一种斜角表面裂纹倾斜角度和深度的检测方法

摘要

一种斜角表面裂纹倾斜角度和深度的检测方法，表面裂纹有两种形式，一为垂直表面裂纹，另一种为斜角表面裂纹，两种表面裂纹在实际工业结构中均普遍存在。表面裂纹可以处于张开、闭合或介于二者之间的不同状态，更增加了超声波检测的难度、降低了检测结果的可靠性。本发明的目的是针对试件中的斜角表面裂纹特征，采用线聚焦超声换能器沿水平方向进行步进测量，确定斜角表面裂纹反射回波的传播路径，使之可以更准确地测量试件中斜角表面裂纹的倾斜角度和深度。本发明具有以下优点：试件中斜角表面裂纹倾斜角度与深度测量准确；不对试件结构进行任何破坏。

主权项

一种斜角表面裂纹倾斜角度和深度的检测方法，其特征在于：该方法的实施流程如下，步骤1)：确立计算斜角表面裂纹倾斜角度和深度的公式斜角表面裂纹倾斜角度和深度的检测示意中，斜角表面裂纹反射回波的传播路径为垂直传播到斜角表面裂纹并按原路径返回的声束路径，可根据如下公式计算斜角表面裂纹的倾斜角度θ_f：${\theta }_f={\sin }^{-1}\left(\frac{V_S\times \Delta t}{2\times \Delta z}\right)---\left(1\right)$其中：V_S为被检测试件的纵波波速，Δz为X方向线聚焦超声换能器的移动距离，Δt为换能器移动Δz后的斜角表面裂纹反射回波时间变化量；求得斜角表面裂纹的倾斜角度后，则在超声换能器中心正下方斜角表面裂纹深度h：$h=\frac{V_S\times (t_f-t_D)}{2{\mathrm{cos\theta }}_f}---\left(2\right)$其中：t_f为换能器接收到的斜角表面裂纹反射回波时间，t_D为换能器接收到的试件上表面直接反射回波时间；步骤2)：搭建测试系统为了方便X方向步进测量，搭建了一套进行水平步进测量的测试系统，该测试系统主要包括：试样(1)、水槽(2)、换能器(3)、X轴移动平台(4)、脉冲激励/接收仪(5)、示波器(6)、GPIB总线(7)、PXI总控制系统(8)、移动伺服马达(9)；其中，在X轴移动平台(4)下面安装有换能器(3)，换能器(3)与脉冲激励/接收仪(5)相连，脉冲激励/接收仪(5)与示波器(6)相连，示波器(6)通过GPIB总线(7)与PXI总控制系统(8)相连，PXI总控制系统(8)与移动伺服马达(9)相连；所述水槽(2)内充满有水，试样(1)放置在水槽(2)的底部；步骤3)：起始位置数据采集将含有斜角表面裂纹的试件置于线聚焦超声换能器下方，换能器位于试件的左边；脉冲激励/接收仪(5)在发出一个带宽为10‑50MHz的脉冲后转换为接收状态，当接收到反射信号后，将信号传输进示波器(6)，示波器的采样频率为f_s，f_s为0.5‑5GHz，采样点数为N_s，N_s的取值范围为10000‑100000点；经过示波器的低通滤波后，通过GPIB总线(7)存储进PXI总控制系统(8)；步骤4)：X轴方向步进测量将换能器水平方向移动一个距离Δz₀，Δz₀的取值范围为0.5‑1mm，待移动完成后进行数据采集，采样频率为f_s，采样点数为N_s；采集结束后再将换能器水平向右移动Δz₀进行数据采集，如此循环往复，共移动距离z，z的取值范围为15‑100mm，因此将得到M组电压数据，M由z与Δz₀共同决定，为15‑200组；步骤5)：斜角表面裂纹回波时间拟合示波器接收到的第一个回波为试件上表面直接反射回波，因为斜角表面裂纹在试件底面的上方，所以第二个回波即为斜角表面裂纹反射回波，进而确定不同位置时上表面与斜角表面裂纹的反射回波时间；步骤6)：斜角表面裂纹倾斜角度计算将换能器沿X方向移动位移Δz、斜角表面裂纹反射回波时间变化量以及试件的纵波波速V_S带入公式(1)，即可求得斜角表面裂纹的倾斜角度；步骤7)：斜角表面裂纹深度计算当换能器位于斜角表面裂纹上方某一任意位置，反射回波信号既有上表面反射回波又有斜角表面裂纹反射回波，将上表面与斜角表面裂纹回波时间t_D与t_f，试件的纵波波速V_S与斜角表面裂纹的倾斜角度θ_f带入公式(2)，即可求得换能器中心正下方斜角表面裂纹的深度。