超声检测计算题类型课件.ppt

1、超声检测计算题类型及例题20122012年年4 4月月1 我们总是想办法用已有的知我们总是想办法用已有的知识来解决新出现的问题识来解决新出现的问题1、波长、频率和波速波长、频率和波速Cf3 例题例题1 1（1.11.1）铝（铝（A1）的纵波声速为）的纵波声速为6300m/s，横波声速为，横波声速为3100m/s，试计算，试计算2MHz的声波在铝（的声波在铝（A1）中的纵、横波波长？）中的纵、横波波长？ 解：已知解：已知C CL L=6300m/s, C=6300m/s, Cs s =3100 m /s =3100 m /s f=2 f=210106 6 Hz Hz =C/f=C/f 纵波纵波

2、L L=C=CL L/f=63/f=6310106 6/2/210106 6=3.5=3.5（mmmm） 横波横波 s s=C=Cs s/f=3.1/f=3.110106 6/2/210106 6=1.55=1.55（mmmm）42 2、 声阻抗声阻抗ZC5 例题例题2 2 甘油的密度为甘油的密度为1270kg/m3，纵波，纵波声速为声速为1900m/s，试计算其声阻抗？，试计算其声阻抗？ 解：已知解：已知C CL L=1900m/s=1900m/s1.9 1.9 10103 3 m/s, m/s, =1270kg/m =1270kg/m3 3 =1.27 =1.2710103 3kg/mkg

3、/m3 3 Z= Z= C=1.9 C=1.9 10103 3 1.271.2710103 3 =2.4 =2.410106 6kg/mkg/m2 2s s6 3 3、波高比的分贝值、波高比的分贝值1220lgHH 7 4 4、声压反射率、声压反射率t t和声压透射率和声压透射率（1.141.141.151.15）2121ZZrZZ2212ZtZZ8 例题例题3 3 不锈钢与碳素钢的声阻抗约差不锈钢与碳素钢的声阻抗约差1%，试计算超声波由不锈钢进入碳钢，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。时，复合界面上的声压反射率。 解：设碳钢的声阻抗解：设碳钢的声阻抗Z Z钢钢=1=1，

4、则不锈，则不锈钢的声阻抗钢的声阻抗Z Z不不=1-1%=0.99=1-1%=0.99 1 0.990.011 0.991.990.005 0.5%ZZrZZ钢水钢水94 4、声压往复透射率、声压往复透射率（1.161.16、5.95.9、5.115.11）2221211)(4rZZZZT往)1 (2rrT往2323ZZZZr104 4、声压往复透射率、声压往复透射率（波高比）（波高比）rrrTBS21lg20lg20rrrrTrBS2)1 (lg20lg202323zzzzr11 钛钢钛钢22ZZ27.4-4.6r=0.25Z +Z27.4+4.6T=1-r =1-0.25 =0.9375r0

5、.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水钛水钛 例题例题 从钢材一侧探测刚钛复合板，已知从钢材一侧探测刚钛复合板，已知=46106kg/m2S， =1.5106kg/m2S，=27.4106KG/m2S求求 *a. 界面声压反射率界面声压反射率 *b. 底面声压反射率底面声压反射率 *c. 界面回波与底面回波界面回波与底面回波dB差差 *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如将钛底面浸在水中，问此时的界面回波与底面回波

6、差多少dB？ 解：解：125 5、折射定律、折射定律（1.41.4、1.81.81.91.9）21sinsinCC22111sinsinsinsinsinSsLLSsLLLLCCCCC13 例题：（例题：（7.77.7） 采用钢焊缝探伤用的采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（斜探头（C L1=2700m/s，钢，钢Cs=3200m/s）。检验某种硬质合金焊缝（）。检验某种硬质合金焊缝（Cs=3800m/s），其），其实际实际K值为多大？值为多大？ 解：解：K=1 tgK=1 tg1 1=1 =1 1 1=45=45O O 根据折射定律：根据折射定律： K K2 2=tg=tg57.1=tg=tg5

7、7.1o o=1.5=1.5 14111sinsinSLCC5966. 045sin32002700sinsin121oSLCC221sinsinSLCC8397. 05966. 027003800sinsin122LSCCo1 .579387. 0sin126 6、临界角、临界角（1.51.51.71.7）211sinLLICC211sinSLIICC111sinLSIIICC15例题：v 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。v求1和II。12110sin1480sin14,55900LILCC12110sin1

8、480sin27.33230LIISCC167 7、材料衰减系数、材料衰减系数)3()(2)/lg(20dB15 . 0）反射损失：NTTmnBBnm17)3(2-6)/1lg(206dB;15 . 02）扩散衰减引起的损失反射损失：NTTBB8、单一介质纵波波源近场长度24SSFDN18例题例题 ：试计算试计算5P14SJ5P14SJ探头，在水中探头，在水中（CL=1500m/s）的指向角和近场区长）的指向角和近场区长度？度？ （1.5度；度；163毫米）毫米） 解：已知解：已知f=5MHz=5f=5MHz=510106 6HzHz，D=14mmD=14mm，C CL L=1500m/s=1

9、.5=1500m/s=1.510106 6mm/smm/s， =C/f =C/f =1.5=1.510106 6 /5 /510106 6 =0.3 =0.3（mm)mm) N=N=（D D2 2/4/4）=14=142 2/4/40.3=1630.3=163（mm) mm) 199、半扩散角10sin 1.2270SSDD1010sin5722sin5722aabb20a或b一定平行于所在的坐标轴面 例题：例题：试计算率试计算率f=5MHZ，边长，边长=13mm的的方晶片，在钢中（方晶片，在钢中（CL=5900m/s）主声速）主声速半半扩散角扩散角为多少度？为多少度？ 解：解：6605.9

10、101.185 101.185757513Cmmfa211010、未扩散区、未扩散区1.64bN22v例题：例题： 已知钢中已知钢中CL=5900m/s，水中，水中CL=1480m/s，求，求2.5MHZ、20mm纵波纵波进探头在钢和水中辐射的纵波声场的近场进探头在钢和水中辐射的纵波声场的近场区长度区长度N、半扩散角、半扩散角0和未扩散区长度和未扩散区长度b各各为多少？为多少？（42.4毫米；毫米；8.28度；度；69.5毫米；毫米；168.9毫米毫米；2.07度；度；277毫米）毫米）v解：解：225,92.362.52042.444 2.361.641.64 42.469.5CmmfDNm

11、mbNmm2311、近场区在两种介质中的分布近场区在两种介质中的分布21S122222122CDCN=N -L=-LC4CN -介质II中的近场长度C -介质I中的波速C -介质II中的波速 -介质II中的波长24v例题：例题：用用CL=2730m/s，、，、20mm的纵的纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中，钢中CL=5900m/s，水中，水中CL=1480m/s，求钢中近场长度为多少？，求钢中近场长度为多少？ v解：解：21S122222CDCN=N -L=-LC4C=2014802037.44 2.365900mm251212、横波近场

12、长、横波近场长coscos2sSFN 2613、斜探头在介质中的近场长度tgtgLFLNNsS122coscos27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14、规则反射体的回波声压（平底孔）220 xFFPPfSf122112xxlg402814、规则反射体的回波声压（长横孔）xDxFpPfsf22031232112xxlg102914、规则反射体的回波声压（短横孔）ffsfDxlxFpP2031232112xxlg103014、规则反射体的回波声压（球孔）xxFpPsf4021222112xxlg203114、规则反射体的回波声压（大平底面和实心圆柱曲面）x2FPPs0012

13、12xxlg2032332121123131134 20040lg40lg0()2 400回波高度 24 024()2 20040lg40lg-24()2 800回波高度 24 （ 24）0()xdBxdBxdBxdB 回波声压计算回波声压计算: :例题例题1: 1:已知已知x3N，200mm处处2平底孔回波高为平底孔回波高为24 dB，求，求400mm处处4平底孔和平底孔和800mm处处2平底孔回波高各为多少平底孔回波高各为多少dB？ 解：解：340220200222242422224223.14371.692222 2.361ssffssffffP F FPxP FDPxxP FP FDP

14、PxxxDXmmxxD 平底孔 长横孔 例题例题2 2 试计算在远场，频率为试计算在远场，频率为2.5MHZ的超声波探测的超声波探测3平底孔与平底孔与1长横孔回波高相等时的声程。长横孔回波高相等时的声程。 解：解：15、 DGSDGS（AVGAVG）曲线）曲线35xANDfGDS归一化距离归一化缺陷当量例题例题: :用用2P20Z直探头，检验厚度为直探头，检验厚度为340mm的的饼形钢锻件，要求探伤灵敏度为饼形钢锻件，要求探伤灵敏度为4mm，如利用通用型如利用通用型A、V、G曲线以底波调整探曲线以底波调整探伤灵敏度，试计算伤灵敏度，试计算A和和G。 解：解：225.92.952203444 2

15、.95340103440.220fCmmfDNmmxANDGD3616、压电晶片频率常数频率常数N N20LCtfN37例题：例题： 某探头晶片的波速为某探头晶片的波速为CL=5740m/s，晶片厚度晶片厚度t=0.574mm，求该探头的标称频，求该探头的标称频率为多少？率为多少？ 解：解：066025.74 105 1022 0.574llCNt fCfHzt 3817、仪器水平线性误差水平线性误差%1008 . 0maxba39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

16、？ 解：3maxmax65.920.08100%0.80.08100%1%0.8 10Baab：4018、仪器仪器垂直线性误差：垂直线性误差：)%(21ddD4119、底波法调节灵敏度（平行底面和圆柱曲底面）f2x=20lg2（平底孔与底面同距离）4222220lgfBxx（大平底与平底孔距离不同，Xf:平底孔 XB大平底距离）19、底波法调节灵敏度（空心圆柱体）Ddxflg102lg202431919、借助试块调节灵敏度、借助试块调节灵敏度12122140lgxx44例题：例题： 用用2.5P20Z探头径向探测探头径向探测500mm的的圆柱形工件，圆柱形工件，CL=5900m/s，如何利用工

17、件，如何利用工件底波调节底波调节500/2灵敏度。灵敏度。 解解: :mmfC36. 25 . 2590022220lg2 2.36 50020lg45.53.14 2xdB 45备注：备注：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 例题：例题：用用2.5P20Z探头探伤为探头探伤为400mm的工的工件，如何利用件，如何利用150mm处处4平底孔调节平底孔调节400/2灵敏度？灵敏度？ 解：解：122140lg4 40040lg292 150 xxdB 46解：1） 2）22225.92.362.5220lg10lg2 2.36 20070020lg10lg35.53.14

18、21100220lg10lg2 2.36 20070020lg10lg39.53.14 21100ffCmmfxdDdBxdDdB 47用2.5P 14Z直探头检验外径1100mm，壁厚200mm筒行锻钢件（X L=5900 m/s）。（1）在外圆周作径向探伤时，如何用内壁曲面回波调节探伤灵敏度（=2mm）？ （2）在内壁作径向探伤时，如何用外壁曲面回波调节探伤灵敏度（=2mm）？20、当量计算法评定缺陷（平面和曲底面）)(22lg2022BfBfBfxxxx48适用于平底面和实心圆柱曲底面调节灵敏度，来计算缺陷当量的情况下，Xf：平底孔缺陷至谈侧面的距离，XB，平面底面至探测面的距离大平底除

19、以平底孔得上式。Bf：底波与平底孔缺陷的回波分贝差。Xf-XB一定与分子分母对应起来。20、当量计算法评定缺陷（空心圆柱体）22220lg10lg2 ()fBfBxdxDxx 4920、当量计算法评定缺陷（以平底孔为基准）1212212140lg2 ()xxxx50（以平底孔为基准，平底孔对平底孔）注意X2-X1一定与分子分母对应起来。定量计算题例题:用2MHz，20直探头对锻件探伤，发现距探测面240mm处有一缺陷，其回波高度比150/2试块平底孔回波高6dB。求此缺陷的平底孔当量。 解：12211640140lg15040lg62 240104.520.3125xxmm 51例题：锻钢件厚

20、度例题：锻钢件厚度320mm，用，用2.5MHz，20直探头探伤。发现距探测面直探头探伤。发现距探测面240mm处处有一波高为有一波高为36dB的缺陷波，而探头在工件的缺陷波，而探头在工件完好处测得底面回波高度为完好处测得底面回波高度为52dB。求此缺。求此缺陷的平底孔当量陷的平底孔当量 解：222216205,92.362.5220lg2 2.36 24020lg5236163.143202706.5410fBfBCmmfxxmm52*例题:用2.5MHz，20直探头探测厚度350mm的锻钢件，探伤灵敏度在200/2平底孔试块上校正，当试块平底孔回波达基准高度时，测得工件中150mm处有一波

21、高16dB的缺陷，求此缺陷的平底孔当量。（试块材质衰减不计，工件材质衰减为双=0.02dB/mm，工件与试块耦合差4 dB）注意此处 用试块校准，所以仅仅考虑工件150mm距离的材质衰减、在试块衰减不计的情况下。假如考虑试块衰减如何做？解：12312121234011640.02 1502320040lg40lg2 150105.630.667xxmm 53综合计算题：综合计算题： 有一锻钢曲拐，用有一锻钢曲拐，用4MHz，14直探头探测直探头探测其轴颈（直径）其轴颈（直径）280mm），要求），要求3当量缺陷不漏检，当量缺陷不漏检，问利用曲拐的扇形平面（厚问利用曲拐的扇形平面（厚320 mm

22、）如何调探伤灵敏）如何调探伤灵敏度？（曲率补偿度？（曲率补偿6dB，材质衰减不计），探测时发现距探，材质衰减不计），探测时发现距探测面测面180mm处有一波高为处有一波高为10dB的缺陷，求此缺陷的平的缺陷，求此缺陷的平底孔当量。底孔当量。 解：2222121122110405.91.474.022 1.4728020lg20lg283.1433202863428040lg40lg103 180103.420.5185BCmmfxxdBxxmm 54解：用2.5MHz，14直探头探测厚度300mm的锻钢件，技术条件规定不允许2当量缺陷存在，材料衰减系数为x=0.02dB/mm，利用工件底面如何

23、调节探测灵敏度？在此灵敏度下发现距探测面200mm处有一缺陷，其最高回波为22dB，问此缺陷当量？ 221212212111184015.92.362.5222.3630020lg20lg413.14240lg2 ()30040lg20.02(300200)220030040lg224182200103.760.75fCmmfxdBxxxxmm 55v例题： 用2.5P 20Z直探头检验厚度为380mm的钢锻件（C L=5900m/s），材质衰减系数=0.01dB。检验中在130mm深发现一缺陷，其波幅较底波低7 dB。求此缺陷当量多大？ 解：222212205.92.362.5220lg2

24、()22.36 13020 lg20.01(130380)3.143807751266.84.110fBffBBcmmfxxxxlmm 56 v例：用2.5MHZ，20直探头，探测厚400mm锻钢件，要求检测灵敏度不低于4平底孔当量，已测得工件一次底波高100，二次底波高为20，若考虑衰减，v问： v如何用工件底面调探伤灵敏度？（如何用工件底面调探伤灵敏度？（CLCL钢钢5900/s5900/s）用用150/2150/2平底孔试块如何调灵敏度？（试块与工件平底孔试块如何调灵敏度？（试块与工件材质相同，表面偶合补偿差材质相同，表面偶合补偿差4dB4dB）上述灵敏度下发现探测面下上述灵敏度下发现探

25、测面下300mm300mm缺陷波比基准高缺陷波比基准高20dB20dB，求缺陷当量。，求缺陷当量。 v解： dB20lg 20lg v20lg 31.5dBv注意此处：注意此处：因为在本体上调节，不存在材质衰减补偿。 v 先求材质衰减系数：v双 0.02dB/mmPPB242X2414.340036.22400620100lg20 v v再求150/2与400/4dB差vdB120lg 40lg 5dB v材质引起dB差为v dB2（400-150）双2500.025dB 42PP150*4400*2 v表面补偿：vdB34dBvdB总dB1+ dB2+ dB35+5+414Dbv将150/2

26、反射波调至基准高再提高14dB。 v dB120lg =20lg =20lg vdB2（400-300）双1000.022dB v则 20-220lg ,即1840lg ,解得：X=8.45mm。 4PPX22223004400X92X92X3X v v见课本P266例题21、外圆面周向横波可检测最大壁厚2(1)2(1)21mDTSinDKK65计算题(5.175.19、5.21、7.9）例题（5.19）解：mmKKDTm6 .31)894. 01 (300)2121 (2600)11 (22206622、焊缝缺陷定位（声程法）cossinsdsl2211KsdkKslcos2sinsTdsl

27、22121KsTdKKsl6722、焊缝缺陷定位（水平法）Kldl直读KlTdl2直读6822、焊缝缺陷定位（深度法）直读dKdl2dTdKdl69计算题（7.57.6）例题（7.5）解：6022 2550 30 2022fddTmm 602.57522fdLKmm70例题：（7.6）解：1240162.57022 20122.5LdmmKLdTmmK712323、探头、探头K K值选择值选择022ablKT02alKT72例题：解： 检验板厚T=22mm的钢板对接焊缝上，上焊缝宽度为30mm，下焊缝宽度为20mm。选用K=2，前沿距离l0=17mm的探头。用一、二次波法能否扫查到整个焊缝截面

28、 0ab+l22KT3020+1722=1.922K21.9故能。7324、圆柱体圆周面检测指示长度修正)(ffxRRLL)(ffxrrLL7425、聚焦探头声透镜曲率半径（水浸聚焦）FCCCr1217525、小径管水浸聚焦探伤（偏心距）1122LLLSCCRxCC2458. 0251.rRox7625、小径管水浸聚焦探伤（焦距）1210.46CCrFCF7725、小径管水浸聚焦探伤（水层距离）22HFRr78例题：今有一批506mm的无缝钢管，采用水晶聚集横波探伤，若透镜曲率半径为40mm，求应采用的偏心距和水层距离。解：12122220.2520.45820.251 250.458 197

29、.524087.42730 1480273087.4257.563.6RrxmmrFmmCCCHFRrmm79例题：解：1122150015003025590032007.611,7LLLSCCRxrCCxx802626、重合法探伤、重合法探伤4nTH 81v解：用水浸二次重波合法探伤T=40mm的钢板，仪器在钢板上按1：2调节扫描速度，并校正“0”点。求：v（1）水层厚度为多少？ （20毫米）v（2）钢板中距上表面12mm处的缺陷回波的水平刻度值为多少？v（4.6格）v（3）示波屏上 =50处缺陷在钢板中的位置？ （20毫米）12 401204424012 f =40+4623(5040) 220nTHmmmm12、20 4、S2、f82备注：20*4相当于多少钢，除以2后 表示刻度值