[发明专利]一种测量材料横波声速的方法

说明书

本发明为一种测量材料横波声速的方法，包括，利用相控阵超声探伤仪的单个探头对检测工件进行扇形扫描，检测工件的底面粗糙，相控阵超声探伤仪的S视图显示部件底部回波信号，根据底部回波信号倾斜情况调整输入于相控阵超声探伤仪的横波声速值，直接测得检测工件的横波声速。本发明的一种测量材料横波声速的方法，利用相控阵超声探伤仪的单个探头扇形扫描检测工件，可以快速准确的实现未知材料横波声速的测量。

技术领域

本发明涉及电力设备检测技术领域，尤其涉及一种测量材料横波声速的方法。

背景技术

使用超声探伤仪探伤时，声速是影响探伤定位定性的重要因素。只有输入被检材料准确的横波声速，才能对缺陷的深度、位置进行精准的测量。

声速的测量方法从原理上可以分为两大类：一类是根据运动学理论v＝S/t，通过测量传播距离L和实践间隔t而得到声速v；另一类是根据波动理论v＝f*λ，通过测量声波的频率f,波长λ得到声速v。前一种测量方法称为时间通过法。后一种方法称为共振干涉法。使用超声探伤仪测量声速依据的是时间通过法。

现有测量材料横波声速的方法有：制作标准试块用超声探伤仪自动测量法、超声测厚仪测量法、单晶斜探头两次横波测量计算法。

由于陶瓷材料是原料通过烧结工艺制造而成，不同的烧结工艺产生不同微观组织的陶瓷件，从而在声学性能上大有不同，陶瓷根据密度和强度分为普通瓷和高强瓷。不同厂家不同批次的高强瓷在原料配比和烧结过程中也存在不同，这会导致不同厂家不同批次的高强瓷声速存在有很大差异。业内一般根据过往经验，高强瓷纵波声速在6000m/s以上，普通瓷纵波声速在5000-6000mm/s，即使都是高强瓷，那么在检测陶瓷件时，需要现场测量该陶瓷件的纵波声速，然后根据经验公式计算横波声速。测量纵波声速往往利用超声测厚仪并已知被检陶瓷件的厚度,计算得出的横波声速并不准确。

现有技术一：制作标准试块用超声探伤仪测横波声速，属于直接测得法(该部件材料易加工，易取得的情况)。其只有A型显示，即距离-波幅显示。由于实际材料成分以及微观组织的不同，其纵波声速和横波声速会与参考值有差异。因此在使用超声探伤仪检测部件时，当已知该部件材料的牌号时，会加工同材质标准试块对被检测部件材料横波声速进行测量校准。将横波探头放置在标准试块的右侧，根据信号传播时间差值探伤仪自动计算出实际横波声速。其问题在于：一般金属材料由于塑性较好，容易被机械加工成标准试块，而对于玻璃、陶瓷等脆性材料，机械加工容易碎裂，很难制作半圆标准试块。因此往往只有金属部件有标准试块用于校准横波声速。

现有技术二：现场已知部件厚度，利用超声测厚仪测纵波声速，再换算成横波声速，属于间接测量法。在现场检测时，当该种材料的声速在声速表中无参考值时，若根据部件图纸得知部件壁厚的，可以根据超声测厚仪的工作原理，输入接近的纵波声速值，此时仪器显示的厚度值与部件实际厚度有差异。接着调整输入的纵波声速值，让仪器显示的厚度值逐渐接近实际厚度，最终显示厚度值等于实际厚度值，则测出了该部件的纵波声速，再根据固体中超声纵波声速C_L和横波声速C_S的传播速度关系式计算近似求得该部件材料横波声速C_S；

式中：σ为介质泊松比。

其问题在于：该方法需已知该部件的准确壁厚，而实际壁厚与设计壁厚可能会有偏差，导致纵波声速测不准；且介质泊松比也是估计值，通过间接计算得出的横波声速很不精准。

现有技术三：对于现场不知部件厚度的情况，利用不同角度超声横波分别入射、接收的方法，使用两对不同角度的单晶片斜探头，通过两次测量超声横波在工件中的传播时间，建立两个二元多次方程求解，手工计算出该工件材料的超声横波声速。其问题在于：该方法需要放置两对不同角度的单晶斜探头，且每对探头均为一发一收，操作较为繁琐；通过测量两次超声横波在工件中的传播时间，手工求解计算二元多次方程，计算繁琐，耗时较长。