Page 109 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 赵亮等： 斜入射 SH 波厚壁管道内壁裂纹检测方法 751

增强，传播距离和相位不变；裂纹顶端衍射波由于传 භᇓʹ
播距离减小且入射到裂纹顶端的能量逐渐减小，顶
端衍射波能量与相位不停改变，使回波幅值随着径
向深度增加而起伏变化。
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3 实验验证 (a) EMATଊ݀Яᦊፇ౞

஝૶᧔ᬷ௭ᇨ
3.1 实验方案 ηՂԧၷ٨ ᰴͰᤰ໚ฉ٨ ܫေጼቫ
实验采用相同 EMAT 探头激励/接收斜入射 Ҫဋஊܸ٨
SH 波，在缺陷一侧放置激励端探头，在同一侧 ᜂ฾តನ
放置接收端探头，探头沿圆弧外表面中心间距为 ηՂஊܸ٨
83 mm，EMAT 采用 12 对双排周期性永磁体，尺寸 ଌஆ᫾ઈ
为 20 mm×3 mm×2 mm，相邻永磁体中心间距为 Ӝᦡႃ᡹
3.2 mm，跑道线圈有效换能区域为40 mm×40 mm， ༏ҵEMAT ଌஆEMAT ༏ҵ᫾ઈ
Ӝᦡႃ᡹
探头内部结构如图 10(a) 所示。被测试样为内径 (b) ࠄᰎᜉᎶ
#
155 mm、外径 205 mm、长 1 m 的 45 钢厚壁钢管，
஝૶᧔ᬷ௭ᇨܫေጼቫ
在管道内壁预制 3 组长方形刻槽轴向裂纹，尺寸分
别为 8 mm×1 mm×1 mm、8 mm×1 mm×2 mm、 ηՂԧၷ٨ ᧔ᬷӵ
8 mm×1 mm×4 mm。 Ҫဋஊܸ٨ ໚ฉ٨

实验采用 Agilent 33220A 信号发生器产生激
༏ҵቫ ଌஆቫ
励 1.0 MHz 的正弦脉冲串，经功率放大器放大，通 ᫾ઈӜᦡ ᫾ઈӜᦡ
过阻抗匹配将激励电压加载到EMAT探头上，再由
接收端 EMAT探头接收到感生电压，经过滤波处理 EMAT EMAT
T R
后，由数据采集卡完成模数转换后将数据送入数据
采集显示处理终端，从而完成数据采集、波形显示 ༏ҵηՂ ڀฉηՂ
和数据存储，实验装置如图 10(b) 所示，实验原理如
图10(c)所示。 ᣉՔᜈጯ
(c) ࠄᰎԔေ
3.2 实验结果分析
图 10 斜入射 SH 波检测实验
实验得到回波信号如图 11 所示，缺陷波经过 3 Fig. 10 Inclined beams of SH waves detection experiment
次反射被接收端探头接收到，通过几何关系计算得
200
到缺陷波包理论出现时间为 58.84 µs 处，因此第 3 ̄൓ᄰ᣺ฉ
150 ʷ൓ᄰ᣺ฉ
个波包为缺陷波包。提取不同深度裂纹的缺陷波包
100 Ꭵᬞฉ
的幅值如图12所示。 50
随着裂纹径向深度增加，回波幅值也随之增加， ࣨϙ/mV 0
如图 12中红线所示。随着裂纹径向深度增加，裂纹 -50
反射面增加，相同激励频率下，回波幅值逐渐增加， -100
但由于斜入射 SH 波到达缺陷上下端面会存在时间 -150
差，所以当裂纹长度达到某一值时，裂纹上下端面反 -200 0 20 40 60 80 100
射回波相位相消，因此回波幅值出现曲折型上升，与 ௑ᫎ/µs
仿真模型中曲线变化一致，验证了斜入射 SH 波检 图 11 实验回波信号

测厚壁管道内壁微裂纹方法的可行性。 Fig. 11 Experimental waves