兰姆波探伤用板材试样声速的测定

任卫东 徐敬岗

(常州工程职业技术学院 江苏 常州 213164)

0 概述

由兰姆波频率方程可知：对于某种材质的板材，若要设计出最适用于此种板材探伤的超声波换能器，就必须首先计算出相应的激发角度，而激发角度的计算是以此种板材中纵波和横波声速已知为前提条件的。表1给出了不同频厚条件下BT20和TC2两种钛合金板材试样A0模、S1模、A1模兰姆波的激励角，由此可以看到材料声速差异对激励角度的影响。BT20钛合金材料的纵、横波速度分别为：Cl=6430m/s,Cs=3230 m/s;TC2钛合金材料的纵、横波速度分别为：Cl=6640 m/s,Cs=3370 m/s;换能器斜楔材料Cl=2340 m/s。从表1可以看出，由于超声纵波和横波在BT20和TC2钛合金板材中传播速度的不同，可以造成同一模式兰姆波激励角约2～5的差异。因此，在实施兰姆波检验之前，应准确测量超声纵波和横波在材料中的传播速度，并据此绘制兰姆波检验用参数曲线。

由此可见，声速的测定是非常必要的。显然，板材试样声速的测定应包括两部分：试样纵波声速和横波声速的测定。

1 纵波声速的测定

为了测试不同材质板材的纵波声速，特制了六种不同材质不同厚度的试样，以便实验的顺利进行。

1.1 实验仪器

超声模拟探伤仪CTS-22A （一台），示波器 （一台），直探头2.5P14Z（一只），圆柱型试样（六块）。试样图片如下：

图2 1Cr11NiMoV(试块厚13mm)

图3 1Cr18Ni9Ti(试块厚21.5mm)

图4 GH4169(试块厚20.5mm)

图5 GH605(试块厚20mm)

图6 GH163(试块厚21mm)

1.2 实验条件

温度T=23.5℃。

1.3 实验方法

①将直探头置于试样上，记录示波器上第一次底波读数B1及第二次底波的读数 B2，单位：μs；

②计算二者的差值；

③按下述公式计算纵波声速：

其中：d为试样厚度。

1.4 实验数据

表2 不同材质试样纵波声速的测定结果

1.5 实验结果分析

实验中各种材质试样纵波声速的实测值和其理论值基本相符，说明所测实验数据较精确。

2 横波声速的测定

板材横波声速的测定与纵波速度的测定相比，工作量要稍微大一些。测定过程中，采用了专用横波探头，以钢为基准，对超声波探伤仪进行定标，进而进行换算，就可以计算出不同材质板材的横波声速。

2.1 实验仪器

超声模拟探伤仪CTS-22A（一台），专用横波探头（一个），金属薄板试样（八块），圆柱型试样（六块）。

2.2 实验条件

温度T=28.5℃。

2.3 实验方法

①以钢为基准，对探伤仪进行4：1定标；

②将横波探头置于试样上，记录探伤仪示波屏上相临两次底波之间的间距，如果相临两次底波距离太近，以致间距不明显，就应多取几次相临底波，记录其间距，然后取其平均值，单位：mm；

③按下述公式计算横波声速：

其中：d为试样厚度，X为相临两次底波之间的刻度差，Cs为待测的横波声速；

④计算同一材质不同厚度试样所测定的声速误差：

其中：Csmax为所测得同种材质不同厚度试样中的最大横波声速；Csmin为所测得同种材质不同厚度试样中的最小横波声速。

2.4 实验数据（表3）

表3 不同材质试样横波声速的测定结果

2.5 实验结果分析

实验中各种材质试样横波声速的实测值和其理论值基本相符，且同种材质不同厚度板材试样的实测值之间的误差均较小，说明所测实验数据符合要求。

［1］李家伟.云庆华,等.兰姆波及其在薄板探伤中的应用.锅炉压力容器械无损探伤技术[M].天津科学出版社，1985，56-74.

［2］徐可北.金属薄板兰姆波检验技术[J].无损检测,1999,21(10):402-404.

［3］刘镇清.无损检测中的超声兰姆波[J].无损检测,1999,21(9):409-423.