Page 7 - 《应用声学》2023年第6期

第 42 卷 第 6 期 邓江勇等： 核级阀门唇焊焊缝熔深的超声检测方法 1117

度为T 的狭缝端： 播干扰，在模型的两侧设置了厚度为 1 mm 的超声
波吸收层，如图 2(a) 所示。通过有机玻璃表面施加
T = C 2 (F − H)/C 3 , (2)
边界载荷 (声压 P) 模拟晶片振动，P 为经高斯窗调
式(2) 中：F 为水中焦距，C 2 为水中纵波声速，C 3 为
制的正弦波：
焊缝中纵波声速。
2
{ [ ] }
(t − 1.5T)
式 (2) 给出了平面检测对象的水距调整方法， P(t)=1.5 exp − sin(2πft), (3)
(T/1.5)
而唇焊焊缝的超声波入射面为环形曲面，针对平面
入射面的水距调整方法需要修正，以下通过数值仿 式 (3) 中，t 为时间，f 为信号频率，T 为周期。激励
真技术分析环焊缝曲面对水距及焦区尺寸的影响。 信号频率为 15 MHz，周期数设置为 1.5，如图 2(b)
所示。
ཝᎋ͸ᰴ᭧ F  P
ཝᎋअ᭧ F  ܦᤩ᪫

ଊ݀ H ඵࡏ
F 
࿙ᎋቫ
F  מཝ ծஆ᣸ႍ
T
ཝᎋ
ཝᎋ

(a) ೝ฾வขᇨਓڏ

(a) ೝ฾വی
F  F 
1.5
1.0
F  F 
ࣨϙ 0.5
ႃԍ/V 0

-0.5
-1.0
t  t  t  t 
-1.5
௑ᫎ
0 0.1 0.2 0.3
(b) ೝ฾ηՂྲढ़ڏ ௑ᫎ/µs
(b) ༏ҵηՂ
图 1 喷水式聚焦检测方法及信号特征
图 2 检测模型及激励信号
Fig. 1 Water jet focus detection method and sig-
Fig. 2 Detection model and excitation signal
nal characteristics

2 基于有限元的检测理论分析 水浸聚焦探头的声透镜为有机玻璃透镜，密度
3
为 1190 kg/m ，杨氏模量为 3 GPa，泊松比为 0.4，
2.1 数值仿真模型 纵波声速为 2730 m/s；探头模型参数如下：中心频
采用二维建模方式，建立阀体唇焊焊缝水浸超 率为 15 MHz，晶片直径为 6 mm，水中标称焦距为
声聚焦检测的有限元模型，该模型由水浸焦探头、水 20 mm。唇焊环焊缝材料为碳钢，材料参数如表 1
层、焊缝组成。为防止模型边缘反射造成的声波传 所示。

表 1 碳钢材料参数 (A42AP)
Table 1 Carbon steel material parameters (A42AP)

材料 密度/(kg·m −3 ) 杨氏模量/GPa 泊松比 声速/(m·s −1 ) 工作温度/( C)
◦
碳钢 7900 300 0.3 5748 316