超声波二级题库计算.docx

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超声波二级题库计算

2.用2.5MHz20mm直探头对钢材进行超声波探伤，求此探头的近场区长度和指向角的角度

解：

设钢中纵波波速5900米/秒，则该探头在钢中波长λ=5.9/2.5=2.36mm，近场区长度N=D2/4λ=202/4*2.36=42.37mm由指向角θ=arcsin（1.22λ/D）=8.27°

3.用水浸法聚焦探头垂直探伤法检验Φ36x3mm钢管，已知水层距离为15mm时，声束焦点与钢管轴心重合，求有机玻璃声透镜的曲率半径？

答：

有机玻璃声透镜的曲率半径=15.3mm多少？

5.如下图所示，探头为tgβ=2，用仪器与钢试块比较，测得探头中S=10mm，计算探头中a和b的长度。

解：

因为仪器中测得的S值是相当于钢中的S值，所以要将S钢换算成S有机玻璃,即:

S有机玻璃/CL有机玻璃=S钢/CS钢，S有机玻璃=S钢·CL有机玻璃/CS钢=10x2.7/3.2=8.4

另外tgβ=2，β=63.4°，sinα=CL有机玻璃·sinβ/CS钢=2.7·sin63.4°/3.2=0.754，α=48.97°，因此：

a=cosα·S有机玻璃=cos48.97°·8.4=5.5mmb=sinα·S有机玻璃=sin48.97°·8.4=6.3mm

答：

a=5.5mm，b=6.3mm

6.用有机玻璃做球面声透镜的聚焦探头,若探头直径为Φ20mm，水中焦距f=100mm，求声透镜的球面半径r值。

解：

已知C有=2700米/秒，C水=1450米/秒，f=100mm，由f=r[C1/（C1-C2）]，可求得r=46.5mm

8.在前沿长度为10毫米，tgβ分别为1、2、2.5的三种斜探头中，哪个适合用于上宽度24mm，下宽度22mm，上加强高5mm，下加强高3mm，板厚25mm的平钢板对接焊缝检测？

并求出所需要的探头扫查范围，若在声程120mm处（已扣除斜楔声程）发现一个缺陷，求缺陷的水平及深度位置。

答：

选用tgβ=2的探头，扫描范围≥150mm，缺陷水平距离107.3mm，埋藏深度3.7mm

9.在使用tgβ=2，2.5MHz的斜探头探测25mm厚度的钢板对接焊缝时，若用深度距离44mm的Φ6mm横通孔试块调节灵敏度，要求能在同样深处发现Φ2mm平底孔当量的缺陷，则应将Φ6mm横通孔回波提高多少dB？

（楔内声程为7mm）答：

11dB

10.把合金轴瓦浸没在水中（即钢套与合金层均与水接触），用直探头接触法在合金层面上垂直入射纵波，检测粘合质量，问：

粘合良好处的界面回波和底波之间相差多少分贝？

（合金层声阻抗25x106Kg/m2s，钢套声阻抗45x106Kg/m2s，曲率和衰减影响不计）答：

4dB

11.超声波从声阻抗Za=39.3x106Kg/m2s的A介质透过Zb=25.5x106Kg/m2s的B介质，进入C介质的垂直往返过程中，其往返透过率为（-12dB）,若不考虑超声波在介质中的衰减，C介质的声阻抗Zc是多少？

答：

Zc=1.5x106Kg/m2s

12.超声波从A介质通过B介质透入C介质，在A/B界面上产生一个声压为PA的回波，在B/C界面上产生一个声压为PB的回波，已知：

A、B、C三种介质的声阻抗分别为

ZA=26.8x106Kg/m2s；ZB=18.3x106Kg/m2s；ZC=2.4x106Kg/m2s，在不考虑三种介质衰减情况下，求PB比PA高多少分贝？

解：

在A/B界面上有PA/P0=（ZB-ZA）/（ZB+ZA），则PA=P0[（ZB-ZA）/（ZB+ZA）]，在A/B界面上的透射声压Pt即为B/C界面的入射声压，则Pt/P0=2ZB/（ZB+ZA），Pt=P0[2ZB/（ZB+ZA）]，在B/C界面上反射声压PB应为：

PB/Pt=（ZC-ZB）/（ZC+ZB）,即PB=Pt[（ZC-ZB）/（ZC+ZB）]，

在B/A界面的透过声压为：

PB'=PB[2ZA/（ZB+ZA）]=P0[4ZAZB/（ZB+ZA）2][（ZC-ZB）/（ZC+ZB）]

因此：

20log（PB'/PA）=......≈12dB

13.用直探头探测一个厚度为350mm的钢制锻件，在150mm处发现一个平底孔当量为Φ2mm的缺陷，该缺陷回波高度比基准波高要高出8dB，求所用的探伤灵敏度。

答：

所用的探伤灵敏度为Φ3mm平底孔当量

14.用一个钢中折射角63.4°的斜探头检查横波速度2250米/秒，厚度20毫米的铜合金板材，已知探伤仪的时基线按铜合金试块1:

1声程定位，现在时基线70mm处发现缺陷回波，该缺陷的水平距离与埋藏深度各为多少？

解：

先求该探头在铜合金中的折射角：

sinβ2=（2250/2700）sinα=（2250/2700）（2700/3230）sinβ1，求得β2=38.5°

（选择探头斜楔的纵波声速2700米/秒，钢中横波声速3230米/秒）；

埋藏深度h=70cosβ2-2*20=14.8mm；水平距离L=70sinβ2=43.5mm

16.有一钢制零件厚度400毫米，用2.5MHz、20mm直径的直探头，Φ2mm灵敏度作超声探伤，发现距离探测面200毫米处有一缺陷，其反射波衰减26dB后达到基准波高，求该缺陷的平底孔当量直径是多少？

解：

缺陷定量Φdb=40lg[（Φ/2）（400/200）]∵Φdb=26∴Φ=4.47mm

17.用水浸聚焦探头探钢管，当要求水层高度为10mm，检查Φ40mm的钢管时，试计算透镜的曲率半径。

解：

根据公式r1=[1-（C2/C1）]f，式中：

r1-透镜曲率半径；C1-有机玻璃声速；C2-水声速；f-焦距（探头至管子中心的垂直距离），

r1=[1-（C2/C1）]f=[1-（1500/2700）]（20+10）=（1-0.556）x30=13.3mm

答：

检查Φ40mm的钢管时，透镜的曲率半径为13.3mm

18.用水浸聚焦法检查Φ42x4mm的小口径钢管，水层距离为30mm，求偏心距、入射角、折射角、焦距和透镜的曲率半径各为多少？

解：

已知：

钢管Φ42x4mm、水层厚度L2=30mm，r=（42/2）-4=17，y=（R2-X2）1/2，式中：

R=Φ/2=21mm

X=r·（CL2/CS3）=17x（1.5/3.2）=8mm，y=（212-82）1/2=（377）1/2=19.4mm，

焦距f=L2+y=30+19.4=49.4mm入射角：

sinα=X/R=8/21=0.38，α=22.3°；

折射角：

sinβ=r/R=17/21=0.81，β=54.1°

声透镜曲率半径：

r'=[（n-1）/n]·f，式中：

n=CL1/CL2=2.7/1.5=1.8，

r'=[（1.8-1）/1.8]·49.4≈22mm偏心距：

X=8mm

19.用2.5MHzΦ20的直探头对厚度为215mm的钢锻件进行探伤，要求能发现Φ2当量的平底孔缺陷。

①怎样调节探伤灵敏度？

②在深度200mm处发现一缺陷，用衰减器调节至同一稳定高度时，衰减器读数nf=20dB，求缺陷大小。

（利用AVG曲线计算）

解：

根据公式：

L0=D2/4λ先计算近场区长度,λ=c/f=5.9/2.5=2.34mm，

L0=202/（4x2.34）=43mmΦ2mm的缺陷归一化后得G=2/20=0.1，δ=215mm；

探测距离归一化后得A=215/43=5，由基本AVG曲线查出A=5、G=0.1时的增益值V=48dB。

将探头放在工件上，将荧光屏显示的底波调节到某一高度（通常是满屏的80%），增益48dB，仪器的探伤灵敏度调节完毕。

当在129mm处发现一缺陷时，衰减器读数nf=20dB，此时缺陷的增益值为Vf=V-nf，∴Vf=V-nf=48-20=28dB将缺陷距离化为归一化距离：

Af=129/43=3，根据Af=3、Vf=28dB查基本AVG曲线图得Gf=0.2，缺陷当量大小为Φf=Gf·Df=0.2x20=4mm

答:

该缺陷为Φ4当量.（注：

基本AVG曲线图考试卷上给出。

）

20.假设有一厚度δ为30mm的压力容器焊缝，外表面焊缝宽为60mm，内焊缝宽为30mm，探头前沿距离L=15mm，为保证声束扫查到整个焊缝，探头的折射角最小应取多大？

解：

根据题意，探头的水平跨距最小应是外焊道和内焊道的半数和，所以探头的：

tgβ≥（L+b+a）/δ=（15+30+15）/30=2，式中：

b-（1/2）外焊道宽；a-（1/2）内焊道宽，即β≥63.4°

21.试计算出厚度δ=46mm和120mm对接焊缝的探头移动区。

（选用tgβ=1和tgβ=2探头）

解：

①厚度δ=46mm时应采用单面两侧探伤，故探测区P1≮2·δ·tgβ+50mm，对于tgβ=1探头：

P1≮2x46x1+50=142mm；对于tgβ=2探头：

P1≮2x46x2+50=234mm

②厚度δ=120mm时应采用两面探测，故探测区P2≮T·tgβ+50mm，对于tgβ=1探头：

P2≮120x1+50=170mm；对于tgβ=2探头：

P2≮120x2+50=20mm

22.超声波检测100mm板厚的纵焊缝，该园筒外半径为500mm，用tgβ=1的探头探伤，在平板试块上1:

1深度定位调节扫描线，从筒体外园面探伤时，在荧光屏80mm深处发现一缺陷反射波，求缺陷在曲面上跨距弧长及离工件外表面的深度。

解：

由公式

L=0.0174·θ·R=0.0174·tg-1[tgβ·h/（R-h）]·R=0.0174·tg-1[1·80/（500-80）]·500=93.786mm

h0=R-（tgβ·h/sinθ）=500-（1·80/sin10.78°）=72.2mm

答：

该缺陷的曲面跨距是93.786mm,离工件表面深度72.2mm

23.用2.5MHz，Φ20mm直探头对厚度S1=400mm锻钢件作超声波检测，已知工件底面回波高度为B=40dB，检测时在声程S2=240mm的位置发现一个缺陷波，其波高为X1=6dB，在声程S3=180mm的位置发现一个缺陷波，其波高为X2=23dB，求：

这两处缺陷的平底孔当量Φx（设锻钢件中声速CL=5900米/秒，不计衰减）

解：

频率2.5MHz的超声波在钢中波长λ=2.36mm，设声程S2=240mm的缺陷平底孔当量Φx1，声程S2=180mm的缺陷平底孔当量Φx2，

logΦx1=（1/40）{20log（2λS22/πS1）-[B（dB）-X1（dB）]=......=0.317（dB），则Φx1=2.07mm；同理：

logΦx2=（1/40）{20log（2λS32/πS1）-[B（dB）-X2（dB）]=......=0.617（dB），则Φx2=4.15mm

24.设有一中心孔的圆轴锻钢件（CL=5900米/秒），中心孔直径为Φ60mm，外径为Φ460mm，用2.5MHz，Φ14mm直探头从外圆面进行超声波检测，若以直径3mm长横孔作起始灵敏度，应如何调节仪器？

在此灵敏度下若发现离外表面100mm处有一缺陷波，波高7dB，求此缺陷的长横孔当量φx和平底孔当量Φx

解：

频率2.5MHz的超声波在钢中波长λ=2.36mm，工件外半径R=230mm，内半径r=30mm，壁厚S1=200mm，缺陷埋深S2=100mm，缺陷波高A=7dB

[1]根据曲面公式和结合本题有：

dB（φ/Bc）=dB（φ3/B）±10log（R/r）=10log（2S1/3）+10log（230/30）=30dB，将探头置于轴外圆无缺陷处，先将仪器衰减30dB，调整中心Φ60mm孔反射波高为人为波高（80%），然后将衰减器释放到0dB，此时即仪器和探头组合具有在S1=200mm处发现Φ3mm长横孔当量缺陷的灵敏度

[2]logφx=（1/10）[A（dB）+10logφ3-30log（S1/S2）]=......=0.277dB，即φx=1.89≈1.9mm

Φx=[（λ/π）（2S2φx）1/2]=3.8mm

25.用2.5MHz，Φ14mm，45°斜探头作横波检测，探头的有机玻璃楔块中声程为10mm，现用垂直深度60mm的直径φ2mm长横孔试块校准仪器，被探测工件厚度150mm，工件表面粗糙度补偿4dB，工件的衰减系数（双声程）α=0.004dB/mm，应如何调节仪器才能获得Φ2mm平底孔当量的探伤灵敏度？

解：

波长λ=3.230/2.5=1.29mm，横孔声程S1=60

（2）1/2+10=94mm，工件中一次波的最大声程为S2=150

（2）1/2+10=220mm

工件中一次波最大声程时的衰减为S2·α=0.004x220=0.88dB，需要求出埋深150mm的Φ2mm平底孔与埋深60mm的φ2mm长横孔声程差与孔型差的dB值：

△dB=[△dB/（φ2-Φ2）]+αS2+4dB，则

[△dB/（φ2-Φ2）]=20log（Pφ2/PΦ2）

=20log{[P0（πD2/4λS1）（1/2）（φ2/2S1）1/2]/[P0（πD2/4λS2）（πΦ2/4λS2）]}

=20log{[（1/2S1）（1/S1）1/2]/[（1/S2）（π/λS2）]}=20log{（λS22）/[2S1（S1）1/2]=20.75dB

△dB=[△dB/（φ2-Φ2）]+αS2+4dB=20.75+0.88+4=25.6≈26dB

先将衰减器置于26dB处，再用该2.5MHz，Φ14mm，45°斜探头在试块上适当位置，调节增益，使埋深60mm的φ2mm长横孔的最大回波高度达到人为高度（80%），然后将衰减器调到0dB，即提高增益26dB，此时仪器和探头组合具有在深度150mm处的工件上发现Φ2mm平底孔缺陷当量的灵敏度

26.用斜探头探测如下图CSK-IIIA试块上深度距离40mm的φ1x6mm横孔，测得探头前沿到试块端面的水平距离为86mm，探测深度距离为80mm的φ1x6mm横孔，测得探头前沿到试块端面的水平距离为86mm，求此探头的tgβ=?

和探头的前沿长度L=？

答：

此探头的tgβ=1.5，探头的前沿长度L=14mm

27.有一钢制零件厚度360毫米，使用2.5MHz、20mm直径的直探头，Φ2mm灵敏度作超声探伤，发现距离探测面210毫米处有一缺陷，其反射波衰减20dB后达到基准波高，求该缺陷的平底孔当量直径是多少？

答：

Φ3.8mm

28.用单探头接触法横波探伤外径为300mm厚60mm的大口径钢管时，应选用折射角为多少的探头？

解：

为保证管内壁的缺陷能被发现，声束必须与内壁相切：

sinβ=r/R=90/150=0.6，β=36.87°

答：

探头的折射角应小于或等于36.87°

29.铜（Cu）的纵波声速为4700m/s，泊松比为0.35，试求其横波声速？

解：

已知CL=4700m/s，σ=0.35，求CS

CL/CS=[2（1-σ）/（1-2σ）]1/2=[2（1-0.35）/（1-2x0.35）]1/2=2.08CS=4700/2.08=2260（m/s）

30.有机玻璃中纵波声速为2730m/s，钢的表面波声速为2980m/s，如制作表面波斜探头，入射角应为多少度？

解：

sinαR=CL1/C2R，已知CL1=2730m/s，C2R=2980m/s，

∴αR=sin-1（CL1/C2R）=sin-1（2730/2980）=sin-1（0.916）αR=66.4°

31.钛（Ti）材声速CL=5990m/s，CS=2960m/s，空气中声速CL=340m/s，试计算钛材中第三临界角为多少度？

解：

sinα3＝CS1/CL1＝2960/5990＝0.494∴α3＝sin-1（0.494）≈29.6°

32.用2.5P20Z（2.5MHz，Φ20mm）直探头检验400mm厚钢锻件，材料衰减系数

α1=0.01dB/mm，将200mm厚钢试块底波调节到50dB进行探伤（试块α2=0.005dB/mm，锻件与试块耦合差1.5dB，声速CL均为5900m/s），求：

①试计算探伤灵敏度为当量多少mm？

②探伤中发现一缺陷：

深250mm，波幅为23dB，求此缺陷当量？

解：

①耦合差△'=1.5dB，声程差△''=20lg（x2/x1）=20lg（400/200）=6dB，

衰减差△'''=2x400a1－2x200a2=8-2=6dB

∴XB=400mm处，底波与探伤灵敏度当量平底孔波高dB差：

△=50-△'-△''-△'''=50-1.5-6-6=36.5dB

由△=20lg（2λXB/πΦ2）=36.5dB得Φ2=2λXB/[π（1036.5/20）]=（2x2.36x400）/（πx66.8）=9

探伤灵敏度为Φ=3（mm）

②衰减差△'=2（XB－Xf）α=2x（400-250）x0.01=3dB，

Xf=250mm处缺陷波高与XB=400mm处Φ=3mm孔波高dB差：

△=23-△'-0=23-3=20dB，缺陷当量：

Φf=Φ3（Xf/XB）（1020/40）=3x（250/400）x3.2=6（mm）

33.采用2.5P13x13K1（2.5MHz13x13mmtgβ=1）斜探头，检验Φ1000x90mm蓄势器纵缝，仪器扫描利用RB—2试块作深度1:

1调节，探伤中在水平刻度60mm处有一缺陷波，试确定缺陷深度和水平距离（弧长）？

解：

已知d=60mm，K=1，R=1000/2=500（mm）

①缺陷径向深度：

H=R-[（K·d）2+（R-d）2]1/2=500-[（1x60）2+（500-60）2]1/2=500-444=56（mm）

②缺陷水平距离（弧长）：

L=R·θ=R·tg-1[K·d/（R-d）]≈R·K·d/（R-d）=500x60/（500-60）≈68（mm）

34.用K=2（tgβ=2）斜探头在RB-2试块（见33题图）上（Cs1=3200m/s），按水平1:

1调节仪器扫描比例，现检验厚度T=25mm某合金焊缝（Cs2=3000m/s），探伤中在水平刻度36mm处发现一缺陷波，求此缺陷深度？

解：

设：

x1，l1，d1，K1分别为钢中的声程，水平距离，深度和探头K值，X2，d2，K2分别为合金中的声程，深度和探头K值，K1=2，∴sinβ1=sin（tg-12）=0.894，

β2=sin-1[sinβ1·（CS2/CS1）]=sin-1（0.89x3000/3200）=sin-10.838≈57°

K2=tgβ2≈1.5，由x1/x2=CS1/CS2=d1·（K12+1）1/2/d2·（K22+1）1/2得：

d2=CS2·d1·（K12+1）1/2/CS1·（K22+1）1/2，

已知d1=l1/K1=36/2=18（mm），d2=3000x18x（22+1）1/2/3200x（1.52+1）1/2≈21（mm）

35.采用钢焊缝探伤用的K=1（tgβ=1）斜探头（CL1=2700m/s，钢Cs=3200m/s），检验某种硬质合金焊缝（Cs=3800m/s），其实际K值为多大？

解：

设CS2，β1，K1为钢中声速，折射角，及探头K值，CS2'，β2，K2为合金中声速，折射角及探头实际K值。

则：

β1=tg-1K1=tg-11=45°，sinβ1=0.707，sinα=sinβ1·（CL1/CS2）

sinβ2=sinα·（CS2/CL1）=sinβ1·（CL1/CS2）·（CS2'/CL1）=sinβ1·（CS2'/CS2）

=0.707x（3800/3200）=0.840

β2=57.1°，K2=tgβ2=tg57.1≈1.5

36.规格为φ320x20mm的大口径钢管，用单斜探头作周向检验。

楔块底面磨成与钢管曲面相吻合后，探测钢管内表面校准槽，测得一次波声程为30mm。

试计算修磨后探头折射角为多少度？

解：

已知：

R=320/2=160（mm），r=R-t=160-20=140（mm），W1=30mm，根据余弦定理：

r2=R2+W12-2RW1·cosβ

cosβ=（R2+W12-r2）/2RW1=（1602+302-1402）/（2x160x30）=6900/9600=0.719，

β=cos-1（0.719）=44°

37.用水浸聚焦法检验φ42x5mm小口径钢管，有机玻璃透镜曲半径为22mm，试求偏心距（平均值）和水层距离？

（有机玻璃：

CL=2700m/s，水：

CL=1500m/s；钢：

CL=5900m/s，CS=3200m/s）。

解：

设偏心距平均值为x，x=（1/2）（R·CL2/CL3＋r·CL2/CS3），已知R=42/2=21mm，

r=R-t=21-5=16mm

x=（1/2）（21x1500/5900+16x1500/3200）=（5.3+7.5）/2=6.4（mm），焦距：

f=[C1/（C1-C2）]·r

已知r=22mmf=[2700/（2700-1500）]x22=49.5（mm），水层距离：

H=f-（R2-x2）1/2=49.5-（212-6.42）1/2=49.5-20=29.5（mm）

38.用水浸聚焦探头检验φ50x5mm的钢管，透镜材料为环氧树脂（CL=2650m/s），要求水层厚度15mm，偏心距x=8mm，试计算透镜的曲率半径？

（水中CL=1500m/s）。

解：

焦距：

f=H+（R2-x2）1/2，已知H=15mm，R=50/2=25mm，x=8mm，

f=15+（252-82）1/2=15+23.7=38.7（mm）

曲率半径：

r=[（C1-C2）/C1]·f=[（2650-1500）/2650]x38.7=16.8（mm）

39.采用水浸聚焦探头检验钢板，已知水中CL2=1500m/s，钢中CL3=5900m/s，水层厚度H=60mm。

欲使超声束聚焦于钢板上表面以下10mm处，选用声速CL1=2600m/s的环氧树脂作声透镜，试计算透镜曲率半径？

解：

焦距f'=H+L，已知H=60mm，L=10mm，f'=60+10=70（mm），

水中焦距f为：

f=f'+L（CL3/CL2）=70+10x（5900/1500）≈109（mm）

曲率半径r为：

r=（CL1·CL2/CL1）·f=[（2600-1500）/2600]x109≈46（mm）

40.采用充水探头（2.5MHZ，Φ20mm），用三次重合法检验T=80mm厚钢板，已知水中CL=1500m/s，钢中CL=5900m/s，求钢中近场长度？

解：

水层厚度：

L=n·T/4=3x80/4=60（mm），波长：

λ2=CL2/f=5.9x106/2.5x106=2.36（mm）

钢中剩余近场区长度为：

N=N2-L（C1/C2）=（D2/4λ2）-L（C1/C2）=（202/4x2.36）-60x（1500/5900）≈27（mm）

41.铌酸锂的声速CL=7400m/s，PZT的频率常数Nt=2200Hz·m，如制成频率相同的晶片，两者的厚度比为多少？

解：

设铌酸锂晶片厚度为t1，则Nt1=f1·t1=C1/2，PZT晶片厚度为t2，则Nt2=f2·t2=C2/2

∵Nt2=2200Hz·m∴C2=2xNt2=2x2200=4400（m/s），∵f1=f2，

∴t1:

t2=Nt1:

Nt2=C1:

C2=7400:

4400=1:

0.6

42.用2P14K1.5（2MHz，Φ14mm，tgβ=1.5）斜探头，探测钢中（Cs=3200m/s）声程均为200mm（楔块中声程忽略不计），孔径均为2mm的平底孔、横孔、球孔。

试计算说明哪个反射体的回波最高？

反射波高各相差多少dB？

解：

钢中横波波长λ=Cs/f=3.2x106/2x106=1.6（mm）

①横孔、平底孔反射波高dB差为：

△=20lg（Hφ/HΦ）=20lg[λ（2xφ）1/2/πΦ2]，已知x=200mm，Φ=φ=2mm，∴△=20lg[1.