无损检测超声检测公式汇总

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 λ 或λ=

f c

∶Cs ∶C R ≈∶1∶

4.声压： P ＝P 1－P 0 帕斯卡（Pa ）微帕斯卡（μPa ）1Pa ＝1N/m 2 1Pa ＝106μP

6.声阻抗:Z ＝p/u ＝ρcu/u ＝ρc 单位为克/厘米2·秒（g/cm 2·s ）或千克/米2·秒（kg/m 2·s ）

7.声强；I ＝21Zu2＝Z P 22

单位; 瓦/厘米2（W/cm 2）或 焦耳/厘米2·秒（J/cm 2·s ）

8.声强级贝尔（BeL ）。△＝lgI 2/I 1 （BeL ）

9.声强级即分贝（dB ） △＝10lgI 2/I 1 ＝20lgP 2/P 1 （dB ）

10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比：△20lgP 2/P 1＝20lgH 2/H 1 （dB ）

11.声压反射率、透射率： r=Pr / P0 t =Pt / P0

???=-=+21//)1(1Z t Z r t r r =12120Z Z Z Z P P r +-= t =12202Z Z Z P P t +=

Z 1—第一种介质的声阻抗； Z 2—第二种介质的声阻抗

12.声强反射率： R=2121220???? ??+-==Z Z Z Z r I I r 声强透射率：T ()212214Z Z Z Z +=

T+R=1 t －r =1

13.声压往复透射率；T 往=

2122

1)(4Z Z Z Z +

14.纵波斜入射: 1sin L L c α=1sin L L

c α'=1n si S S c '=2sin L L c β=2sin S S c β CL1、CS1—第一介质中的纵波、横波波速； C L2、C S2—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=arcsin 21

L L c c 第二临界角α：βS =90°时α

Ⅱ=arcsin 21

S L c c 16.有机玻璃横波探头αL =°～°， 有机玻璃表面波探头αL ≥° 水钢界面 横波 αL =°～°

17.横波入射：第三临界角：当α′L=90°时αⅢ=arcsin 11

L S c c =°当αS ≥°时，钢中横波全反射。

有机玻璃横波入射角αS （等于横波探头的折射角βS ）=35°～55°，即K=tg βS=～时，检测灵敏度最高。

18.衰减系数的计算 1.

α=(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n)

α—衰减系数，dB/m （单程）； )(m n B B -—两次底波分贝值之差，dB ；δ为反射损失，每次反射损失约为（~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、

α=(Bn-Bm-6)/2x )

(21B B -—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 ：

x F P x R P P s

s λλπ020=≈

20.近场区的长度：

πλλλs

s s F R D N ===224 21. 圆晶片辐射的声束半扩散角为：

D /7000λθ=

22.波束未扩散区：N b 64.1= 23.矩形波源辐射的纵波声场：波束轴线上的声压:x ≥3N 时，x F P P λ/0=

24.矩形波源的近场区的长度为：πλF

N =

25.矩形波源的半扩散角0θ:X 方向的半扩散角为：

a 25700λθ= Y 方向的半扩散角为：

b 25700λ

θ= 26.近场区在两种介质中的分布: 1基于钢中的近场区 21

224c c L D N s -=λ 2、基于水中的近场

区 2λ—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

21

124c c L D N s ）（-=λ

27.横波轴线上的声压; αλβ

cos cos 2s S KF P = K —系数； S F —波源的面积；2s λ—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：απλβ

cos cos 2s S F N =

29.横波声场中，第二介质中的近场区长度N '为：=-='2L N N απλβ

cos cos 2x F s S -βα

tan tan 1L S F —波源的面积；

2s λ—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.横波半扩散角 1. 对于圆片形声源： θS S S D D 02022

7022.1arcsin λλ≈= 2.对于矩形正方形声源： θa a S 2572arcsin 02

02λλ≈=

31.规则反射体的反射波声压公式: X ≥3N

1.平底孔回波声压;

220x F F P x F P P f

S f x f λλ==任意两个距离和直径不同的平底孔反射波声压之比为：122121

1240lg 20x D x D P P f f f f ==?

2.长横孔回波声压; =f P x D x F P f

S

220λ 任意两个距离、直径不同的长横孔回波分贝差为：31232121

1210lg 20x D x D P P f f f f ==?

3.短横孔回波声压; λλf

f S

f D x l x F P P 20=

任意两个距离、长度和直径不同的短横孔回波分贝差为： 41422

2212121

12lg 10lg 20x x l l D D P P f f f f f f ??==?

4.球孔回波声压：

x D x F P P f S f 220λ= 任意两个距离度和直径不同的球孔回波分贝差为：21212221

12lg 20lg 20f f f f D D x x P P ?==?

5.大平底面或实心圆柱体回波声压：

x F P P S

B λ20= 两个不同距离的大平底回波分贝差为：12

2112lg 20lg 20x x P P B B ==?

6.空心圆柱体 1.外柱面径向检测空心圆柱体：B P D d x F P S λ20= 2.内孔检测圆柱体：

=B P d D x F P S

λ20 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68.82ax e

- 0P :波源的起始声压；S F :探头波源的面积，

4/2S S D F π=： x :反射体至波源的距离。f F :平底孔缺陷的面积，4/2

f f D F π= λ:波长, f D :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 α：介质单程衰减系数，dB/mm

32.同距离的大平底与平底孔反射波dB 差：22lg 20lg 20f f B D x P P πλ==?

33.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：)(22lg 20lg 2022B f B f f f B Bf x x x D x P P -+==?απλ

f x :平底孔缺陷至检测面的距离；B x :锻件底面至检测面的距离 α:材质衰减系数； λ:波长；f D :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

34. 不同平底孔回波分贝差为：)(2lg 40lg 201212211221

x x x D x D P P f f f f -+==?α

35.当用空心圆柱体内孔或外圆曲底面调节平底孔灵敏度时：

)(2lg 102lg 20lg 2022B f B f f f B Bf x x D d x D x P P -+±==?απλ 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。

36．水浸法波型分析，水层厚度4δ

n H ＝

37. 管材周向检测纯横波检测条件： 钢有

钢有S L L L c c c c ≤≤αsin

38. 纯横波到达内壁条件：D t ＜)1(2

122L S C C - 2.横波检测到管材内壁 R r ≤βsin R r

c c S L 钢有≤αsin

39. 水浸法： ① 声透镜：

F C C C r 121-= ② 偏心距：2458.0251.0r R X += ≤X ＜

③ 水层厚度:H ＞S X 21(S X －管中横波声程) ④ 焦距：22X R H F -+= ⑤r F 2.2=

40. 采用一次反射法检测时，探头移动区应大于或等于（即）：

1）采用直射法时，探头移动区应大于或等于（即）。P=2KT 或P=2Ttanβ

式中：P ：跨距，mm ； T ：母材厚度，mm ；K ：探头K 值； β——探头折射角，（o）

41. 为保证直射波与一次反射波能扫查到焊缝整个截面，K 值应满足下式： K

对于单面焊、上述b 可以忽略不计，则：K

42按声程调节扫描速度时: 当仪器接声程1：n 调节扫描速度时，应采用声程定位法来确定缺陷的位置。

用直射法（一次波）检测发现缺陷时:

βτβsin sin f f f n x l == βτβcos cos f f f n x d == 用一次反射法（二次波）检测

发现缺陷时

βτβsin sin f f f n x l == βτβcos 2cos 2f f f n T x T d -=-= f x :缺陷的横波声程；f τ:缺陷波前沿所对的刻度值；β:探头的折射角；T:板厚； f l :缺陷的

水平距离； f d :缺陷至检测面的深度。

43.按水平调节扫描速度时: 当仪器按水平1：n 调节扫描速度时，应采用水平定位法来确定缺陷的位置。若仪器按水平1：1调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿所对应的水平刻度值f τ就是缺陷的水平距离f l :

用直射法（一次波）检测发现缺陷时: f f n l τ= K l d f

f = 一次反射法（二次波）检测发现缺陷时:

f f n l τ= K l T d f f -=2

式中 K:探头的K 值，K=βtg 44、按深度调节扫描速度时：当仪器按深度1：n 调节扫描速度时，应采用深度定位法来确定缺陷的位置。若仪器按深度1：1调节扫描速度时，那么显示屏上缺陷波前沿所对应的水平刻度值f τ就是缺陷的深度f d

用直射法（一次波）检测发现缺陷时:

f f n d τ= f f f Kn Kh l τ==

用一次反射法（二次波）检测发现缺陷时: T d f 2=－f n τ f f Kn l τ=

1、超声波的特点： 1.方向性好 2.能量高 3.能在界面上产生反射、折射、衍射和波型转换 4.穿透能力强

2、超声波检测：使超声波与工件相互作用，就反射、投射和散射的波进行研究，对工件进行宏观缺陷检测、几何特征测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。

3、超声波检测的优点：1适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；2穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测； 3、缺陷定位较准确；4对面积型缺陷的检出率较高；5灵敏度高，可检测工件内部很小的缺陷；6检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用方便等

缺点：1）对缺陷的定性、定量仍需要作进一步研究；2）对具有复杂形状或不规则外型的工件进行超声波检测有困难；3）缺陷的取向、位置和形状对检测结果有影响；4）工件材质、晶粒度对检测有较大影响， 5）A型脉冲反射法检测结果是波形显示，不直观，检测结果无直接见证记录。

5、机械波必须具备以下两个条件: 1、要有作机械振动的波源；2 、能传播机械振动的弹性介质。

6、衰减的原因扩散衰减、散射衰减、吸收衰减介质衰减通常是指吸收衰减和散射衰减，而不包括扩散衰减。

7、双晶探头具有以下优点：（1）灵敏度高（2）杂波少盲区小（3）工件中近场区长度小（4）探测范围可调

8、超声波探头对晶片的要求：（1）机电耦合系数K较大，以便获得较高的转换效率。（2）机械品质因子θm较小，以便获得较高分辨力和较小的盲区。（3）压电应变常数d33和压电电压常数g33较大，以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度。（4）频率常数Nt较大，介电常数ε较小，以便获得较高的频率。（5）居里温度Tc较高，声阻抗Z适当。

9、仪器和探头的综合性能： 1. 灵敏度. 2 盲区与始脉冲宽度 3. 分辨

力 4. 信噪比 5.频率

10、双探头法又可根据两个探头排列方式：并列法、交叉法、V型串列法、K型串列法、前后串列法等。

11、选择检测仪器1、对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器。2、对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器。3、对于大型零件的检测，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器。4、为了有效的发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选择盲区小、分辨率好的仪器。5、对于室外现场检测，应选择重量轻，示波屏亮度好，抗干扰能力强便携式仪器。6、对于重要工件应选用可记录式探伤仪。

12、横波斜探头K值（或折射角）的选择：当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。在焊缝检测中，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于单面焊根部未焊透，还要考虑端角反射问题，应使K=～，因为K

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