一種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測 量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料聲速測量方法均采用從被測工件上切割取樣，精確測 量試樣厚度T和超聲波在試樣中的傳播時(shí)間t后，根據(jù)關(guān)系式V = T/t，計(jì)算得出聲速V。采 用該方法進(jìn)行材料聲速測量的前提是可以采用機(jī)械方法準(zhǔn)確測量工件的厚度或從其上割 取試樣，但在現(xiàn)場對工件材料聲速進(jìn)行測量時(shí)，往往不允許對工件進(jìn)行破壞性取樣，而且由 于工件結(jié)構(gòu)等原因也不能采用機(jī)械方法測得工件壁厚，因此無法采用上述常規(guī)方法測量工 件材料聲速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量 方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法，包括步驟如下：
[0006] (1)設(shè)備選取，使用的設(shè)備包括通用數(shù)字式超聲波探傷儀，兩對斜探頭，每對斜探 頭規(guī)格、前沿、折射角參數(shù)相同；
[0007] (2)在標(biāo)準(zhǔn)試塊上測量第一對兩個(gè)斜探頭的延時(shí)，然后將兩個(gè)斜探頭的延時(shí)取平 均值；
[0008] (3)將第一對兩個(gè)斜探頭延時(shí)平均值輸入數(shù)字式超聲波探傷儀，兩個(gè)斜探頭以一 發(fā)一收方式相對置于被測工件表面，第一對兩個(gè)斜探頭設(shè)定為探頭1和探頭2,得到底面一 次反射回波后讀取超聲波在工件中傳播的準(zhǔn)確時(shí)間h，工件中的超聲橫波速度計(jì)算如下；
[0010] 式中：CsS工件中的橫波聲速，I i為探頭間的距離，I i。為探頭1的前沿長度，12。為 探頭2的前沿長度，為超聲橫波在工件中傳播的時(shí)間，h為工件厚度；
[0011] (4)再選取第二對規(guī)格、前沿、折射角參數(shù)相同的斜探頭重復(fù)上述步驟（2)和步驟 (3)的測量，第二對兩個(gè)斜探頭設(shè)定為探頭3和探頭4,得到底面一次反射回波后讀取超聲 波在工件中傳播的準(zhǔn)確時(shí)間t 2,則工件中的超聲橫波速度計(jì)算如下：
[0013] 式中：I2為探頭間的距離，1 3。為探頭3的前沿長度，14。為探頭4的前沿長度，12為 超聲橫波在工件中傳播的時(shí)間，h為工件厚度；
[0014] (5)聯(lián)解上述兩個(gè)方程式，即可得出Cs;
[0015] (6)根據(jù)固體材料中的超聲縱波聲速Q(mào)、橫波聲速Cs、表面波聲速Cr的傳播速度關(guān) 系：
[0018] 式中：σ為介質(zhì)泊松比，得到Cs后可以通過上式計(jì)算得出工件超聲縱波及表面波 聲速。
[0019] 而且，在兩對斜探頭中，第一對斜探頭的折射角均為45度，第二對斜探頭的折射 角均為63度。
[0020] 而且，測量時(shí)每對斜探頭同軸向?qū)χ?，使聲束保持在同一軸線上。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0022] 本發(fā)明提出了一種在無需破壞工件及無需采用機(jī)械方法測量工件壁厚的基礎(chǔ)上， 利用普通數(shù)字式超聲波探傷儀，采用雙探頭二次法現(xiàn)場測量材料聲速的方法，經(jīng)試驗(yàn)及現(xiàn) 場應(yīng)用表明，其可以較為準(zhǔn)確地測量材料聲速。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明方法中兩個(gè)斜探頭測試時(shí)的安裝位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施 例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是 由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其它實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0025] -種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法，該方法包括步驟如下：
[0026] (1)設(shè)備選取，本發(fā)明方法所使用的設(shè)備包括通用數(shù)字式超聲波探傷儀，兩對斜探 頭，每對斜探頭規(guī)格、前沿、折射角參數(shù)相同；
[0027] (2)在標(biāo)準(zhǔn)試塊上測量第一對兩個(gè)斜探頭的延時(shí)，然后將兩個(gè)斜探頭的延時(shí)取平 均值；
[0028] (3)將第一對兩個(gè)斜探頭延時(shí)平均值輸入數(shù)字式超聲波探傷儀，雙探頭以一發(fā)一 收方式相對置于被測工件表面，如圖1所示，第一對兩個(gè)斜探頭設(shè)定為探頭1和探頭2,得到 底面一次反射回波后讀取超聲波在工件中傳播的準(zhǔn)確時(shí)間t，工件中的超聲橫波速度計(jì)算 如下；
[0030] 式中：(；為工件中的橫波聲速，I i為探頭間的距離，I i。為探頭1的前沿長度，12。為 探頭2的前沿長度，ti為超聲橫波在工件中傳播的時(shí)間，h為工件厚度；
[0031] (4)再選取第二對規(guī)格、前沿、折射角參數(shù)相同的斜探頭重復(fù)上述步驟（2)和步驟 (3)的測量，第二對兩個(gè)斜探頭設(shè)定為探頭3和探頭4,得到底面一次反射回波后讀取超聲 波在工件中傳播的準(zhǔn)確時(shí)間t2,則工件中的超聲橫波速度計(jì)算如下：
[0033] 式中：12為探頭間的距離，1 3。為探頭3的前沿長度，14。為探頭4的前沿長度，12為 超聲橫波在工件中傳播的時(shí)間，h為工件厚度；
[0034] (5)聯(lián)解上述兩個(gè)方程式，即可得出Cs;
[0035] (6)根據(jù)固體材料中的超聲縱波聲速Q(mào)、橫波聲速Cs、表面波聲速Cr的傳播速度關(guān) 系：
[0038] 式中：〇為介質(zhì)泊松比，測得Cs后可以通過上式計(jì)算得出工件超聲縱波及表面波 聲速。
[0039] 在本發(fā)明的具體實(shí)施中，在兩對斜探頭中，第一對斜探頭的折射角均為45度，第 二對斜探頭的折射角均為63度，試驗(yàn)表明，采用該方法可以較為準(zhǔn)確地測量材料波聲速， 但2次測量時(shí)需要兩對折射角有較大差異的探頭，采用更大角度探頭時(shí)，會產(chǎn)生工件底面 回波游動范圍較大而難以準(zhǔn)確讀取底面最高回波位置的現(xiàn)象，需多次測量后取回波位置平 均值。
[0040] 在本發(fā)明的具體實(shí)施中，測量時(shí)每對斜探頭同軸向?qū)χ茫孤暿３衷谕惠S線 上，否則會導(dǎo)致測得的橫波聲速值偏低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法，其特征在于包括步驟如下： (1) 設(shè)備選取，使用的設(shè)備包括通用數(shù)字式超聲波探傷儀，兩對斜探頭，每對斜探頭規(guī) 格、前沿、折射角參數(shù)相同； (2) 在標(biāo)準(zhǔn)試塊上測量第一對兩個(gè)斜探頭的延時(shí)，然后將兩個(gè)斜探頭的延時(shí)取平均 值； (3) 將第一對兩個(gè)斜探頭延時(shí)平均值輸入數(shù)字式超聲波探傷儀，兩個(gè)斜探頭以一發(fā)一 收方式相對置于被測工件表面，第一對兩個(gè)斜探頭設(shè)定為探頭1和探頭2,得到底面一次反 射回波后讀取超聲波在工件中傳播的準(zhǔn)確時(shí)間h，工件中的超聲橫波速度計(jì)算如下；式中：(；為工件中的橫波聲速，Ii為探頭間的距離，Ii。為探頭1的前沿長度，12。為探頭 2的前沿長度，h為超聲橫波在工件中傳播的時(shí)間，h為工件厚度； (4) 再選取第二對規(guī)格、前沿、折射角參數(shù)相同的斜探頭重復(fù)上述步驟（2)和步驟（3) 的測量，第二對兩個(gè)斜探頭設(shè)定為探頭3和探頭4,得到底面一次反射回波后讀取超聲波在 工件中傳播的準(zhǔn)確時(shí)間t2,則工件中的超聲橫波速度計(jì)算如下：式中：I2為探頭間的距離，13。為探頭3的前沿長度，14。為探頭4的前沿長度，1 2為超聲 橫波在工件中傳播的時(shí)間，h為工件厚度； (5) 聯(lián)解上述兩個(gè)方程式，即可得出Cs; (6) 根據(jù)固體材料中的超聲縱波聲速Q(mào)、橫波聲速Cs、表面波聲速(^的傳播速度關(guān)系：式中：〇為介質(zhì)泊松比，得到(；后可以通過上式計(jì)算得出工件超聲縱波及表面波聲 速。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法，其特征在于：在兩對斜 探頭中，第一對斜探頭的折射角均為45度，第二對斜探頭的折射角均為63度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法，其特征在于：測量時(shí)每 對斜探頭同軸向?qū)χ?，使聲束保持在同一軸線上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非破壞性的材料聲速現(xiàn)場測量方法，包括步驟：(1)選取通用數(shù)字式超聲波探傷儀及兩對斜探頭作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備；(2)測量兩對斜探頭的延時(shí)后，輸入數(shù)字式超聲波探傷儀；(3)將第一對兩個(gè)斜探頭以一發(fā)一收方式相對置于被測工件表面，確定傳播的時(shí)間t1，得到工件中超聲橫波速度計(jì)算公式1；(4)第二對兩個(gè)斜探頭重復(fù)上述步驟(3)的測量，得到超聲橫波速度計(jì)算公式2；(5)聯(lián)解上述兩個(gè)公式得出CS；(6)得到CS后通過計(jì)算公式得出工件超聲縱波及表面波聲速。本發(fā)明采用雙探頭二次法現(xiàn)場測量材料聲速的方法，經(jīng)試驗(yàn)及現(xiàn)場應(yīng)用表明，該方法可以較為準(zhǔn)確地測量材料聲速。
【IPC分類】G01N29/07, G01H5/00
【公開號】CN105044215
【申請?zhí)枴緾N201510401656
【發(fā)明人】程明, 陳韶瑜, 馬崇, 仇志永, 文黎, 曹建偉, 溫力, 李慶釗, 劉超, 安戈
【申請人】國網(wǎng)天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月10日