Page 99 - 《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 583

50 mm，间距为0.5 mm ×0.5 mm，水循环系统水压 平均值作为直径测量值；对于矩形缺陷而言，分别取
为0.36 MPa，流速为 1.47 m/s，以上参量保持不变， x方向和y 方向两个测量值。同时，在每个射水距离
改变喷嘴末端至复合材料板的距离(射水距离L)分 工况下，重复测量10次，再将测量值取平均值，同时
别为 2 mm、6 mm、10 mm、15 mm。根据图 3，换算
计算平均值与真实值的偏差值∆，列入表1中。
成探头距工件表面的距离分别为 76 mm、80 mm、
通过表 1 结果分析，随着喷嘴端至复合材料
84 mm、89 mm。试验结果采用超声 C扫显示，不同
板距离的增加，测量值与真实值的偏差也逐渐变
距离下的部分检测结果图像如图 6 所示。由于检测
大。原因主要包括以下几个方面：首先，随着距
系统中探头声束直径和扫查步进精度会影响成像
的分辨率，所以缺陷的检测图像轮廓较模糊。由于 离的增加，超声波在水中的传播距离增大，声束
横向分辨率和纵向分辨力与换能器的性能有关，一 发生扩散；其次，本实验系统采用的扫描步进为
般是不相等，所以对于圆形缺陷而言，测量显示图像 0.5 mm×0.5 mm，导致结果成像的像素较粗略；
是不规则圆形，本试验取图像的 x 方向和 y 方向值 第三，由图6的图像质量可知，随着喷嘴端至复合材

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L 1 L 2 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6
L 2
L 1 L 2
L 2 L 2 L 2 L 2 L 3 L 4
L 0 L 2 L 2 L 3 L 2 L 2 L 3 L 4 L 5

L

图 5 喷水耦合超声衰减因素分析模型
Fig. 5 Analysis of the causes of ultrasonic attenuation

 
60 60
φ5
 φ4 φ3 50  φ5 φ4 φ3 50
Y/(0.5 mm)  40 Y/(0.5 mm)  40
30
30


 20  20
8T8 7T8 10 8T8 7T8 4T6 10
4T6
 
                   
X/(0.5 mm) X/(0.5 mm)
(a) L=2 mmೝ฾ᡔܦCੳڏ (b) L=6 mmೝ฾ᡔܦCੳڏ
 
60 60
 φ5 φ3 50  φ5 φ4 φ3 50
Y/(0.5 mm)  φ4 40 Y/(0.5 mm)  40
30
30


 20  20
8T8 7T8 4T6 10 8T8 7T8 4T6 10
 
                   
X/(0.5 mm) X/(0.5 mm)
(c) L=10 mmೝ฾ᡔܦCੳڏ (d) L=15 mmೝ฾ᡔܦCੳڏ
图 6 各人工缺陷检测结果部分图像
Fig. 6 Parts of the C-scan result of the artificial defects