Page 129 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 狄成军等： 铝合金薄板焊缝根部缺陷高阶半跨模式波定量检测 125

高阶半跨模式波，也可避免余高干扰，准确呈现出裂
5 讨论
纹轮廓，成像结果如图8所示。其中，对于厚度8 mm
本文利用声束路径更长、声场覆盖范围更广的 的铝合金板，采用 TTTTTTT 和 TTTTTTTTT 模
高阶半跨模式波进行 TFM 成像，避免表面余高对 式波均能够实现余高下根部裂纹的成像表征，且高
探头和楔块布置的限制，实现薄板焊缝根部缺陷
度定量结果分别为 3.12 mm 和 3.15 mm，相对误差
的轮廓表征与定量检测。仿真和实验中均以厚度
不超过5.0%。同时，对于厚度10 mm铝合金板中裂
6 mm 铝合金板为检测对象，考虑到实际构件厚度
纹，采用 TTTTT、TTTTTTT 和 TTTTTTTTT 模
变化，进一步结合仿真模拟分析高阶半跨模式波的
式波检测的定量结果分别为 3.12 mm、3.09 mm 和
适用性。
参考第 3 节仿真条件，建立厚度 h 为 8 mm 和 3.09 mm，相对误差不超过 4.0%。相比之下，常规
10 mm的有余高铝合金板模型，余高、底面开口裂纹 半跨模式波，即 TTT 模式波的缺陷表征效果明显
高度与超声检测参数均保持不变。通过选择合适的 下降。

2 2 2 2 0
555 55555 5555555 555555555
3 4 3 4 3 4 3 4 -1
ງए/mm 5 6 ງए/mm 5 6 ງए/mm 5 6 ງए/mm 5 6 -3 ࣨϙ/dB
-2
-4
7 7 7 7 -5
-6
8 8 8 8
39 41 43 45 47 39 41 43 45 47 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
ඵࣱᡰሏ/mm ඵࣱᡰሏ/mm ඵࣱᡰሏ/mm ඵࣱᡰሏ/mm
(a) h/ mm
4 4 4 4 0
555 55555 5555555 555555555
5 5 5 5 -1
ງए/mm 6 7 ງए/mm 6 7 ງए/mm 6 7 ງए/mm 6 7 -3 ࣨϙ/dB
-2
-4
8
8
8
8
-5
9 9 9 9
-6
10 10 10 10
39 41 43 45 47 39 41 43 45 47 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
ඵࣱᡰሏ/mm ඵࣱᡰሏ/mm ඵࣱᡰሏ/mm ඵࣱᡰሏ/mm
(b) h/ mm
图 8 不同厚度带余高铝合金板根部裂纹的半跨模式波仿真 TFM 成像结果
Fig. 8 Simulated TFM images with half-skip mode waves for root cracks in aluminum alloy plates with
weld crown and different thicknesses
在此基础上， 图 9 进一步给出了上述厚度 6 mm

8 mm
6 mm、 8 mm 和 10 mm 带 余 高 铝 合 金 板 模 型 30
10 mm
的 TTT (图中简称 3T)、TTTTT (图中简称 5T)、
TTTTTTT (图中简称 7T) 和 TTTTTTTTT(图中 ᰴएࠀ᧚ឨࣀ/% 15
简称 9T) 等 4 种半跨模式波的仿真 TFM 成像定量
检测误差。结果显示，板厚 6 mm 时只有 9T 模式波
能够有效表征裂纹，而板厚增加到 10 mm 时，除 3T 0 3T 5T 7T 9T
വरฉመዝ
模式波以外，都具有较高定量精度。因此，在超声检
测参数和余高尺寸确定时，待测铝合金板材越厚，可 图 9 不同厚度带余高铝合金板根部裂纹的半跨模式波仿
真 TFM 测量误差
供选择的半跨模式波种类越多。为提高检测效率并
Fig. 9 Measurement errors of root cracks in aluminum
降低材料衰减，应优先选择阶数较低的半跨模式波
alloy plates with weld crown and different thicknesses
进行成像。随着板厚减小，则需采用高阶半跨模式 based on simulated TFM images with half-skip mode
波进行根部缺陷表征。 waves