热度 10 |
0 序言
在远东网“BBS.TOFD”部分有个帖子，内容是:
TOFD，非平行检测技术，在下述两个前提条件下:
(1)探头对中心距2S设置与工件厚度T有固定关系，比如，
2S=(4/3).tgα.T
(2) 声束(轴线折射)角度α为定值，比如α=600或700。
那么，直通波与底面反射波的时差(时间间隔)tb，和工件厚度T成正比么？
我以为，在帖子内容的前提条件下，TOFD的直通波与底波(底面反射波)的时差(时间间隔)tb，与工件厚度T成正比，TOFD检测可以和UT类似，按工件厚度调水平扫描比例，见JB/T4730.10图8。
为了说明我的观点，写了这篇短文。人老了，易犯胡涂，如有不当，请专家和读者指正。
1 公式推导
底波与直通波声程差△，是否和工件厚度T成正比，这是问题的关键。因为时差tb和声程差△成正比，即:
tb=△/C
式中:C---钢中纵波速度，常数，通常取C=6mm//μs。
如果能证明声程差△和工件厚度T成正比，那么我们的讨论任务，就算完成了。
设底波声程为2L，直通波声程为2S，则关于声程差△的下式成立:
△ =2L-2S (1)
通常要求探头对声束假想交点，位于(2/3).T处，则S 与 T的关系是:
S=(2/3).T.tgα (2)
式中:S---探头中心距之半，也可理解为直通波在钢工件中声程之半;
α---折射声束轴线折射角。
然而，在工件的扫查面与底面平行时，从几何关系上可知:
S/T=〔(2/3).T.tgα〕/T
(2/3).tgα=tgα’ (3)
式中: α’---底波波线L折射角(它就是波对底面的入射角和反射角)。
从几何关系上可知:
L=T/cosα’ (4)
S=T.tgα’ (5)
将公式(4)和(5)代入公式(1):
△=2L-2S
=2〔(1/ cosα’)-tgα’〕.T (6)
(2/3).tg600=1.15476=tgα’
α’=490，代入(6)式
△=2〔(1/ cos490)-tg490〕.T
=2（1.5243-1.15478）.T
=0.74T (7)
当α=600时，声程差△和工件厚度T成正比。
(2/3).tg700=1.83=tgα’
α’=610，代入(6)式
△=2〔(1/ cos610)-tg610〕.T
=2（2.08-1.83）.T
=0.5T (8)
当α=700时，声程差△和工件厚度T成正比。
2 笔者详细计算的两个表---来对比验证
表1 不同钢件厚度的底波与直通波声程差△，以及△/T
〔2S=(4/3)tg600T，△=2L-2S〕
T(mm) 2S(mm) 2L(mm) △(mm) △/T
12 28 37 9 0.75
15 35 46 11 0.73
35 81 107 26 0.74
50 115.5 152.8 37.3 0.75
表2 不同钢件厚度的底波与直通波声程差△，以及△/T
〔2S=(4/3)tg700T，△=2L-2S〕
T(mm) 2S(mm) 2L(mm) △(mm) △/T
12 44 50 6 0.5
15 55 62 7 0.467
35 128 146 18 0.51
50 183 208.5 25.5 0.51
3 结论
1)由公式(7)和(8)，并参考表1和表2，可知:当声束角度α确定、且探头对假想声束交点深度与工件厚度T比值固定时，如
2S=(4/3).tg600.T
则底波与直通波的声程差△，与工件厚度T成正比。
2)由于声程差△和工件厚度T成正比，所以，底波与直通波时差tb，自然和T成正比。
3) TOFD，在声程差△和工件厚度T成正比情况下，可以和UT相似，用工件厚度T，调A扫描信号比例，参看JB/T4730.10图8。
