Page 41 - 无损检测2021年第七期
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张 锐, 等:
超声固体测温中波速与温度的相关性试验
激发频率为3MHz , 激发波形为横波, 探头采用隔热 结果表明, 试验台的声时检测稳定性好, 检测精度满
设计, 可以满足小于 350 ℃ 不限时间检测和 600 ℃ 足纳秒级检测的需求。
耐 60s以上的检测需求。试件上安装多个热电偶,
通过温度检测系统采集温度数据, 并传输给上位机,
利用 FGPA 进行超声信号和温度信号的同步采集。
被测材料为 316 不锈钢, 试件规格( 直径 × 厚度) 为
65mm×10mm 。
为了模拟一维传热, 在试件下表面加热, 侧面和
上表面用保温棉进行隔热处理, 使试件近似绝热, 满
足一维传热特征。试件侧面相隔 180° 对称 位置打
孔安装 2 个热电偶, 侧面和表面各黏贴 2 个热电偶,
用于监测试件温度是否达到均匀( 见图 4 )。
图 6 不同温度下试件的声时检测数据
波速与温度的相关性试验重复进行 5 次, 测得
不同温度下试件温度达到稳定状态时, 超声横波在
316 不锈钢试件中的传播时间( 见图 7 ), 通过数据分
析, 选取其中 3 组数据计算得到对应温度的横波传
图 4 试件热电偶安装现场
播速度( 见图 8 )。
试件放置在加热板上, 设置加热温度, 当试件温
度达到稳定时, 采集当前状态下超声波在试件中的
传播时间t 。为了减小误差, 在每个稳定温度下检
测 5 组声时, 每组 10 个数据。
检测过程中, 第一回波信号最强且最稳定, 但是
很难找到第一回波声时的基准零点, 因此选用第一回
波和第二回波之间对应位置点的相对时间间隔为超
声波在介质中的传播时间 t , 回波信号如图5所示。
图 7 超声波在试件中的传播时间与温度的关系
图 5 试件的超声检测回波信号
图 8 超声波在试件中的传播速度与温度的关系
3 检测结果与相关性表征
在温度为 20~600 ℃ 时, 3 次试验结果表明, 随
声时检测的稳定性直接影响试验结果 的准确 着温度的升高, 声波在试件中的传播时间近似线性递
性, 检测过程中加热板温度达到100℃ 和400℃ , 且 增, 波速近似线性递减, 试验结果有很好的重复性。
试件温度稳定时, 分别对试件进行 10 次超 声波检 用最小二乘法拟合得到 316 不锈钢中横波波速
测, 得到两组声时检测数据( 见图 6 )。同组声时检测 与温度的关系式如式( 4 ) 所示。
数据最大偏差为 0.6ns , 最大相对偏差不到 0.01% , v T =- 0.7218 T +3157.5 ( 4 )
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2021 年 第 43 卷 第 7 期
无损检测
