UT2012计算题超声波探伤中快速计算法
1、 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=12db 40lg3=19db 40lg4=24db 40lg5=28db 40lg6=31db
40lg7=33.7db 40lg8=36db 40lg9=38.1db 40lg10=40db
标准数值
40lg
=7db 40lg
=5db 40lg
=4db 40lg
=3d...
1、 常用数值
记住了以下常用对数值,就可以不用图
,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,
数值有8个:
基本数值
40lg2=12db 40lg3=19db 40lg4=24db 40lg5=28db 40lg6=31db
40lg7=33.7db 40lg8=36db 40lg9=38.1db 40lg10=40db
标准数值
40lg
=7db 40lg
=5db 40lg
=4db 40lg
=3db
40lg
=2.7db 40lg
=2.3db 40lg
=2.1db 40lg
=1.9db
上述数值可以归纳成40lgj=β与j=10
的统一表达式。知道了j(其数值)即可求出β(对数值),反之亦然。
2、 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)
(2)
式中:
----缺陷的反射声压
----底面反射声压
----换能器起始声压
----压电晶片面积
----缺陷面积
----超声波波长
----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
,其深度为
,面积为
;
定起始当量的假想平底孔
,其深度为
,面积为
;其声压发射比值为:
若缺陷发射声压比假想平底孔反射声压高β dB,则
(3)
式中:
称为分贝系数
称为深度系数
(3)式为起始当量是
,工件厚度(或分层探伤之层深)为
时,求深度为
,β分贝的场当量计算公式。β=0时,j=10°=1,(3)式可简化为:
(4)
对于具体的探伤工件而言,
、
(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R≤1(即场不可能存在于底波之后
≤
)。分层探伤时,超过分层深度的缺陷之
≥
,即R≥1。R值是由于深度关系而扩大或缩小的倍数。
例1:叶轮厚350mm,Ф2起始灵敏度,在150mm深发现一个0db缺陷,求其当量?
解:
例2:顶盖厚370mm,分层探伤,已定好200mm深Ф4起始灵敏度,发现300mm深,有一个-0db缺陷,求其当量?
解:
若β>0则
>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β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个常用对数值求出足够准确的近似值。
例3:平顶盖厚350mm,Ф4起始灵敏度,在200mm深,发现一个27db的缺陷,求其当量?
解:
3、 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Ф2)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。
(1) 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
(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λ=2.34mm(即f=2.5mc)
=100mm,
=π mm²(Ф2起始灵敏度)时:
但是,频率不是2.5mc,深度不是100,起始灵敏度又不等于Ф2时,如何计算分贝差呢?由(5)式:
式中:
称为起始当量修正值
称为频率修正值
例4:工件厚400mm,Ф4起始灵敏度,使用2mc探头(如USIP-Ⅱ型探伤仪就有此种探头)求底/孔分贝差?
解:
(2) 平面锻件分层探伤时,底/孔分贝差值的计算
设工件厚度为
,在深度
处缺陷较多,为便利起见,可在
处分层探伤,这时应求出
处的假想平底孔与工件底面反射声压之比。
或改为
亦可改写为:
由(7-1)
由(7-2)可得
(8-1)的物理意义是:
假定在
深处有一个大平底,其底/孔分贝差应为前两项,即
,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
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
,但是实际上,假想平底孔应往前移至
处,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
,称为分层修正值
例5:有一工件厚500mm,要求在350mm处分段探伤,起始灵敏度Ф2,使用2.5mc探头,求:底/孔分贝差值。
解:
(3) 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(
为凸曲面的反射声压):
(式中r为工件内径,R为外径)
公式(10)实际上是采用了一般表达式,平面锻件可看成
的特殊形式,
此时(10)式的曲率修正项等于零,
,即可按(9)式计算,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:
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Ф2起始灵敏度的分贝差值?
解:
例7:使用2mc探头探测转子,转子Ф90内径,壁厚435mm,在370mm处缺陷较多,为鉴定Ф2密集区需分层探伤,求起始灵敏度下底/孔分贝差值。
解:
Ф=2mm
4、 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
屏高的缺陷,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Ф2假想平底孔之差)
(2)求场与底波的分贝差
(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
5、 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?
由前述可知:
所以
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12dB,若再某同一图像上还有另外两个波峰,一为3.5格,一为2格,分别求其dB值。(通过计算,不在动衰减器)
解: 对于3.5格高的波峰而言
其衰减分贝值应为 21+1.4=22.4dB
对于2格高的波峰而言
其衰减分贝值应为 21-3.5=17.5dB
如果我们将给定波高固定,再在实践中反复演算几次,上下相差一两格的dB差值是不难记的,这样就会使探伤过程更迅速一些。
6、
1、 常用对数值可以归纳为下表(
)
2、 场当量计算公式
3、 底/孔分贝差公式
式中:分层修正值
起始当量修正值
频率修正值
n 为工件厚度除以100所得值 R为轴件外径 r为轴件内孔直径
_1244120264.unknown
_1244121069.unknown
_1244265104.unknown
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