超声波检测-计算题类型汇总

8
4、声压往复透射率 （1.16、5.9、5.11）
4 Z1 Z 2 2 T往 1 r 2 ( Z1 Z 2 )
在底面全反射的情况下，声压往复透射率与声强透射率在数 值上相等P38
T往 (1 r ) r '
2
Z3 Z2 r Z3 Z2
'
9
4、声压往复透射率 （波高比） 底面回波与界面回波dB差值 2 T 1 r BS 20 lg 20 lg r r
37
17、仪器水平线性误差

a max 0.8b
100%
38
例题：用IIW试块测定仪器的水平性线，当B1 、B5 分别对准2.0和10.0时，B2 、B3 、B1分别对准 3.98、5.92、7.96，求该仪器的水平线性误差多 少？ B3：amax 6 5.92 0.08 解：
'
减去探头内部占有的近场长度 L2:入射点到假想波源的距离
26
14、规则反射体的回波声压 （平底孔）
Pf
P0 FS F f
x
2 2
12
1 x 2 40 lg 2 x1
27
14、规则反射体的回波声压 （长横孔）
p0 Fs Pf 2 x
12 10 lg
Df 2x
1 x 2 2 x1
Xf：平底孔缺陷至探测面的距离，XB，平面底面至探测面的距离
41
19、底波法调节灵敏度 （空心圆柱体）
20 lg
2 x f

2
d 10 lg D
42
19、借助平底孔试块调节灵敏度
1 x2 12 40 lg 2 x1
43
例题： 用2.5P20Z探头径向探测Φ500mm的圆柱 解:
33
15、 DGS（AVG）曲线
x 归一化距离A = N
Df 归一化缺陷当量G = DS
34
例题:用2P20Z直探头，检验厚度为340mm的饼形
钢锻件，要求探伤灵敏度为Φ4mm，如利用通用 型A、V、G曲线以底波调整探伤灵敏度，试计算 A 和 G。
解：
C 5.9 2.95mm f 2 D 20 N 34mm 4 4 2.95 x 340 A 10 N 34 Df 4 G 0.2 D 20 35
44
例题：用2.5P20Z探头探伤为400mm的工件，如
何利用150mm处Φ4平底孔调节400/Φ2灵敏度？
解：
1 x2 40 lg 2 x1
3 3
28
14、规则反射体的回波声压 （短横孔）
p0 Fs l f Pf x 2 x
Df

29
14、规则反射体的回波声压 （球孔）
p0 Fs Pf x 4 x
12 20 lg 1 x 2 2 x1
2 2
30
14、规则反射体的回波声压 （大平底面和实心圆柱曲面）
形工件，CL=5900m/s，如何利用工件底波调节 500/Φ2灵敏度。
C 5900 2.36mm f 2.5
20 lg
2 x
2

2 2.36 500 20 lg 45.5dB 2 3.14 2
备注：大平底除以平底孔，以基准试件调好灵敏度后，数值 为正，则需要增益，反之，需要衰减
3
2、 声阻抗
Z C
4
例题2 甘油的密度为1270kg/m3，纵波声速 为1900m/s，试计算其声阻抗？ 解：已知CL=1900m/s＝1.9 ×103 m/s, ρ=1270kg/m3 =1.27×103kg/m3 Z= ρ C=1.9 ×103 ×1.27×103 =2.4×106kg/m2s
I s in
s in
1
1
C L1
C L2
C L1
1480 0 14, 5 5900
1

II
s in
1
C S2
＝ s in
1480 0 2 7 .3 15 3230
7、材料衰减系数

[20 lg( Bm / Bn ) ] 2(n m)T
反射损失： 0.5 ~ 1dB
32
波探测Φ3平底孔与Φ1长横孔回波高相等时 的声程。
例题2 试计算在远场，频率为2.5MHZ的超声 解：
P0 Fs F 平底孔P＝ 2 2 x P0 Fs Df 长横孔Pf 2 x 2 x P0 Fs 2 P0 Fs Df Pf P 2 2 4 x 2 x 2 x 2 Df 2 4 3.14 2 34 X 2 71.69mm 2 2 x 2x 2 Df 2 2.36 1
C L1 2700 sin sin 1 sin 45 o 0.5966 CS 2 3200
sin sin 2 C L1 CS 2
CS 2 3800 sin 2 sin 0.5966 0.8397 CL1 2700
2 sin 1 0.9387 57.1o
解：
r=
Z钛 -Z钢 Z钛 +Z钢 r
=
27.4-4.6 27.4+4.6
=－0.25
T=1-r 2 =1-0.252 =0.9375 Δ=20lg T Z水 -Z钛 r =20lg = 0.25 0.9375 ≈-11.46(dB) =－0.896
r=
'
1.5－27.4 1.5+27.4
Z水 +Z钛
sin sin C1 C2
12
采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（C L1=2700m/s，钢 Cs=3200m/s）。检验某种硬质合金焊缝（Cs=3800m/s），其 实际K值为多大？
例题：（7.7）
sin sin 1 C L1 C S1
解：K=1 tgβ1=1 ∴β1=45O 根据折射定律：
0 sin 57 2a 2a 1 0 sin 57 2b 2b
1
19
a或b一定平行于所在的坐标轴面
例题：试计算率f=5MHZ，边长α=13mm的方晶
片，在钢中（CL=5900m/s）主声速半扩散角为 多少度？
解：因为是正方形，不存在a和b的问题
C 5.9 10 1.18mm 6 f 5 10 1.18 0 57 57 5 a 13
6
20
10、未扩散区 未扩散区内，平均声压可看做常数。
b 1.64 N
21
• 例题： 已知钢中CL=5900m/s，水中
CL=1480m/s，求2.5MHZ、Φ20mm纵波进探头 在钢和水中辐射的纵波声场的近场区长度N、半 扩散角θ0和未扩散区长度b各为多少？ （42.4毫米；8.28度；69.5毫米；168.9毫米；2.07 度；277毫米）
K2=tgβ=tg57.1o=1.5
13
6、临界角 （1.5－1.7）
I sin
1
CL1 C L2
1
II sin

sin
C L1 C S2
C C
1
III
S1 L1
14
例题： • 解： 已知钢中CL=5900m/s，CN=3230 m/s，水中CL=1480m/s，超声波倾斜入射到水/钢 的界面。 • ③求α1和αII。
5
3、波高比的分贝值
H1 20 lg H2
6
4、声压反射率t和声压透射率
Z 2 Z1 r Z 2 Z1
2Z2 t Z2 Z1
7
试计算超声波由不锈钢进入碳钢时，复合界 面上的声压反射率。
例题3 不锈钢与碳素钢的声阻抗约差1%，
解：设碳钢的声阻抗Z 钢 =1，则不锈 钢的声阻抗Z不=1-1%=0.99
(T 3 N） ) P52
反射损失： 0.5 ~ 1dB;
6扩散衰减引起的损失
(T 3 N） )
16
[20 lg( B1 / B2 ) 6 - ] 2T
8、单一介质纵波波源近场长度
FS DS N 4
2
17
例题 ：试计算5P14SJ探头，在水中
（CL=1500m/s）的指向角和近场区长度？ （1.5度；163毫米）


amax 0.8b 0.08
100% 100% 1%
0.8 10
39
18、仪器垂直线性误差：
D ( d1 d 2 )%
40
19、底波法调节灵敏度 （平行底面和圆柱曲底面）
（大平底与平底孔距离不同，
Xf:平底孔 XB大平底距离） 2 f 2 B
20lg
2 x
x
2 2
16、压电晶片频率常数N
CL N tf 0 2 P101
36
例题： 某探头晶片的波速为CL=5740m/s，晶片厚
度t=0.574mm，求该探头的标称频率为多少？
解：
Cl N t f0 2 6 Cl 5.74 10 6 f0 5 10 Hz 2t 2 0.574
• 解：
C 5,9 2.36mm f 2.5 D 20 N 42.4mm 4 4 2.36 b 1.64 N 1.64 42.4 69.5mm
22
2
2
11、近场区在两种介质中的分布
出现零或负值如何考虑？P63
N=N2 -L
C1 C2
=
DS
2
4λ 2
-L
C1 C2
N2 -介质II中的近场长度 C1 -介质I中的波速 C 2 -介质II中的波速 λ 2 -介质II中的波长
23
• 例题：用CL=2730m/s，、Φ20mm的纵波直探
头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中 CL=5900m/s，水中CL=1480m/s，求钢中近场 长度为多少？
• 解：
0.25 =20lg ＝20 lg 10.5(dB) ' 11 T r 0.9375 0.896
5、折射定律 （1.4、1.8－1.9）
sin L sin ' L sin ' s sin L sin s CL1 CL1 C S1 C L2 CS 2
P0 Fs P 2 x
12 x2 20 lg x1
31
例题1:已知x≥3N，200mm处Φ2平底孔回波高为 24 dB，求400mm处Φ4平底孔和800mm处Φ2 平底孔回波高各为多少dB？ 解：
回波声压计算:
2 x1 4 200 21 40lg 40lg 0(dB ) 1 x2 2 400 回波高度＝ 24 0 24(dB ) 3 x1 2 200 31 40lg 40lg -24(dB ) 1 x3 2 800 回波高度＝ 24 （－ 24） 0(dB )
N=N2 -L
2
C1 C2
=
DS
2
4λ 2
-L
C1 C2
20 1480 = 20 37.4 mm 4 2.36 5900
24
12、横波近场长
FS cos N s 2 cos
25
13、斜探头在介质中的近场长度
FS cos tg N N L2 L1 s 2 cos tg
BS Tr ' (1 r 2 )r ' 20 lg 20 lg r r
z3 z 2 r z3 z 2
'
10
例题 从钢材一侧探测刚钛复合板，已知Z1=46×106kg/m2·S，
Z2=1.5×106kg/m2·S，Z3=27.4×106KG/m2·S求 **a. 界面声压反射率 **b. 底面声压反射率 **c. 界面回波与底面回波dB差 ***d. 如将钛底面浸在水中，问此时的界面回波与底面回波差多少dB？
解：已知f=5MHz=5×106Hz，D=14mm， CL=1500m/s=1.5×106mm/s， λ=C/f =1.5×106 /5×106 =0.3（mm) N=（D2/4λ）=142/4×0.3=163 （mm)
18
9、半扩散角
0 sin 1.22 70 DS DS
1
超声检测计算题类型及例题
2015年9月
1
1、波长、频率和波速
C ＝ f
2
源自文库
例题1（1.1）铝（A1）的纵波声速为6300m/s， 横波声速为3100m/s，试计算2MHz的声波在铝 （A1）中的纵、横波波长？ 解：已知CL=6300m/s, Cs =3100 m /s f=2×106 Hz λ=C/f 纵波λL=CL/f=63×106/2×106=3.5（mm） 横波λs=Cs/f=3.1×106/2×106=1.55（mm）