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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=33.7db40lg8=36db40lg9=38.1db40lg10=40db标准数值40lgl=7db240lg4=5db340lg5=4db440lg|=3db40lg7=2.7db640lg8=2.3db740lg9=2.1db840lg!2=1.9db9上述数值可以归纳成40lgj郅与j=10方的统一表达式。知道
2、了 j （其数值）即可求出P （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）Pb= P&（2）式中：pf缺陷的反射声压P底面反射声压P换能器起始声压S压电晶片面积Sf 缺陷面积人超声波波长z -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，其深度为七，面积为Sf ;定起始当量的假想平底孔f, 射比值为：b其深度为z b，面积为S其声压发若缺陷发射声压比假想平底孔反射声压高0dB，则20 I；卜二20 l pff
3、 = 20 l 8 f * 2g f 8市如 fb2f 2/ 9 X8-p2DXP = 40 l 8f , b8* f 8 b10尚二匕 4* f 8 f = 10 寿牛 8 b8 f = jk 8 b 式中：j = 1040称为分贝系数k =乒称为深度系数* b（3）式为起始当量是8，工件厚度（或分层探伤之层深）为*时， 求深度为X，P分贝的场当量计算公式。P=0时，j = 10=1, （3） 式可简化为:。=k。 f j b（4）对于具体的探伤工件而言，e:;（起始当量直径，厚度）均为定值。 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 量与其深度成正比，全厚度探伤时RW
4、1（即场不可能存在于底波之后 X X，即R1o R值 是由于深度关系而扩大或缩小的倍数。b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： = ke iso 2 = 3 2=0.9mm例2：顶盖厚370mm，分层探伤，已定好200mm深中4起始灵敏度， 发现300mm深，有一个一0db缺陷，求其当量？解：e = ke =300 4 = 6mm若P0则j = 10-1，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。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
5、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：e = jke = 1040 200 4=4 6 2 3=11mm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（如中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声压比p = P .老=人-Pf %翌 2Sf0时2
6、01 牛= 201 备(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 k=2.34mm （即 f=2.5mc） z = 100mm, s =丸 mm2（2起始灵敏度）时：f2兀201 咨=2。 2.34100 =31.db g驰 g J 2201 普=201 m = 201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：2 24c 100 n2 “ ( 2) 2 J 2.5 mc422.5 mcc 100=201 ( n =201g兀 222 2.34 100 + 2012 兀g=31.4 dB=31.
7、4 dB2201 n - V - W201 n - 401(土 22.5 mcn - 201 ()2 - 201201 Jg 2.5 mc(6)2fg 2.5 mc式中：V = 401g 2称为起始当量修正值w = 20/六二称为频率修正值g 2.5mc例4：工件厚400mm, $4起始灵敏度，使用2mc探头（如USIPTI 型探伤仪就有此种探头）求底/孔分贝差？解：V = 40 / ? = 12 dBfw = 20/ _5_ = -2dB201 n = 201 4 = 12 dB：P20 p = 31.4+ 20 nV-W = 33.4dB（二）f平面锻件分层探伤时，底/孔分贝差值的计算FP
8、 S A0 2人xTTX0 人 2 X 2F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处侑假想平底孔与工件底面反射声压之比。人X 2 F2 X bS fP b PF或改为亦可改写为:由(7 1)P0PFPbPF人XF2 SFX bXFb-2 SF-(知)2XF(7 2)20/g F由(7 2)可得P = 20/ 也20/ 上=31.4+ 20/n 20/ 虹.(81)Pg 2Sg xg F g x20/ L = 20/ 勺20/ (&)2= 31.4+ 20/n 40/ Zb.(82) g Pg 2Sg xg b g X(8 1)的物理意义是：F FF假定
9、在与深处有一个大平底，其底 /孔分贝差应为 前两项，即31.4 + 201 ，但是大平底实际上并不在该处，而在处，大平底反射 声压要减弱，数值上等于第三项。（8-2 ）的物理意义如下：假定在x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31.4 + 20l n，但是实际上，假想平底孔应往前移至x处，g bF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（8 2）式，令u = 40 ls A，称为分层修正值g xFP201 土 = 31.4 + 201 七-u - V - W.（9）F例5：有一工件厚500mm，要求在350mm处分段
10、探伤，起始灵敏度2, 使用2.5mc探头，求：底/孔分贝差值。解：u = 401 521 = 6.3 dBg 350V = 401 1= 0W = 201 L一 = 0201 nb = 201 5 = 14 dB201 匕=31.4 + 201 n - u - V - W = 39 dBg Pg bF（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（PB为凸曲面的反射声压）：P = JR（式中r为工件内径，R为外径）bBPPbPFPBP20 l 与=20 lg PgbPF20 l L = 20 lg PgFP-10 lPgF(10)公式（10）实际
11、上是采用了一般表达式，平面锻件可看成r T8的特lim一101 R= lim101r + l=limr sg rr s_ grr s101 _rg 1殊形式，此时（10）式的曲率修正项等于零，# = P，即可按（9）式计算， F F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：20 P = 31.辱20n10l R-u-V-W.（11）F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 起始灵敏度的分贝差值？解：201 以=31.4 + 201 n - 101
12、Rg Pgg r250 =31.4 + 201 2 - 101 -_=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 = 401 卜 0y 435u = 401 匕=401 370 = 2.7dB y ffW = 201_ = -2dBg 2.5mcR 45 + 435101 - = 101莒=10.3dB201 n = 201 4.35 三 201 4.5 = 13dBggg201 P = 31.4 + 201 n -101 R - u - V - W = 33.4
13、dB 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）P一4mc一21 p = 31.4+ 21 6 - 21 2% = 43dBF(2) 求场与底波的分贝差20/ P 600 = 20/ 5 = 4.5dB g P 320 g 3F(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 43-4.5 = 38.5Db(4) 求场当量10 mm, 丑 320-e = jk e = 10 40 600 2 w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？20 l乙=240 l乙=4g %由前述可知：40 g 4 4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12d
