CN1087722A - 对构件内部材料状态的超声检测技术 - Google Patents
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Abstract
对构件内部材料状态的超声检测技术，当位于金
属另一侧被检材料属低声阻材料时，现有超声回波技
术由于灵敏度准确度低无法实施检测。本发明用在
薄基体材料一侧耦合的脉冲超声斜探头在基体材料
中形成一定模式板波，该板波在被检材料中诱发出纵
波或横波，返回基体材料又形成第二个同一模式板
波。通过拾取两个脉冲板波信号进行检测，本法提高
了信噪比、灵敏度和准确度，可从外部检测构件内部
材料状态及检测厚0.5mm以下的金属板。
Description
本发明属超声检测技术领域。
一些金属薄壁筒、罐或容器、管道的内壁涂敷有耐烧蚀或抗腐蚀的包覆材料或在使用过程中生成某种物质（如煤气管道中的圬垢），当需要对这些包覆材料或生成物质的厚度进行无损检测或对包覆材料与金属基体壁的粘合剥离状态进行无损检测时，往往由于受容器构件制造工艺或结构上的限制，只允许在金属基体外表面对另一侧的包覆材料或生成物实施这种检测，图1所示管体即属这种类型。现有技术中这类可供选择的检测手段是采用超声反射回波法，即用超声波从一侧垂直射入金属基体材料及附着于另一侧的被检材料，通过检测金属与被检材料界面的反射回波同被检材料与空气界面的反射回波之间的间距来计算被检材料层的厚度。这种方法不足之处是：当包覆材料或生成物质层属低声阻抗材料时，金属界面反射波的幅度会远远超过低声阻被检材料层界面反射波的幅度，而且声波会在金属上下两表面之间多次反射，使第二个被检材料层界面的反射波淹没在金属界面之间的数个反射回波之中，从而无法实施检测。
本发明旨在针对上述技术的不足，提供一种能拉大从被检材料层反射的第二个回波信号同从金属材料层反射的第一个回波信号之间的间距、并增大第二个回波信号幅值，减少它同第一个回波信号之间的幅值差，提高信噪比，进而提高其检测灵敏度和准确性的超声检测技术。
实现上述目的的技术解决方案是：以与被检材料声学耦合且声阻抗大于被检材料的薄层材料为基体材料，在该基体材料一侧耦合一脉冲超声斜探头，根据基体材料板厚，材质等选择超声信号频率及入射角，使其在基体材料层内能形成一特定模式的板波，该板波的选择应使板波的能流密度集中在基体上下表面，该板波一部分沿基体材料板面方向传播，一部分进入与基体材料另一侧声学耦合的被检材料层中诱发出按一定方向传播的纵波或横波，其在被检材料层中来回反射一次，又折射入基体材料层，在基体材料层里，又形成与前述第一个脉冲板波同一模式的第二个脉冲板波，通过在基体材料上与发射探头处于同一侧偶合的另一超声探头在板波传播方向上拾取上述两个脉冲板波，即可由第二个脉冲板波相对第一个脉冲板波的时差，求得被检材料层的厚度，由第二个脉冲板波的有无及与第一个脉冲板波的相对幅值，判定被检处检测材料与基体材料的粘合或剥离状态，由第二个脉冲板波幅度或波形可分析被检材料内部的缺陷。
采用上述方法可以从外部检测管材，容器等内部的包覆层或生成物，本技术拾取的是同一模式的板波信号，所拾取的第二个脉冲板波可以保证有较大的波幅，并与第一个脉冲板波幅值相差较小，同时由于特定模式板波能使其在被检材料层里诱发的纵波或横波有适当的反射角，增大了声程，因此加大第二个脉冲板波与第一个脉冲板波之间的间隔，从而提高检测灵敏度。此外，板波是在板面方向传播，不会出现在基体材料两界面之间多次反射的状况，减少了对第二个脉冲板波信号的干扰，提高了信噪比，因此可提高检测的准确性，采用本技术还可对薄壁金属层实施检测。
附图说明：
图1：内壁有涂敷包覆层或生成物质层的薄壁筒
1、管壁 2、包覆层或生成物质层
图2：本发明实施例1火箭、导弹发动机钢质壳体内壁涂敷的包覆层厚度和与壳体粘结状况检测原理图
3、钢质壳体 4、内壁涂层 5、发射探头
6、隔声层 7、接收探头 8、纵波
9、纵波或横波
图3：本发明实施例2火箭、导弹发动机壳体多层包覆的检测。
10、钢质壳体 11、隔热层 12、包覆层
13、推进剂
图4：本发明实施例3对厚度为0.5-1mm金属薄板的厚度检测。
14、被检薄板 15、高声阻基体材料 16、声楔
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：本实施例火箭、导弹发动机钢质壳体内壁涂敷的包覆层是一种耐热的高分子材料，采用本发明技术检测时，将发射探头5和接收探头7做成组合探头，组合探头耦合面曲率半径等于壳体表面曲率半径，将发动机壳体作为本发明检测方法所述的基体材料（本实施例中基体材料厚度为2mm），组合探头依次耦合在壳体外表面，即可进行包覆层厚度和粘结状况的检测。
发射斜探头发出脉冲纵波8后，在钢质壳体层3内产生第一个与板面方向一致的脉冲板波Ⅰ，该板波在包覆层4中诱发出纵波或横波9，并以一定的折射角传播到包覆层与空气界面时被反射回来又进入钢质壳体层，再次产生与脉冲板波Ⅰ相同模式的第二个脉冲板波Ⅱ，接收探头7收到两个脉冲板波信号Ⅰ、Ⅱ后，送入数据处理仪器，即可通过脉冲板波Ⅰ、Ⅱ之间的时间间隔t，计算出包覆层的厚度，根据第二个脉冲板波Ⅱ的有无及与第一个脉冲板波的相对幅值判断包覆层在此是否与壳体粘合。
本实施例包覆层厚度检测范围为0.5-3.0mm时，检测误差≤±0.05mm。
实施例2：对火箭、导弹发动机壳多层包覆进行检测时，也可用与实施例1相同的方法检测壳体10与隔热层11，隔热层11与包覆层12，包覆层与推进剂13的脱粘状况或各层的厚度。此时接收探头接收的将是3个或3个以上的脉冲板波Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……，然后根据它们之间的间距t1、t2……或信号的有无进行计算或判断。
实施例3：本实施例是对金属薄板厚度的检测。
现有超声测厚仪对薄钢板厚度进行检测时，由于回波间距太小，检测厚度下限值一般只有1mm。
采用本发明方法检测金属薄板厚度时，在超声探头和金属薄板之间设一声阻大于金属薄板的基体材料层15（见图4），其两面分别与探头及被检金属板声学耦合，探头端部与基体材料耦合处设有确定入射角的声楔16，本实施例基体材料采用稀有金属铍（其声速为12890m/秒、钢板声速为6000m/秒），厚度为0.5-1mm，与现有测厚仪垂直入射的声波相比，本检测方法由于声程加大，声速相对减小，回波时间可为现有测厚仪的2.8倍，所以大大提高了其检测灵敏度和准确度，对金属钢板的可测厚度能达0.5mm以下。
Claims (1)
1、对构件内部材料状态的超声检测技术，其特征在于：以与被检材料声学耦合且声阻抗大于被检材料的薄层材料为基体材料，在该基体材料一侧耦合一脉冲超声斜探头，根据基体材料板厚，材质等选择超声信号频率及入射角，使其在基体材料层内能形成一特定模式的板波，该板波的选择应使板波的能流密度集中在基体上下表面，该板波一部分沿基体材料板面方向传播，一部分进入与基体材料另一侧声学耦合的被检材料层中诱发出按一定方向传播的纵波或横波，其在被检材料层中来回反射一次，又折射入基体材料层，在基体材料层里，又形成与前述第一个脉冲板波同一模式的第二个脉冲板波，通过在基体材料上与发射探头处于同一侧偶合的另一超声探头在板波传播方向上拾取上述两个脉冲板波，即可由第二个脉冲板波相对第一个脉冲板波的时差，求得被检材料层的厚度，由第二个脉冲板波的有无及与第一个脉冲板波的相对幅值，判定被检处检测材料与基体材料的粘合或剥离状态，由第二个脉冲板波幅度或波形可分析被检材料内部的缺陷。
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