超声波检测UT级计算问答题

超声波检测复习参考资料（UTⅡ）

㈠问答题（一般考☆重点考★）

1.超声波垂直入射到两介质的界面时声压往复透过率与什么有关？往复透射率

对超声检测有什么影响？

答：超声波垂直入射到两介质的界面时声压往复透过率与界面两侧介质的声阻抗有关，与何种介质入射到界面无关。界面两侧的声阻抗差愈小，声压往复透过率就愈高，反之就愈低。往复透过率高低直接影响超声检测灵敏度高低，往复透过率高，超声检测灵敏度高。反之超声检测灵敏度低。

2.什么是波的干涉，波的干涉对超声检测有什么影响？★★★★★

答：两频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒定的波相遇时，该处介质中某些质点的振动互相加强，而另一些地方的振动互相减弱或完全抵消的现象叫波的干涉。在超声检测中由于波的干涉，使超声波源附近出现声压极大值和极小值，影响缺陷定量。

3.在超声检测中，为什么要尽量避免在近场区进行缺陷定量？

答：在超声检测中，由于近场区存在声压极大极小值，处于声压极大值处的小缺陷回波可能较高，处于声压极小值处的大缺陷的回波可能又较低，且波型属于平面波，反射声压与距离无关，因此对缺陷的当量不能有效的测定，所以应尽量避免在近场区进行缺陷定量。

4.圆盘声源超声场的近场区有什么特点？

答：圆盘声源超声场的近场区特点是：

超声场的近场区内，声压极大值和极小值的个数是有限的；

近场区的长度与波源面积成正比，与波长成反比；

近场区的存在对超声检测定量不利，甚至可能漏检。

5.在超声检测中，什么是距离—波幅曲线？该曲线有何用途？

答：描述某一反射体回波高度随距离变化的关系曲线为距离—波幅曲线。

可用来：⑴调整检测灵敏度

⑵判断缺陷大小，为评定缺陷提供依据。

6.焊缝超声检测，斜探头的基本扫查方式有哪些？手工扫查操作本身应注意什

么？★★★★★

答：锯齿形、左右、前后、转角、环绕、平行、斜平行、串列式扫查。

注意左右摆动，得到最大反射波，保持耦合平稳，扫查速度≤150mm/s，探头的每次扫查覆盖率应大于探头直径的15%，探头移动区域直射法为0.75P，一次反射法为1.25P（P=2KT）

7.什么叫超声检测灵敏度、基准灵敏度和扫查灵敏度？通常以什么来表示？

★★★★★

答：超声检测灵敏度是指在确定的探测范围的最大声程处发现规定大小缺陷的能力；基准灵敏度一般指的是记录灵敏度，它通常用于缺陷的定量和缺陷的等级评定；扫查灵敏度则主要指实际检测灵敏度，可高于基准灵敏度。通常灵敏度以标准反射体的当量尺寸来表示。

8.常用的调节超声检测灵敏度的方法有几种？举例说明。★★★★★

答：常用的调节超声检测灵敏度方法有试块调节法和工件底波调节法。

试块调节法包括以试块上人工标准反射体调节和以试块底波法调节两种方式。工件底波调节法包括计算法，AVG曲线法，底面回波高度法等多种方式，检测时应按不同的对象进行选择。如：中、薄板材，底波法；厚板，试块法。焊缝，试块法；锻件按形状，试块法、底波法（声程≥3N）。

9.在超声检测的缺陷定量中，受缺陷自身影响的主要因素有哪些？

答：由缺陷自身影响超声检测缺陷定量的主要因素有：缺陷的形状；缺陷的取向；缺陷的大小和缺陷波的指向性；缺陷的性质；缺陷表面粗糙度；缺陷的位置等。

10.试说明无缝钢管纵向、横向缺陷超声检测的一般方法？

答：无论是手工还是自动化检测，无缝钢管纵向缺陷一般采用横波进行周向扫查检测，无缝钢管横向缺陷一般采用横波进行轴向扫查检测，可用耦合良好的斜探头或聚焦探头，接触法、液浸法，使用线聚焦或点聚焦探头每根钢管应从端头沿相反方向各检测一次。

11.在超声检测中，影响缺陷定位的因素有哪些？

答：影响缺陷定位的因素有：

⑴仪器的影响；仪器的水平线性误差大小影响缺陷定位的准确性；

⑵探头的影响；探头声束偏离、探头声束双峰、斜楔磨损使探头K值变化、

探头半扩散角大小；

⑶工件的影响；工件表面粗糙度、工件材质、工件表面形状、工件边界、

工件温度、工件中的缺陷情况；

⑷操作人员的影响；工作经验、仪器调节、操作方法。

12.钢板中常见的缺陷有哪几种？钢板检测为什么采用直探头？★★★★★答：钢板中常见的缺陷有分层、折叠、白点等，裂纹很少。

由于钢板中的分层、折叠等缺陷是在轧制过程中形成的，一般平行于板面，故钢板检测采用直探头。

13.在用直探头超声检测锻件中，出现底面回波明显降低或消失的原因有那些？

（不包括仪器、探头、探头线造成的原因）

答：出现底面回波明显降低或消失的原因有：

⑴存在与表面呈较大角度的缺陷；

⑵工件的晶粒粗大；

⑶工件的材质疏松；

⑷工件底面与检测面不平行；

⑸工件表面耦合条件差；

⑹存在近表面大缺陷。

14.锻件超声检测中利用锻件底面反射回波调节检测灵敏度有什么好处？对锻件

有何要求？★★★★★

答：优点：（1）可不考虑检测面耦合差补偿；

（2）可不考虑材质衰减差补偿；

（3）可不使用试块。

要求：（1）工件厚度≥3N；

（2）工件底面与检测面平行，或是圆柱曲底面；

（3）工件底面应平滑平整，且不得与其它其他透声物资接触。

15.奥氏体不锈钢锻件和碳钢锻件的超声检测中有哪些主要区别？

答：奥氏体钢锻件超声检测所用探头频率较低，试块平底孔尺寸稍大，材质衰减量大，缺陷记录和分级与碳钢的不同。

16.简述焊缝超声检测中选择斜探头折射角的原则。★★★★★

答：选择探头折射角应从以下三个方面考虑：

⑴声束能扫查到整个焊缝截面；

⑵使声束中心线尽量与主要危险性缺陷垂直或有效相交；

⑶保证有足够的检测灵敏度。

17.试述奥氏体不锈钢焊缝超声检测的不利因素。

答：奥氏体不锈钢焊缝的组织特点是晶粒粗大且具有方向性，超声检测的困难主要有：⑴组织不均匀，噪声大，信噪比低；

⑵晶粒粗大，超声波的变型波多，声束发生扭曲；

（3）散射衰减严重。

（二）计算题（★重点看、☆一般看）

1.对钛/钢复合板，在复层一侧作接触法检测，已知钛与钢的声阻抗差约为40%（Z Ti=0.6 Z Fe）。求复合层界面波与底波相差多少分贝dB？

解：设钛和钢的声阻抗分别为Z Ti、Z Fe

r p=(Z Fe-Z Ti)/(Z Fe+Z Ti)=(1-0.6)Z Fe/(1+0.6)Z Fe=0.25

△dB=20lgH界面波/H底波

=20lgPr/Po

=20lg(Z Fe-Z Ti)/ (Z Fe+Z Ti)

=20lg(1-0.6)Z Fe/(1+0.6)Z Fe

=-12dB

答：复合层界面波与底波相差12dB。

2.钢板水浸检测时，使用2MHZ的水浸探头晶片直径16mm，已知水层厚度30mm，当钢C L=5900m/s，水C L=1450m/s求钢中近场长度N为多少？★★★★★

解：λ=c/f=5.9/2=2.95mm

N=D2/4λ-L×C L水/C L钢

= 162/4×2.95-30×1450/5900

=14.3mm

答：钢中近场长度N为14.3mm

3.已知超声波在钢中C L=5900m/s，求2.5P20Z探头探测厚为200mm的钢锻件时，超声波发射声场的近场区长度N，半扩散角θ，未扩散区长度b各为多少？

★★★★★

解：λ=c/f=5.9/2.5=2.36mm

近场区长度N=D2/4λ=202/(4×2.36)=42.4mm

半扩散角θ=70λ/D=（70×2.36）/20=8.26°

未扩散区b=1.64N=1.64×42.4=69.5mm

答：近场区长度N为42.4mm，半扩散角θ为8.26°，未扩散区长度b各为69.5mm。

4.超声检测板厚为20mm的对接焊缝，焊缝上下宽度为30mm的工件，若探头前沿长度为20mm，为保证整个焊缝截面的检测，当用一次波和二次波检测时，其探头的折射角应如何选择。★★★★★

解：为确保一次波和二次波能对焊缝截面工件100%检测，所以必须满足：K≥(a+b+Lo)/T (a、b上下焊缝宽度的一半，Lo为探头前沿，T为板厚) K=(a+b+Lo)/T

=(15+15+20)/20

=2.5

答：探头选择的K值至少为2.5。

5.垂直线性良好的超声检测仪示波屏上有A、B、C三个信号波，将三个波调到同一基准高度时，衰减器读数〔A〕=24dB，〔B〕=18dB,〔C〕=5dB。如果把B信号波调到满屏的40%高，衰减器不变，此时A和C信号波高度各为多少？（★）解：设A、B、C波高分别为H A、H B、H C,

⑴△dB A-B=20lgH A/ H B=〔A〕-〔B〕

即 20lg(H A/40)=24-18

H A= H B10△dBA-B/20

=40×10(24-18)/20

=80(%)

⑵△dB C-B=20lgH C/ H B=〔C〕-〔B〕

即 20lg(H C/40)=5-18

H C= H B10△dBC-B/20

=40×10(5-18)/20

=9(%)

答：A信号波高度为80%，C信号波高度为9%。

6.用2.5P20Z超声探头检测500mm的工件，C L=5900m/s，检测中在200mm处发现一缺陷，其波高比B1低12dB，求此缺陷的平底孔当量大小是多少？★★★★★解：λ=c/f=5.9/2.5=2.36mm

N= D2/4λ=202/(4×2.36)=42.4mm, 200≥3N可用球面波公式计算。

△dB=20lg2λX2f/πθ2f X B

θ2f=2λX2f/πX B10△dB/20

=（2×2.36×2002）/（3.14×500×1012/20）

θf =5.5（mm）

答：此缺陷的平底孔当量大小为5.5mm。

备注：（平底孔反射回波声压：P=PoF s F f/λ2X2,大平底回波声压：P=PoF s/2λX）（△dB=20lgπd21X2/2λX12+2α(X2-X1) α为材质衰减系数）

（d2=2λX2/（πX D）×10△dB-2α(X2-X1)/20缺陷回波高度与大平底回波高度之比）

7.用2MHZφ20直探头对锻件进行超声检测，工件厚度为300mm，锻件不允许有≥φ2的缺陷存在，问：⑴用φ4/150的平底孔试块如何调节探测灵敏度？（试块、工件的材质衰减不计，表面补偿3dB）⑵在上述条件下探测时发现200mm处有一个比基准波高19dB的缺陷波，这一缺陷是否允许存在？★★★★★

解：⑴△dB FJ=40lg(ΦF/φJ)×(X J/X F)

=40lg(2/4)×(150/300)

=-24 dB

dB=-24 dB-3dB=-27 dB

调节时将φ4/150的平底孔调节到基准高（50%或80%），再增益（提高）27 dB，即为工件探测时的φ2/300探测灵敏度。

⑵△dB FJ=40lg(ΦF/φJ)×(X J/X F)

ΦF =（ΦJ X F）/ （X J）×10△dB/40

=（2×200）/（300）×1019/40

=3.98mm

答：此缺陷不允许存在。

8.用2.5P20Z直探头，对外径为600mm的，内孔直径为100mm的筒形钢锻件径向超声检测（钢中C钢=5900m/s，材料衰减系数α单=0.005dB/mm）?

⑴如何利用内孔反射回波调整最大声程处φ2mm平底孔检测灵敏度？

⑵检测中发现一个缺陷，深200mm，波幅12dB，求此缺陷当量大小？

解：已知R=600/2=300mm r=100/2=50mm λ=2.36mm

壁厚T=(R-r)/2=250mm 缺陷深X=200mm

⑴内壁曲面与φ2孔反射波高dB差

△dB=20lgH B/HΦ-10lgR/r

=20lg(2λT)/( πθ2) -10lgR/r

=20lg(2×2.36×250)/(3.14×22)- 10lg300/50

=31.6dB

⑵声程不同引起的衰减差（dB）：△1=2×α（T-X）

=2×0.005（250-200）

=0.5 dB

缺陷波幅与250mm处φ2孔反射波高dB差：△=12-△1

=12-0.5

=11.5 dB

缺陷当量为：△dB12=40lg(Φ1/φ2)×(X2/X1)

Φ1=（φ2 X1）/ （X2）×10△/40

=（2×200）/250×1011.5/40

=3.1mm

9.超声检测中，用K2，f=2.5MHZ的横波探头，探头前沿距离Lo=12mm，以水平1:1调节时间轴，然后检测板厚为25mm的钢焊缝，如在示波屏上4格和9格发现两个缺陷波，问此缺陷离探头前端水平距离和深度为多少？★★★★★

解：⑴ 4格缺陷波，水平距离为S=40mm；

Lo=12mm，故离探头前端为Sˊ=S- Lo =40-12=28mm

缺陷深度为d=S/K=40/2=20mm

⑶9格缺陷波，水平距离S=90mm

离前端为Sˊ=S- Lo =90-12=78mm

深度为d=2T-S/K=2T-90/2=50-45=5mm

答：第一个缺陷离探头前端距离28mm，深度20mm；

第二个缺陷离探头前端距离78mm，深度5mm；

10.超声检测中，用K2探头在CSK-ⅠA试块上按水平1:1调节时间轴，然后检测横波声速为3080m/s，δ=25mm的某合金焊缝，若在5格出现一个缺陷波。求此缺陷波离探头入射点的水平距离、垂直距离和声程距离，★★★★★

解： sinα/3080=sin63.4/3230

α=58.5°

5格水平距离为S=50mm，钢中声程=50/ sin63.4=55.9mm

5格合金声程Xˊ为：3230/55.9=3080/ Xˊ

Xˊ=53.3mm

合金的水平距离为：S= Xˊsin58.5=45.4mm；

合金的深度距离为：d= Xˊcos58.5=27.8mm

答：合金的水平距离为45.4mm；合金的深度距离为27.8mm；

备注：可能考的公式必须要记住的！！！！！！

（水层厚度：L=n T/4 α单={20lgBm/Bn-20lgn/m-(n-m)δ}/{2(n-m)T}