任衛(wèi)東 徐敬崗

(常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 常州 213164)

0 概述

由蘭姆波頻率方程可知：對(duì)于某種材質(zhì)的板材，若要設(shè)計(jì)出最適用于此種板材探傷的超聲波換能器，就必須首先計(jì)算出相應(yīng)的激發(fā)角度，而激發(fā)角度的計(jì)算是以此種板材中縱波和橫波聲速已知為前提條件的。表1給出了不同頻厚條件下BT20和TC2兩種鈦合金板材試樣A0模、S1模、A1模蘭姆波的激勵(lì)角，由此可以看到材料聲速差異對(duì)激勵(lì)角度的影響。BT20鈦合金材料的縱、橫波速度分別為：Cl=6430m/s,Cs=3230 m/s;TC2鈦合金材料的縱、橫波速度分別為：Cl=6640 m/s,Cs=3370 m/s;換能器斜楔材料Cl=2340 m/s。從表1可以看出，由于超聲縱波和橫波在BT20和TC2鈦合金板材中傳播速度的不同，可以造成同一模式蘭姆波激勵(lì)角約2～5的差異。因此，在實(shí)施蘭姆波檢驗(yàn)之前，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量超聲縱波和橫波在材料中的傳播速度，并據(jù)此繪制蘭姆波檢驗(yàn)用參數(shù)曲線。

由此可見，聲速的測(cè)定是非常必要的。顯然，板材試樣聲速的測(cè)定應(yīng)包括兩部分：試樣縱波聲速和橫波聲速的測(cè)定。

1 縱波聲速的測(cè)定

為了測(cè)試不同材質(zhì)板材的縱波聲速，特制了六種不同材質(zhì)不同厚度的試樣，以便實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

超聲模擬探傷儀CTS-22A （一臺(tái)），示波器 （一臺(tái)），直探頭2.5P14Z（一只），圓柱型試樣（六塊）。試樣圖片如下：

圖2 1Cr11NiMoV(試塊厚13mm)

圖3 1Cr18Ni9Ti(試塊厚21.5mm)

圖4 GH4169(試塊厚20.5mm)

圖5 GH605(試塊厚20mm)

圖6 GH163(試塊厚21mm)

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

溫度T=23.5℃。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

①將直探頭置于試樣上，記錄示波器上第一次底波讀數(shù)B1及第二次底波的讀數(shù) B2，單位：μs；

②計(jì)算二者的差值；

③按下述公式計(jì)算縱波聲速：

其中：d為試樣厚度。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 不同材質(zhì)試樣縱波聲速的測(cè)定結(jié)果

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)中各種材質(zhì)試樣縱波聲速的實(shí)測(cè)值和其理論值基本相符，說(shuō)明所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較精確。

2 橫波聲速的測(cè)定

板材橫波聲速的測(cè)定與縱波速度的測(cè)定相比，工作量要稍微大一些。測(cè)定過(guò)程中，采用了專用橫波探頭，以鋼為基準(zhǔn)，對(duì)超聲波探傷儀進(jìn)行定標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行換算，就可以計(jì)算出不同材質(zhì)板材的橫波聲速。

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

超聲模擬探傷儀CTS-22A（一臺(tái)），專用橫波探頭（一個(gè)），金屬薄板試樣（八塊），圓柱型試樣（六塊）。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件

溫度T=28.5℃。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

①以鋼為基準(zhǔn)，對(duì)探傷儀進(jìn)行4：1定標(biāo)；

②將橫波探頭置于試樣上，記錄探傷儀示波屏上相臨兩次底波之間的間距，如果相臨兩次底波距離太近，以致間距不明顯，就應(yīng)多取幾次相臨底波，記錄其間距，然后取其平均值，單位：mm；

③按下述公式計(jì)算橫波聲速：

其中：d為試樣厚度，X為相臨兩次底波之間的刻度差，Cs為待測(cè)的橫波聲速；

④計(jì)算同一材質(zhì)不同厚度試樣所測(cè)定的聲速誤差：

其中：Csmax為所測(cè)得同種材質(zhì)不同厚度試樣中的最大橫波聲速；Csmin為所測(cè)得同種材質(zhì)不同厚度試樣中的最小橫波聲速。

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3）

表3 不同材質(zhì)試樣橫波聲速的測(cè)定結(jié)果

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)中各種材質(zhì)試樣橫波聲速的實(shí)測(cè)值和其理論值基本相符，且同種材質(zhì)不同厚度板材試樣的實(shí)測(cè)值之間的誤差均較小，說(shuō)明所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合要求。

［1］李家偉.云慶華,等.蘭姆波及其在薄板探傷中的應(yīng)用.鍋爐壓力容器械無(wú)損探傷技術(shù)[M].天津科學(xué)出版社，1985，56-74.

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