超声检测计算公式及习题.

超声检测公式及计算题

武玉林

二O一一年5月

*1.1 铝（Al）的纵波声速为6300m/s，横波声速为3100m/s。试计算2MHz声波在铝中的纵、横波波长。

ccλfλf解：

CL6300103L3.15（mm）6f210CS3100103S1.55（mm）6f210

*1.2 甘油的密度为1270kg/m3，纵波声速为1900m/s，计算其声阻抗。

zc

解： Zc127019002.4106kg/m2s

1.4 5P20×10K2探头，楔块中声速CL1=2700m/s，钢中声速CL2=5900m/s，CS2=3200m/s，求探头入射角为多少度？

sinαsinβKtgβ Cl1Cs2解： tg1Ktg1263.40

sinsinCsin1（L1sin）CL1CS2CS22700sin1(sin63.4)49032001.8 已知钢中CS钢=3200m/s，某硬质合金中，CS硬=4000m/s，铝中CS铝=3080m/s，求用探测钢的K1.0横波斜探头探测硬质合金和铝时的实际K值为多少？

2

sinαsinβCl1Cs2

解：

设入射角为，楔块中声速为CL有在钢中，钢tg-1Ktg-11.0450sinsin钢sin硬sin铝CL有CS钢CS硬CS铝硬sin(1CS硬CS钢sin钢）sin(140003230sin450)61.10K硬tg硬tg61.101.8sinsin钢sin硬sin铝CL有CS钢CS硬CS铝1CS铝13080铝sin(sin钢）sin(sin450)42.40CS钢3230K铝tg铝tg42.400.9

*1.10 示波屏上有A、B、C三个波，其中A波高为满刻度的80%，B波为50%，C波为20%。

①、设A波为基准（0dB），则B、C波各为多少dB？ ②、设B波为基准（10dB），则A、C波各为多少dB？ ③、设C波为基准（-8dB），则A、B波各为多少dB？

3

H1Δ20lgH2解：

Δ20lgH1H2HB5020lg4dBHA80①、[B]0ΔB20lg[C]0ΔC20lgHC2020lg12dBHA80HA801020lg14dBHB50②、[A]10ΔA1020lg[C]10ΔC1020lg③、[A]ΔA820lg[B]ΔC820lgHC201020lg2dBHB50HA80-820lg-84dBHC20HB50-820lg-80dBHC20*1.11 示波屏上有一波高为满刻度的100%，但不饱和。问衰减多少 dB后，该波正好为10%？ 解：

H110020lg20lg20（dB）H210*1.12 示波屏上有一波高为80mm，另一波比它低16dB，问另一波高为多少？

解： 20lgH2H21020H1H1

H2H110208010162012.7(mm)*1.13 示波屏上有一波高为40%，衰减12dB后该波为多高？若增益6dB后该波为多高？

4

解：

H220lgH1

12 HH102040102010(%)216

H'2H1102040102080(%)1.15 不锈钢与碳钢的声阻抗差约为1%，试计算超声波由不锈钢进入碳钢时，复合界面的声压反射率。

Z2Z1rZ2Z1

解： 设Z钢1，Z不1-0.010.99

1-0.99r0.0050.5%Z钢Z不10.99Z钢-Z不1.17 某工件厚度T=240mm，测得第一次底波为屏高90%，第二次底波为屏高15%，如果忽略反射损失，试计算该材料的衰减系数。 解：

[(B1B2)6]α2TB120lg6B22T9020lg615 o.o2dB/mm2240

5

*2.1 试计算5P14SJ探头在水中的（CL=1500m/s）的指向角和近场区长度。

D2λN θ704λD 解：

CL15001030.3mm6f5.0100.370701.50D14D2142N163mm440.3 2.2 试计算频率f＝5MHz，边长a＝13mm的方形晶片，在钢中（Cl＝5900m/s ）的主声束半扩散角为多少度？

θ57λa解：

c5900103＝＝1.18mm6f5101.1857575.17oa13*2.3 已知钢中Cl＝5900m/s，水中Cl＝1480m/s.求2.5MHz、φ20mm纵波直探头在钢中和水中辐射的纵波声场的近场区长度N、半扩散角θ0和未扩散区长度b各为多少？

DλN θ070 b＝1.64N4λD

2

6

解：

c5900103钢中：＝2.36mm6f2.510D2202N42.4mm442.362.3670708.2600D20b＝1.64N＝1.6442.4＝69.5mmc1480103水中：＝0.592mmf2.5106D2202N168.9mm440.5920.59270702.0700D201.64N＝1.64168.9＝277mm b＝

2.4 用2.5MHz、φ20mm纵波直探头水浸探伤钢板，已知水层厚度为20mm，钢中CL=5900m/s，水中CL=1480m/s。求钢中近声场长度。

C1N'N2L1C23C590010解： 22.36mm26f2.510

C1DC1N'N2L1L1C242C22

20214802037.4mm42.3659007

2.5 用2.5MHz、φ20mm纵波直探头水浸探伤铝板，已知铝中近场长度为20mm，铝中CL=6260m/s，水中CL=1480m/s。求水层厚度。 解：

2.6 用2.5MHz、φ20mm纵波直探头探测厚度为150mm的饼形锻件，已知示波屏上同时出现三次底波，其中B2=50%，衰减器读数为20dB，若不考虑介质衰减，求B1和B3达到50%高时衰减器读数各为多少dB？

C2148010320.592mm6f2.5102CDC1'1NN2L1-LC242C22026260-2084.3mm40.5921480x2Δ1220lgx1解：

x2[B1]20122020lgx121502020lg20626dB150x2[B3]20322020lgx321502020lg20-3.516.5dB31502.7 已知x≥3N，200mm处φ2平底孔回波高度为24dB，求400mm处φ4平底孔和800mm处φ2平底孔回波高度各为多少dB？

8

φ1x2Δ1240lgφ2x1解：

2x1[2]24212440lg1x22002440lg4240024dB3x1[3]24312440lg1x32002440lg228000dB3.1 PZT--4的声速CL=4000m/s，如制作频率为2.5MHz的晶片，晶片厚度应为多少mm？

NtCLCLNttf0tt2f02f0

CL4000103解： t0.8mm62f022.510

3.3 某探头的频率常数Nt=200Hz·m，频率f=2.5MHz，求该晶片厚度为多少？ 解： Nttf0

Nt200103t0.08mm6f02.5103.4 某探头晶片的波速CL=5740m/s，晶片厚度t=0.574mm，求该探头的标称频率为多少？

9

解：

tCL2f0CL5740103f05106Hz5MHz2t20.5743.6 用IIW试测定仪器的水平线性，当B1和B5分别对准2.0和10.0时，B2、B3和B4分别对准3.98、5.92、7.96，求该仪器的水平线性误差为多少？

amax 0.8b100%amax65.920.08解：

amax100%

0.8b0.08100%1%0.8103.7 用CSK-IA试块测定斜探头和仪器的分辨力，现测得台阶孔φ50、φ44反射波等高的波峰高h1=80%，波谷高h2=25%，求分辨力为多少？

h1X20lgh2解： X20lgh120lg8010dB

h2254.3 用K2探头在CSK--IA试块上利用R50和R100反射面按水平1∶1调节时基线，两反射波应调在第几格？

l1l2

50K1K2100K1K2

10

解：

l50l10050k1K2100k1K2502122100212244.789.44.6 用2.5P20Z探头径向探测φ500mm的圆柱形工件，CL=5900m/s，如何利用工件底波调节500/φ2灵敏度？

2λxfΔ20lg2πDf

3C590010解： L2.36mmf2.5106

2x22.3650020lg20lg45.5dB22 Df3.142

将工件完好处第一次底波调至荧光屏基准线，再用衰减器将增益提高45.5dB.4.7 用2.5P20Z探头径向探测φ1000mm的圆柱形钢工件，CL=5900m/s，如何利用工件底波调节500/φ4灵敏度？

2λxfΔ20lg2πDfxB解：

2

CL59001032.36mm6f2.51020lg2xf2DfxB220lg22.3650023.1441000227.4dB4.8 用2.5P20Z探头径向探测400mm的工件，如何利用150mm处φ4平底孔调节400/φ2灵敏度？

11

φ1x2Δ1240lgφ2x1

12解：

1x240lg2x1440029dB215040lg移动探头，找到150/4孔的最大反射波，并调至荧光屏基准线，用衰减器将增益提高29dB4.9 用2.5P20Z探头探测500mm的工件，CL=5900m/s，探伤中在200mm处发现一缺陷，其波高比B1低12dB，求此缺陷的当量大小为多少？ 解：

5.1 用水浸法探测40mm厚的钢板，要求钢板四次底波与第二次界面波重合，其水层距离应为多少？

DfCL59001032.36mm6f2.51020lg2xf2DfxB2xf2222.3620023.145001012/20xB10/205.5mmnTH4解： H

nT44040mm4412

5.2 用水浸二次波重合法探伤T=40mm的钢板，仪器在钢试块上按1：2调节扫描速度，并校正“零点”。求： ①、水层厚度为多少？

②、钢板中距上表面12mm的缺陷回波的水平刻度值为多少？ ③、示波屏上τf=50处缺陷在钢板中的位置？

nT240解：

①、H20mm44 20412②、4064622

204③、（50-）210220mm2

5.6 用充水探头采用三次重合法检测T=60mm的钢板，水层厚度应调节为多少？ 解： HnT36045mm445.9 对钛/钢复合板在复层一侧作接触法检验，已知钛与钢的声阻抗差约为40%，试计算复合层界面回波与底波相差多少dB?

Z2Z1rZ2Z14Z1Z22T1r(Z1Z2)2ΔBS

T1r220lg20lgrr13

解： 设Z钢1，Z钛1-0.40.6

Z钢-Z钛1-0.6r0.25Z钢Z钛10.6T1r210.2520.938T0.93820lg20lg11.5dB21r0.25 5.11 从钢材一面探测钢/钛复合板，已知Z钢=46×106kg/m2·s， Z钛=27.4×106kg/m2·s，不计扩散衰减和材质衰减，求： ①、复合界面声压反射率。

②、底波与复合界面回波的dB差值。 解：

Z钛-Z钢27.4-46r-0.25Z钛Z钢27.446T1r210.2520.9361-r20.93620lg20lg11.5dBr0.255.13 今有一批φ50×6mm的无缝钢管，采用水浸聚焦横波探伤，若透镜曲率半径为40mm，求应采用偏心距和水层距离。

0.251R0.458rHFR2x22CC2rr1FF2.2rC1C2 C1C1X解： F2.2r2.24088mm

0.251R0.458r0.251250.45819x7.5mm22HF-R2-x2882527.528823.864mm14

-5.18 直径300mm、壁厚20mm的钢管作周向斜角探伤，采用K=2的斜探头合适吗？

Tm11K(1sinβ)(1DO221KDOKTm(1)221K解：

2)

tmD0D(1sin)0(1222122K1K2)300(12)15.8＜20mm不合适5.19 采用K=2的斜探头对外径为600mm的钢管作接触法周向探伤，能扫查到的最大厚度为多少？ 解：

5.21 用接触法周向横波探伤外圆直径D=300mm ,壁厚t=60 mm的钢管，可使用的探头的K值最大为多少？

tmD0D(1sin)0(1222122)31.7mmK1K2)600(12r1rsinββsinRR解：

r1r190sinsinsin36.870RR150Ktgtg36.8700.7515

6.1 用2.5MHz、φ20mm直探头探测厚度300mm的钢锻件。 ①、如何利用工件底面调节φ2mm平底孔当量灵敏度？

②、探伤时发现距探测面200mm处有一缺陷，波高为15dB，求此缺陷的平底孔当量。

5.9300解： 2xf2.5①、20lg20lg41dB22Df3.142

2

在工件无缺陷完好部位将一次底波调至荧光屏基准高度，再用衰减器增益41dB21x2121040x1x②、2140lg211x230015200210403.16mm6.3 用2P20Z直探头对钢锻件探伤，发现距探测面240mm处有一缺陷，波高比150/φ2试块平底孔回波高6dB，求此缺陷平底孔当量。 解：

6.8 用2.5P14Z直探头探测外径1100mm ，壁厚200mm的筒形钢锻件（C=5900m/s ).

①、在外圆周作径向探测时，如何用内壁曲面回波调节探伤灵敏度（φ=2mm）？

②、在内圆周作径向探测时，如何用外壁曲面回波调节探伤灵敏度（φ

16

x2140lg211x215021x2121040x16240210404.52mm=2mm）？

2λxfdΔ20lg10lg2πφD 解：

①、20lg2xfDf210lgdD5.922007002.520lg10lg37.5235.5dB23.14211002xfd②、20lg10lg2DDf220lg5.92007002.510lg37.5239.5dB23.14211006.9 用2.5P20Z直探头探测厚度350mm的饼形钢锻件（C=5900m/s )，将底波调节为40dB进行探伤。

①、此探伤灵敏度是否符合JB/T4730--2005标准要求？

②、探伤时发现一单个缺陷，深200mm，波幅29dB，求此缺陷当量。 解：

5.93502xf2.5①、20lg20lg42.4dB（不符合）22Df3.1422②、20lg2xf2Df2xBDf22xf2xB1020240293.1435010205.920022.548.4Df48.47mm17

6.10 用2.5P20Z直探头检测厚度380mm的钢锻件（C=5900m/s），材质衰减系数a=0.01dB/mm。检验中在130mm深发现一处缺陷，其波幅比底波低7dB。求此缺陷当量。

2λxfΔBf20lg22α(xfxB)

πφxB解：

Df2Bf20lg2xf22DfxB22（xfxB)2xf2Bf2(xfxB)xB102205.913022.5

70.01（2130-380）203.143801016.7Df16.74.1mm7.1 板厚20mm的焊缝，外表面焊缝宽度30mm，内表面焊缝宽度20mm，用前沿距离18mm的探头探伤，为保证声束能扫查到整个焊缝，探头K值应如何选择？

abL0KT解：

302018abl02K22.15T207.3 用斜探头探测RB--2试块上深度d1=40mm和深度d2=80mm的φ3横孔，分别测得简化水平距离L'1=45mm，L'2= 105mm，试计算探头K值和前沿距离L0。

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解：

LKdLL0L'LKdL0l1'Kd1L04540KK1.5L0l2'Kd2L010580KL0157.4 检验板厚T＝22mm的焊缝，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？

解：为保证用一、二次波扫查到整个焊缝截面，要求：

abL030/220/2171.9T22K21.9K0故K2探头能扫查到整个焊缝截面。7.5 用5P10×12K2.5探头检验板厚T=25mm的钢板对接焊缝，扫描比例按深度2∶1调节。探伤时在水平刻度60mm处发现一缺陷波，求此缺陷的深度和水平距离。

LKd'd2T d'解： 6030＞T25， 故缺陷在二次波位。2

60lKd'2.575mm2

60d2Td'22520mm 27.6 用5P10×12K2.5探头检验板厚T=20mm的钢板对接焊缝，扫描比例按水平1∶1调节。探伤时在水平刻度40mm和70mm处各发现缺陷波一，试分别求这两个缺陷的深度。

19

LdKLd2TK

l140＜KT50,故在一次波位。解： 第一个缺陷，l140d16mmK2.5第二个缺陷，l270＞KT50，而＜2KT100故在二次波位。l270d2T22012mmK2.57.7 采用钢焊缝探伤用的K=1斜探头（CL1=2700m/s，钢CS=3200m/s），检验某种硬质合金焊缝（CS=3800m/s），其实际K值多大？

sinαsinβCL1CS2

解：

K1，钢tgKtg145sinsin钢sinsin硬，ClCS钢ClCS硬sin钢sin硬，CS钢CS硬CS硬硬sin(sin钢）CS钢1110

380000sin(sin45)57.132000K硬tg硬tg57.11.5120