超聲橫波探傷聲束擴(kuò)散對(duì)缺陷定位的影響分析

王力

摘 要：文章對(duì)超聲波在介質(zhì)中傳播的橫波理論聲場(chǎng)進(jìn)行分析，再通過(guò)對(duì)短橫孔的測(cè)量值、讀數(shù)值和考慮擴(kuò)散影響計(jì)算值進(jìn)行分析討論，推理出超聲橫波聲場(chǎng)一般擴(kuò)散特性，最后提出一些避免擴(kuò)散影響結(jié)果的建議，對(duì)焊縫探傷具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：橫波；聲束擴(kuò)散；焊縫探傷

中圖分類號(hào)：TB551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）27-0103-02

超聲波探傷的主要目的是盡量了解被探工件缺陷的性質(zhì)、大小和方位，其中，對(duì)焊縫一般采用超聲橫波，以最高反射回波來(lái)定位缺陷。在實(shí)際探傷中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)缺陷定位與解剖后缺陷的實(shí)際位置有些許偏差，筆者認(rèn)為，這可能是由于缺陷的方向不確定，再加上超聲波聲束的擴(kuò)散，使非中心線的擴(kuò)散聲束得到了最大反射波幅回波，從而造成定位的偏差。為了精確測(cè)定焊縫內(nèi)某個(gè)缺陷的埋藏部位，就有必要對(duì)橫波聲束的擴(kuò)散特性以及其對(duì)缺陷定位的影響進(jìn)行研究。

在實(shí)際探測(cè)中，超聲波聲束的擴(kuò)散角非常大，但其能量主要聚集在聲束中心線附近，為了便于實(shí)驗(yàn)，本文將以信號(hào)幅度比最大值處低6 dB的兩個(gè)位置定義為聲束擴(kuò)散邊界。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

分別用2.5P13×13K1（實(shí)測(cè)K0.975，前沿長(zhǎng)度9.5 mm）、2.5P13

×13K2（實(shí)測(cè)K2.0125，前沿長(zhǎng)度11 mm）探頭，對(duì)CSK-ⅢA試塊上埋深為40 mm和60 mm的短橫孔進(jìn)行探測(cè)并前后移動(dòng)探頭，如圖1所示，分別記錄超聲波聲束中心（最大幅值處）和兩個(gè)-6 dB點(diǎn)的聲程、水平距離和深度的儀器讀數(shù)和實(shí)測(cè)值，通過(guò)實(shí)測(cè)值算出折射角，再利用讀數(shù)聲程和折射角計(jì)算出兩個(gè)-6 dB點(diǎn)的水平距離和深度。觀察4組結(jié)果中儀器顯示的缺陷深度值和實(shí)際缺陷深度值的變化。

2 結(jié)果與討論

2.5P13×13K1探頭分別對(duì)40 mm和60 mm埋深的短橫孔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1和表2，2.5P13×13K2探頭分別對(duì)40 mm和

60 mm埋深的短橫孔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

從表1～表4中可發(fā)現(xiàn)，不同的探頭K值及不同的缺陷埋藏深度均有以下規(guī)律：當(dāng)聲束中心線打在缺陷上時(shí)，通過(guò)儀器讀得的缺陷深度值和實(shí)際缺陷深度值基本一致；當(dāng)聲束中心上邊緣線（-6 dB點(diǎn)①）打在缺陷上時(shí)，通過(guò)儀器讀得的缺陷深度值大于實(shí)際缺陷深度值；而當(dāng)聲束中心下邊緣線（-6 dB點(diǎn)②）打在缺陷上時(shí)，通過(guò)儀器讀得的缺陷深度值小于實(shí)際缺陷深度值。

由此可推測(cè)，由于缺陷的取向不同，可能出現(xiàn)聲束中心線打在缺陷上時(shí)回波波幅低于有利于缺陷反射的-6d B點(diǎn)的回波波幅，如圖2（a）、（b）、（c）所示，此時(shí)可能導(dǎo)致缺陷定位的偏差。

從表中還可看出，計(jì)算的短橫孔的水平值和深度值與實(shí)測(cè)值基本一致。實(shí)際值、儀器讀數(shù)以及計(jì)算值的比較，無(wú)論哪種情況，從儀器讀出的聲程值和測(cè)量值得到的聲程最接近，故儀器的聲程讀數(shù)總是最準(zhǔn)確的。

當(dāng)缺陷方向不利于聲束中心反射而有利于聲束中心以下或聲束中心以上某部分聲束反射時(shí)，而儀器仍按照聲束中心檢測(cè)缺陷的方法來(lái)計(jì)算，此時(shí)儀器顯示的讀數(shù)會(huì)有很大誤差，而且實(shí)際橫波聲場(chǎng)的擴(kuò)散比-6 dB的擴(kuò)散更嚴(yán)重，儀器顯示的缺陷水平距離和深度的偏差將更大。此時(shí)如果按照上述實(shí)驗(yàn)的方法計(jì)算出每個(gè)探頭的聲束上下折射角，再計(jì)算出缺陷的位置，結(jié)果將更接近于實(shí)際值。

3 結(jié) 語(yǔ)

在超聲橫波檢測(cè)時(shí)，儀器對(duì)缺陷聲程的測(cè)量準(zhǔn)確性較高，如需對(duì)缺陷進(jìn)行精確定位，應(yīng)充分考慮超聲波聲束的擴(kuò)散，測(cè)出波束-6 dB的擴(kuò)散角度，通過(guò)計(jì)算得出回波對(duì)應(yīng)缺陷的位置相對(duì)更準(zhǔn)確。

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