CN112268956A - 一种测定不同温度下超声横波衰减系数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，包括以下步骤：1)制备包含n个不同长度传播路径的测定试块，其中，所述测定试块的一端面为平整面，测定试块的另一端面为阶梯状结构；2)将测定试块上阶梯状结构部分的温度调节至待测温度并保持恒温；3)利用超声波换能器激发超声横波，并从所述平整面入射后向阶梯状结构传播li，然后经阶梯状结构反射后沿原路径返回到超声横波换能器中，通过调节超声仪器的增益，使得回波的波幅为80％满屏，记录此时增益值Bi；4)计算超声横波衰减系数，该方法能够准确测量超声横波在不同工件及温度下的衰减系数。

Description

一种测定不同温度下超声横波衰减系数的方法
技术领域
本发明涉及一种测定衰减系数的方法，具体涉及一种测定不同温度下超声横波衰减系数的方法。
背景技术
超声横波在超声检测中得到了广泛应用，特别是在焊接接头和管材的超声检测中发挥了不可替代的作用。超声波在介质中传播时由于波束扩散、晶粒散射和介质吸收的原因会导致超声波能量衰减。其中晶粒散射和介质吸收引起的衰减在超声波传播过程中普遍存在。另外，传播介质中的位错、磁畴壁和残余应力等也会引起超声波的衰减。获得超声波的衰减系数对于掌握超声波在介质中的传播特点以及更好地利用超声波进行实际检测工作具有重要意义。
目前，超声波衰减系数采用薄板工件和厚板或粗圆柱体工件进行测定，用于测定超声纵波的衰减系数。对于薄板的衰减系数测定，利用多次底波之间的波幅差异和板厚计算得出超声波的衰减系数，该方法要求薄板上下表面光洁且相互平行，未考虑扩散衰减。对于厚板或粗圆柱体的衰减系数测定，利用一次底波和二次底波之间的幅值差异和板厚计算得出超声横波的衰减系数，该方法对扩散衰减以估值的方式处理。以上两种方法对反射造成的超声波能量损失均以估值方式处理，测定准确度有待进一步提高。
另外，目前对于超声波衰减系数的测定方法以常温下获得超声波穿过工件到达底面的多次反射底波为主，常用的在常温下测定纵波衰减系数的方法可部分作为横波衰减系数测定的参考，但在高温下超声波衰减增大，需要专用高温超声波换能器，且压电式超声波换能器发射与接收超声波时因为耦合剂的存在使待测部位温度均匀性较难控制，电磁超声横波换能器发射的超声波信噪比大大降低。因而目前常用的方法不适用于不同温度，特别是高温下超声横波衰减系数的测定。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，该方法能够准确测量超声横波在不同工件及温度下的衰减系数。
为达到上述目的，本发明所述的测定超声横波衰减系数的方法包括以下步骤：
1)制备包含n个不同长度传播路径的测定试块，其中，所述测定试块的一端面为平整面，测定试块的另一端面为阶梯状结构；
2)将测定试块上阶梯状结构部分的温度调节至待测温度并保持恒温；
3)利用超声波换能器激发超声横波，并从所述平整面入射后向阶梯状结构传播li，然后经阶梯状结构反射后沿原路径返回到超声横波换能器中，通过调节超声仪器的增益，使得回波的波幅为80％满屏，记录此时增益值Bi；
4)计算超声横波衰减系数
Figure BDA0002772924400000021
其中，li为超声横波传播距离的一半，i＝1,2,···n。
阶梯状结构端面与超声横波的传播方向相垂直。
超声横波换能器的数量为1个，超声横波换能器的频率为0.5～10MHz。
超声横波的回波波幅为回波在波峰位置的波幅。
横波发射与接收方式包括以下几种：
第一种方式为：利用压电式超声横波换能器发射并接收超声横波；
第二种方式为：利用电磁超声横波换能器发射并接收超声横波；
第三种方式为：利用压电式超声波换能器发射超声纵波，在压电式超声波换能器与测定试块的接触界面斜入射产生波形转换，使纵波入射角在αⅠ与αⅡ之间，并最终在测定试块中全部为折射横波。
利用波形转换产生超声横波时，测定试块的中心线与平整面的夹角和该界面处的横波折射角互为余角。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的测定超声横波衰减系数的方法在具体操作时，选择测定试块，其中，测定试块的一端为平整面，测定试块的另一端为阶梯状结构，在测试时，将所述阶梯状结构部分的温度调节至待测温度并保持恒温，然后在平整面利用超声横波换能器激发超声横波，并调节回波波幅至80％满屏，记录不同传播距离的增益值，然后以此计算超声横波衰减系数，继而准确测量超声横波在不同工件及温度下的衰减系数，操作方便、简单。
附图说明
图1为本发明中第一种方式下测定方法的结构示意图；
图2为本发明中第二种方式下测定方法的结构示意图；
图3为本发明中第三种方式下测定方法的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，值得说明的是，实施例仅示出了与本发明相关的部分，本领域技术人员可以理解，图中示出的结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件。
参考图1至图3，本发明所述的测定不同温度下超声横波衰减系数的方法包括以下步骤：
1)制备包含n个不同长度传播路径的测定试块，其中，所述测定试块的一端面为平整面，测定试块的另一端面为阶梯状结构；
2)将测定试块上阶梯状结构部分的温度调节至待测温度并保持恒温；
3)利用超声波换能器激发超声横波，并从所述平整面入射后向阶梯状结构传播li，然后经阶梯状结构反射后沿原路径返回到超声横波换能器中，通过调节超声仪器的增益，使得回波的波幅为80％满屏，记录此时增益值Bi；
4)计算超声横波衰减系数
Figure BDA0002772924400000041
其中，li为超声横波传播距离的一半，i＝1,2,···n。
阶梯状结构端面与超声横波的传播方向相垂直。
超声横波换能器的数量为1个，超声横波换能器的频率为0.5～10MHz。
超声横波的回波波幅为回波在波峰位置的波幅。
横波发射与接收方式包括以下几种：
第一种方式为：利用压电式超声横波换能器发射并接收超声横波；
第二种方式为：利用电磁超声横波换能器发射并接收超声横波；
第三种方式为：利用压电式超声波换能器发射超声纵波，在压电式超声波换能器与测定试块的接触界面斜入射产生波形转换，使纵波入射角在αⅠ与αⅡ之间，并最终在测定试块中全部为折射横波，其中，利用波形转换产生超声横波时，测定试块的中心线与平整面的夹角和该界面处的横波折射角互为余角。
图3中，α、β、γ分别为纵波入射角、横波折射角及测定试块中心线与平整侧端面的夹角。

Claims (6)

1.一种测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备包含n个不同长度传播路径的测定试块，其中，所述测定试块的一端面为平整面，测定试块的另一端面为阶梯状结构；
2)将测定试块上阶梯状结构部分的温度调节至待测温度并保持恒温；
3)利用超声波换能器激发超声横波，并从所述平整面入射后向阶梯状结构传播li，然后经阶梯状结构反射后沿原路径返回到超声横波换能器中，通过调节超声仪器的增益，使得回波的波幅为80％满屏，记录此时增益值Bi；
4)计算超声横波衰减系数
Figure FDA0002772924390000011
其中，li为超声横波传播距离的一半，i＝1,2,···n。
2.根据权利要求1所述的测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，其特征在于，阶梯状结构端面与超声横波的传播方向相垂直。
3.根据权利要求1所述的测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，其特征在于，超声横波换能器的数量为1个，超声横波换能器的频率为0.5～10MHz。
4.根据权利要求1所述的测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，其特征在于，超声横波的回波波幅为回波在波峰位置的波幅。
5.根据权利要求1所述的测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，其特征在于，横波发射与接收方式包括以下几种：
第一种方式为：利用压电式超声横波换能器发射并接收超声横波；
第二种方式为：利用电磁超声横波换能器发射并接收超声横波；
第三种方式为：利用压电式超声波换能器发射超声纵波，在压电式超声波换能器与测定试块的接触界面斜入射产生波形转换，使纵波入射角在αⅠ与αⅡ之间，并最终在测定试块中全部为折射横波。
6.根据权利要求5所述的测定不同温度下超声横波衰减系数的方法，其特征在于，利用波形转换产生超声横波时，测定试块的中心线与平整面的夹角和该界面处的横波折射角互为余角。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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