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1、UT主要公式共 13页第7页超声波检测主要公式1.物理基础部分:1.1目宁1fTf 频率：单位时间内质点振动的次数；T 周期：质点完成一次完全振动所需时间.1.2cf波长，波在一个周期内所传播的路程；I 1c波速,波在单位时间内所传播的距离设B为波线上任意一点，距原点O的距离为X.因为振动从O点传播 到b点所需的时间为*x/C3所以B3点处质点在时间t的位移等于o点上质点在时间(t-x/c)的位移,即:1.3yA cos(t x / c) A cos( t kx)圆频率,即1秒钟内变化的弧度数.22 fk波数.k2Tc1.42IPm2ZI .声强.在垂直声波传播方向上,单位面积上在单位时间内通
2、过的平均声能P声压.弹性质点在传播声时，相邻质点所受到的附加 压力.Z 声阻抗.其能直接表示介质的声 学性质.数值上Zc卜1.5PiHidB 20 lg 1 20lg 1A P2H 2P1和P2两个比较声压.分母中的P2为基准声压.H1和H 2两个比较的反射回波幅 度.分母中的H 2为基准反射回波幅度1.6E声速ckE介质的杨氏弹性模量,等于介质承受的拉应力F / S与相对伸长L / L之比.JR S即:E L / L介质的密度 等于介质的质量与其体积之比即MV,M / Vk与介质的泊松比有关的常数.介质的泊松比 等于介质横向相对缩短与纵向相对伸长1 d / dA5/1d / dL / L之比
3、,即1* s1.7在钢中Cl / Ct1.82;cr0.92ct fall1.8Ci反射折射定律sin 丨 sin sin tsin isin tcc11l 1ct1cl 2ct 2l , l, , t分别是第一介质的纵波 入射角,纵波反射角,横波反射角.Cl1 ,ct1, Cl 2 , Ct 2分别是第一介质纵波速度,横波速度，第二介质纵波速度，横波速度l, t分别是第二介质纵波折射角,横波折射角1.9第一临界角:纵波斜入射时，第二介质折射纵波的折射角等于90。时的纵波入射角为第一临界角。a ica 。 a 。i sin 11 ；有机玻璃 /钢:I 27.2 ；水 / 钢:i 14.7c1
4、2第二临界角：纵波斜入射时，第二介质折射横波的折射角等于90时的纵波入射角为第二临界角。II1 Ch亠sin ;有机玻璃/钢:crC t 2第三临界角：横波斜入射至固ii 56.7;水 / 钢:ii 27.7/气界面，第一介质纵波反射角等于90时的横波入射角为第三临界角Ciiisi n 1 t1;钢 / 空气:iii 33.2c111.10垂直入射时的反射率和 透过率 声压反射率:反射声压Pa与入射声压p之比.Pa Z2 Z1r ppZ1 Z2声压透过率:透过声压Pt与入射声压p之比- pt2Z2t p;p p Z1 Z2故:1 r p t p声强反射率:反射声强I a与入射声强I之比.R I
5、 a r p2I声强透过率:透过声强I t与入射声强I之比. 2D I t 1 rp ;I故:RD1声压往复透过率:探头接收的返回声压 pt,与入射声压p之比.tp 1 tp 21 rp2 ;故Tp在数值上等于T p pt, pt pt, Dp p pt1.11超声波垂直入射平面界面的四种常见情况Z2Z1如超声波从水入射至钢中:r p461.50.973; tp1 rp1.9731.5X L46Z2Z1如超声波从钢入射至水中:r p1.5460.937;t p1 rp 0.063461.5z如超声波入射到钢试件底面探头直接置于空气中-20.000446r p1；t p 1 rp 0460.00
6、04Z1Z2如超声波入射至普通碳钢焊缝金属与母材金属界面:因两者声阻抗仅差约 1%,故r p0.010.5%; t p 1 r p1.99UT主要公式共13页第5页1.12多层平面上垂直入射的反射率与透过率情况2异质薄层中的波长；m两种介质声阻抗之比fw,mZ2均匀介质中的异质薄层(Zi Z3 Z2 )一1 m一1sin22声压反射率:r41mOlli2211 m1sin2 2 d24m2声压透过率:t122 2 d11 m1sin2U 14m2d2异质薄层厚度；A22 dZi由上述公式可知(a). d2 n2为正整数时超声波全透过2 n,r 0,t1,几乎无反射常称为半波透声层1波长的奇数倍
7、时最氐最高当2为正整数时即异质薄层厚度等于(b). d2( 2n 1)4 n,薄层两侧介质不同的双界面(Z1 Z2 Z3)如晶片TZ1保护膜工件,其声强透过率为:* 一( 4Z1Z3)2 2Z3 2 cos22 d2Z22 dZ1Z3 sin22Z2由上式可知(a).d2 n 2 n为正整数 时:T4Z1Z3 2 ；若薄层厚度等于半波长 的整数倍2*乙 Z3一则通过薄层的声强透过率T与薄层的性质无关,好象不存在薄层一样2 L(b).d2(2n 1)n 为正整数,且 Z2Z1Z3 时:T4Z1Z321;超声波全透射.4Z2 Z1Z3Z2这对直探头保护膜设计很重要r检测中对探头施加较大压力,d)(
8、c).,d 2O, sin2 d22Or 0 t 1回波幅度提高故现场检测要保持压力尽可能稳定.+kkJ4UT主要公式共 13页第13页1.13衰减系数的测定和计算(1) 试件厚度:2NT 200 m1 2 dB 6dB,. dB / mme 三一2T=(3)薄试件(试件中多次底波的声程在未扩散区内)dB / mm1.14声压公式(1)活塞波声压公式2 2p 2 p o sin D S S4p离声源距离S处的声压Po声源的起始声压D 声源直径(2) 球面波声压公式_ 2D(3) 近场区公式N 近场区长度,声轴线上最后一个声压 极大值点至声源的距离A晶片的面积(a) 第二介质剩余近场区长度N l
9、i Cl4 2C211第一介质厚度 ci和c2第一和第二介质声速2第二介质声波波长(b) 横波在第二介质中的近场区长度N N Fs coslitgs2 cos tgFs晶片面积.JUs2?、第二介质中的横波波长li入射点至晶片距离 纵波入射角 横波折射角(c) 非扩散区长度 b1.64N(4) 指向角公式(a) 圆晶片指向角:o 70D(b) 正方晶片(a a)指向角:o 57a(c) 长方形晶片(a b)指向角：57a57b(5)大平底面回波公式UT主要公式共 13页第8页D 21Po “PB4 sb 2两个不同距离大平底面A dB 20 lgPB1 20 lgPB 2回波的dB差:SB 2
10、；即大平底回波声程差一Sb1倍,声压差6dB.(6)平底孔回波公式D 22丄.2LS 4S_两个不同距离和不同孔s * wdB 20 ig P 140 lgpPo径平底孔回波声压的dB差：S1 2S2 1同孔径,声程差一倍,平底孔回波声压差12dB; 同声程,孔径倍,平底孔回波声压差12dB.(7)长横孔回波公式PPo4S2 2S两个不同距离不同孔径 长横孔的回波声压 dB差：PS3dB 20 lg1 10lg 1 2P 2 ，2 S|3同孑孔径，声程差一倍,长横孔回波声压差JAkII同声程,孔径差一倍,卡横孔回波声压差9dB;3dB.(8)短横孔回波公式DP0 4 S短l短短2S短P短好两个
11、不同孔径，不同距离的短横孔回波4 短1 S短 2l短2142短2 S短 1l短2 短横孔回波声压差12dB ； 短横孔回波声压差3dB.声压dB差:dB 20 Ig p 短 2 10 lg同孔径，声程差一倍，同声程，孔径差一倍，(9)球孔回波公式1UT主要公式共13页第21页PPd 0 4 Sd4Sd两个不同孔径不同距离ADs 2pp 外 0 4 Sb2 DD空心圆柱体外圆直径.d空心圆柱体内孔直径.(c)空心圆柱体从内孔面径向检测,其圆柱曲底面回波声压为:(11)不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差:dB 20 lgPB20lgP f2 Sf2Df2 Sb的球孔回波声压dB差:- Pd1
12、 - d S2dB 20 lg20 lg1 d 2P2d 2d2Sd 1同孔径，声程差一倍,球孔回波声压差12dB;同声程,孔径差一倍,球孔回波声压差6dB.(10)圆柱曲底面回波公式(a)实心圆柱体径向检测时,其圆柱曲底面回波声压为:P DS2 1即实心圆柱体径向检测 的底波声压与大平底回波声压相同P实 0 4 Sb 2;(b)空心圆柱体从外圆面径向检测,其圆柱曲底面回波声压为:M1 d2DsP P- 内(12)考虑衰减系数时,不同距离处的大平底与平底孔回波声压dB差(即与探伤仪实测情况对应)：2dB 20lgPB20lg 2 Sf 2 (s2P fDf SbC13r 考虑衰减系数时二不同距
13、离不同孔径两平底孔回波声压dB差(即与探伤仪实测情况对应)：dB 20 lg p 1 40lgP 22.缺陷位置S1 2S2 12 (S2Si )2.1平面检测2.1.1声程定位(a)缺陷水平距离AH _*1*亠USAkSf ,sin nsinV +f1 k 2f(c)缺陷深度Scos2h二次波:d f 2 2TSf 2 cos 2Tlf 2l f 3三次波:d f 3 Sf 3 cos2TA P 四次波:d f 4 4T Sf 4 cos2Tf 44T2.1.2水平定位一次波:d f 1f 1 cos n(a)缺陷水平距离(b)缺陷深度4d f f (当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时
14、，按2.1.1方法k计算缺陷深度)2.1.3深度定位(a)缺陷水平距离l f kn f(b)缺陷深度d f n f(当缺陷分别是二次波、三次波或四次波发现时 ,按2.1.1方法 计算缺陷深度)2.2曲面检测2.2.1圆柱曲面外圆检测(a) 缺陷深度H R (kd )2( R=d) 2-VR-试件外半径；k-探头k值；d-平板试件中的缺陷深度(b) 缺陷水平弧长l R tg 1 kd180R d2.2.2圆柱曲面内孔检测(a) 缺陷深度2 2h kd r d rr-试件内半径.(b) 缺陷水平弧长=d p *( + )-l r tg 1 kd180r d2.2.3横波外圆周向探测圆柱形筒体试件时
15、的最大探测厚度TmTm1 1 sin 1 1 kD 221 k23.迟到波、三角形回波和61 波3.1纵波迟到波在钢中迟到距离UT主要公式共13页第12页x 0.76 dd试件在晶片直径方向宽度3.2圆柱体试件径向检测时的三角形回波3.2.1纵波-纵波-纵波的三角形回波声程X13od cos301.3dd2圆柱体试件的直径3.2.2纵波-横波-纵波的三角形回波声程1 5900X2d cos35.6d cos18.81.67d2 32303.361 反射波（在I I W试块上的声程）xo 59006170 25 cos61 師 35 25 sin 61疑 8232303.445。反射波（在I I
16、 W试块上的声程）X4570 25 cos45 35 25 sin 45 704钢板水浸检测水层厚度公式c水l nTc钢l水层厚度n 重合次数T 钢板厚度c水水的纵波速度c钢钢的纵波速度5小径管水浸检测5.1偏心距x偏心距平均值 xR 小径管外半径 r小径管内半径0.251R0.458rUT主要公式共13页第13页5.2焦距FF HR2 x2H水层厚度5.3声透镜的曲率半径F 2.2r 即 r 0.455Fr 声透镜曲率半径6复合层检测6.1复合良好时,底面回波与复合界面回波的dB差（底面与空气接触超声波在底面全反射）Pb2dBBs 20ig 20lg 1 rPSr Z2r复合界面声压反射率.r 2乙Z26.2复合良好时,底面回波与复合界面回波的dB差（超声在底面不是全Z1反射,底面反射率为r）Pb_ (1 220lg20|gr 2 ) r Psr-Z3 Z2 r 底面声压反射率.r Z2 Z3 |dBBS