Page 44 - 《应用声学》2023年第6期

1154 2023 年 11 月

角为 16° 时候的回波幅值最大，因此选用此入射角 1.0
度的超声波探头更佳；在螺纹区，其变化规律和螺杆
0.8
区一致，可以得出在 12° 入射角下的探头更有利于
检测出螺纹区处缺陷。 0.6
ॆʷӑࣨϙ 0.4

᣿ບӝ
0.2 ᛃీӝ
ᛃጯӝ
0
0 4 8 12 16 20
К࠱ᝈए/(O)
图 16 不同缺陷位置及入射角度下的缺陷回波信号
幅值
Fig. 16 The amplitude of the defect echo signal at
different defect locations and angles of incidence
(a) 10.0 ms (b) 11.0 ms (c) 12.0 ms
图 14 12° 入射角下不同时刻的声场图
3 结论
Fig. 14 Sound field diagram at different moments
at the angle of incidence of 12°
针对堆内构件紧固件围板螺栓内部缺陷超声
1.5 检测难题，建立了典型围板螺栓超声检测有限元三
௄Ꭵᬞ 维和二维数值计算模型，为划分更小的网格来提高
1.0 దᎥᬞ Ꭵᬞڀฉ अ᭧ڀฉ
计算精度，采用二维数值模型并且利用斜入射纵波
0.5 数学模型模拟了超声波在螺栓内部的传播情况及
ηՂࣨϙ/µm 0 与缺陷作用的信号波形。通过数值模拟分析了不同

-0.5 超声激励频率和探头宽度尺寸对螺栓内部超声场
和检测信号的影响，发现在激励频率为 5 MHz以及
-1.0 探头宽度为 4 mm 时的探头参数更佳，实现了超声
检测探头参数的仿真优化。最后，通过数值模拟对
-1.5
0 5 10 15 20 25
超声探头入射角度进行仿真优化，发现在螺栓过渡
௑ᫎ/µs
(a) 12°К࠱ᝈʾᄊ௑۫ηՂ 区的缺陷最好采用 0° 入射角的超声波进行检测；在
螺栓螺杆区部位最好选取 16° 入射角的超声波；在
1.0
螺纹区选取入射角为 12° 的超声波进行检测更佳。
0.8 本研究通过对核电堆内构件围板螺栓超声探头的
相关参数进行数值仿真优化，可以为研发围板螺栓
ॆʷӑࣨϙ 0.4 超声传感器以及对围板螺栓各区域的缺陷检测提
0.6
供理论上的指导。

0.2
参 考 文 献

0
0 4 8 12 16 20
К࠱ᝈए/(O) [1] 谢航, 葛亮, 蔡家藩. 核电站堆内构件围板螺栓的超声检测 [J].
(b) ˀՏК࠱ᝈʾᎥᬞڀฉࣨϙ 无损检测, 2020, 42(10): 49–51.
Xie Hang, Ge Liang, Cai Jiafan. Ultrasonic inspection of
图 15 螺纹区缺陷仿真结果
baffle bolts of nuclear power reactor internals[J]. Nonde-
Fig. 15 Simulation results for defect in thread area structive Testing, 2020, 42(10): 49–51.