超声检测公式
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超声检测公式 1.周期和频率的关系,二者互为倒数: T=1/f
2.波速、波长和频率的关系:C=f 或λ=fc 3.CL∶Cs∶CR≈1.8∶1∶0.9 4.常 用 固 体 的 密 度、声 速 与 声 阻 抗
种类 (g/cm3) σ CLb (m/s) CL (m/s) CS
(m/s) Z=C (×106g/cm2·s)
铝(Al) 铁(Fe) 铸铁 钢 铜(Cu) 有机玻璃 聚苯乙烯 环氧树脂 尼龙 2.7 7.8 6.9~7.3 7.8 8.9 1.18 1.05 1.1~1.25 1.1~1.2 0.34 0.28 0.28 0.35 0.324 0.341 5040 5180 3710 6260 5850~5900 3500~5600 5880~5950 4700 2730 2340~2350 2400~2900 1800~2200 3080 3230 2200~3200 3230 22601460 1150 1100 1.69 4.50 2.5~4.2 4.53 4.18 0.32 0.25 0.27~0.36 0.198~0.264 5.声压: P=P1-P0 帕斯卡(Pa)微帕斯卡(μPa)1Pa=1N/m2 1Pa=106μP 6.声阻抗:Z=p/u=cu/u=c 单位为克/厘米2·秒(g/cm2·s)或千克/米2·秒(kg/m2·s)
7.声强;I=21Zu2=ZP22 单位; 瓦/厘米2(W/cm2)或 焦耳/厘米2·秒(J/cm2·s) 8.声强级贝尔(BeL)。△=lgI2/I1 (BeL) 9.声强级即分贝(dB) △=10lgI2/I1 =20lgP2/P1 (dB) 10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比:△20lgP2/P1=20lgH2/H1 (dB) 11.声压反射率、透射率: r=Pr / P0 t=Pt / P0
21//)1(1ZtZrtr
r=12120ZZZZPPr t=12202ZZZPPt
Z1—第一种介质的声阻抗; Z2—第二种介质的声阻抗
12.声强反射率: R=21212220212012022ZZZZrPPZPZPIIrrr
声强透射率:T=21221202212120220422ZZZZPPZZZPZPIIttt T+R=1 t-r=1 13.声压往复透射率;T往=00PPPPta.taPP=21221)(4ZZZZ 14.纵波斜入射: 1sinLLc=1sinLLc=1nsiSSc=2sinLLc=2sinSSc CL1、CS1—第一介质中的纵波、横波波速; CL2、CS2—第二介质中的纵波、横波波速; αL、α´L—纵波入射角、反射角; βL、βS—纵波、横波折射角; α´S—横波反射角。
15.纵波入射时:第一临界角α: βL=90°时αⅠ=arcsin21LLcc
第二临界角α:βS=90°时αⅡ=arcsin21SLcc 16.有机玻璃横波探头αL=27.6°~57.7°,有机玻璃表面波探头αL≥57.7° 17.横波入射:第三临界角:当α´L=90°时αⅢ=arcsin11LScc
αⅢ=arcsin11LScc = arcsin59003230=33.2°当αS≥33.2°时,钢中横波全反射。 横波入射角αS(等于横波探头的折射角βS)=35°~55°,即K=tgβS=0.7~1.43时,检测灵敏度最高。 18.衰减系数的计算 1. 薄板:
—衰减系数,dB/m(单程);
)(mnBB—两次底波分贝值之差,dB;δ为反射损失,每次反射损失约为(0.5~1)dB;
X 为薄板的厚度 T:工件检测厚度,mm;N:单直探头近场区长度,mm;m、n—底波反射次数
2、厚板或粗圆柱体:
xmnBBnm)(2/lg20
xBB26/lg2021 )(21BB—两次底波分贝值之差,dB; 19.圆盘波源辐射的纵波声场声压为 :xFPxRPPss020 20.近场区的长度: ssssFRDDN222244 21. 圆晶片辐射的声束半扩散角为:D/7000 22.波束未扩散区:NDbs64.144.22 23.矩形波源辐射的纵波声场:波束轴线上的声压:x≥3N时,xFPP/0 24.矩形波源的近场区的长度为: FN 25.矩形波源的半扩散角0:X方向的半扩散角为:a25700 Y方向的半扩散角为:b25700
26.近场区在两种介质中的分布: 1、基于钢中的近场区 21222124ccLDccLNNs
2、基于水中的近场区 21222124ccLDccLNNs)()( 2—介质Ⅱ钢中波长 2N—只有介质Ⅱ时,钢中近场长度; 1c—介质Ⅰ水中波速; 2c—介质Ⅱ钢中波速
27.横波轴线上的声压; coscos2sSKFP K—系数; SF—波源的面积; 2s—第二介质中横波波长; x—轴线上某点至假想波源的距离
28.横波声场近场区长度为:coscos2sSFN
29.横波声场中,第二介质中的近场区长度N为:2LNNcoscos2xFsS-tantan1L
SF—波源的面积; 2s—第二介质中横波波长; 1L—入射点至波源的距离 2L—入射点至假想波源的距离 30.在第Ⅰ介质为有机玻璃;第二介质为钢Ⅱ的探头: cos/cos、tg/tg与K值的关系
K值 1.0 1.5 2.0 2.5
cos/cos 0.88 0.78 0.68 0.6
tan
/tan 0.75 0.66 0.58 0.5
31.横波半扩散角1. 对于圆片形声源:SSSDD020227022.1arcsin 2.对于矩形正方形声源:aaS2572arcsin0202 32规则反射体的反射波声压公式:
1.平底孔回波声压; 220xFFPxFPPfSfxf
任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为: 1221211240lg20xDxDPPffff 2.长横孔回波声压; fPxDxFPfS220 任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为:312321211210lg20xDxDPPffff 3.短横孔回波声压; ffSfDxlxFPP20 任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为: 21414222212112lg10lg20ffffffDDxxllPP
4.球孔回波声压: xDxFPPfSf40 任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为: 2121222112lg20lg20ffffDDxxPP 5.大平底面或实心圆柱体回波声压:xFPPSB20 两个不同距离的大平底回波分贝差为:122112lg20lg20xxPPBB 6.空心圆柱体 1.外柱面径向检测空心圆柱体:BPDdxFPS20 2.内孔检测圆柱体:BPdDxFPS20 注意:以上各种规则反射体的反射波声压公式均未考虑介质衰减,如果考虑介质衰减,则所有公式均应增加68.82axe
0P—波源的起始声压;SF—探头波源的面积,4/2SSDF: x—反射体至波源的距离。X≥3N
fF—平底孔缺陷的面积,4/2ffDF —波长; fD—长横孔的直径 Lf:短横孔长度 D:空心圆柱体外经 d:空心圆柱体内径 :介质单程衰减系数,dB/mm AVG曲线 33. 为了简化计算,进行归一化处理
SFxNxA, SfSfFFDDG
34.实用AVG曲线可由以下公式得到。 不同距离的大平底反射波dB差:1221lg20lg20xxPPBB
不同距离的不同大小平底孔反射波dB差:122121lg40lg20xDxDPPffff 同距离的大平底与平底孔反射波dB差:22lg20lg20ffBDxPP
35.当用平底面的和实心圆柱体曲底面调节灵敏度时,不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差为:
)(22lg20lg2022fBBfffBBfxx-xDxPP
fx—平底孔缺陷至检测面的距离;fx≥3 Bx—锻件底面至检测面的距离 —材质衰减系数; λ—波长;fD—平底孔缺陷的当量直径; Bf—底波与平底孔缺陷的反射波分贝差
36. 不同平底孔回波分贝差为:)(2lg40lg202112211221xx-xDxDPPffff 12—平底孔1、2的dB差;1fD、2fD—平底孔1、2的当量直径; 1x、2x—平底孔1、2的距离。
37.当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调节灵敏度时,当量计算公式为:
)(2lg102lg20lg2022fBBfffBBfxx-DdxDxPP
d—空心圆柱体的内径;D—空心圆柱体的外径;
“+”—外圆径向探测,内孔凸柱面反射; “-”—内孔径向探测,外圆凹柱面反射;
Bf—圆柱曲底面与平底孔缺陷的回波分贝差。