Page 57 - 无损检测2021年第十二期

孟亦圆, 等:

表面裂纹深度和取向的临界折射纵波检测

采集模块采样频率为100MHz 。 随 θ 增大, A nor 先减小后增大; θ 由 0° 增至 90° 过程
迅速下降后缓慢降低, θ=90° 时降幅达
2 回波信号特征分析
中, A nor
82% , 而后随 θ 增至180° , A nor 呈增速上升趋势。对
图4 ( a ) 为深度0~8mm 表面垂直裂纹对应的 比图5 , A nor 随θ 呈近似抛物线变化, 对称轴位于

90° 位置。此时, 对称轴两侧的h 是相等的, 而θ 相
L CR 波时域信号波形, 可见随裂纹深度h 增大, L CR
波幅值逐渐减小, 且到达时间刻延后。这是因为表 对于L CR 波传播方向而言并不相同, 说明h 应该是
波, 裂纹深度越大, 遮挡效果越
面裂纹会遮挡 L CR A nor 的决定因素, 下面进一步加以讨论。
波需要越过裂
明显, 透射能量随之降低。同时, L CR
纹底部才能够被接收到, 传播距离增大, 致使其到达
时间刻延后。图4 ( b ) 为长度为10mm , 取向角 θ 为

波时域信号波
0°~180° 的表面倾斜裂纹对应的L CR
波幅值先减小后增大, 到
形, 可见随着θ 增大, L CR
达时刻先延后再提前, 其中θ 为90° 时波幅最小, 到
达时间最长。
波幅值, 根据式( 3 ) 进
测量每种状态下的 L CR
图5 L CR 波归一化幅值随表面裂纹深度的变化曲线
行归一化处理 [ 7 ] 。
/ ( 3 )
A nor=A N A 0
为不同裂纹状态的
式中: A nor 为归一化幅值; A N
波幅。
L CR 波幅; A 0 为无缺陷状态的L CR
波归一化幅值随裂纹深度的变化
得到的L CR
逐渐
曲线如图5所示。由图5可知, 随h 增大, A nor

减小, h 为8mm 时 A nor 降至20% 。定量表征 A nor
与h 的关系, 得到拟合关系如下
2 ( 4 ) 图6 L CR 波归一化幅值随表面裂纹倾角的变化曲线
A nor= 0.009h -0.165 h+0.942
当裂纹长度不变只改变θ , 得到的归一化幅值 根据倾斜裂纹与裂纹深度的几何关系有

与裂纹倾角的关系曲线如图6所示。由图6可见, h= 10×sinθ ( 5 )
通过计算出每个倾斜裂纹垂直于表面的深度
h , 绘制其对应点( A nor h ) 与垂直裂纹测试所得拟合
,
关系曲线( 见图7 )。计算试验点与拟合模型的决定
系数R 与均方根误差分别为0.7和0.06 , 与原关
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系曲线拟合程度较高, 且预测值与真实值偏差较小,
波传播过程中裂纹倾角的影响主要体现
证明 L CR
波能量的遮挡作用上, 裂
在相对应裂纹深度对L CR
波幅法可以
纹取向本身作用较小。因此基于 L CR
辨别裂纹的深度差异, 但对深度相同、 取向不同的裂

图4 L CR 波时域信号波形 图7 L CR 波归一化幅值 A nor 随裂纹深度h 的变化曲线

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2021年 第43卷 第12期
无损检测