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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
