超聲波探傷公式

一、

1、示波屏上的波高與聲壓成正比。

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

2、聲壓反射率r和投射率t分別為：

r=P_r/ P_O=Z₂-Z₁/Z₂+Z₁    t=P_t/P_O =2Z₂/Z₂+Z₁

3、聲強反射率R和投射率T分別為：

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

4、聲壓往復透射率T_往：探頭接收到的回波聲壓P_a與入射波聲壓P_O之比。既：T_往=P_a/P_O=4Z₁Z/(Z₂+Z₁)²

5、反射、折射定律：

sinα_L/C_L1=sinα¹_L/C_L1= sinα¹_S/C_S1=sinβ_L/C_L2=sinβ_S/C_S2

6、第一臨界角。α_Ⅰ=arcsinC_L1/C_L2  第二臨界角。α_Ⅱ=arcsinC_L1/C_S2

 第三臨界角：α_Ⅲ=arcsinC_S1/C_L1

7、（1）薄板工件的衰減系數測定：α=(20lgBm/Bn-δ)/2x(n-m)

對于多次反射：α=[20lgBm/Bn-δ(n-m)]/2x(n-m)

（2）厚板工件的衰減系數測定：α=(20lgB1/B2-6-δ)/2x 

對于2次波、3次波；α=(20lgB2/B3-3.5-δ)/2x。

對于1次波、3次波；α=(20lgB1/B3-9.5-δ)/4x。

二

1、近場區長度：N=D²_S/4λ= R²_S/λ= F_S/πλ= F_Sƒ/Cλ 

2、圓盤源輻射的縱波聲場的第一零值發散角；

θ₀=arcsin1.22λ/Ds≈70λ/Ds

3、波束未擴散區與擴散區：b=1.64N

4、矩形波源的近場區長度N=Fs/πλ，未擴散區b=1.64N，

半擴散角θ₀=arcsinλ/2a≈57λ/2a，

5、近場區在兩種介質中的分布；公式N=D²_S/4λ只適用均勻介質。在水、鋼兩種介質中，當水層厚度較小時，進場區就會分布在水、鋼兩種介質中，設水層厚度為L，則鋼中剩余進場區長度N為：

N=N₂-LC₁/C₂=D²_S/4λ- LC₁/C₂，     

6、橫波近場區長度；方形  N=F_S/πλ_s2*cosβ/cosα

 圓形   N=D²/4λ_s2*cosβ/cosα

橫波聲場中，第二介質中的近場區長度：

N`=N-L₂=F_S/πλ_s2*cosβ/cosα-L₁tgα/tgβ

F_S-波源面積 λ_s2-介質Ⅱ中橫波波 L₁-入射點至波源的距離 L₂-入射點至假想波源的距離

半擴散角；對于圓片形聲源：Ø0=arcsin1.22λ_S2/D_S=70λ_S2/D_S

對于矩形正方形聲源：Ø0=arcsinλ_S2/2a=57λ_S2/2a

三

1、計算垂直線性誤差D=（∣d₁∣+∣d₂∣）% 。d₁ —實測值與理想值的最大正偏差；d₂—實測值與理想值的最大負偏差。

2、計算水平線性誤差； δ=∣α_max∣/0.8b*100%  α_max—α₂、α₃、α₄中最大者；b—示波屏水平刻度值（一般為10）。

3、斜探頭K值和折射角βs：K= tgβs=L+L₀-35/反射體中心厚度

（分別為B=70、C=30、D=15mm）。

4、信噪比；△=20lgH_信/H_噪。

四

1、（1）按聲程調節掃描速度時：一次波探傷時（τ_∫≤T），缺陷至入射點的聲程x_∫=nτ_∫，則缺陷在工件中的水平距離為：l_∫=x_∫sinβ= nτ_∫sinβ、深度為：d_∫= x_∫cosβ=nτ_∫cosβ。二次波探傷T＜τ_∫≤2T時，則缺陷在工件中的水平距離為：l_∫=x_∫sinβ= nτ_∫sinβ、

深度為：d_∫= 2T-x_∫cosβ= 2T-nτ_∫cosβ。

（2）按水平調節掃描速度時：

一次波探傷（τ_∫≤T）時，

則缺陷在工件中的水平距離：l_∫= nτ_∫  深度：d_∫= l_∫/K= nτ_∫/K。

二次波探傷T＜τ_∫≤2T時，

則缺陷在工件中的水平距離：l_∫= nτ_∫  深度：d_∫=2T- l_∫/K=2T- nτ_∫/K。

（3）按深度調節掃描速度時：

一次波探傷（τ_∫≤T）時，

則缺陷在工件中的水平距離為：l_∫= Knτ_∫    深度為：d=nτ_∫。

二次波探傷（T＜τ_∫≤2T時，

則缺陷在工件中的水平距離為：l_∫= Knτ_∫  、深度為：d_∫=2T- nτ_∫。

2、（1）外圓周向探測時，缺陷位置由深度H和弧長L來確定則：

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

結論：當探頭從圓柱曲面外壁作周向探測時，弧長L總比水平距離l值大，但深度H卻總比平板工件中的缺陷深度d小。

（2）內圓周向探測時，缺陷位置由深度h和弧長l來確定則：

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

結論：當探頭從圓柱曲面內壁作周向探測時，弧長 l總比水平距離l值小，但深度h卻總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，則為焊縫雜波）

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

一般把筒體可探測的內外半徑范圍定位r/R≥80%

4、不同距離處的大平底與平底孔回波分貝差為；

△_Bƒ=20lgP_B/P_ƒ=20lg2λχ²_ƒ/лD²_ƒχ_B+2α(χ_ƒ-χ_B) α—材質衰減系數；χ_ƒ—探測面至缺陷的距離；χ_В—探測面至底面的距離（工件的厚度）

不同平底孔、距離的回波分貝差為；

△₁₂=20lgP_ƒ1/P_ƒ2=40lgD_ƒ1χ₂/D_ƒ2χ₁    P_ƒ1—人工缺陷；P_ƒ2—工件缺陷

5、避免側壁干涉的條件

     側壁反射波束與直接傳播波束的聲程差大于4λ（既：2W-α>4λ）就可以避免側壁干涉。

（1）探頭軸線上缺陷反射時避免側壁干涉的最小距離d_min為：d_min>(2αλ)^0.5

對于鋼：d_min>(2αλ)^0.5=3.5（α/ƒ）^0.5

（2）底面反射時避免側壁干涉的最小距離d_min為：d_min>2 (αλ)^0.5

對于鋼：d_min>2 (αλ)^0.5=5（α/ƒ）^0.5

6、①偏心距X的選擇：偏心距—是指探頭聲束軸線與管材中心線之間的水平距離，用X表示。入射角α隨偏心距X的距離增大而增大，控制偏心距X即可控制入射角α。滿足純橫波探測內壁的條件為：

C_L1/C_L2×R≤X≤C_L1/C_L2×r

對于水浸探傷鋼管0.251R≤X≤0.458r 取平均值X=1/2（0.251R+0.458r） ②水層厚度的選擇：要求水層厚度H大于鋼管中橫波全聲程的1/2（即H>X_S），這是因為水/鋼界面的第二次回波S₂將位于管子的缺陷波F_內（一次波）F_外（二次波）之后，這樣，有利于對缺陷判別。

③焦距的選擇：F=H+（R²-X²）^0.5

④聲透鏡的曲率半徑r`  由F=2.2r`得r`=0.46F 

也可有 r`=C₁-C₂/C1*F C1-聲透鏡的縱波聲速  C2-水中的縱波聲速

五、

1、水浸重合波探傷鋼板，根據鋼和水中的聲速，可得各次重合波水層厚度H與鋼板厚度δ的關系為：H=n·C_水/C_鋼δ=n·δ/4    n—重合波次數

 

 

 

2、復合材料超聲波探傷，

當不考慮介質衰減和擴散衰減，且底面全反射時，底波B1與復合界面反射波S（復合良好）的dB差值為：

△_BS=20lg︱B1/S︳=20lg︱T/r︳=20lg︱1-r²/r︳式中 r—復合界面聲壓反射率，r=Z2-Z1/Z2+Z1  T—復合界面聲壓往復透射率T=1-r²

當底面不是全反射，其反射率為r’,則這時底波B1與復合界面反射波S（復合良好）的dB差值為：

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

式中 r’—底面聲壓反射率，r’=Z3-Z2/Z3+Z2

六    當量計算法

對于同距離平底面或實心圓柱體曲底面與平底孔回波分貝差；

△=20lgP_B/P_f=20lg2λX_f/D²_fπ

對于不同距離平底面或實心圓柱體曲底面與平底孔回波分貝差；

△=20lgP_B/P_f=20lg2λX²_f/D²_fπX_B

對于空心圓柱體同距離處圓柱曲底面與平底孔回波分貝差；

△=20lgP_B/P_f=20lg2λX_f/D²_fπ±10lgd/D 

外圓探傷用‘+’，內圓探傷用‘-’。

當試塊厚度、平底孔直徑與所調節的工件厚度和要求φ2平底孔不同時：△=20lgP_B/P_f=40lgD_f1X₁/D_f2X₂

 （一般設被利用的試塊平底孔回波聲壓為P_B，所要得到的工件φ2平底孔回波聲壓為P_f）

①當量計算法：  當用平底面或實心圓柱體曲底面調節探傷靈敏度時，當量計算公式為； △_Bf=20lgP_B/P_f=20lg2λX²_f/D²_fπX_B+2X(X_f-X_B)

  當用空心圓柱體內孔或外圓曲面調節探傷靈敏度時，當量計算公式為；

      △_Bf=20lgP_B/P_f=20lg2λX²_f/D²_fπX_B±10lgd/D +2X(X_f-X_B)

七

1、焊縫兩側探測面的修整寬度P，一般根據母材厚度來確定；厚度為8-46mm的焊縫采用二次波探傷，探測面修整寬度為：P≥2KT+50 mm；厚度大于46mm的焊縫采用一次波探傷，探測面修整寬度為：P≥KT+50 mm；

2、缺陷位置的測定方法有幾種？

  缺陷定位方法有；聲程、水平、深度定位法。

①聲程定位法：當儀器按聲程1：n調節時；

一次波探傷：l_f=nτ_fsinβ d_f= nτ_fcosβ

二次波探傷：l_f=nτ_fsinβ d_f= 2T-nτ_fcosβ

②水平定位法：當儀器按水平1：n調節時；
一次波探傷：l_f=nτ_f       d_f= nτ_f/K

二次波探傷：l_f=nτ_f      d_f= 2T- nτ_f/K

③深度定位法：當儀器按深度1：n調節時；

一次波探傷： d_f= nτ_f      l_f=nτ_f K    

二次波探傷： d_f= 2T- nτ_f  l_f=nτ_f K