超声波检测实用公式

一、一般公式

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1、不同反射体的回波声压比

（1）平底孔对大平底：Δ=20lg（πXBΦ2/2λXf2）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）；Xf为平底孔声程（即缺陷的埋藏深度）；Φ为预定探测灵敏度所规定的平底孔直径；λ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Δ=20lg（πΦ2/2λXf），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ΔdB值和缺陷埋藏深度，按照公式计算出Φ当量值，即缺陷的当量值。

（2）球孔对大平底：Δ=20lg（dXB/2Xf2）dB d为当量球孔直径，用途同上。

（3）长横孔对大平底：Δ=10lg（ψXB2/2Xf3）dB ψ为当量长横孔直径，用途同上。

（4）短横孔对大平底：Δ=10lg（L2ψXB2/λXf4）dB ψ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：Δ=40lg（Φ1X2/Φ2X1）dB 两个不同声程、不同直径的平底孔回波声压比，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Φ2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Φ1，注意Δ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：Δ=20lg（d1X22/d2X12语音会议）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：Δ=10lg（ψ1X23/ψ2X13）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：Δ=10lg（ψ1X24/ψ2X14）dB 两个不同声程不同直径、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：Δ=20lg（X2/ X1）dB 一般用于验证被检工件材质衰减状况。

回波幅度比：Δ=20lg（H2/ 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：Δ= 10lg（R/ r）dB R为圆柱外径，r为圆柱内径；计算得到的ΔdB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：Δ= 10lg（r / R）dB R为圆柱外径，r为圆柱内径；计算得到的ΔdB值应是相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2

2、纵波圆形晶片的有效直径De

De=

fe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θ0≈70λ/De

方形晶片的声束指向性：零扩散角θ0≈57λ/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：θ云p-3dB≈29λ/De与θ-3dB≈25λ/a

4、综合衰减系数测量

X≥3N时，α={（Bm-Bn）-20lg（m/n）-（m-n）（一次往返损失）/{2（m-n）X}dB/mm

X＜3N时，α={（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、L≥0.65X

5、界面上的反射与折射

--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

--横波折射角

第一临界角：αⅠ=arcsin（CL1/CL2）

第二临界角：αⅡ=arcsin（CL1/CS2取暖袋）

CL1为第一介质纵波声速 CL2为第二介质纵波声速 CS2为第二介质横波声速

6、瑞利波入射角

αR=arcsin（CL1/CR）≥arcsin（CL1/CS2）

在有机玻璃-钢界面的情况下，通常取αR为67~72°

7、横波、纵波和瑞利波在同一材料中的声速差异

钢：CS≈0.55 CL CR≈0.92 CS 铝：CS≈0.49 CL CR≈0.93 CS

二、绘制AVG曲线面板的计算公式

1、标准化距离：A=X/N0 (X-距离；N0-近场长度)

2、标准化缺陷（当量）：G=Φ/D0（Φ-平底孔直径；D0-圆形晶片直径）

3、底波振幅曲线：VB=20 p lgB/p0=20lg（π/2A）

（p-底面回破声压；B-工件厚度；p0-初始声压；A-晶片面积）无人自助超市

4、平底孔回波振幅：VΦ=20lg（pf/ p0）=20lg（π2G2/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=HB/（π/2A）

三、横波探伤中的几何关系

K=tgβ β-折射角

直射法 x1=Ky1 y1=x1/K

一次反射法 x2=Ky2’ y2=2t- y2’=2t-s2cosβ电池修复器

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

式中D0-晶片的名义直径； Ae—晶片有效面积； Ae=（cosβ/cosα）A（A为晶片的实际直径）。

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