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超声检测实用公式与数据

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-02-22
摘要:1. 基本理论公式 声速、波长与频率的关系:C = f :波长(m);f:频率(Hz);C:声速(m/s) 频率与周期的关系:f = 1/T f :频率(Hz);T:振动一周期所需时间s 材料声阻抗:Z = C :材料密度(t/m3);C:声速(m/s);Z:声阻抗(t/m2s) 超声束的近场
1. 基本理论公式
声速、波长与频率的关系:C = λf λ:波长(m);f:频率(Hz);C:声速(m/s)
 
频率与周期的关系:f = 1/T f :频率(Hz);T:振动一周期所需时间s
 
材料声阻抗:Z = ρC ρ:材料密度(t/m3);C:声速(m/s);Z:声阻抗(t/m2s)
 
超声束的近场长度:N = (D2-λ2)/4λ
或者:近似为 N = D2/4λ D :圆形振动晶片直径(mm);λ:波长(mm);N:近场长度(mm)
 
用分贝表示两个声压之比:Δ= 20lgP1/P2 P1、P2:两个待比较的声压;Δ:对数比较得到的分贝(dB)值
 
用分贝表示两个声强之比:Δ= 10lgI1/I2 I1、I2:两个待比较的声强;Δ:对数比较得到的分贝(dB)值
 
圆片形辐射体(活塞振子)轴线上的声压分布:
 
P:在距离x处的声压;P0:初始声压;λ:波长;D :圆形振动晶片直径;x:距离
当x≥1.6N时,公式可简化为: P≈2P0sin(πD2/8λX)≈P0(πD2/4λX)=P0(A/λX)
(此即球面波声压公式) A:晶片面积
 
不同反射体的回波声压:
平底孔回波声压:Φ为平底孔直径;S为平底孔面积 P平=P0(AS/λ2X2)=P(πΦ2/4λX)
 
大平底回波声压: P底 = P0A/2λx = P/2
 
球孔回波声压:d为球孔直径 P球 = P0Ad/4λx2 = Pd/4x
 
短横孔回波声压:φ为短横孔直径;L为孔长度
 
(定义:长度小于波束直径且轴线与波束轴线垂直)
 
长横孔回波声压:φ为长横孔直径
 
(定义:长度大于波束直径且轴线与波束轴线垂直)
 
在相同回波声压下不同反射体间的换算:
平底孔与球孔:d = πΦ2/λ                 或者
 
球孔与长横孔:φ= 2xd2                     或者
 
平底孔与长横孔:φ= π2Φ4/2λ2x            或者
 
平底孔与短横孔:φ= π2Φ4/4λL2            或者
 
短横孔与球孔:φ= d2λ/4L2                 或者
 
反射与透射:
声压反射率:rp = (Z2cosα-Z1cosβ)/(Z2cosα+Z1cosβ) (声束从第一介质进入第二介质时的界面反射率)
式中:α-声束入射角;β-声束反射角;Z1-第一介质声阻抗;Z2-第二介质声阻抗
当垂直入射时(声束轴线与界面垂直):rp = (Z2-Z1)/(Z2+Z1)
 
声强反射率:ri = rp2
 
声压往复透过率:Tp = 1-rp2 = 4Z1Z2/(Z2+Z1)   (垂直入射)
 
声强透射率:ti = tp  (数值、形式相同,但物理意义不同) ti = 4Z1Z2cosαcosβ/(Z2cosα+Z1cosβ)2
 
声压透射率:tp = 2Z2cosα/(Z2cosα+Z1cosβ) 垂直入射时:tp = 2Z2/(Z2+Z1)= 1+rp
 
在多层介质中的声压反射率黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com :
 
(m=Z1/Z2);δ-中间介质层厚度
 
当处于三层介质情况下,中间介质层厚度δ,并且Z1=Z3时,则声压反射率有:
δ=nλ/2----rp有最小值;δ=(2n+1)λ/4----rp有最大值(相当于探伤时材料中有缺陷的情况)
当Z1≠Z3时:δ=nλ/2----rp最大;δ=(2n+1)λ/4----rp最小(相当于耦合剂、保护膜厚度要求的情况)
 
在多层介质中的声压透射率:
 
(m=Z1/Z2);δ-中间介质层厚度
 
当处于三层介质情况下,中间介质层厚度δ,并且Z1=Z3时,则声压透射率有:
δ=nλ/2----tp有最大值;δ=(2n+1)λ/4----tp有最小值(相当于探伤时材料中有缺陷的情况)
当Z1≠Z3时:δ=nλ/2----tp最小;δ=(2n+1)λ/4----tp最大(相当于耦合剂、保护膜厚度要求的情况)
注:一般在δ/λ<0.001时绝大多数声能透入工件;δ/λ>0.001时穿透声能减少
 
超声衰减:α=αa+αs     式中:α-综合衰减系数;无损检测资源网 αa-吸收衰减系数;αs-散射衰减系数
其中αs包括下述三种情况:式中C2、C3、C4为常数;F为各向异性因素
瑞利散射 D《λ  αs=C2FD3f4   (材料中的晶粒尺寸D远小于波长λ)
随机散射 D≌λ  αs=C3FDf2     (材料中的晶粒尺寸D与波长λ相当)
漫散射   D》λ   αs=C4F/D    (材料中的晶粒尺寸D远大于波长λ)
 
声束指向性:
零扩散角(声束边缘的声压为零):
θ0=aresin1.22λ/D  (D为圆形晶片直径) θ0=aresinλ/a  (a为方形晶片边长)
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