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1、超 声波探伤心算定量法一重股份公司天津重工有限公司潘水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，其精度满足探伤的要求。其中基本数值有9个，推算值有8个。基本数值：推算数值：40lg2=12dB40Lg3/2=7dB40lg3=19dB40lg3/2=( 40lg340lg2)40lg4=24dB40lg4/3=5dB40lg5=28dB40lg6/5=3dB40lg6=31dB40lg7/6=2.7dB40lg7=33.7dB40lg8/7=2.3dB40lg8=36dB40lg9/8=2.1dB40lg9=38.1dB40lg10/9=1.
2、9dB40lg10=40dB上述数值可以归纳成401倉=卩与j=10卩/40的统一表达式。知道了 j （其数值）即可求出卩 （对数值），反之亦然。二、计算伤当量之公式及其应用论证“距声源三倍近场区（N=D2/4九）以远的声波近似于球面波”的文献容易查找，恕不赘述。在此仅引用两个关键性的公式，得出计算伤当量的一般公式：P =P S S / 九2X2（1）f OAFP =P S /2kX（2）BO A式中：Pf=缺陷反射声压PB =底面反射声压P0 =探头起始声压S =压电晶片面积AS =缺陷面积F九=超声波长X=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
3、陷f其深为X、面积为S ；定起始当量的假想平底孔f其FFFB深为X，面积为S ；其声压反射比值为：BBPFF/PFB=P0（SaS“2Xf2）/P。（SaSb/加Xb2）=（S/X口2）* （X 2/S ）= （n 2/4）/X口2* X 2/ （no 2/4）=（口2/X口2）*（ X 2/Q 2）F FB BFFBBF FB B若缺陷反射声压比假想平底孔反射声压高PdB,贝U： 201gPF#FB 邙20lgPFF/PFB=20lgoF2Xb2/XF2ob2p=20lgQF2Xb2/XF2Qb2卩=4 Olg卩斛 10卩/40=o x/x oF b F bOF=10卩/40（X/Xb）ob
4、oF=jKob（ 3）j = 10卩/40称为分贝系数K= XF/Xb称为深度系数Fb（3）式为起始当量是Ob工件（或分层探伤之层深）为Xb是，求深度为Xf，卩分贝的伤当量 计算公式。B=0是j=10o=1， （3）式可简化为：o = j KoFbo =10卩/40X /X *o（4）FF b b对于具体的探伤工件而言，OB、xb （起始当量直径和厚度）均为定值。所以在OdB条件 Bb下，即伤波高度等于起始灵敏度的给定屏高时，伤当量与其深度成正比，全厚度探伤时K1（即伤不可能存在于底波之后XF1OF bF bK 值是由于深度关系而相应扩大或缩小的倍数。例1：叶轮厚350mm,2起始灵敏度，在1
5、50mm深发现一个0dB缺陷，求其当量？解：0 =X/X *O =150/350*2=3/7*2=0.9mmF F b b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-0dB 缺陷，求其当量？解： 0 =X /X *0 =300/200*4=6mmF F b b若卩0则j = 10卩/401，j的物理意义是，由于伤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，所以此伤较同一深度的“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：工件厚 350mm， 04 起始
6、灵敏度，在 200mm 深，发现一个 27dB 的缺陷，求其当量？解： 0F=jK0b=1027/40*（ 200/350） *4=1024/40*103/40*4/7*4=4*6/5*2.3=11mm（卩=24dB 时，j=4； p=3dB 时，j=6/5）三、底与假想平底孔的分贝差 探伤中定起始灵敏度，实际上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 02）反射波的分贝差，通过调整归零的具体操作，使底波与假想平底 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是，底/孔分贝差的计算先求出大平底与同一深度
7、假想平底孔反射声压比P/P =P *（S /2kX）/P * （SR九2X2）b F 0 A 0 A F F201gPb/PF=201g 九 X/2Sf（ 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，在九=2.36mm （即 f=2.5MHz） X=100mm，Sf=n （d/2） 2，2 起始灵敏度时：20lgPb 100/PFO2=20lg2.36*100/2* n=31.4dB但是，频率不是2.5MHz、深度不是100,起始灵敏度又不是2时，如何计算分贝差呢? 由（5）：20lgPb/PF=31.4dB+20lgn/100-40lgQ/2-20lg
8、f/2.5=31.4dB+n-v-w（6）n=20lgT/100深度修正值v=401g/2起始当量修正值w=20lgf/2.5频率修正值例4：工件厚400mm,4起始灵敏度，使用2MHz探头，求底/孔分贝差值？解： n=20lg400/100=20lg4=12dBV=401g /2=401g2=12 dBW=20lgf/2.5=20lg2/2.5=-2dB20lgPb/PF=31.4+n-v-w= 31.4+12-12-（-2）=33.4dB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xb，在深度XF出缺陷较多，为了便利起见，可在XF分层探伤，这时bFF应求出 xF 出的假想平底
9、孔与工件底面反射声压之比。FP /P =P （s /2kX）/P （S S/k2X 2）=kX 2/2X（7）b F 0 A b 0 A F FF b F或改为：气件=OX/2Sf）/Xf（71）P/P = ax2S口）/（x/x）2（72）b Fb Fb F由（ 71）得：20lg Pb/PF=31.4+20lgnF-20lgXb/XF（ 81）由（ 72）得：20lgPb/PF=20lgkxb/2SF-20lg (Xb/XF)2201g Pb/PF=31.4+20lgnb-40lgXb/XF（82 ）（81）的物理量意义是：假定在XF深处有一大平底，其底/孔分贝差应为前两项，即31.4+2
10、01gnF，但是大平底实际上并不在该处，而在Xb处，大平底反射声压值要减弱，数值上等于第三项。 b（82）的物理量意义是：假定在Xb深处（即全厚度）有一假想平底孔，其底/孔分贝差为前两项，即31.4+20lgnb但实际上，假想平底孔应往前移至处XF处，孔反射声压要增高，底/孔分贝差相应降低 F其降低的值就是第三项。考虑到探伤习惯，选用（82）式：令u=40lgXb/XF称为分层修正值20lg Pb/PF=31.4+20lgnb u-v-w（9）例5：有一工件厚500mm，要求在350mm处分层探伤，起始灵敏度02，使用2.5MHz探头，求底/孔分贝差值？解：u=401g500/350=401g
11、10/7=401g10-401g7=6.3dBV=401gO/2=401g1=0W=201gf/2.5=201g1=020lgnb=20lg5=14dB20lg Pb/PF=31.4+20lgnb-u-v-w=31.4+14-6.3=39dB有中心孔的轴类锻件之底/孔分贝差中心孔的轴类锻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B 反射声压)：PB/Pb=S/R(式中r为工件内径、R为工件外径)Bb201g(PB/PF)/(Pb/PF)=20lgr/R20lgPB/PF-20lg Pb/PF=10lgr/R20lgPB/PF=20lg Pb/PF-10lgR/r( 10)公
12、式( 10)实际上是采用了一般表达式，平面锻件可看成-r一g的特殊形式，试看：Lim10lgR/r=Lim10lgr+L/r=Lim10lg( 1+L/r) /1= 10lg1=0 此时(10)式的曲率修正项等于零，(PB/PF)=(Pb/PF)，即可按(9)B Fb F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：20lg Pb/PF=31.4+20lgn-10lgR/r- u-v-w( 11)例6：在转子轴颈探伤，壁厚为200mm，内孔直径为100mm，以2.5MHz探伤，求2起始灵敏
13、度的分贝差值？20lg Pb/PF=31.4+20lgn-10lgR/r=31.4+20lg2-10lg250/50=31.4+1/2*40 lg2-1/4*40 lg5=31.4+6-7=30.4dB例7：使用2 MHz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：v=40 lgQ/2=40 lg1=0u=40lgXb/XF=40lg435/370=40lg7/6=2.7 dBW=20lgf/2.5=20lg2/2.5= -2 dB10lgR/r=10lg485/45=10.3dB20lgn/100=20lg
14、345/100=13dB20lg Pb/PF=31.4+20lgn-10lgR/r- u-v-w=31.4+10.3-2.7-0-（-2）=33.4dB、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，则可根据此时伤波高度及深度计 算当量大小。例8：某工件厚度600mm,底波调至全屏高，在320mm处发现3/5屏高的缺陷， 求其当量大小，此时探头频率为4 MHz。解：（1）求600mm深底/孔分贝差（例如与2假想平底孔之差）20lg Pb/PF=31.4+20lg6-20lg4/2.5=31.4+15.5-4 =43dB2）求伤与底波的分贝差20lg Pb/PF=20lg600/320=20lg5-20lg3=4.5dB3）求伤与假想平底孔的分贝差试想,孔较大平底低43dB，伤较大平底低4.5dB，所以伤比孔要高出43-4.5=38.5dB。4）求伤的当量6f=jK b=1039/4o*320/600*2v 10mm上题还有一种计算方法：Qf=4/n*Hf/HB*k/2*Xf2/XB=74/3.14*3/5*1.475/2*3202/600-10mmn=3.14Hf/HB=缺陷波高与底波之比九=波长Xf-缺陷深度xb=h件厚度五、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
