[其他]单探头压力法高温探伤用声耦合棒

说明书

本发明属超声检测领域，可用于高温金属及其部件的超声检测。

到目前为止高温金属及其部件的超声检测都是采用收、发分开的双探头或多探头，因此发射换能器产生的声波经由一个耦合棒向高温金属部件传播而金属部件的缺陷回波则由另外的声耦合棒传回接收换能器这样必须至少采用两个以上的声耦合棒才能完成声的发射及接收功能。例如美国B.E    Droney与T.J    Pfeiffer（1980）发表的题为“Ultrasonic    Inspection    of    Hot    Steel    Blooms    To    Detect    Internal    Pipe”一文中所采用的就是这种方法。

本发明根据声学的要求推导出一种设计单探头压力法高温探伤用声耦合棒几何尺寸的经验公式，用此公式设计的声耦合棒，只需一个声耦合棒配上一个收发两用的换能器就能完成声的发射及接收功能，完全可以满足高温金属及其部件的探伤要求。设计合理，使用方便，性能良好。

单探头压力法高温探伤用声耦合棒，根据生产上金属探伤的特点，例如实际上要检测的钢坯一般为100mm至280mm厚，因此不但要从声学及力学方面考虑单探头压力法高温用声耦合棒的形状、尺寸的设计，而且还要考虑高温下材料的性能。从声学性能方面要保证单独测试声耦合棒时可得到五次以上的棒底回波而没有任何边缘波出现；高温检测时钢坯的回波信号正好落在声耦合棒第一、二次棒底回波之间，在力学上要求声耦合棒安装后要牢固可靠、经久耐用，所以单探头耦合棒的设计必须同时满足上述两方面的要求。本发明的单探头声耦合棒其结构如图一、图二所示。其形状为：棒的上部〔7〕半径为r，长度为1，棒的下部〔5〕半径为R，长度为L－1，棒的上部和棒的下部之间有一棒肩〔6〕其周边有消声及固定用锯齿状螺纹小钩槽的园柱体（园锥体也可），棒的上部顶端可固定一个收发两用换能器。棒肩〔6〕及棒的上部螺纹可用来将其固定在水冷及传压园筒部件〔1〕上。棒的尺寸同待检测钢坯或其它试块的高度及所使用超声频率、换能器尺寸有关，单探头声耦合棒的总长度L为：

L＝H（1＋0.2T／℃）＝ (C（T）)/(C₀) H ……（1）

其中H为试样高度，C（T）为试样待检测的最高温度时的声速，Co为室温时试样的声速，当T＝1200℃时，A＝C（T）／Co≈1.23。

单探头声耦合棒下部的半径R为

R＝ (d)/2 ＋（L－ (d²)/(4λ) ）tan〔sin^－11.22λ／d〕……（2）

其中d为换能器压电晶片的直径，λ为耦合棒棒中声波波长。

棒的上部直径比棒的下部直径小5mm，其长度l为

l＝d²／4λ ……（3）

单探头声耦合棒的材料可用不锈钢，图二为一实施例结构图。

采用我们设计的单探头声耦合棒，就可以实现单探头压力法高温金属及其部件的超声检测，单探头压力法与双探头压力法相比有如下优点：

1.采用单探头声耦合棒的压力法进行高温金属（例如高温钢坯缩孔）超声检测，方法简单，操作方便，可靠，信噪比高；

2.单探头声耦合棒比双探头声耦合棒更易于与高温金属实现良好的声耦合，耦合好的几率大一倍；

3.采用单探头声耦合棒的压力法，不但可以观察到试样的伤波及底波，且可同时观察到试块与声耦合棒交界面处的界面波，这个界面波直接提供声耦合状态的信息。而双探头法则没有界面波，给判断声耦合状态带来困难。

采用本设计的单探头压力法声耦合棒，在实际的高温钢坯缩孔超声检测中已证明是行之有效和可靠的，采用这种方法将可实现高温钢坯缩孔的在线检测。在冶钢厂根据不多的事例初步计算，采用这种单探头压力法高温钢坯缩孔超声检测后，可以增加金属收得率1.87％和得到堵塞漏切、提高剪切速度方面的收益。如果每班开坯定额按80个锭，全年按270天计算则每班一年可收得初轧坯1213吨，每吨以550元计算（实际为550～1200元），则每班一年可节约22万余元。而堵塞缩孔漏切，减少后步加工费用，减少生产成本。提高综合成材率方面的收益尚未计算在内。