CN105044215A - 一种非破坏性的材料声速现场测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非破坏性的材料声速现场测量方法，包括步骤：(1)选取通用数字式超声波探伤仪及两对斜探头作为实验设备；(2)测量两对斜探头的延时后，输入数字式超声波探伤仪；(3)将第一对两个斜探头以一发一收方式相对置于被测工件表面，确定传播的时间t₁，得到工件中超声横波速度计算公式1；(4)第二对两个斜探头重复上述步骤(3)的测量，得到超声横波速度计算公式2；(5)联解上述两个公式得出C_S；(6)得到C_S后通过计算公式得出工件超声纵波及表面波声速。本发明采用双探头二次法现场测量材料声速的方法，经试验及现场应用表明，该方法可以较为准确地测量材料声速。

Description

一种非破坏性的材料声速现场测量方法

技术领域

本发明属于电力系统无损检测技术领域，特别是一种非破坏性的材料声速现场测量方法。

背景技术

目前国内外标准规定的材料声速测量方法均采用从被测工件上切割取样，精确测量试样厚度T和超声波在试样中的传播时间t后，根据关系式V＝T/t，计算得出声速v。采用该方法进行材料声速测量的前提是可以采用机械方法准确测量工件的厚度或从其上割取试样，但在现场对工件材料声速进行测量时，往往不允许对工件进行破坏性取样，而且由于工件结构等原因也不能采用机械方法测得工件壁厚，因此无法采用上述常规方法测量工件材料声速。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种非破坏性的材料声速现场测量方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种非破坏性的材料声速现场测量方法，包括步骤如下：

(1)设备选取，使用的设备包括通用数字式超声波探伤仪，两对斜探头，每对斜探头规格、前沿、折射角参数相同；

(2)在标准试块上测量第一对两个斜探头的延时，然后将两个斜探头的延时取平均值；

(3)将第一对两个斜探头延时平均值输入数字式超声波探伤仪，两个斜探头以一发一收方式相对置于被测工件表面，第一对两个斜探头设定为探头1和探头2，得到底面一次反射回波后读取超声波在工件中传播的准确时间t₁，工件中的超声横波速度计算如下；

$C_s=\frac{\sqrt{{\left(\frac{l_1+l_{10}+l_{20}}{2}\right)}^2+h^2}}{t_1}$

式中：C_S为工件中的横波声速，l₁为探头间的距离，l₁₀为探头1的前沿长度，l₂₀为探头2的前沿长度，t₁为超声横波在工件中传播的时间，h为工件厚度；

(4)再选取第二对规格、前沿、折射角参数相同的斜探头重复上述步骤(2)和步骤(3)的测量，第二对两个斜探头设定为探头3和探头4，得到底面一次反射回波后读取超声波在工件中传播的准确时间t₂，则工件中的超声横波速度计算如下：

$C_s=\frac{\sqrt{{\left(\frac{l_2+l_{30}+l_{40}}{2}\right)}^2+h^2}}{t_2}$

式中：l₂为探头间的距离，l₃₀为探头3的前沿长度，l₄₀为探头4的前沿长度，t₂为超声横波在工件中传播的时间，h为工件厚度；

(5)联解上述两个方程式，即可得出C_S；

(6)根据固体材料中的超声纵波声速C_L、横波声速C_S、表面波声速C_R的传播速度关系：

$\frac{C_S}{C_L}=\sqrt{\frac{1-2\mathrm{\σ}}{2(1-\mathrm{\σ})}}$

$\frac{C_R}{C_S}=\frac{0.87+1.12\mathrm{\σ}}{1+\mathrm{\σ}}$

式中：σ为介质泊松比，得到C_S后可以通过上式计算得出工件超声纵波及表面波声速。

而且，在两对斜探头中，第一对斜探头的折射角均为45度，第二对斜探头的折射角均为63度。

而且，测量时每对斜探头同轴向对置，使声束保持在同一轴线上。

本发明的优点和积极效果是：

本发明提出了一种在无需破坏工件及无需采用机械方法测量工件壁厚的基础上，利用普通数字式超声波探伤仪，采用双探头二次法现场测量材料声速的方法，经试验及现场应用表明，其可以较为准确地测量材料声速。

附图说明

图1是本发明方法中两个斜探头测试时的安装位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。

一种非破坏性的材料声速现场测量方法，该方法包括步骤如下：

(1)设备选取，本发明方法所使用的设备包括通用数字式超声波探伤仪，两对斜探头，每对斜探头规格、前沿、折射角参数相同；

(2)在标准试块上测量第一对两个斜探头的延时，然后将两个斜探头的延时取平均值；

(3)将第一对两个斜探头延时平均值输入数字式超声波探伤仪，双探头以一发一收方式相对置于被测工件表面，如图1所示，第一对两个斜探头设定为探头1和探头2，得到底面一次反射回波后读取超声波在工件中传播的准确时间t，工件中的超声横波速度计算如下；

$C_s=\frac{\sqrt{{\left(\frac{l_1+l_{10}+l_{20}}{2}\right)}^2+h^2}}{t_1}$

式中：C_S为工件中的横波声速，l₁为探头间的距离，l₁₀为探头1的前沿长度，l₂₀为探头2的前沿长度，t₁为超声横波在工件中传播的时间，h为工件厚度；

(4)再选取第二对规格、前沿、折射角参数相同的斜探头重复上述步骤(2)和步骤(3)的测量，第二对两个斜探头设定为探头3和探头4，得到底面一次反射回波后读取超声波在工件中传播的准确时间t₂，则工件中的超声横波速度计算如下：

$C_s=\frac{\sqrt{{\left(\frac{l_2+l_{30}+l_{40}}{2}\right)}^2+h^2}}{t_2}$

式中：l₂为探头间的距离，l₃₀为探头3的前沿长度，l₄₀为探头4的前沿长度，t₂为超声横波在工件中传播的时间，h为工件厚度；

(5)联解上述两个方程式，即可得出C_S；

(6)根据固体材料中的超声纵波声速C_L、横波声速C_S、表面波声速C_R的传播速度关系：

$\frac{C_S}{C_L}=\sqrt{\frac{1-2\mathrm{\σ}}{2(1-\mathrm{\σ})}}$

$\frac{C_R}{C_S}-\frac{0.87+1.12\mathrm{\σ}}{1+\mathrm{\σ}}$

式中：σ为介质泊松比，测得C_S后可以通过上式计算得出工件超声纵波及表面波声速。

在本发明的具体实施中，在两对斜探头中，第一对斜探头的折射角均为45度，第二对斜探头的折射角均为63度，试验表明，采用该方法可以较为准确地测量材料波声速，但2次测量时需要两对折射角有较大差异的探头，采用更大角度探头时，会产生工件底面回波游动范围较大而难以准确读取底面最高回波位置的现象，需多次测量后取回波位置平均值。

在本发明的具体实施中，测量时每对斜探头同轴向对置，使声束保持在同一轴线上，否则会导致测得的横波声速值偏低。

Claims (3)

1.一种非破坏性的材料声速现场测量方法，其特征在于包括步骤如下：

(1)设备选取，使用的设备包括通用数字式超声波探伤仪，两对斜探头，每对斜探头规格、前沿、折射角参数相同；

(2)在标准试块上测量第一对两个斜探头的延时，然后将两个斜探头的延时取平均值；

(3)将第一对两个斜探头延时平均值输入数字式超声波探伤仪，两个斜探头以一发一收方式相对置于被测工件表面，第一对两个斜探头设定为探头1和探头2，得到底面一次反射回波后读取超声波在工件中传播的准确时间t₁，工件中的超声横波速度计算如下；

式中：C_S为工件中的横波声速，l₁为探头间的距离，l₁₀为探头1的前沿长度，l₂₀为探头2的前沿长度，t₁为超声横波在工件中传播的时间，h为工件厚度；

(4)再选取第二对规格、前沿、折射角参数相同的斜探头重复上述步骤(2)和步骤(3)的测量，第二对两个斜探头设定为探头3和探头4，得到底面一次反射回波后读取超声波在工件中传播的准确时间t₂，则工件中的超声横波速度计算如下：

式中：l₂为探头间的距离，l₃₀为探头3的前沿长度，l₄₀为探头4的前沿长度，t₂为超声横波在工件中传播的时间，h为工件厚度；

(5)联解上述两个方程式，即可得出C_S；

(6)根据固体材料中的超声纵波声速C_L、横波声速C_S、表面波声速C_R的传播速度关系：

式中：σ为介质泊松比，得到C_S后可以通过上式计算得出工件超声纵波及表面波声速。

2.根据权利要求1所述的非破坏性的材料声速现场测量方法，其特征在于：在两对斜探头中，第一对斜探头的折射角均为45度，第二对斜探头的折射角均为63度。

3.根据权利要求1所述的非破坏性的材料声速现场测量方法，其特征在于：测量时每对斜探头同轴向对置，使声束保持在同一轴线上。