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摘要：外界温度变化影响超声波检测缺陷的定位与定量。结合海洋工程生产实践，自行设计 了恒温实验箱，以模拟工程现场环境温度。在-20~120℃范围内，开展温度对超声波检测缺陷定 量定位影响的研究。得到了超声波横波声速变化对于深度测量影响的关系式，用以修正不同温度 下的缺陷深度的定位，对超声波检测的准确定位和定量有一定作用。
关键词：超声波检测；定位；定量
引言：
在海洋钢结构质量控制中，超声波检测技术作为重要的检测手段已得到广泛应用。超声波检测时对缺陷的定位和定量受温度的影响很大。焊缝缺陷在超声波仪器上显示出来的数据是回波幅度、深度、水平位置和声程，这些数据与探头楔块及工件中的声速、探头频率、耦合层等因素密切相关。随着温度的变化，这些参数将发生变化，进而影响到对缺陷的判 断。因此，找出温度变化对超声波检测缺陷定量定位的影响规律，对指导工程实践有重要指导意义。
一．超声波检测受温度影响原理
在弹性介质中，对于无限大固体介质，声速有：
式中E为介质杨氏弹性模量；G为介质刚性模量。ρ为介质密度，σρ为泊松比。不同温度下，材料中弹性模量发生变化。一般来说，弹性模量随温度的升高二减小。所以，不同的温度下，超声波的声速发生变化，随温度的升高，一般固体介质中超声波的传播速度降低。对于焊缝的超声波探伤，一般使用横波斜探头，当超声波通过异质界面时，发生波形转换，其规律符合折射定律；
当温度发生变化时，影响对应介质中的传播声速，因此折射角受声速变化影响而发生变化。导致超声波检测中检测结果产生变化。同时超声波在介质中传播时会有或多或少的损耗，所以其幅度和强度随距离的增加而减小。
实际上，即使在不考虑温度影响的情况下，超声波的衰减系数也是很难确定的，它受频率、波长、晶粒度和各项异性等因素的影响，与结构材质、组织有很大关系。衰减对超声波检测灵敏度有很大影响，在温度变化情况下的超声波衰减 更为复杂。因此，必须在实际测试中加以考虑。
二．测量试验
（一）试验设计
整个试验系统如图1所示。探伤使用超声波探头为泛美生产的带有高温楔块的直探头或带有高温楔块的斜探头。
试验开始前，确保系统各个部件工作正常，按照图1进行连接。试验开始时，先将探头置于反射回波最高位置处，此时固定探头不懂，通过示波器获取回波信号，测量两相邻回波间的时差与各自的回波声压。
根据声程差计算超声波在工作中的传播速度。超声探伤仪直接校准一二次反射回波，读出仪器校准后的声速测量值。对二次声速数据进行比较分析，以减少声速测量中的误差。
调节恒温试验箱温度控制系统，使温度逐步变化，得到不同温度下的声速测量值与回波幅度值。根据不同温度下得到的数据，分析温度对超声波探 伤缺陷定量定位的影响。
（二）声速及回波幅度受温度的影响试验
根据图1连接好试验系统。超声波声速及回波波幅的测定。利用底波及弧面回波测量声速及回波波幅。
三．数据分析
（一）温度变化对超声波定位的影响
1.超声纵波声速随温度变化的影响
温度对于超声波定位的影响主要源于温度对声速的影响。依据从超声仪及示波器上分别采集到的数据，绘制温度-纵波声速的试验曲线。如图5
从图中可以看出，超声波及示波器采集到的数据基本一致。在-20~120℃温度范围内，随着温度升高，纵波声速呈线性下降。
（二）温度变化对超声波定量的影响
超声波检测中对于缺陷的定量包括缺陷的长度、宽度和当量等，在此只分析由回波幅度变化造成的对缺陷当量的影响。
依据从超声仪及示波器上分别采集到的数据，以20℃测量回波幅度值为基准，计算各个温度下回波幅度达到与20℃相同需要增加或减少的dB值，绘制纵波增益-温度及横波温度- 波幅的试验曲线。
四．试验对比
使用CSKIII试块上深度为40mm的孔，在 20℃的环境温度下对仪器进行校准。然后针对不同温度下进行深度测量试验，并与修正公式进行对比，得到表3中的数据。由表3中的数据可以看出，经过修正的数据更接近真实缺陷深度。
五．结束语
通过对试验采集到的不同组数据进行分析比较，得出如下结论：
不同温度下钢工件内的声速产生不同的变化。在-20-120℃温度范围内，随着温度的升高，纵波及横波声速逐渐下降，其下降趋势近似为一条直线，纵波直探伤中对定位的影响不太明显。
在-20-120℃温度范围内，随着温度的升高，纵波及横波一次回波幅度逐渐下降，其下降趋势近似为一条直线。影响回波高度的因素有很多，包括钢工件、高温楔块、压电晶片本身随温度变化产生变化等。
在实际探伤中，使用带有高温楔块的探头进行探伤时，必须考虑温度对于回波幅度的影响，并根据外界温度变化给予相应补偿。
参考文献：
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[2]李金红，张雅超，邸艳玲，高炳军.采用导波杆方式超声检测高温高压管道壁厚的方法[J].无损检测.2009（08）
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论文作者:李伟华
论文发表刊物:《基层建设》2015年9期
论文发表时间:2016/9/27
标签：温度论文; 声速论文; 超声波论文; 回波论文; 纵波论文; 缺陷论文; 定量论文; 《基层建设》2015年9期论文;