超聲波課后習(xí)題答案

超聲檢測(cè)公式及計(jì)算題

武玉林

二O—年5月

*鋁（Al）的縱波聲速為6300m/s,橫波聲速為3100m/so試計(jì)算2MHz

聲波在鋁中的縱、橫波波長。

c—AfA=—

f

解：?Q6300x103、

2/=—=------=3.15(/n/n)

/2xl06

Cs31OOxlO3

為==-------=1.55(mm)

f2xl06

*甘油的密度為1270kg/m,縱波聲速為1900m/s,計(jì)算其聲阻抗。

z—pc

解：z=pc=\270x1900?2.4xlO6^/m1?s

5P20X10K2探頭，楔塊中聲速Gk2700m/s,鋼中聲速CL2=5900m/s,

G,產(chǎn)3200m/s,求探頭入射角為多少度

幽二蟠

Cs2

解:fi=tg~]K=tg~]2=63A()

sincrsin/3.-iCj\.0、

----=———=sin(z—^-sinZ?)

QlCs2，S2

=sin-1(-^^xsin63.4)?490

3200

已知鋼中CstR=3200m/s,某硬質(zhì)合金中，Cs硬二4000m/s,鋁中Cstg—3080m/s,

求用探測(cè)鋼的橫波斜探頭探測(cè)硬質(zhì)合金和鋁時(shí)的實(shí)際K值為多少

sina_s/n/3

C”Cs2

解.

,設(shè)入射角為a,楔塊中聲速為CL有

在鋼中，％=/g-lK=tg_11.0=45°

sina_sin/?鋼_sin/?硬_sin.鋁

Q有。鋼Cs硬Cs鋁

戶硬=sinl硬小足/?鋼)=sin-1(1222.sin450)=61.10

帔C'ss鋼"打3230x

K硬=，g尸硬=tg6l.l0=1.8

sine_sin/?鋼_sin/?硬_sin%

有鋼Cs硬Cs鋁

-1

月鋁=sin(-^2-.sin萬鋼)=sin-l(22§2xsin450)=42.4°

Cs鋼3230

K鋁二次月鋁二次42.4°=0.9

*示波屏上有A、B、C三個(gè)波，其中A波高為滿刻度的80%,B波為50%,

C波為20%。

①、設(shè)A波為基準(zhǔn)(OdB),則B、C波各為多少dB

②、設(shè)B波為基準(zhǔn)(10dB),則A、C波各為多少dB

③、設(shè)C波為基準(zhǔn)(-8dB),則A、B波各為多少dB

A=201g2

H2

解:△二201gD.

H2

TTZQ

①、|B]=0+AB=201g=201g—=-4dB

HA次)

i_r20

[C]=0+A(.=201g—=201g—=-12dB

HA80

H8()

②、[A]=10+AA=10+201g^=10+201g—=14dB

HB50

[C]=10+Ac=10+201g-^=10+201g—=2dB

11B50

Ligo

③、[A]=△x-8=201g^-8=201g--8=4dB

Hc20

TJ

[B]=A(:-8=201g—^-8=201g--8=0dB

Hc20

*示波屏上有一波高為滿刻度的100%,但不飽和。問衰減多少dB后，該

波正好為10%

解:△二201g"l=201g10°=20(6/B)

H210

*示波屏上有一波高為80m叫另一波比它低16dB,問另一波高為多少

解:

△=201gaf旦=10.

乩H]

△-16

*示波解t有以波堤到本）即嵬藏2?2dB恰拔波為基高若增益6dB后該波

為多局）

解：一崎f

A-12

“2=%/。2°=40x1()20=10(%)

A6

不銹鋼與碳鋼的聲阻抗差約為1%,試計(jì)算超聲波由不銹鋼進(jìn)入碳鋼時(shí),

復(fù)合界面的聲壓反射率。

解:i殳Z鋼=1,Z不=1-0.01=0.99

z鋼-z不1-0.99

=0.005=0.5%

Z鋼+Z不1+0.99

某工件厚度T=240mm,測(cè)得第一次底波為屏高90%,第二次底波為屏高

15%,如果忽略反射損失，試計(jì)算該材料的衰減系數(shù)。

[(^-B2)-6]

U-

解:201g^-62T

B?

a=--------=-----

2T

201g--6

-------=ox)2dBimm

2x240

*試計(jì)算5P14SJ探頭在水中的（5二1500m/s）的指向角和近場(chǎng)區(qū)長度。

D2

N二6^70—

~4AD

,C1500xl03“

解:A=——L=--------=0.3mm

f5.0xl06

^?70—=70x—=1.5°

D14

D2142

N=---=----x163mm

4/14x0.3

試計(jì)算頻率f=5MHz，邊長a=13mm的方形晶片，在鋼中(CI=5900m/s)

的主聲束半擴(kuò)散角為多少度

6x57%

a

解：1_c_5900xl()3

A=---------------1.18/72/72

f5xl06

211o

^?57-=57x—=5.17"

a13

*已知鋼中Cl=5900m/s,水中CI=1480m/s.求、。20所縱波直探頭在

鋼中和水中輻射的縱波聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)長度N、半擴(kuò)散角00和未擴(kuò)散區(qū)長度

b各為多少

r\21

/V=—e^7O—b=1.64N

4Ao0D

解:

,c5900X103

鋼中:A=—=----------—=236mm

f2.5xlOb

N=/=上=424所

444x2.36

&7*=70x第=8.26。

b=l.64N=1.64x42.4=69.5加加

水中：HOxl?

=0.592〃〃%

f2.5xlO6

D2

N==16S.9mm

4A4x0.592

Q7*7°x鬻=2.07。

b=1?64N=1?64x168.9=277加加

用、Q20mm縱波直探頭水浸探傷鋼板，已知水層厚度為20mm,鋼中

C尸5900m/s,水中C尸1480m/s。求鋼中近聲場(chǎng)長度。

M=N-舁

C/2

解.1G5900x103

wzu=--=-----------=2.5bmm

,f2.5xlO6

N'=N「L/=2—L]三

1

-1G44c2

20221480

=------------20x-------=374mm

4x2.365900

用、020mm縱波直探頭水浸探傷鋁板，已知鋁中近場(chǎng)長度為20mm,鋁中

CL=6260m/s,水中CL=1480m/so求水層厚度。

解：Q=1480x101

2f2.5xl06

^^.20x^0

=84.3切機(jī)

4x0.5921480

用、?20mm縱波直探頭探測(cè)厚度為150nlm的餅形鍛件，已知示波屏上同

時(shí)出現(xiàn)三次底波，其中B2=50%,衰減器讀數(shù)為20dB,若不考慮介質(zhì)衰減,

求B1和B3達(dá)到50%高時(shí)衰減器讀數(shù)各為多少dB

%=201g紅

xi

解：

?[B/=20+A「=20+201g上

玉

=20+20lg2x150=20+6=26dB

150

[B3]=20+A37=20+201g^-

20+201g衛(wèi)衛(wèi)=20-3.5=16.56/5

3x150

已知x23N,200mm處Q2平底孔回波高度為24dB,求400mm處。4平底

孔和800mm處42平底孔回波高度各為多少dB

4=40/g吟

解：[°J=24+A、=24+401g以

■.旅2

=24+401g甥需=2418

[4]=24+&]=24+401g—

然3

=24+401g用0四

PZT—4的聲速G=4000m/s,如制作頻率為的晶片，晶片厚度應(yīng)為多少mm

M=tf。

解：心」000x103加

2fo2x2.5xl06

某探頭的頻率常數(shù)Nt=200Hz-m,頻率求該晶片厚度為多少

解：Nt=tfo

3

Nt200x10八八。

t=—=--------=0.08mm

fo2.5x10°

某探頭晶片的波速L=5740m/s,晶片厚度t=，求該探頭的標(biāo)稱頻率為多

少

解:

2/o

￡=5740x10、=5x106HZ=5M"Z

f

。2t2x0.574

用Iiw試測(cè)定儀器的水平線性，當(dāng)&和B5分別對(duì)準(zhǔn)和時(shí)，B2.B3和84分

別對(duì)準(zhǔn)、、，求該儀器的水平線性誤差為多少

解：tz=6-5.92=0.08

IlldA-x

萬一______

amax|xlOO%

3=xlOO%=響1購0%=1%

Olb0.8x10

用CSKTA試塊測(cè)定斜探頭和儀器的分辨力，現(xiàn)測(cè)得臺(tái)階孔650、044

反射波等高的波峰高兒二80%,波谷高h(yuǎn)z=25%,求分辨力為多少

X=201g，h

用2

解：X=201g-^=201g—=10JB

h225

用K2探頭在CSK—IA試塊上利用R50和R100反射面按水平1:1調(diào)節(jié)時(shí)

基線，兩反射波應(yīng)調(diào)在第幾格

50K

L=

1OOK

12-

Jl+K2

解：50k50x2

“507=44.7

\+K2/1+22

100k100x2

=89.4

用探頭徑向探測(cè)4）500（^的圓柱形工件，金二5900由公如何利用工件底波

調(diào)節(jié)500/4）2靈敏度

A=201g^^

rrDf

3

解.。CL5900x10c”

解?A=——=-----------=2.36mm

f2.5x106

A.12/Lr___2x2.36x500

A=201g------7=201g-----------------=45.5dB

7iDf3.14x22

將工件完好處第一次底調(diào)至熒光屏基準(zhǔn)線

再用衰減器將增益提高.548

用探頭徑向探測(cè)01000mm的圓柱形鋼工件，CL=5900m/s,如何利用工件

底波調(diào)節(jié)500/04靈敏度

A=201g2M

碼xB

3

解：,CL5900x10…

f2.5xlO6

2/Uf22X236X50G2

A=201g——=201g-------------------二274dB

22

7iDfxB3.14X4X1000

用探頭徑向探測(cè)400mm的工件，如何利用150mm處64平底孔調(diào)節(jié)400/

$2靈敏度

的表

解:△i2=401g衿

02X]

4x400

=401g=29dB

2x150

用探頭探測(cè)500mm的工件，CL=5900m/s,探傷中在200mm處發(fā)現(xiàn)一缺陷，

其斕塔fe?吸菊戰(zhàn)聚劇嶗多少

并調(diào)至熒光屏基準(zhǔn)線，用衰減器將增益提高29dB

解：

,C5900x103

A=——z-=----------=2.36mm

f2.5x10°

2Ax2

A=201g-gf——>

兀DfXB

c2/k/NI2X2.36X20G2<<

Df=.1-------二八=、-----------——-=5.5mtn

Y他"/20丫3.14x500x1012/2C

用水浸法探測(cè)40mm厚的鋼板，要求鋼板四次底波與第二次界面波重合,

其水層距離應(yīng)為多少

心正

4

解：4火=生竺=4()加〃2

44

用水浸二次波重合法探傷T=40mrn的鋼板，儀器在鋼試塊上按1:2調(diào)節(jié)

掃描速度，并校正“零點(diǎn)”。求：

①、水層厚度為多少

②、鋼板中距上表面12mm的缺陷回波的水平刻度值為多少

③、示波屏上T尸50處缺陷在鋼板中的位置

解：G口〃T2x40on

①、H=---=------=20mm

44

②、生1+工=40+6=46

22

2()x4

③、(50-—■—)x2=10x2=20mm

用充水探頭采用三次重合法檢測(cè)T=60mm的鋼板，水層厚度應(yīng)調(diào)節(jié)為多少

解：

對(duì)鈦飾復(fù)蠹露售L側(cè)住族觸法檢驗(yàn)，已知鈦與鋼的聲阻抗差約為

44

40%,試計(jì)算復(fù)合層界面回波與底波相差多少dB

---

Z+乙

r=4Z221T2

0+乙尸

解：設(shè)Z鋼=1,Z鈦=1-0.4=0.6

Z鋼-Z鈦1-0.6”

尸—-----------------------II/

?2鋼+2鈦"0.6

T=l-r2=l-0.252=0.938

△二201g二201g”生=ii.5d8

1一廠0.25

從鋼材一面探測(cè)鋼/鈦復(fù)合板，已知z^46X106kg/m2-s,

2

Ztt=X106kg/m-s,不計(jì)擴(kuò)散衰減和材質(zhì)衰戒，求：

①、復(fù)合界面聲壓反射率。

②、底波與復(fù)合界面回波的dB差值。

解：Z鈦-Z鋼27.4-46

r=-----=-----------=-().25

Z鈦+Z鋼27.4+46

T=l-r2=l-0.252=0.936

△二201g工=201g^^=11.548

r-0.25

今有一批050X6mm的無縫鋼管，采用水浸聚焦橫波探傷，若透鏡曲率

半徑為40mm,求應(yīng)采用偏心距和水層距離。

22

X=0-251A0.458r__H=F_4R-X

G

解：F=2.2r=2.2x40=88mm

-0.251R+0.458r0.251x25+0.458x19「「

x=----------=--------------x1.5mm

22

22

H=F-JR2-J=88-V25-7.5=88-23.8?64mm

直徑300mmx壁厚20mm的鋼管作周向斜角探傷，采用K=2的斜探頭合適

嗎

^<-(1-sin/3)=-(1-/長)

[

Do2〃2'/7產(chǎn)

號(hào)）

解：

On=-D^-。(l-Sin./7)=

1+K

300，

=--(1一一——-)=15.8<20mm

2后

不合適

采用"2的斜探頭對(duì)外徑為600mm的鋼管作接觸法周向探傷，能掃查到

的最大厚度為多少

解：K

tm=-sin/?)=—.)

J1+K?

—(1--—)=31.7mm

2代丁

用接觸法周向橫波探傷外圓直徑D=300mm，壁厚t=60mm的鋼管，可使

用的探頭的K值最大為多少

解:==近P=獷尹信瑞=3687。

K=tgj3=tg36.S70=OJ5

用、020mm直探頭探測(cè)厚度300mm的鋼鍛件。

①、如何利用工件底面調(diào)節(jié)?2mm平底孔當(dāng)量靈敏度

②、探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)距探測(cè)面200mm處有一缺陷，波高為15dB,求此缺陷的平

底孔當(dāng)量。

59

解：?2H2><77x300

①、A=201g—9=201g-=4148

7iDf3.14x2，

在工件無缺陷完好部礴一次底波調(diào)至熒光乂

基準(zhǔn)高度，再用衰減器益4k

②、A21=40怛幽■f的=仇紅?1。40

協(xié)工2項(xiàng)

15

20f)—

=2x---x1。4°=3.16mm

300

用2P20Z直探頭對(duì)鋼鍛件探傷，發(fā)現(xiàn)距探測(cè)面240nlm處有一缺陷，波高

比150/02試塊平底孔回波高6dB,求此缺陷平底孔當(dāng)量。

八21

解：的1=401g0工.的二場(chǎng)土>」()40

性2司

6

240—

=2x——x1。4°-4.52mm

150

用直探頭探測(cè)外徑1100mm,壁厚200mm的筒形鋼鍛件(C=5900m/s).

①、在外圓周作徑向探測(cè)時(shí)，如何用內(nèi)壁曲面回波調(diào)節(jié)探傷靈敏度(，二2mm)

②、在內(nèi)圓周作徑向探測(cè)時(shí)，如何用外壁曲面回波調(diào)節(jié)探傷靈敏度(C=2mm)

人2Ax

A=201g——:f±7。/*

TT(p

解：①、A=201g^^-+101g—

嗎2&D

59

2x—x200700

=201g—+101g=37.5-2=355dB

3.14x2?1100

用直探頭探測(cè)厚度350mm的餅形鋼鍛件(C=5900m/s),將底波調(diào)節(jié)為

40dB進(jìn)行探傷。

①、此探傷靈敏度是否符合JB/T4730—2005標(biāo)準(zhǔn)要求

②、探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)一單個(gè)缺陷，深200mm,波幅29dB,求此缺陷當(dāng)量。

59

解:2打「2x—x350

①、A=201g：==201g—2”=424/8（不符合;

兀Df23.14x22

22寸

②、A=201g」a——>Df=

A

兀D『XB

欣BIO2。

2x—X2002

———--------=484

40-29

3.14x350x1020

D,=，48.4x7mm

用直探頭檢測(cè)厚度380mm的鋼鍛件(C=5900m/s),材質(zhì)衰減系數(shù)"mm。

檢驗(yàn)中在130mm深發(fā)現(xiàn)一處缺陷，其波幅比底波低7dB。求此缺陷當(dāng)量。

%=2019^^+20（^-xB）

TrqrxB

2

解：2Axf

=201g---+—+2aCvr-XB）->

叫2跖

92AxJ

Df=---------L-------

Jf-xB）

7TVcIA20

板厚20mm的焊縫，外表面焊縫寬度30mm,內(nèi)表面焊縫寬度20mm,用前

沿距離18mm的探頭探傷，為保證聲束能掃查到整個(gè)焊縫，探頭K值應(yīng)如何

選擇

K〉a+b+4

~T

解：30201O

K2"小或22=215

T20

用斜探頭探測(cè)RB-2試塊上深度dE40nlm和深度dF80mm的Q3橫孔，分

別測(cè)得簡(jiǎn)化水平距離L：=45mm,L-2=105mm,試計(jì)算探頭K值和前沿距離

Loo

L=L°+L

L