Page 101 - 《应用声学》2021年第4期

第 40 卷 第 4 期 周庆祥等： 超声 C 扫描用喷水系统设计及其检测稳定性 585

试验，将喷头组件全部置入水槽中，使探头在全部水 由图 8 和图 9 曲线可知，在水平式穿透法检测
浸的状态下，再记录无缺陷处和有缺陷处所接收的 时，水柱受重力影响，当流速低于 0.5 m/s 时，无
透射波信号的幅值 50次，也求得喷头在全部水浸状 法进行检测；流量在 0.8 ∼ 3 m/s 区间时，有缺陷
态下，对应无缺陷处和有缺陷处所接收到的透射波 区和无缺陷区的透射信号具有明显的差别，透射
信号的最大值、最小值，也绘制在图 8 中，得到在水 波信号波动小，检测效果较好；当流速大于 3 m/s
浸静水状态下信号的波动范围。上述不同流速下的 时，透射信号的波动明显，无缺陷区信号最小值与
喷水与水浸检测状态下的无缺陷处和有缺陷处所 缺陷区信号最大值几乎相交，容易导致超声 C 扫图
接收到的透射波信号的波动范围图，可以用于表征 像产生 “花点噪声”，缺陷图像边缘模糊，这对检测
不同流速对信号稳定性的影响，如图8所示。再将上 性能影响较大。在不同流量下，对ϕ4 mm 的人工缺
述最大值和最小值做差，得到不同流速下无缺陷处 陷进行缺陷直径测量，在每种流速下重复测量 5 次，
和有缺陷处所接收到的透射波信号的波动曲线，如 将测量值绘制在图 10 中。由图 10 可知，当流速在
图9所示。 0.8 ∼ 3 m/s 范围时，缺陷直径的测量值分布范围
是 ϕ4 ∼ ϕ7 mm；当流速大于 3 m/s 时，缺陷直径测
5.5 Л๓௄Ꭵᬞӝ 量值分布范围是 ϕ5.5 ∼ ϕ8 mm，测量值比真实值
ηՂฉүᔵڊ
5.0
௄Ꭵᬞӝ 偏大。
4.5 ηՂฉүᔵڊ
ႃԍ/V 4.0 8
3.5
3.0 Ꭵᬞӝ 7
ηՂฉүᔵڊ
2.5
Л๓Ꭵᬞӝ
2.0 ηՂฉүᔵڊ ᄰय़/mm 6
1.5
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
5
ืᤴ/(mSs -1 )
图 8 喷水状态和水浸状态下不同流速时透射波信 4
号波动范围 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Fig. 8 The range of the transmissive waves with ืᤴ/(mSs -1 )
water-immersion ultrasonic or squirter ultrasonic
图 10 不同流速时缺陷直径的测量值
on the condition of different velocity
Fig. 10 The measurement results of defect diam-
eters on the condition of different velocity
2.2
2.0 Ꭵᬞӝ
1.8 ௄Ꭵᬞӝ 透射信号的波动与耦合水的流动状态有关，当
Л๓Ꭵᬞӝ
1.6 流速低于 0.5 m/s 时，射流水柱已不能保持水平，发
Л๓௄Ꭵᬞӝ
1.4 生弯曲，无法进行检测，水柱状态如图 11(a) 所示；
ႃԍ/V 1.2 当流速在 0.8 ∼ 3 m/s 区间时，射流水柱刚性良好，
1.0
0.8
射流水柱表面平整，流动平稳，工件表面的 “水盘”
0.6
0.4 喷散稳定，水柱如图11(b)所示，水盘状态如图11(c)
0.2
所示；当流速大于 3 m/s 时，射流水柱表面变得不
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
平整，水柱中混有少量气泡，喷射至工件表面的 “水
ืᤴ/(mSs -1 )
花” 产生剧烈飞溅，如图 11(d) 所示；当 “水花” 溅落
图 9 喷水状态和水浸状态下不同流速时透射波信
至入射探头的水柱时，会影响入射波的传播声路，当
号波动曲线
“水花” 溅落至接收探头的水柱时，会使透射波产生
Fig. 9 The curve of the transmissive waves with
噪声干扰，所以超声波信号变得不稳定，透射波波动
water-immersion ultrasonic or squirter ultrasonic
on the condition of different velocity 范围增加，测量值偏大，不利于检测。