Page 48 - 无损检测2022年第十二期

王 怡, 等:

考虑温度影响的基于超声回波幅度谱的钢构件应力检测

步确定。 表 1 由不同温差 ΔT 与传播声时变化率
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结合式( 6 ) 和式( 8 ), 可得 t T t T0-1 之间的对应关系
/
/
t T T / ℃ ΔT / ℃ t T ns ( t T t T0 -1 )/ %
*
-1= λ ·ΔT ( 10 )
t T 0 25 0 10866.2 0
式( 10 ) 揭示了温度差异导致的传播声时变化率 30 5 10875.3 0.083

t T t T 0-1与温度差异 ΔT 之间的关系。因此, 可通 35 10 10884.7 0.170
/

*
过改变温度来确定温度修正因子λ 。 40 15 10893.1 0.247

45 20 10902.8 0.336
温度修正因子标定的试验步骤如下。
50 25 10908.7 0.391
( 1 ) 以 65 钢 为 研 究 对 象,试 件 尺 寸 为

55 30 10920.6 0.500

50.00mm×29.71 mm×17.60 mm ( 长 × 宽 × 厚),
60 35 10927.2 0.561
在试件的检测点涂耦合剂, 将超声纯横波探头对准 65 40 10938.0 0.660

检测点并 固 定 在 试 件 上, 放 入 恒 温 箱 ( 型 号 为 JQ-
2000 , 生产商为东莞市剑乔试验设备有限公司)。选

用 Ol y m p us V156 型 超 声 纯 横 波 探 头, Ol y m p us

5072PR 型 超 声 发 射 接 收 器, Tektronix MDO3024
型示波器。温度修正因子标定试验系统构成如图 1
所示。
图 2 不同温差 ΔT 及其引起的传播声时
变化率t T t T0-1 的拟合直线
/
从 图 2 可 以 看 出, 标 定 试 验 中, 控 制 温 度 从
25 ℃ 开始上升, 随温差 ΔT 的增大, 传播声时变化

/
率t T t T0-1 也 增 大, 且 表 现 出 良 好 的 线 性 趋 势。
*
拟合 得 到 的 表 达 式 可 确 定 温 度 修 正 因 子 λ =

-4 -1
1.626×10 ℃ 。
温度对超声检测的影响主要体现在两个方面,
即温度变化对超声波波速的影响以及温度变化引起
的构件热胀冷缩。根据式( 8 ), 将温度的影响集中在
温度修正因子λ 上。温度修正因子λ 包含两个部
*
*
分, 待测构件的线膨胀系数 β 和温度 - 波速因子 。通
ξ
- 5
过查询资料, 得到钢的线膨胀系数 =1.21×10 ~
β
图 1 温度修正因子标定试验系统构成
- 5
1.35×10 ℃ -1 。因此, 从量级上看, 温度对应力检

( 2 )从 25 ℃ 开始, 以 5 ℃ 为间隔升温。在每个

测的影响主要体现在温度对波速的影响上。
温度下维持 2h , 以保证试件受热均匀, 然后采集其

3 考虑温度影响的钢构件单向绝对应力检
超声回波信号。
测试验
, 对应的传播声时

( 3 )以 25 ℃ 为基准温度 T 0
。以回波的第一个波谷为参考点, 通过计算一 同样以上述试件为试验对象, 通过基于超声回波
为t T0
次回波与二次回波之间的延迟时间, 得到不同温度 幅度谱的钢构件绝对应力检测方法中标定应力 - 波谱

下的超声回波传播声时, 由此可计算得到温度差异 参数的方法在基准温度 25 ℃ 下进行标定试验, 来确

/
导致的传播声时变化率t T t T0 -1 。 定应力 - 波谱参数κ T0 和γ , 结果分别为 13631.016

( 4 )获得不同温差 ΔT 及其对应的传播声时变 和 1563.165 。结 合 温 度 修 正 因 子 λ =1.626×

*

化率 t T t T0-1之间的对应关系( 见表1 ), 对其进行 10 ℃ -1 , 可得考虑温度影响的基于超声回波幅度
-4
/
拟合, 拟合结果如图 2 所示。 谱的钢构件绝对应力检测修正公式, 并根据此公式
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2022 年 第 44 卷 第 12 期

无损检测