1、超聲波探傷中的當量計算一、當量計算公式及其應用論證“距聲源三倍近場區以遠的聲波近似于球面波”的文獻很 容易查找，恕不贅述。在此僅引用兩個關鍵性的公式，得出計算場當 量的一般公式：pf = P0 容（1）內=Pb詳（2）式中：pf缺陷的反射聲壓Pb 底面反射聲壓P） 換能器起始聲壓SA壓電晶片面積Sf -缺陷面積'超聲波波長-缺陷深度或工件厚度，即反射面與探測面之間的距離 設有兩個缺陷：實際探傷過程中發現的缺陷ff，其深度為f，面積為Sf ；定起始當量的假想平底孔 射比值為：fb，其深度為b，面積為Sb ；其聲壓發PffPfbpo SaS22fe兀2 b- b 厶s2b*2b42 f 2

2、 f-e- X若缺陷發射聲壓比假想平底孔反射聲壓高BdB,則op20 IPffffpfbp2f72b-2b2b 2 b7 -e-g10p40gIO40_f_"T = fjk b衛式中：j = 1 0 40稱為分貝系數fk b 稱為深度系數(3)bb(3)式為起始當量是b，工件厚度(或分層探傷之層深)為 b時, 求深度為f, B分貝的場當量計算公式。p= 0時，j = 10°= 1,(3) 式可簡化為：(4) 對于具體的探傷工件而言，b、b （起始當量直徑，厚度）均為定值。 所以在Odb條件下，即場波高度等于起始靈敏度的給定屏高時， 場當 量與其深度成正比，全厚度探傷時R&l

3、t;1 （即場不可能存在于底波之后 厶w滄）。分層探傷時，超過分層深度的缺陷之 乙紋b，即R。R值 是由于深度關系而擴大或縮小的倍數。例1葉輪厚350mm,2起始靈敏度，在150mm深發現一個Odb 缺陷，求其當量？解：外=鳳=黑2嗚2=0.9nm例2:頂蓋厚370mm,分層探傷，已定好200mm深44起始靈敏度， 發現300mm深，有一個0db缺陷，求其當量？解：S = k =勰4= 6mm若B>則j =104° >1, j的物理意義是由于場波比假想平底孔的理論波 高值（即定起始靈敏度調整歸零時的給定波高）高出 B分貝，所以此 場較同一深度的“零分貝當量”要大若干倍，這

4、個倍數值就是j，可以由本文開始介紹的十七個常用對數值求出足夠準確的近似值。例3:平頂蓋厚350mm, 44起始靈敏度，在200mm深，發現一個 27db的缺陷，求其當量？解：27f = jk b 二 l00f00,4二 4 f 2 3= 11mm二、底與假想平底孔的分貝差探傷中定起始靈敏度，實際上就是先求出相應于工件厚度（或分層深 度處）的底波與同一深度的假想平底孔（如42）反射波的分貝量，通 過調整歸零的具體操作，使底波與假想孔反射波的差值出現在屏幕 上。以下就幾種特例求出底/孔分貝差，最后寫出一般表達式。（一）平面鍛件全深度探傷時，底/孔分貝差的計算先求出大平底與同一深度假想平底孔的反射聲

5、壓比Pb耳導 -Pf _ p 選2Sf0 2/220IC 20.西g Pf由（5）式可以看出，底/孔分貝差值僅與頻率、深度、起始當量直徑 有關，眾所周知，在 =2.34mm （即 f = 2.5mc） = 100mm, Sf mmZ2起始靈敏度）時：20gf°=20g 呼=31.4ib但是，頻率不是2.5mc, 深度不是100,起始靈敏度又不等于 2時， 如何計算分貝差呢？由（5）式：Pb20lg 廿 20lg藥二 20 lg20 1c * 100 n*(22.5 mc* 2.5 mc-10020lg(2BCy2.5 mc20lg2.34 - 10031.4 dB31.4 dB201

6、2012g-20-) _20lg 歸4叫廠2叫歸-V - W 111 (6)式中：V 二 40lg -稱為起始當量修正值w = 20|g-5m；稱為頻率修正值例4: 工件厚400mm,4起始靈敏度，使用2mc探頭（如USIP- II 型探傷儀就有此種探頭）求底/孔分貝差？解：八4ig22dBW = 20lg2dBg 2.5mc20lgn 二 20lg4 二 12dB20g 見=31.4+ 20gn -V - W= 33.4dBg Pfg）平面鍛件分層探傷時，底/孔分貝差值的計算設工件厚度為b，在深度F處缺陷較多，為便利起見，可在F處分層探傷，這時應求出f處的假想平底孔與工件底面反射聲壓之比。S

7、 A2 bA S F1PbPfPoP。-2r 了 2r"t(7)或改為PoPf幾F2-S II 1(7 - 1) 'b "T亦可改寫為:PbPfb經(7 - 2)_ )27)由（71）PbPF由(7 2)可得20gEg FF20g20g込g2SF20l= 31.4+20gm-20g 戶 11(8-1)F-20g e)2 = 31.4 20g"b - 40g 護 11 (8- 2)AFf'F=20gg2E（8 1）的物理意義是：假定在f深處有一個大平底，其底/孔分貝差應為前兩項，即31.4 20lgnF，但是大平底實際上并不在該處，而在 b處，大平底

8、反射 聲壓要減弱，數值上等于第三項。（8 2）的物理意義如下：假定在F深處（即全厚度）有一個假想平底孔，其底/孔分貝差應為前兩項，即31.4 20|gnb，但是實際上，假想平底孔應往前移至F處，孔反射聲壓要增高，底/孔分貝差相應降低，其降低的數值上等于第 三項。考慮到探傷習慣，選用（8-2）式，,稱為分層修正值F20lg 巴二 31.420lgnb - u -V - W|"（9）PF例5:有一工件厚500mm要求在350mn處分段探傷，起始靈敏度 2, 使用2.5mc探頭，求：底/孔分貝差值。解：u 二 40lg 500 二 6.3 dB g 350*V = 40lg 0 g 2W

9、= 20lgf =014dBg 2.5 mc20 lg nb = 20 lg 5 =20 lg nb - u - V - W 二 39 dBPb20 lg - = 31.4Pf（三）有中心孔的軸類鍛件之底/孔分貝差中心孔軸類件的內孔反射聲壓與平面工件大平底的反射聲壓之比（Pb為凸曲面的反射聲壓）：PbPbr（式中r為工件內徑，R為外徑）Pb Pf Pb PfPb20 lPfPb-20 lgPfPPR20lg話=20*當一10養（10）公式（10）實際上是采用了一般表達式，平面鍛件可看成r 的特lim 10lgRr 二 g rlim 10lgr j -殊形式，-lim 10lg- r ： - i

10、l g rPbPb此時（10）式的曲率修正項等于零，_ P，即可按（9）式計算,由于（9）式就是平面鍛件底/孔差的表達式，（10）式則是在此基礎 上增加了曲率修正項的一般表達式，所以可以將（9）式代入（10） 式得出一般公式：20gP =31.4 20gn-10gR-u-V-W|（11）g Pg g r例6：在轉子軸頸探傷，壁厚為200mm,內孔直徑為100mm，以2.5mc探傷，求2起始靈敏度的分貝差值？解：PR20lg二 31.420lgn - 10lg g PFg g r二 31.420lg2 - lOlg250gg 50二 30.4 dB例7:使用2mc探頭探測轉子，轉子 90內徑，壁

11、厚435mm,在370mm 處缺陷較多，為鑒定2密集區需分層探傷，求起始靈敏度下底/孔分 貝差值。解:二 2mm©V=40lg0u 二 40lg二 40L435 二 2.7dBl F370W = 20lg2dBg 2.5mcR 45 43510lg 10lg10.3dBg r g4520lgn 二 20lg4.35D 20lg4.5 二 13dB20lg 星二 31.4 20lgn - 10lg 旦- u - V - W 二 33.4dB PFr三、根據波高計算當量大小 有時，將底波調至全屏高，若設備垂直線性良好，則可根據此時場波 高度及深度計算當量大小。例&某工件厚600m

12、m,底波調至全屏高，在320mm處發現|屏高 的缺陷，求其當量大小，此時探頭頻率為 4mc。解：（1）求600mm深底/孔分貝差（例如與 2假想平底孔之差）Fb4mc201 = 31.4 20g6- 20g= 43dBPFgg g2.5mc(2)求場與底波的分貝差2(jg PB，600 210 5 dB5g PF 3 2 0 g 3求場與假想平底孔的分貝差試想，孔較大平底低39dB,場較大平底低4.5dB,所以場比孔要高出 43-4.5= 38.5Db(4)求場當量39210 mm600四、屏高與分貝的換算例9:有一垂直線性較好的設備,將某波峰調至5格高，后再衰減2分貝，問此時波峰應為幾格高?

13、2040由前述可知:401所以=4故此波應降至4格高，同理可推算出降4dB、6dB、8dB、10dB、12dB的相應波高值，反之根據這些對應值可看出設備是否具備良好的垂直線性。例10:有一波峰經衰減后降至給定高度 3格屏高，分貝數為12dB, 若再某同一圖像上還有另外兩個波峰，一為 3.5格，一為2格，分別 求其dB值。(通過計算，不在動衰減器)解： 對于3.5格高的波峰而言3 5J = 20lg 1.4dBg 3其衰減分貝值應為 21 + 1.4= 22.4dB對于2格高的波峰而言21 =20lg 3.5dBg 3其衰減分貝值應為 21-3.5= 17.5dB如果我們將給定波高固定，再在實踐中反復演算幾次，上下相差一兩 格的dB差值是不難記的，這樣就會使探傷過程更迅速一些。五、總結21、常用對數值可以歸納為下表(j = 104°/ = 40gj)j = 2, 3, 4,5, 6, 7,8, 9,1°二 12,19,24, 28, 31 ,33.7,36,