）.当d2
（2n
1）
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.
⑵薄层两侧介质不同的双
界面（Z1
Z2
Z3）
如晶片
保护膜
工件,其声强透过率为:
4Z1Z3
Z1
Z3
2cos2
Z1Z3
sin22d2
由上式可知:
（a）.d2
n2n为正整数时:
T
2;
若薄层厚度等于半波长
的整数倍,
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
（b）.d2
（2n
n为正整数,且Z2
Z1Z3时:
4Z1Z3
超声波全透射.
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,sin2
0,r
0,t
1,回波幅度提高,
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:
2N<
T≤200㎜
Vmn（dB）
20lgn
dB/mm
2（n
m）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
底波的反射损失dB值
（2）试件厚度>
200㎜
V12dB6dB
2T
（3）薄试件（试件中多次底波的声程在未扩散区内）
Vm
2（n
声压公式
（1）活塞波声压公式
D2
p2posin
SS
p离声源距离S处的声压
po声源的起始声压
D声源直径
（2）球面波声压公式
ppo
4S
（3）近场区公式
N
D2A
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.
（a）第二介质剩余近场区长度N’
N'
l1c1
42
c2
l1
第一介质厚度.
c1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’
Fscos
l1tg
s2cos
tg
Fs
晶片面积.
s2
第二介质中的横波波长.
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b≈
（4）指向角公式
（a）圆晶片指向角:
o70
（b）正方晶片（aa）指向角:
o57
a
（c）长方形晶片（ab）指向角:
o
57
b
（5）大平底面回波公式
pB
po4SB
两个不同距离大平底面
回波的dB差:
dB
20lgpB1
20lgSB2
即大平底回波声程差一
倍,声压差6dB.
pB2
SB1
（6）平底孔回波公式
po
4S4S
两个不同距离和不同孔径平底孔回波声压的
差
:
p1
40lg
1S2
20lg
2S1
p2
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
po4S
2S
两个不同距离不同孔径长横孔的回波声压
10lg
1S23
2S13
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
l短
短
p短
po4S短
2S短
两个不同孔径，不同距离的短横孔回波声压dB差：
p短1
短1S短42l短21
dB20lgp短2
10lg
短2S短41l短22
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.
（9）球孔回波公式
d
pdpo4Sd
4Sd
两个不同孔径不同距离的球孔回波声压dB差:
dB20lgpd1
20lgd1Sd22
pd2
d2Sd21
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:
p实po
DS
1;
即实心圆柱体径向检测
的底波声压与大平底回
波声压相同.
SB
（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:
p外po
DS21d
4SB2D
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po4SB
（11）不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差:
2Sf2
dB20lg
20lg
pf
Df2SB
（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）:
pf
2（SfSB）
D2fSB
（13）考虑衰减系数时,不同距离不同孔径两平底孔回波声压dB差
（即与探伤仪实测情况对应）:
40lg
1S2
2（S2
S1）
2.缺陷位置
平面检测
2.1.1声程定位
（a）缺陷水平距离
kSf
lfSfsinnfsin1k2
（c）缺陷深度
一次波:
df1
Sf1
cos
lf1
f1
k
1k2
二次波:
df2
Sf2cos
lf2
三次波:
df3
Sf3cos
lf3
lf4
四次波:
df4
4T
Sf4cos
2.1.2水平定位
lfnf
（b）缺陷深度
df
nf（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）
2.1.3深度定位
lfknf
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
曲面检测
2.2.1圆柱曲面外圆检测
（a）缺陷深度
HR（kd）2（Rd）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
lRtg1kd
180Rd
2.2.2圆柱曲面内孔检测
hkd2rd2r
r-试件内半径.
lrtg1kd180rd
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T
Tm
1sin
1k2
3.迟到波、三角形回波和61°
波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
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
x1
3dcos30o
1.3d
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
x2
dcos35.6o1
5900dcos18.8o
1.67d
3230
3.361°
反射波（在IIW试块上的声程）
oo5900
x617025cos613525sin6182
3.445°
x457025cos45o3525sin45o70
4钢板水浸检测水层厚度公式
lnTc水
c钢
l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
焦距F
FHR2x2
H水层厚度
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
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）
dBBS20lgpB
20lg1
r2
pS
r
r复合界面声压反射率.rZ2Z1Z1Z2
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’）
dBBS
20lgpB
20lg（1
r2）r'
底面声压反射率.r'
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