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超声波探伤常用计算公式

超声波探伤常用计算公式

一、

1、示波屏上的波高与声压成正比。

既:△=20lgP2/P1=20lgH2/H1   (1NP=8.68dB   1dB=0.115NP)

2、声压反射率r和投射率t分别为:

r=Pr/ PO=Z2-Z1/Z2+Z1    t=Pt/ PO =2Z2/Z2+Z1

3、声强反射率R和投射率T分别为:

R=r2 =(Z2-Z1/Z2+Z1)2     T=4Z1Z /(Z2+Z1)2由以上几式得:t-r=1    T+R=1

4、声压往复透射率T往:探头接收到的回波声压Pa与入射波声压PO之比。既:T往=Pa/PO=4Z1Z /(Z2+Z1)2

5、反射、折射定律:

sinαL/CL1=sinα1L/CL1= sinα1S/CS1=sinβL/CL2=sinβS/CS2

6、第一临界角。αⅠ=arcsinCL1/CL2  第二临界角。αⅡ=arcsinCL1/CS2

 第三临界角:αⅢ=arcsinCS1/CL1

7、(1)薄板工件的衰减系数测定:α=(20lgBm/Bn-δ)/2x(n-m)

对于多次反射:α=[20lgBm/Bn-δ(n-m)]/2x(n-m)

(2)厚板工件的衰减系数测定:α=(20lgB1/B2-6-δ)/2x 

对于2次波、3次波;α=(20lgB2/B3-3.5-δ)/2x。

对于1次波、3次波;α=(20lgB1/B3-9.5-δ)/4x。

1、近场区长度:N=D2S/4λ= R2S/λ= FS/πλ= FS?/Cλ 

2、圆盘源辐射的纵波声场的第一零值发散角;

θ0=arcsin1.22λ/Ds≈70λ/Ds

3、波束未扩散区与扩散区:b=1.64N

4、矩形波源的近场区长度N=Fs/πλ,未扩散区b=1.64N,

半扩散角θ0=arcsinλ/2a≈57λ/2a,

5、近场区在两种介质中的分布;公式N=D2S/4λ只适用均匀介质。在水、钢两种介质中,当水层厚度较小时,进场区就会分布在水、钢两种介质中,设水层厚度为L,则钢中剩余进场区长度N为:

N=N2-LC1/C2= D2S/4λ- LC1/C2,     

6、横波近场区长度;方形  N=FS/πλs2*cosβ/cosα

 圆形   N=D2/4λs2*cosβ/cosα

横波声场中,第二介质中的近场区长度:

N`=N-L2= FS/πλs2*cosβ/cosα-L1tgα/tgβ

FS-波源面积 λs2-介质Ⅱ中横波波 L1-入射点至波源的距离 L2-入射点至假想波源的距离
半扩散角;对于圆片形声源:?0=arcsin1.22λS2/DS=70λS2/DS

对于矩形正方形声源:?0=arcsinλS2/2a=57λS2/2a

1、计算垂直线性误差D=(∣d1∣+∣d2∣)% 。d1 —实测值与理想值的最大正偏差;d2—实测值与理想值的最大负偏差。

2、计算水平线性误差; δ=∣αmax∣/0.8b*100%  αmax—α2、α3、α4中最大者;b—示波屏水平刻度值(一般为10)。

3、斜探头K值和折射角βs:K= tgβs=L+L0-35/反射体中心厚度

(分别为B=70、C=30、D=15mm)。

4、信噪比;△=20lgH信/H噪。

1、(1)按声程调节扫描速度时:一次波探伤时(τ∫≤T),缺陷至入射点的声程x∫=nτ∫,则缺陷在工件中的水平距离为:l∫=x∫sinβ= nτ∫sinβ 、深度为:d∫= x∫cosβ= nτ∫cosβ。二次波探伤T<τ∫≤2T时,则缺陷在工件中的水平距离为:l∫=x∫sinβ= nτ∫sinβ 、

深度为:d∫= 2T-x∫cosβ= 2T-nτ∫cosβ。

(2)按水平调节扫描速度时:

一次波探伤(τ∫≤T)时,

则缺陷在工件中的水平距离:l∫= nτ∫   深度:d∫= l∫/K= nτ∫/K。

二次波探伤T<τ∫≤2T时,

则缺陷在工件中的水平距离:l∫= nτ∫  深度:d∫=2T- l∫/K=2T- nτ∫/K。

(3)按深度调节扫描速度时:

一次波探伤(τ∫≤T)时,

则缺陷在工件中的水平距离为:l∫= Knτ∫    深度为:d=nτ∫。

二次波探伤(T<τ∫≤2T时,

则缺陷在工件中的水平距离为:l∫= Knτ∫   、深度为:d∫=2T- nτ∫。

2、(1)外圆周向探测时,缺陷位置由深度H和弧长L来确定则:

 H=R-[(Kd)2+(R-d)2]0.5     L=Rπθ/180= Rπ/180*tg-1Kd/R-d 。

结论:当探头从圆柱曲面外壁作周向探测时,弧长L总比水平距离l值大,但深度H却总比平板工件中的缺陷深度d小。

(2)内圆周向探测时,缺陷位置由深度h和弧长l来确定则:

h=[(Kd)2+(r+d)2]0.5-r   l=rπθ/180= rπ/180*tg-1Kd/r+d

结论:当探头从圆柱曲面内壁作周向探测时,弧长 l总比水平距离l值小,但深度h却总比平板工件中的缺陷深度d值大。(注意,如缺陷深度h大于壁厚,则为焊缝杂波)

3、最大探测壁厚;Tm/D≤1/2(1-sinβ)≤1/2(1-K/(1+K2)0.5

一般把筒体可探测的内外半径范围定位r/R≥80%

4、不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差为;

△B?=20lgPB/P?=20lg2λχ2?/лD2?χB+2α(χ?-χB) α—材质衰减系数;χ?—探测面至缺陷的距离;χВ—探测面至底面的距离(工件的厚度)

不同平底孔、距离的回波分贝差为;

△12=20lgP?1/P?2=40lgD?1χ2/D?2χ1    P?1—人工缺陷;P?2—工件缺陷

5、避免侧壁干涉的条件

      侧壁反射波束与直接传播波束的声程差大于4λ(既:2W-α>4λ)就可以避免侧壁干涉。

(1)探头轴线上缺陷反射时避免侧壁干涉的最小距离dmin为:dmin>(2αλ)0.5

对于钢:dmin>(2αλ)0.5=3.5(α/?)0.5
(2)底面反射时避免侧壁干涉的最小距离dmin为:dmin>2 (αλ)0.5

对于钢:dmin>2 (αλ)0.5=5(α/?)0.5

6、①偏心距X的选择:偏心距—是指探头声束轴线与管材中心线之间的水平距离,用X表示。入射角α随偏心距X的距离增大而增大,控制偏心距X即可控制入射角α。满足纯横波探测内壁的条件为:

CL1/CL2×R≤X≤CL1/CL2×r

对于水浸探伤钢管0.251R≤X≤0.458r 取平均值X=1/2(0.251R+0.458r) ②水层厚度的选择:要求水层厚度H大于钢管中横波全声程的1/2(即H>XS),这是因为水/钢界面的第二次回波S2将位于管子的缺陷波F内(一次波)F外(二次波)之后,这样,有利于对缺陷判别。

③焦距的选择:F=H+(R2-X2)0.5

④声透镜的曲率半径r`  由F=2.2r`得r`=0.46F 

也可有  r`=C1-C2/C1*F  C1-声透镜的纵波声速   C2-水中的纵波声速

五、

1、水浸重合波探伤钢板,根据钢和水中的声速,可得各次重合波水层厚度H与钢板厚度δ的关系为:H=n·C水/C钢δ=n·δ/4    n—重合波次数


 

 

2、复合材料超声波探伤,

当不考虑介质衰减和扩散衰减,且底面全反射时,底波B1与复合界面反射波S(复合良好)的dB差值为:

△BS=20lg︱B1/S︳=20lg︱T/r︳=20lg︱1-r2/r︳式中 r—复合界面声压反射率,r=Z2-Z1/Z2+Z1  T—复合界面声压往复透射率T=1-r2

当底面不是全反射,其反射率为r’,则这时底波B1与复合界面反射波S(复合良好)的dB差值为:

△    BS=20lg︱B1/S︳=20lg︱Tr’/r︳=20lg︱(1-r2)r’/r︳

式中 r’—底面声压反射率,r’=Z3-Z2/Z3+Z2

六    当量计算法

对于同距离平底面或实心圆柱体曲底面与平底孔回波分贝差;

△=20lgPB/Pf=20lg2λXf/D2fπ

对于不同距离平底面或实心圆柱体曲底面与平底孔回波分贝差;

△=20lgPB/Pf=20lg2λX2f/D2fπXB

对于空心圆柱体同距离处圆柱曲底面与平底孔回波分贝差;

△=20lgPB/Pf=20lg2λXf/D2fπ±10lgd/D 

外圆探伤用‘+’,内圆探伤用‘-’。

当试块厚度、平底孔直径与所调节的工件厚度和要求φ2平底孔不同时:△=20lgPB/Pf=40lgDf1X1/Df2X2
 (一般设被利用的试块平底孔回波声压为PB,所要得到的工件φ2平底孔回波声压为Pf)

①当量计算法:  当用平底面或实心圆柱体曲底面调节探伤灵敏度时,当量计算公式为;  △Bf=20lgPB/Pf=20lg2λX2f/D2fπXB+2X(Xf-XB)

  当用空心圆柱体内孔或外圆曲面调节探伤灵敏度时,当量计算公式为;

       △Bf=20lgPB/Pf=20lg2λX2f/D2fπXB±10lgd/D +2X(Xf-XB)

1、焊缝两侧探测面的修整宽度P,一般根据母材厚度来确定;厚度为8-46mm的焊缝采用二次波探伤,探测面修整宽度为:P≥2KT+50 mm;厚度大于46mm的焊缝采用一次波探伤,探测面修整宽度为:P≥KT+50 mm;

2、缺陷位置的测定方法有几种?

  缺陷定位方法有;声程、水平、深度定位法。

①声程定位法:当仪器按声程1:n调节时;

一次波探伤:lf=nτfsinβ  df= nτfcosβ

二次波探伤:lf=nτfsinβ  df= 2T-nτfcosβ

②水平定位法:当仪器按水平1:n调节时;
一次波探伤:lf=nτf       df= nτf/K

二次波探伤:lf=nτf       df= 2T- nτf/K

③深度定位法:当仪器按深度1:n调节时;

一次波探伤: df= nτf       lf=nτf K    

二次波探伤: df= 2T- nτf   lf=nτf K     

 


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