Page 98 - 《应用声学》2020年第4期

584 2020 年 7 月

1.0 1.0
4T1°T0.6 mm 16T1°T0.6 mm
0.5 0.5
ࣨϙ/µm 0 ࣨϙ/µm 0

-0.5 -0.5

-1.0 -1.0
0 15 30 45 60 0 15 30 45 60
௑ᫎ/µs ௑ᫎ/µs
(a) 4 mm (b) 16 mm
图 5 不同缺陷长度的透射信号图
Fig. 5 Transmitted signal diagrams of different defect lengths

其中，A 1 为始波信号峰 -峰值，A R 为缺陷反射信号 所示云图。分析可知任意一个反射系数或者透射系
峰-峰值；A 2 为无缺陷时的透射信号峰-峰值，A T 为 数可以分别对应云图中的一条等值曲线，同时曲线
有缺陷时的透射信号峰 -峰值。分析表达式可知，在 上的任意一点的横纵坐标又分别对应相应的轴向
始波信号峰-峰值一定时，反射信号峰-峰值越大，则 缺陷长度和深度比。当反射系数所对应的轴向缺陷
反射系数越大，这意味着导波经缺陷反射的信号能 长度和缺陷深度比与透射系数所对应的长度和缺
量越高；在无缺陷透射能量一定时，在含缺陷情况下 陷深度比最为接近时，即认为是缺陷的实际尺寸。
透射能量越高，则透射系数越大，即代表着导波透过 运用此种超声导波幅值定量表征缺陷的方法，随着
缺陷的信号能量越高，穿透能力越强。通过式(1)和 检验数据的增多，精确性和可靠性也会越来越高。
式 (2) 将回波信号转换为反射系数、透射系数数值，
100 ງए20%
便于定量分析。 ງए40%
ງए60%
使用相同的方法，保证缺陷的周向宽度为 80 ງए80%
ງए100%
π/180，轴向长度为 12 mm，缺陷深度分别为壁厚的 60
20%、40%、60%、80%和100%(即贯穿缺陷)，提取模 Ԧ࠱ጇ஝/%
拟过程中自激自收信号和一激一收信号。 40

2.3 回波信号与轴向缺陷的定量分析 20
根据 2.2 节的模拟结果，增加有限元模型，完善 0
0 4 8 12 16 20
周向 SH 导波与轴向缺陷尺寸的量化分析方法，继 Ꭵᬞ᫂ए/mm
续丰富不同深度和长度下的反射系数和透射系数
图 6 反射系数模拟曲线
数据，提高准确性和可靠性。对模拟数据拟合可得 Fig. 6 Simulated curves of reflection coefficient
周向 SH 导波反射系数和透射系数随轴向缺陷深度
比和长度变化曲线，如图6和图7所示。 100
分析图 6 和图 7 可知：(1) 无论何种深度比下，
80
反射系数随轴向缺陷长度增大均先快速增大然后
逐渐变缓，透射系数则呈现先迅速降低后缓慢降低 60
的趋势；(2) 同一长度下，深度比越大，反射系数相 ᤩ࠱ጇ஝/% 40 ງए20%
差越大；透射系数也相差越大。通过建立上述的反 ງए40%
20 ງए60%
射系数和透射系数与轴向缺陷长度和深度比的拟 ງए80%
ງए100%
合方程表，可以对该范围内直管中的轴向缺陷实现 0
0 4 8 12 16 20
定量分析并预测。考虑到实际工程中需要综合考虑 Ꭵᬞ᫂ए/mm
深度比和长度与反射系数和透射系数的关系，为此 图 7 透射系数模拟曲线
将缺陷长度和深度比作为横纵坐标，可得图8和图 9 Fig. 7 Simulated curves of transmission coefficient