CN101126741B - 临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，下部(1)向上的斜面成内凹柱面(3)，上部(2)向下的斜面成外突柱面(4)。上部(2)的外突柱面(4)和下部(1)的内凹柱面(3)吻合，上部(2)可在下部(1)的内凹柱面(3)上滑动。外突柱面(4)和内凹柱面(3)的交界的外突柱面(4)的端面上刻有上部分度圆刻度(6)。超声波的接收探头与发射探头固定在上部(2)。本发明克服了现有技术测量不同类型的待测件需要不同的楔块结构，同类的待测件无法获得最佳的入射角的不足，提供了一种通用性能好，能进行角度的细微调节，达到以最佳的角度入射，接收到最大的L_CR波幅值的装置，可广泛应用在应力测量领域。

Description

临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，具体涉及超声波测量的辅助装置。

背景技术

超声检测是国内外应用最广、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术，已经成为材料和结构无损检测与评价的最常用手段之一。超声波法是基于超声波声速随应力状态改变而变化的声弹性原理，通过检测材料中超声波波速的变化而获取材料应力的变化。当工件受到应力载荷时，其内部材料的特性也发生变化，从而影响超声波在其中传播的速度。通过超声波测量传播速度的变化(通常使用间接手段)，即可评估工件中应力的状况，这一根据声弹性原理的应力检测方法已在检测与表面垂直方向的应力方面得到广泛应用。

美国德克萨斯州A&M大学的Bray首先提出基于声弹性技术的超声临界折射纵波测量纵向应力方法，能从构件的侧面检测其内部与表面平行方向的应力，在L_CR波临界折射纵波应力测试方面做了很多基础性和开拓性的研究，利用L_CR波测量压力容器和管道、棒材和钢材焊缝中的残余应力，并分析了温度、材质等对应力测量的影响。L_CR波是一种特殊的近表面纵波，需要通过角度变化等独特的途径才能够形成。为获得较好的测量效果，在测量时，超声探头需用楔块进行固定。如图1所示，L_CR波通常采用压电换能器13激发出超声纵波14，经耦合后垂直进入有机玻璃楔块11作为入射波，沿与法线成α₁的角度入射进入被测物体12，在被测物体12中折射后产生沿表面传播的L_CR波16。在沿同一表面传播方向上的其他位置可以用同样方式的压电换能器接收到L_CR波，其接收探头与发射探头结构相同，只是方向刚好相反

通常情况下，超声波在一段介质中的传播总声时可表示为：

t＝t₀+Δt_F+Δt_RS+Δt_T

其中，t₀时不考虑应力和温度影响下超声波传播的声时；Δt_F是外加应力造成的传播声时之差；Δt_RS是介质内部残余应力所造成的传播声时之差；Δt_T是温度改变所造成的传播声时之差。

所以由应力引起的传播声时之差Δt_S只与Δt_F和Δt_RS有关：

Δt_S＝Δt_F+Δt_RS＝t-t₀-Δt_T

t可以通过直接测量获得，Δt_T则与测量系统的环境温度有关，由于实验在室温的情况下进行，可将温度看作恒定，故可近似认定Δt_T为零。

根据上述公式，在传播距离保持固定的情况下，超声波的速度发生变化时，会导致超声波在介质中的传播时间发生改变，所以通过测量传播时间的变化可以计算超声波传播速度的变化。应力变化量与声速改变量之间的关系可以转化为固定传播距离条件下应力变化量与传播声时改变量之间的关系，

为测量传播声时，通常采用间隔发射超声波脉冲的方式，接收信号的强弱、脉冲超声波传播路径上引起的波形变异将对测量效果有重要影响。

Snell定律

超声波折射现象的折射角不仅与入射角有关系，还与超声波在两种介质中的传播速度有关，这种关系可以用Snell定理进行描述，即

$\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{V_0}=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_l}{V_l}$

其中，V₀、V_l分别为介质I中的纵波、介质II的纵波的速度；θ₀为入射角，θ_l为介质II中纵波折射角，当其为90°时即临界折射，偏离这一角度将使得所接收超声波信号能量急剧下降。

根据Snell定理，楔块材料的密度、声速和声衰减决定着入射角度的大小，选择合适的楔块材料及入射角度就显得相当重要。

现有测量中，针对不同类型的待测件进行测量，由于待测件性质的不同导致入射角度的差异，因此必须设计专门的楔块结构，这会导致浪费和操作不方便。同一类型的待测件进行测量时，由于制作工艺等因素的影响，待测件的密度、声阻抗率和声波在其里面的传播速度等各方面可能都会有所不同，获得最佳的L_CR波的入射角度也会有微小的差异。在测量时，无法以最佳的L_CR波的入射角进行测量。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种调节超声波入射角度来的辅助装置。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，由下部1、上部2两部分构成。下部1向上的斜面成内凹柱面3。上部2向下的斜面成外突柱面4。上部2的外突柱面4和下部1的内凹柱面3吻合，上部2可以在下部1的内凹柱面3上滑动。外突柱面4和内凹柱面3的交界的外突柱面4的端面上刻有上部分度圆刻度6，内凹柱面3和外突柱面4的交界的内凹柱面3的端面上刻有下部分度圆刻度8。超声波的接收探头与发射探头固定在上部2。

更进一步的技术方案是下部1成下大上小的坝体状。

更进一步的技术方案是上部2成U字型5，且一面敞开，另外一面7封闭，封闭的一面成外突柱面4。

更进一步的技术方案是上部2、下部1之间填充高粘度液态耦合剂。

更进一步的技术方案是上部2的上部分度圆刻度6和下部1的下部分度圆刻度8采用游标卡尺的刻度设计。

更进一步的技术方案是上部2的上部分度圆刻度6和下部1的下部分度圆刻度8的前后侧面设置相同的游标刻度。

更进一步的技术方案是所述的上部2、下部1的材质为有机玻璃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是通用性能好，可以用于不同材质的物体的测量，同时对同一材质的物体进行测量时，能进行角度的细微调节，达到以最佳的角度入射，实现接收到的L_CR波幅值最大。

附图说明

图1为L_CR波产生的原理图。

图2为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图2所示，本发明由有机玻璃的下部1、有机玻璃上部2两部分构成。下部1成下大上小的坝体状，向上的斜面成内凹柱面3。上部2成U字型5，且一面敞开，便于更换超声波的接收与发射探头，另外一面7封闭，封闭一面成外突柱面4。上部2的外突柱面4和下部1的内凹柱面3吻合，上部2可以在下部1的内凹柱面3上滑动。在上部2、下部1之间填充高粘度液态耦合剂，消除接触区空隙，避免固-气界面反射带来的衰减。外突柱面4和内凹柱面3的交界的外突柱面4的端面上刻有上部分度圆刻度6，内凹柱面3和外突柱面4的交界的内凹柱面3的端面上刻有下部分度圆刻度8。上部2的分度圆刻度6和下部1的分度圆刻度8采用游标卡尺的刻度设计。超声波的接收探头与发射探头固定在上部2。在上部2的分度圆刻度6和下部1的分度圆刻度8的前后侧面设置相同的游标刻度，保证上、下部柱面的轴线重合精度。

使用时将下部(1)紧贴待测物体，声波的接收探头与发射探头固定在上部(2)，通过对照上部(2)的上部分度圆刻度(6)和下部(1)的下部分度圆刻度(8)的前后侧面设置相同的游标刻度，保证上部1柱面、下部2柱面的轴线重合精度。滑动上部，调整发射探头发射超声波的入射角度，并通过上部(2)的上部分度圆刻度(6)和下部(1)的下部分度圆刻度(8)采用游标卡尺的刻度读出入射的角度。通过观察到接收到的L_CR波幅值最大值，得到最佳的入射角度。今后在测量同一物体或者相同的材料的物体时，可以参考此入射角，在此入射角附近进行测量，获得最大L_CR波幅，节约测量时间。

Claims (7)

1.临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，由下部(1)、上部(2)两部分构成，其特征在于下部(1)向上的斜面成内凹柱面(3)；上部(2)向下的斜面成外突柱面(4)；上部(2)的外突柱面(4)和下部(1)的内凹柱面(3)吻合，上部(2)可以在下部(1)的内凹柱面(3)上滑动；外突柱面(4)和内凹柱面(3)的交界的外突柱面(4)的端面上刻有上部分度圆刻度(6)，内凹柱面(3)和外突柱面(4)的交界的内凹柱面(3)的端面上刻有下部分度圆刻度(8)；超声波的接收探头与发射探头固定在上部(2)。

2.根据权利要求1所述的临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，其特征在于所述的下部(1)成下大上小的坝体状。

3.根据权利要求2所述的临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，其特征在于所述的上部(2)成U字型(5)，且一面敞开，另外一面(7)封闭，封闭的一面成外突柱面(4)。

4.根据权利要求3所述的临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，其特征在于所述的在上部(2)、下部(1)之间填充高粘度液态耦合剂。

5.根据权利要求4所述的临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，其特征在于所述的上部(2)的上部分度圆刻度(6)和下部(1)的下部分度圆刻度(8)采用游标卡尺的刻度设计。

6.根据权利要求5所述的临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，其特征在于所述的在上部(2)的上部分度圆刻度(6)和下部(1)的下部分度圆刻度(8)的前后侧面设置相同的游标刻度。

7.根据权利要求6所述的临界折射纵波检测构件内部切向应力的辅助装置，其特征在于所述的上部(2)、下部(1)的材质为有机玻璃。