超声导波学习笔记:3倾斜入射法产生导波(上)

热度 11已有 942 次阅读2012-8-3 06:21 | 学习

超声导波的产生方法有两种,一种是倾斜入射法,一种是平行入射法。本文讨论前一种方法。

3.1纵波倾斜入射法理论概要

一般纵波或横波,以及表面波的探头,晶片的振动方向,是垂直或倾斜指向工件表面的,这是科学的(因为符合折射定律),也是容易理解的。

GB/T12604.1《无损检测 术语 超声检测》关于板波的定义,也提到了“入射角”,似乎导波的产生,是倾斜入射法; 特压超声教材(2008)159--161页,也是讲的倾斜入射法,产生导波的。然而,对于倾斜入射产生导波的原理,笔者认为,尚有许多问题,尚待讨论。对导波检测技术,我总的感觉是:应用容易,理解难。所谓“应用容易”,是指:实际使用时,通常是根据随设备提供的某钢种、某一壁厚,查得入射角,选用设定探头,从而在工件中产生导波,按说明书进行检测,就行了。所谓“理解难”,是指:至今,很少有资料(也许有,但笔者未见),讲清了选择导波探头入射角的理论,或者说,很少有资料讲清倾斜入射,是怎么产生的导波?

下面的叙述,是笔者揣测性的理解,算一知半解吧,希望对感兴味的朋友能起点参考作用,希望沟通交流,更希望相关专家指正。

3.1.1 利用频散曲线,确定导波频率f和群速度Cg

截止目前为止,几乎我们利用的超声波,都是脉冲波,脉冲导波强调群速度。

如前所述,某钢种和某一壁厚下的频率与群速度关系曲线,叫群速度的频散曲线(纵坐标是群速度,横坐标是频率,对薄钢件而言,最大群速度为纵波速度),而且,频率与群速度有多条频散曲线,即多模态。

笔者认为,在多模态群速度的频散曲线图上,一定能找到某频率范围(Δf),对应某条频散曲线的是平行于横坐标的一段,或接近平行的一段(即在Δf频率变化范围,群速度Cg基本无频散,基本不随频率变化),且这个基本无频散的群速度Cg,较之Δf频率范围其它群速度要大得多。设Δf中心频率为ff即为选定的导波频率,而f对应的无频散群速度Cg,就是选定的导波群速度。

由于对应fCg较其它模态速度大,所以,示波屏最先出现的回波肯定是速度为Cg的回波。此回波之后的回波,可视为杂波,不予理睬。这是超声导波检测的基本原理。

从理论上,我们希望上述Δf频率变化范围越小越好,以便方便确定导波频率f和群速度Cg。但导波Δf频率变化范围等同于入射纵波有效频率范围。所以,入射的纵波脉冲,应该是宽脉冲、窄频带(Δf);而不是窄脉冲、宽频带(Δf),即特压《超声检测》教材(2008)161页讲的:应避免“当脉冲宽度很窄时,也就是说它包含的频谱较宽时”。

3.1.2 根据Cg,计算纵波入射角

使用下列公式计算纵波入射角:

SinαL=CL/Cg                  (1)

式中L----纵波入射角;

     CL----楔块中的入射纵波速度;

     Cg----由频散曲线确定的薄件中导波群速度,是个对应频率和工件厚度的特定值。

笔者注:公式(1)所以成立,系似乎认为导波也遵守折射定律(请注意,这只是一种认为,折射定律根本不涉及导波),导波的折射角β=900

  CL/sinαL= Cg/sin900= Cg        (2)


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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 梁金昆 2012-8-5 16:34
当激励信号比较单一,即很宽脉冲,很窄频带时,本文公式(1)中的群速度Cg,也可改为相速度Cp。当然,公式(1),不论取Cg,还是Cp,计算出的入射角,要根据实际调整(探头入射角度可调)。

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