Page 8 - 《应用声学》2023年第6期

1118 2023 年 11 月

有限元模型的最大网格尺寸设置为超声波波 图 4 显示：为了保证能够在焊缝中深度 2 mm
长的1/10，有机玻璃透镜网格尺寸不大于 0.02 mm， 形成聚焦声场，水距应随焊缝余高曲率的增大而增
水层网格尺寸不大于 0.01 mm，阀体环焊缝网格尺 大，即：为了保证相同的聚焦深度，焊缝测量所需水
寸不大于0.04 mm。 距相对于平面聚焦应随着焊缝余高面曲率半径 (曲
率的倒数) 的减小而增大。由此，焊缝中聚焦深度
2.2 余高曲率半径对水距调整及焦区尺寸的影响
2 mm时，水距H(r)表示为
建立了不同余高曲率半径焊缝水浸超声检测 34.42 1
的有限元仿真模型，分析焊缝余高面曲率半径对聚 H(r) = H ∞ + r + 338.81 r 2 , (4)
焦声场的不利影响，并讨论水距修正对改善焊缝中 式 (4) 中：H ∞ 为平面聚焦水距，r 为环焊缝曲率
声场聚焦性能的积极作用。环焊缝余高面分别设置 半径。

为平面、曲率半径 28.5 mm、曲率半径 37.5 mm、曲 根据图 3 的仿真结果可直观分析焦区的轴向
率半径 52 mm。有限元仿真分析显示：当水距设置 声压和截面声压分布，结合 6 dB 法可测量焦区尺
为 10.5 mm、12.1 mm、11.7 mm、11.25 mm 时透射 寸 [12] 。图 5 显示平面情况下，平面聚焦至 2 mm 深
波可在以上各种曲率半径下实现深度为 2 mm 的声 处的声压分布；可测得焦区高度为3.58 mm，焦区直
场聚焦，如图3所示。 径为0.42 mm。

௑ᫎ=7.7333 ms ௑ᫎ=8.8133 ms
Pa Pa
2.89 11 2.60
3
10
2 12 2
11
1 13 1
ງए/mm 13 0 ງए/mm 14 0
12
-1 -1
14 15
-2 -2
15 16
-3
-3.18 -2.83
1 4 7 1 4 7
ࠕए/mm ࠕए/mm
(a) ࣱ᭧ဗཝᎋ, ඵᡰ11.0 mm (b) జဋӧय़28.5 mm, ඵᡰ12.6 mm

௑ᫎ=8.5467 ms ௑ᫎ=8.5467 ms
Pa Pa
2.64 2.73
11 3
11
2
12 2
12
1 1
13 13
ງए/mm 14 0 ງए/mm 14 0

15 -1 15 -1
-2 -2
16 16
-3
-2.90 -2.98
1 4 7 1 4 7
ࠕए/mm ࠕए/mm
(c) జဋӧय़37.5 mm, ඵᡰ12.2 mm (d) జဋӧय़52 mm, ඵᡰ11.75 mm
图 3 各种余高曲率半径下的水浸聚焦声场瞬态图
Fig. 3 Transient images of water immersion focused sound field under various radii of curvature