Page 84 - 无损检测2023年第十一期

静丰羽, 等:

基于超声双波法的螺栓紧固力在线测量

表2 各温度下螺栓的横、 纵波渡越时间及比值

纵波渡越时间 / 横波渡越时间 / 横纵波渡越
温度 / ℃
μ s μ s 时间比

11.5 60.7144 111.2920 1.83304

15.2 60.7380 111.3536 1.83334

20.5 60.7684 111.4384 1.83382

25.1 60.7964 111.5104 1.83416

30.5 60.8288 111.5944 1.83457
图6 螺栓夹紧长度与 B 值的线性关系
35.9 60.8632 111.6832 1.83499
间比的影响较大, 而给螺栓紧固力检测带来较大的
40.6 60.8916 111.7580 1.83536
误差, 因此, 需要标定温度变化和横纵波渡越时间比
45.7 60.9248 111.8448 1.83578
之间的关系, 通过对横纵波渡越时间比进行修正, 补 51.4 60.9632 111.9444 1.83626

偿温度对紧固力检测的影响。 56.4 60.9960 112.0340 1.83674

为了探究温度变化对横纵波渡越时间比的影 60.9 61.0260 112.1124 1.83713

响, 搭建了温控加热装置, 装置实物如图7所示。螺 65.8 61.0592 112.2056 1.83765
栓置于水槽盖上, 利用加热棒对水槽进行加热, 温度 从图8可以看出, 超声波渡越时间差与温度变化
传感器将水槽温度反馈给温度控制仪, 温度控制仪 量呈线性关系, 但横纵和纵波对温度的敏感程度不
将水槽温度保持在设定温度。 同, 温度对横波的影响大于对纵波影响, 建立横纵波
渡越时间比与温度变化量的关系曲线如图9所示。

图9 螺栓中横纵波渡越时间比与温度变化量的关系
图7 温控加热装置

水槽初始温度为11.5℃ , 每升高5℃左右进行 从图9可以看出, 横纵波渡越时间比随着温度

一次标定, 保持温度 5min , 使螺栓充分受热, 示波 变化量的增大呈线性增大, 根据两者间的关系, 可以
器对各温度下纵波和横波信号进行采集, 记录各温 计算出式( 18 ) 中横纵波渡越时间比的温度修正系数
度下横波和纵波的渡越时间并计算横纵波渡越时间 M 值为4.531×10 。在考虑温度的影响时, 只需
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比, 结果如表2所示。 要通过关系式对横纵波渡越时间比进行修正, 将修
根据表2中结果, 以初始温度为基准温度, 分别 正后的横纵波渡越时间比代入标定公式, 再进行螺

建立横波和纵波渡越时间差与温度变化量的关系, 栓紧固力的计算, 即可补偿温度对螺栓紧固力测量
如图8所示。 结果的影响。

4 结论

针对螺栓紧固力的在线测量问题, 文章采用了
超声双波法, 建立了螺栓紧固力检测技术, 根据试验

结果, 得到以下结论。
( 1 )双波法的标定和测量过程操作简单, 只需

要测得螺栓受力时横纵波的渡越时间比, 就可得到
图8 螺栓中横波和纵波渡越时间差与温度变化量的关系 ( 下转第79页)

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2023年 第45卷 第11期
无损检测