1、超声波检测实用公式一、一般公式1、不同反射体的回波声压比（1）平底孔对大平底：= 20lg（X B 2/2X f2）dB用途：用于以底波方式调整超声波探伤起始灵敏度和评定缺陷的当量大小，式中 XB为大平底声程（探测到工件地面的工件厚度） ；X f 为平底孔声程（即缺陷的埋藏深度） ；为预定探测灵敏度所规定的平底孔直径； 为所用频率超声波在被检工件材料中的波长。在按照大声程调整探伤起始灵敏度时，设 XB=Xf，则公式简化为 = 20lg（ 2/2X f） ，即将直探头良好地耦合在探测面上，调整仪器的增益，使工件地面的第一次回波高度达到满屏上的某一刻度（例如 50%）,然后按公式计算所得到的 dB
2、 值提高仪器的定量增益。在探伤过程中发现有缺陷回波高度超过预定的满屏刻度（例如上面预定的 50%）时，可根据将该回波高度降到预定刻度所需的 dB 值和缺陷埋藏深度，按照公式计算出 当量值，即缺陷的当量值。（2）球孔对大平底：= 20lg（dX B/2Xf2）dB d 为当量球孔直径，用途同上。（3）长横孔对大平底：= 10lg（X B2/2Xf3）dB 为当量长横孔直径，用途同上。（4）短横孔对大平底：= 10lg（L 2X B2/X f4）dB 为当量短横孔直径，L 为短横孔长度，用途同上。（5）平底孔对平底孔：= 40lg（ 1X2/ 2X1）dB 两个不同声程、不同直径的平底孔回波声压比
3、，用分贝表示。用途：在探伤中，一般把调整探伤起始灵敏度时设定的一定声程 X2 和一定直径的平底孔 2 作为基准，通过缺陷回波与基准回波高度分贝差（由探伤仪定）和缺陷埋藏深度 X1计算出缺陷的平底孔当量大小 1，注意 的正负值所代表的意义是不同的在以上规定时负值表示缺陷比基准平底孔当量小，反之则大。（6）球孔对球孔：= 20lg（d 1X22/d2X12）dB 两个不同直径不同声程的球孔回波声压比，用途同上。（7）长横孔对长横孔：= 10lg（ 1X23/ 2X13）dB 两个不同声程不同直径的长横孔回波声压比，用途同上。（8）短横孔对短横孔：= 10lg（ 1X24/ 2X14）dB 两个不同
4、声程不同直径、长度相同的短横孔回波声压比，用途同上。（9）大平底对大平底：= 20lg（X 2/ X1）dB 一般用于验证被检工件材质衰减状况。回波幅度比：= 20lg（H 2/ H1）dB 以回波幅度法探伤时，将缺陷回波高度与基准波高之间的幅度差异转换成以分贝表示两个幅度高度的差异（10）大平底对凸圆柱底面：= 10lg（R/ r）dB R 为圆柱外径，r 为圆柱内径；计算得到的 dB 值应是相当于大平底时的曲面补偿值，显然这是正值凸底面的反射发散需要补偿，见示意图 1图 1（11）大平底对凹圆柱底面：= 10lg（r / R）dB R 为圆柱外径，r 为圆柱内径；计算得到的 dB 值应是相
5、当于大平底时的曲面补偿值，显然这是负值凹底面的反射汇聚需要反补偿，见示意图 2图 22、纵波圆形晶片的有效直径 DeDe= 097.4fNCfe 为回波频率； 为晶片名义直径；N 为近场区长度；C 为材料中的声速。在超声换能器0中，晶片自身的边沿效应以及由于周边被固定，因此实际发生振动发射声波的区域称为有效区域，对于圆形晶片则称为有效直径。3、声束的指向性圆形晶片的声束指向性：零扩散角 070/D e方形晶片的声束指向性：零扩散角 057/a （a 为晶片边长）比声束轴线声压低 3dB 的对应点构成的声束之扩散角： -3dB29/D e 与 -3dB25/a4、综合衰减系数测量X3N 时，=（
6、Bm-Bn）-20lg （m/n）-（m-n） （一次往返损失）/2（m-n）XdB/mmX3N 时，=（Bm-Bn）-（m-n） （一次往返损失）/2（m-n）X dB/mm注：为消除波导效应的影响，要求被测材料厚度 X、探测面横向尺寸 H 和 L 应满足H、L0.65X5、界面上的反射与折射 221111 sinisinisini SLSSLL CC-纵波入射角 -横波入射角 -纵波反射角 -横波反射角 -纵波折射角1L L-横波折射角2S第一临界角： =arcsin（C L1/CL2）第二临界角： =arcsin（C L1/CS2）CL1 为第一介质纵波声速 CL2 为第二介质纵波声速
7、CS2 为第二介质横波声速6、瑞利波入射角 R=arcsin（C L1/CR）arcsin （C L1/CS2）在有机玻璃-钢界面的情况下，通常取 R 为 67727、横波、纵波和瑞利波在同一材料中的声速差异钢：C S0.55 C L CR0.92 C S 铝：C S0.49 C L CR0.93 C S二、绘制 AVG 曲线面板的计算公式1、标准化距离：A=X/N 0 (X-距离；N 0-近场长度)2、标准化缺陷（当量）：G=/D 0（- 平底孔直径；D 0-圆形晶片直径）3、底波振幅曲线：V B=20 p lgB/p0=20lg（/2A）（p-底面回破声压；B-工件厚度； p0-初始声压；
8、A-晶片面积）4、平底孔回波振幅：V =20lg（p f/ p0）=20lg（ 2G2/A2） (pf-距离 x 处的回波声压)5、绘制曲线面板时，最大测距上满刻度 HB 的比例系数：K=H B/（/2A）三、横波探伤中的几何关系21KYS21KSX21KSYK=tg -折射角直射法 x1=Ky1 y1=x1/K一次反射法 x2=Ky2 y2=2t- y2=2t-s2cos二次反射法 x3=Ky3 y3= y3 -2t见图 3 分析：图 3四、横波探伤中的晶片有效直径与近场横波探伤中的晶片有效直径 De eeA2cos0式中 D0-晶片的名义直径； Ae晶片有效面积； Ae=（cos/cos）
9、A（A 为晶片的实际直径） 。横波探伤中的近场区长度 N 为：N=A e/ 式中 N-总近场长度；-工件中的波长；Ae 晶片的有效面积。在工件中的近场：N A=N-S2，S 2 为有效位置，S 2=（C S2/ CL1）S 1，C S2 为第二介质横波速度；C L1 为第一介质纵波速度。如图 4 所示：图 4图 5五、棒材探伤中的应用公式1、棒材周面径向纵波接触法探测适合采用 ，以底波方式调整探伤起始灵敏度检测棒材的情况，其条2lg0fBXd件应满足：棒材直径 3.7N ；单晶直探头的晶片直径应为：D 2/2。2、棒材周面弦向横波法探伤一般有接触法和水浸法两种接触法：如图所示，探头斜楔块匹配面
10、磨制方法：先在纸上按欲探伤棒材直径画圆，作一直径延长线从 C 点引出至 A 点，长度为 a，垂直此直径过 A 点作垂线长为 b，连接 B 和C，则 BC 为预定入射角时的声束轴线，然后将有机玻璃透明楔块置于图上，使纸上的声束轴线与探头声轴线重合（或使声轴线通过斜探头中心并垂直于斜面） ，透过斜楔块描出应磨去的圆弧部分。然后，先在砂轮机上粗磨至接近规定轮廓，再在比棒材名义直径小 1 毫米的专用圆棒（或将与探伤棒材同直径的棒材试块端头直径车削掉 1 毫米）-因为下面要使用的刚玉砂布厚度一般是 1 毫米左右，在此位置平整地铺垫上 0#或 1#刚玉砂布用手工细磨成型。b=atg=arcsin(CL/C
11、S) sin水浸法：采用的水浸探头发射的声束应是会聚（聚焦）的。棒材横波水浸法探伤的最大检查深度（径向深度）为：h=R1-(CS/C 水 ) sin=R1-(CS/CL)式中：第一临界角；R棒材的半径水浸探头偏心距的调整：=arcsin(C 水 /CS) sin由于 =，X/R=sin= sin所以：偏心距 X= R sin= R (C 水 /CS) sin注： 一般多取 45，故在接触法时，有机玻璃斜楔块入射角对钢为 37左右，对钛合金为 37.5左右；水浸法时的偏心距对钢约为 0.32R（mm） ，对钛合金约为0.33R（mm ） 。六、管材的周面弦向横波探伤1、 满足 t/D0.51-(
12、C S2/CL2)的管材：CS2、C L2 分别为管材的纵波与横波速度，D 为管材外径，t 为管材壁厚（1）接触法：见右图，探头斜楔块的磨制与棒材要求相同，入射角应满足：sin-1(CL1/CL2) sin -1(CL1r/CS2R)式中：C L1 为斜楔块的纵波速度。（2）水浸法：见图 6，使用点聚焦或线聚焦探头。偏心距要求：(C 水 R/CL2) X(C 水 r/CS2)在水-钢界面情况下，偏心距为0.253RX0.461r X=R（C 水 /CS）sin 其中：sin=1-(2t/D)(CL1/CS2)=2X/D=X/R;sin=1-(2t/d)=(CS2/CL1)sin最佳水层厚度：
13、2XRFH式中：F 为探头水中焦距，此时焦点落在与声轴线垂直的通过圆心的水平直径上。自动化管材水浸法探伤的重复频率要求：f 重 =2RnK/D式中：R-管材的外径；n-探头与管材相对转速（转/min） ；D-有效声束宽度或螺距；K- 系数，与报警、记录等辅助装置有关，通常取2 以上（包括 2 在内） 。图 62、 满足 t/D0.51-(C S2/CL2)的管材（厚壁管）：采用纵 -横-纵波法，见下图所示七、板材探伤1、中厚板的单直探头水浸法探伤水层厚度C 水 t/CL（一般水浸探伤要求） 式中：C L -板材纵波速度； t-板厚；C 水 -水中声速当采用：一次重合法探伤时有：H= C 水 t
14、/CL二次重合法探伤时有：H=2C 水 t/CL三次重合法探伤时有：H=3C 水 t/CL四次重合法探伤时有：H=4C 水 t/CL。 。 。 。 。 。2、 薄板的兰姆波探伤激发兰姆波的条件：仪器有足够高的发射功率和足够宽的发射脉冲；仪器工作频率范围在 0.6-10MHz；探伤压电晶片最好采用矩形晶片，且短边与板面平行，长边至少为板厚的 7-10 倍，以利于入射波束与反射波束充分重叠干涉形成兰姆波。兰姆波模式的选择：1入射角的选择：用可变角探头实际调试，采用被检板材端面反射回波幅度高、前沿陡峭、传播速度快的兰姆波入射角。2波型鉴定：在示波屏上观察兰姆波的特征板端回波在探头前后移动时是连续移动
15、的（横波则是跳跃式移动的） ；声程越大，距离越远，波形包络越宽（横波不变宽） ；入射角变化时声速发生变化（横波速度不变） ；将回波展宽时可见兰姆波是一个规则的中间高、两边低的包络（横波可分离成单个、各自独立的来自板端棱角的回波） 。波速鉴别法：如下图所示将探头如图左放置，观察板端回波的位置，然后放到厚度为原板材厚度两倍的试板上（如图左） ，此时因板厚改变使频率板厚关系变化，兰姆波的速度将改变，因而板端回波位置变化（一般为消失） ，而横波速度不会因板厚改变而变化，在薄板上的声程相差不大，故其板端回波仍基本上在原来位置。3模式鉴定：利用频率与板厚乘积关系，在相应材料的相速度曲线图上查出相速度，按下式求出相应入射角：sin=C L/CP 式中： CL -斜楔的纵波速度； CP -在板材中可激模式的相速度注：有的相速度曲线图上已在纵坐标上直接标明入射角度。
