Page 79 - 无损检测2024年第五期

张 琦, 等:

燃气 PE管热氧老化的非线性超声评价方法

扰, 激励发射探头发射超声波入射至 PE 管内壁; 超 角度α 为 30° , 发射接收探头的声束入射点间距 L

声波经管材内壁反射后被中心频率为 2.5MHz的 为27.6mm , 探头发射超声波经 PE 管内壁反射后
探头接收, 经三通管分离成两路电信号, 一路为基波 到达接收探头的时间 t 为
信号, 另 一 路 为 二 次 谐 波 信 号, 后 者 经 1.25~ 2D 2H
t= + ( 5 )

2.50MHz带通滤波器滤波后经前置放大器放大 C PE cos β C w

20dB输入至接收端, 非线性超声检测方法示意如 式中: D 为管材壁厚; H 为水距; 为管中纵波折射
β

图2所示。设置水距 H 为 10mm , 发射探头入射 角; C PE 为管内纵波声速; C w 为水中声速。

图2 非线性超声检测方法示意

分别提取水距为 11.5 , 12.0 , 12.5 , 13.0 , 13.5 , 号位于31.01 μ s处、 幅值为 0.08V ; 基波峰值频率

14.0mm 时的特征信号, 分析水距对提取非线性超 和二次谐波峰值频率分别为 1.22 , 2.44MHz , 二次
声检测系数的影响。相对非线性系数随水距的变化 谐波峰值频率约为基波频率的2倍。
曲线如图3所示, 可知非线性系数随水距的增加而
减小。为了能够接收到较高的非线性超声检测特征 4 检测特征分析

参数, 选用的水距为11.5mm 。 超声波在材料内部的传播特性与材料的物理性
质密切相关, 当超声波经过材料后会携带其内部信
息 [ 18 ] 。 PE 管材老化试验的检测信号特征图如图5
所示, 可见, 随着老化时间的增加, PE 管材的基波幅
值下降, 二次谐波幅值下降; 由于二次谐波频率是基
波的2倍, 二次谐波在 PE 管中的衰减会更大。然
而, 试验结果显示二次谐波的减小程度小于基波的
减小程度, 非线性系数出现变化, 分析其原因为: 聚
乙烯管道表面及内部出现孔洞、 裂纹, 超声波出现散

射进而导致回波幅值下降; 而随着老化程度的增加,
图3 非线性系数随水距的变化曲线 聚乙烯的微观组织发生显著变化, 超声非线性效应

PE 管材典型检测信号( 基波信号和二次谐波信 增强, 材料内部新增了非线性响应源, 致使材料衰减
号) 及其幅频分析如图 4 所示, 由式( 4 ) 可得 PE 管 引起的二次谐波降低程度低于基波降低程度, 导致
内壁反射波的起波时间为 29.73 μ s , 而实测基波信 非线性系数的增大。

号处于29.85 μ s附近, 与理论值基本一致; 谐波信 完成非线性超声检测试验后, 将试件切割成
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2024年 第46卷 第5期
无损检测