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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=12db40lg3=19db40lg4=24db40lg5=28db40lg6=31db40lg7=33.7db 40lg8=36db 40lg9=38.1db 40lg10=40db 标准数值40lgl=7db2401g4=5db340lg5=4db440lg6=3db5401g?=2.7db6401g8=2.3db7401g9=2.1db840lg10=1.9db9上述数值可以归纳成40igj邙与j=io40的
2、统一表达式。知道了j (其数值)即可求出卩(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:1)2)式中:缺陷的反射声压pB底面反射声压P 换能器起始声压压电晶片面积S -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f ,其深度为x,面积为S定起始当量的假想平底孔f ,其深度为咒,面积为S ;其声压发 bbb射比值为: bbbPff -Af苛-Sf 比-二fbz bX2九po2 b9 4兀若缺陷发射声压比假想平
3、底孔反射声压高bdB,则20心-卩20 lPf20 le f % 2gPfbg% 2 fe 2p -20le f % bg% fe b卩-40le f-% bg% fe b“翁101 %ebe - jk efb( 3 )式中:j - 1方称为分贝系数 k -号4称为深度系数%b(3)式为起始当量是e,工件厚度(或分层探伤之层深)为%时,bb求深度为咒,卩分贝的场当量计算公式。卩=0时,j = 10=l, (3) 式可简化为: = k fb= (4)f* bb对于具体的探伤工件而言,、咒(起始当量直径,厚度)均为定值。bb所以在 0db 条件下,即场波高度等于起始灵敏度的给定屏高时,场当 量与其
4、深度成正比,全厚度探伤时R1 (即场不可能存在于底波之后 * *,即R1O R值 f bf b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: = k二 3 2=0.9mmf b 3507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,有一个一0db缺陷,求其当量?解: = k = 300 4=6mmf b 200若卩0则j = 10t1,j的物理意义是由于场波比假想平底孔的理论波 高值(即定起始灵敏度调整归零时的给定波高)高出卩分贝,所以此 场较同一深度的“零分贝当量”要大若干倍,
5、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: 二 jk = 10274=4 6 2 3 = 11mmfb3505三、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
6、声压比P = P 鵲=坎耳P. SASf平0込220l p = 20l(5)g Pfg 2Sf(5 丿由(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 k=2.34mm (即 f=2.5mc) 7 = 100mm, S =n f mm2(2起始灵敏度)时:20? q.i00=20? 2.34i00=31.4bg号02g 2冗但是,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:201 = 201g pfg口眩电联201心 =201 f咒2Sfg 2.冗24c . 100 n. 2.5 mcg 2(? 2)2_C422
7、.5 mc20 1 (g 1002.5 mc2.兀.22.n.(;)212.5 mc=201 2.34 100 + 201 n - 201 ()2 - 201L_g 2 兀gg 2g 2.5 mc=31.4 dB + 201 n - 401 - 201 fgg 2 g 2.5 mc=31.4 dB + 201 n - V - W (6)g式中:V = 401g 称为起始当量修正值W二201 g 25mc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-II 型探伤仪就有此种探头)求底/孔分贝差?解:V = 40 1 1= 12 dBg 2W = 201 L = -
8、 2 dBg 2.5 mc201 n = 201 4 = 12 dBggP201 丄=31.4+ 201 n-V-W = 33MB g Pg平面锻件分层探伤时,底/孔分贝差值的计算设工件厚度为X,在深度X处缺陷较多,为便利起见,可在X处分 层探伤,这时应求出X处的假想平底孔与工件底面反射声压之比。FP0 2九xP S Sb =0 九 2 X 2F或改为PbPF九X 2k F . (7)2 X S亦可改写为:由( 71)P&PFPbPFF2 SF .(/XbXF- 1)b-2Sf . (7 2) (兀b )2兀FbF201gF=201 翌-2d 盒=31/k201 n -201 盒.(8-1)P
9、g 2Sg Xg F g XFFF由( 72)可得20 P = 20 乜-20(Xb)2 = 31.”201 n -40 Zb .(8-2)g Pg 2Sg Xg b g XFFFF(81)的物理意义是:假定在咒深处有一个大平底,其底 /孔分贝差应为 前两项,即F31.4 + 201作,但是大平底实际上并不在该处,而在人处,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:假定在咒深处(即全厚度)有一个假想平底孔,其底/孔分贝差应为 F前两项,即31.4 + 201 n,但是实际上,假想平底孔应往前移至咒处,g b F 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
10、第 三项。考虑到探伤习惯,选用( 82)式,y令U = 40 1g4,称为分层修正值g y FP201 亠=31.4 + 201 n - u - V - W (9)g Pg bF例5:有一工件厚500mm,要求在350mm处分段探伤,起始灵敏度02, 使用 2.5mc 探头,求:底/孔分贝差值。解:u 二 401 5 二 6.3 dBg 350V 二 401 9 二 0g 2W 二 201f一 二 0g 2.5 mc201 n 二 201 5 二 14 dBg bgP201 亠二 31.4 + 201 n - u - V - W 二 39 dBg Pg bF(三)有中心孔的轴类锻件之底/孔分贝
11、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( PB 为凸曲面的反射声压):P =JR(式中r为工件内径,R为外径)bPBPrb-PF20 lg20 lgPBP严=20 lPgbPFPP 亠二 20 l 亠-10 l Pg PgFF(10)R -r + llim101_ lim101_ limr sgr _r sgr _r s10lg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,P _ P此时(10)式的曲率修正项等于零,_ P,即可按(9)式计算,FF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
12、可以将(9)式代入(10) 式得出一般公式:PR20 _B _31牛20 n-Id - -u-V-W(11) Pg g rF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02起始灵敏度的分贝差值?解:PR201 亠=31.4 + 201 n - 101 g Pgg rF250=31.4 + 201 2 - 101g g 50=30.4 dB例7:使用2mc探头探测转子,转子90内径,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:= 2mmV = 40lg0-9 一 2V435u = 40l hb =
13、 40/= 2.7dBg v g 370FW = 20l_ = -2dBg 2.5mc10l R = 10l 45 + 435 = 10.3dB g r g 4520l n = 20l 4.35 20l 4.5 = 13dBgggPR20l 一b = 31.4 + 20l n - 10l - - u -V -W = 33.4dB g Pg g rF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3屏高 5的缺陷,求其当量大小,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)P201丄g PF4mc131.4+ 201 6 - 201 143dBgg 2.5mcc c P 6002 0 _big P 320F穿 I dB5(2)求场与底波的分贝差(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4.5d