蘭姆波探傷用板材試樣聲速的測定

任衛東 徐敬崗

(常州工程職業技術學院 江蘇 常州 213164)

0 概述

由蘭姆波頻率方程可知：對于某種材質的板材，若要設計出最適用于此種板材探傷的超聲波換能器，就必須首先計算出相應的激發角度，而激發角度的計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模蘭姆波的激勵角，由此可以看到材料聲速差異對激勵角度的影響。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角約2～5的差異。因此，在實施蘭姆波檢驗之前，應準確測量超聲縱波和橫波在材料中的傳播速度，并據此繪制蘭姆波檢驗用參數曲線。

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

1 縱波聲速的測定

為了測試不同材質板材的縱波聲速，特制了六種不同材質不同厚度的試樣，以便實驗的順利進行。

1.1 實驗儀器

超聲模擬探傷儀CTS-22A （一臺），示波器 （一臺），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 實驗條件

溫度T=23.5℃。

1.3 實驗方法

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

②計算二者的差值；

③按下述公式計算縱波聲速：

其中：d為試樣厚度。

1.4 實驗數據

表2 不同材質試樣縱波聲速的測定結果

1.5 實驗結果分析

實驗中各種材質試樣縱波聲速的實測值和其理論值基本相符，說明所測實驗數據較精確。

2 橫波聲速的測定

板材橫波聲速的測定與縱波速度的測定相比，工作量要稍微大一些。測定過程中，采用了專用橫波探頭，以鋼為基準，對超聲波探傷儀進行定標，進而進行換算，就可以計算出不同材質板材的橫波聲速。

2.1 實驗儀器

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

2.2 實驗條件

溫度T=28.5℃。

2.3 實驗方法

①以鋼為基準，對探傷儀進行4：1定標；

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為待測的橫波聲速；

④計算同一材質不同厚度試樣所測定的聲速誤差：

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

2.4 實驗數據（表3）

表3 不同材質試樣橫波聲速的測定結果

2.5 實驗結果分析

實驗中各種材質試樣橫波聲速的實測值和其理論值基本相符，且同種材質不同厚度板材試樣的實測值之間的誤差均較小，說明所測實驗數據符合要求。

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

［2］徐可北.金屬薄板蘭姆波檢驗技術[J].無損檢測,1999,21(10):402-404.

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