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1、超声波探伤中的心算法一、 常用数值记住了以下常用对数值，就可以不用图表，不用计算器进行近似计算，其精度满足探伤要求。其中基本的数值有9 个，标准数值有8 个：基本数值40lg2=12db 40lg3=19db 40lg4=24db 40lg5=28db 40lg6=31db 40lg7=33.7db 40lg8=36db 40lg9=38.1db 40lg10=40db 标准数值40lg32=7db 40lg43=5db 40lg54=4db 40lg65=3db 40lg76=2.7db 40lg87=2.3db 40lg98=2.1db 40lg109=1.9db 上述数值可以归纳成40l
2、gj=与 j=1040的统一表达式。知道了j（其数值）即可求出 （对数值），反之亦然。二、 计算场当量之公式及其应用论证“距声源三倍近场区以远的声波近似于球面波”的文献很容易查找，恕不赘述。在此仅引用两个关键性的公式，得出计算场当量的一般公式：20fASS fPp（1）0 2AS Bpp（2）式中：fp-缺陷的反射声压Bp-底面反射声压0P-换能器起始声压AS-压电晶片面积fS-缺陷面积-超声波波长-缺陷深度或工件厚度，即反射面与探测面之间的距离设有两个缺陷：实际探伤过程中发现的缺陷ff，其深度为f，面积为fS;定起始当量的假想平底孔bf，其深度为b，面积为bS;其声压发射比值为：202222
3、2 4 22222 024S SAf f fffffbbb S SA bfbbfffbb bPPSPSP若缺陷发射声压比假想平底孔反射声压高 dB，则20fffbP gPl22222020gfffbfbfbP gPll222220gfbfbl40gfbfbl4010fbfb4010fbfbfbjk（3）式中：4010j称为分贝系数fbk称为深度系数（3）式为起始当量是b，工件厚度（或分层探伤之层深）为b时，求深度为f，分贝的场当量计算公式。 0 时，j10 1， （3）式可简化为：fbkfbfb（4）对于具体的探伤工件而言，b、b（起始当量直径， 厚度）均为定值。 所以在 0db 条件下，即场
4、波高度等于起始灵敏度的给定屏高时，场当 量与其深度成正比， 全厚度探伤时 R 1（即场不可能存在于底波之后fb） 。分层探伤时，超过分层深度的缺陷之fb，即 R 1。R 值 是由于深度关系而扩大或缩小的倍数。 例 1：叶轮厚 350mm，2 起始灵敏度，在150mm 深发现一个 0db 缺陷，求其当量？ 解：1503 350722 0.9fbkmm例 2：顶盖厚 370mm，分层探伤，已定好 200mm深 4 起始灵敏度， 发现 300mm深，有一个 0db 缺陷，求其当量？ 解：300 20046fbkmm若 0 则4010j1，j 的物理意义是由于场波比假想平底孔的理论波 高值（即定起始灵
5、敏度调整归零时的给定波高）高出分贝，所以此 场较同一深度的“零分贝当量”要大若干倍，这个倍数值就是j，可 以由本文开始介绍的十七个常用对数值求出足够准确的近似值。 例 3：平顶盖厚 350mm，4 起始灵敏度，在200mm 深，发现一个 27db 的缺陷，求其当量？ 解：27 402006 350510442 3 11fbjkmm三、 底与假想平底孔的分贝差 探伤中定起始灵敏度， 实际上就是先求出相应于工件厚度（或分层深 度处）的底波与同一深度的假想平底孔(如 2)反射波的分贝量，通 过调整归零的具体操作，使底波与假想孔反射波的差值出现在屏幕 上。以下就几种特例求出底/孔分贝差，最后写出一般表
6、达式。（一）平面锻件全深度探伤时，底/孔分贝差的计算 先求出大平底与同一深度假想平底孔的反射声压比0202 22SAb S SA fffPP PSP22020bffP ggPSll（5）由（5）式可以看出，底 /孔分贝差值仅与频率、深度、起始当量直径 有关，众所周知，在 2.34mm（即 f2.5mc）100mm，fSmm2 (2 起始灵敏度 )时：21002.34100 2202031.4bfPggPlldb但是，频率不是 2.5mc，深度不是 100，起始灵敏度又不等于2 时， 如何计算分贝差呢？由（5）式：242210022 2220202010020 2(2)2.5422.510011
7、2.520(2()222.54 2.34100202020()20222.531.420402022.5 3c fbffP gggPSnggggggggglllcnlfmcmc cmclnf mcfll nllmc fdBl nllmc 1.420(6)gdBl nVW式中：402gVl称为起始当量修正值202.5gfWlmc称为频率修正值例 4：工件厚 400mm，4 起始灵敏度，使用2mc 探头（如 USIP- 型探伤仪就有此种探头）求底/ 孔分贝差？ 解：4012 2gVldB2022.5gfWldBmc 2020412ggl nldB2031.4 2033.4b ggfPll n VW
8、dBP（二）平面锻件分层探伤时，底/ 孔分贝差值的计算 设工件厚度为b，在深度F处缺陷较多，为便利起见，可在F处分 层探伤，这时应求出F处的假想平底孔与工件底面反射声压之比。020222(7)2AbFbAFFbFFSPP SSPSP或改为02(71)FFbFFPSP亦可改写为：22(72) ()bbFbFFPSP由（71）20202031.4 2020(8 1)2bFbb ggggFg FFFFPllll nlPS由（72）可得2202020 ()31.4 2040(8 2)2bbbb gggg bg FFFFPllll nlPS（81）的物理意义是：假定在F深处有一个大平底，其底/ 孔分贝差
9、应为前两项，即31.420gFl n，但是大平底实际上并不在该处，而在b处，大平底反射 声压要减弱，数值上等于第三项。 （82）的物理意义如下： 假定在F深处（即全厚度）有一个假想平底孔，其底/ 孔分贝差应为 前两项，即31.420gbl n，但是实际上，假想平底孔应往前移至F处， 孔反射声压要增高，底/ 孔分贝差相应降低，其降低的数值上等于第 三项。 考虑到探伤习惯，选用（82）式，令40b g Ful, 称为分层修正值2031.420(9)b ggb FPll nuVWP例 5： 有一工件厚 500mm ， 要求在 350mm 处分段探伤，起始灵敏度 2， 使用 2.5mc 探头，求：底
10、/ 孔分贝差值。 解： 500406.3350400 22002.5 20205142031.42039ggggbgb ggb FuldBVlfWlmc l nldBPll nuVWdBP（三）有中心孔的轴类锻件之底/孔分贝差中心孔轴类件的内孔反射声压与平面工件大平底的反射声压之比（BP为凸曲面的反射声压）：BbPrPR(式中 r 为工件内径， R 为外径) 2020202010(10)BFbFBF gg bFBb ggg FFP rP PR PP rPllPR PPPRlllPPr公式（ 10）实际上是采用了一般表达式，平面锻件可看成r的特殊形式，1 lim10lim10lim1001ggg
11、rrrl Rrlrlllrr此时（10）式的曲率修正项等于零，BbFFPPPP，即可按（9）式计算，由于（ 9）式就是平面锻件底/孔差的表达式，（10）式则是在此基础上增加了曲率修正项的一般表达式，所以可以将（9）式代入（ 10）式得出一般公式：2031.4 2010(11)B gggFPRll nlu V WPr例 6： 在转子轴颈探伤， 壁厚为 200mm， 内孔直径为 100mm， 以 2.5mc探伤，求 2 起始灵敏度的分贝差值？解：2031.4201025031.42021050 30.4B ggg FggPRll nlPrlldB例 7： 使用 2mc探头探测转子，转子 90内径，
12、 壁厚 435mm， 在 370mm处缺陷较多，为鉴定 2 密集区需分层探伤， 求起始灵敏度下底 /孔分贝差值。解：2mm 4002 43540402.7 370202 2.5 45435101010.3 45 2020 4.35204.5132031.4201033.4gb ggFggggggB ggg FVlulldBfWldB mc RlldB r l nlldBPRll nluVWdBPr四、 根据波高计算当量大小有时，将底波调至全屏高， 若设备垂直线性良好，则可根据此时场波高度及深度计算当量大小。例 8：某工件厚 600mm，底波调至全屏高，在320mm 处发现35屏高的缺陷，求其当
13、量大小，此时探头频率为4mc。解：(1)求 600mm 深底/孔分贝差（例如与2 假想平底孔之差）42031.4 20 6 20432.5b ggg FPmcllldBPmc(2)求场与底波的分贝差6 0 052 02 04 . 53 2 03B gg FPlldBP(3)求场与假想平底孔的分贝差试想，孔较大平底低 39dB，场较大平底低 4.5dB，所以场比孔要高出 43-4.538.5Db （4）求场当量394032010210600fbjkmm五、 屏高与分贝的换算例 9：有一垂直线性较好的设备，将某波峰调至5 格高，后再衰减2分贝，问此时波峰应为几格高？52025404ggll由前述可
14、知：54044gl所以4故此波应降至 4 格高，同理可推算出降 4dB、6dB、8dB、10dB、12dB的相应波高值，反之根据这些对应值可看出设备是否具备良好的垂直线性。例 10：有一波峰经衰减后降至给定高度3 格屏高，分贝数为12dB，若再某同一图像上还有另外两个波峰，一为3.5 格，一为 2 格，分别求其 dB 值。(通过计算，不在动衰减器 ) 解：对于 3.5 格高的波峰而言3.5201.43gldB其衰减分贝值应为21+1.422.4dB 对于 2 格高的波峰而言2203.53gldB其衰减分贝值应为21-3.517.5dB 如果我们将给定波高固定， 再在实践中反复演算几次， 上下相
15、差一两格的 dB 差值是不难记的，这样就会使探伤过程更迅速一些。六、 总结1、常用对数值可以归纳为下表（4010 ,40gjl j）2, 3, 4,5,6, 7,8,9,1012,19,24, 28, 31 , 33.7,36, 38.1 , 40345678910, 23456789 7,5,4, 3, 2.7,2.3,2.1 ,1.9jj2、场当量计算公式4010fbfbjkjk3、底/孔分贝差公式2031.4 2010B ggg FPRll nlu V WPr式中：分层修正值402gul起始当量修正值402gVl频率修正值202.5gfWlmcn 为工件厚度除以 100所得值R 为轴件外径r 为轴件内孔直径
