Page 76 - 无损检测2021年第四期

王学芹, 等:

双层管间隙的超声检测

) 大。同时, 由于钢和水中声速的差异大, 外管壁厚
( H 1 -H 2
c 钢 = c 1 ( 4 )
x 1 -x 2 与间隙中水层厚度 T 2 的关系使得探头接收到
T 1
的超声波在外管内壁、 外壁中产生多次回波后, 才会
x 2H 1 -x 1H 2
P = ( 5 )
)
。
( H 1 -H 2 c 1
接收到来自水层与内管外壁的界面回波声压 P t3
, , 可以直接在仪器上
因为 H 1 H 2 已知, x 1 x 2 超声波在外管内壁、 外壁间多次反射和透射, 声压衰
读取, 所以 P 及 c 钢 可以通过式( 4 ),( 5 ) 计算得出。 难 以 区
减大, 产生多次底波后, 声 压 幅 值 将 与 P t3
通过同样的方法对水的声速进行校正, 测试时 处于第 n~ ( n+1 ) 次外管内壁
分。因此, 假设 P t3
以平底容器盛水, 采用简单的十字形固定装置固定 回波之间( 见图 3 ), 有必要在检测开始前, 根据介质
探头, 保证探头保护膜平行于水面。同时, 探头用胶 中的声速及介质厚度, 计算出n 的值, n 的计算方法
带贴紧, 直尺固定, 通过调节探头位置, 读出探头保
如式( 6 ) 所示。
。联立方程, 计
/
+
/
( T 1 c 钢 -P ) ( T 2 c 水 -P )
护膜前端对应的刻度即为 H 1 和 H 2
n= ( 6 )
算出水的声速c 水 。 ( T 1 c 钢 -P )
/
2.4 测量方法分析
超声 波 在 双 层 管 内 传 播 的 过 程 中, 涉 及 到 3
个界面, 界 面 及 界 面 处 的 反 射 与 透 射 示 意 如 图 2
所示。
图 3 测量时仪器显示屏波形示意

按照 n 的值, 设置 检 测 仪 声 程 略 大 于 ( n+1 )
位于始脉
T 1 。测量时, 由于外管内壁一次回波 P r1
冲范围内, 故而其声程采用第三次回波与第四次回
。保持探头位置
波的声程差值代替, 记录该值为s 1
不变, 提高增益后, 读取第 n~n+1 次外管内壁回
图 2 界面及界面处的反射与透射示意
位 置 如 图 4 所
波之间的 P t3 的 声 程s 2 。实 测 P t3
由于钢 的 声 阻 抗 大 于 水 的 声 阻 抗, 所 以 超 声
示, 图 4 中, 左侧的波形为间隙层内未注水时的波
波垂直入 射 到 钢 / 水 界 面 时, 声 压 透 射 率 很 低, 声
位
压反射率很高。其声压反射率为 -0.935 , 声 压 透 形, 右侧的波形为间隙层注水后的波形, 其中 P t3
于第n~n+1 次外管内壁回波之间。
射率为 0.065 。若入射声压为 P 0 , 则反射声压 P r1
由于管壁材料的声速与间隙层水的声速有差
。
为 -0.935 P 0 , 透射声压 P t1 为 0.065P 0
异, 所以间隙水层的实际厚度需要经过声速修正得
透过界面的超声波继续在水中传播, 遇到第二
到 [ 5 ] , 修正公式如式( 7 ) 所示。
个界面( 水 / 钢界面) 时, 与第一个界面不同, 其界面
c 水
的声压反射率和声压透射率都很高, 且反射波声压 T 2 = s 2 - s 1 × ( 7 )
(
)
c 钢
与入射波声压同相位, 从而使得合成声压振幅增大。
( 1 )超声检测方法测量间隙尺寸时, 测量位置
其声压反射率为 0.935 , 声压透射率为 1.935 。相对
示意如图 5 所示, 图中标记红色点的位置为测量点,
, 透
于初始入射声压, 此时反射声压 P r2 为 0.061P 0
经声速修正计算后的结果如表 1 所示。
。
射声压 P t2 为 0.126P 0
超声检测测量间隙过程中不需要接触间隙层,
反射的超声波沿原路反射回水中, 继续传播, 遇
表 1 超声波测量间隙结果 mm
到第三个界面( 水 / 钢界面) 时, 其界面的声压反射率
第一层间隙 第二层间隙 第三层间隙 第四层间隙
和声压透射率都很高, 且反射波声压与入射波声压 位置
尺寸 尺寸 尺寸 尺寸
同相位, 合成声压振幅增大。相对于初始入射声压,
点 1 11.93 12.41 12.36 12.51
为
此时的反射声压 P r3 为 0.057P 0 , 透射声压 P t3 点 2 12.28 12.33 12.57 12.45
。 点 3 12.09 12.10 12.23 12.25
0.118 P 0
, 两个声压幅值差异 点 4 12.08 11.98 12.10 12.23
探头分别接收到 P r1 和 P t3
3
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2021 年 第 43 卷 第 4 期

无损检测