钢轨探伤1章理论 - 图文(6)

图1－14 有机玻璃与钢的折射率和入射角之间关系

纵波从有机玻璃斜入射击至钢中的往复透过率见图1－15。由图可见，当入射角αL为30o~55 o（折射角βS为35o~75 o）时，折射横波声压往复透过率较大，最大为30%，在一定条件下入射角为30 o探头比50 o探头的往复透过率高。

图1－15 有机玻璃与钢界面往复透过率

（3）端角的反射

超声波在两个相互垂直平面构成的直角内反射称为端角反射（图1－16）。每次反射过程都遵循超声波的反射定律，与入射波波型相同的反射，以平行于入射方向返回，反射率的大小与入射角和入射波型有关。

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图1－16 端角反射示意图

纵波入射时，除入射角很小（0o附近）或入射角很大（90o附近）的情况外，纵波在很大范围内声压反射率均很低（见图1－17），当纵波入射角为15o~75 o间，不超过20%，这是由于纵波在端角平面上两次反射，分离出很强横波，这类横波不能沿与入射方向平行途径返回，使纵波的端角反射率很低。横波入射时，入射角在20o~34o或56o~70o范围内声压反射率为最低，当横波入射角为35o~55o间，端角反射率达100%，其原因是横波入射角均超过第三临界角。钢轨探伤中37o探头检测轨底横向裂纹就是利端角反射特性来实现。

图1－17 端角反射率

（4）工件侧壁平面的反射

对截面宽度或直径d与探头晶片尺寸可比的长直工件进行轴向纵波探测时，探头

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扩散声束中的一部分边缘声束等于以很大的纵波入射角αL斜入射工件侧壁平面，并产生纵波和变型横波S1（见图1－18），其中S1横波穿越工件成为另一侧壁平面上的入射横波，其中一部分经波型转换后成为变型纵波L2和横波S2，L2经底面反射后被探头接收。若工件足够长，则变型横波可能在工件厚度方向上作多次横穿，它们的波型转换情况与第一次横穿时类同。因为横波声速比纵波声速慢，这样经变型横波转换后探头接收到的回波显然滞后于单纯纵波传播至底返面的回波，滞后时间与变型横波横穿工件厚度的次数成正比。这些比正常纵波底面回波滞后的变型波称为迟到回波，其滞后声程△S可用下式计算：

△S=nd(CL)2?1

2CS式中：d－－工件厚度（或直径）；

n－－变型横波横穿工件次数。

图1－18 工件侧壁引起的干扰现象

钢中迟到回波的滞后声程为：△S=0.76nd；铝中迟到回波的滞后声程为：△S=0.88nd。位于工件侧壁附近的小缺陷，用与侧壁平行的声束很难检测，这是因为

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存在着工件侧壁干扰现象的缘故。这一干扰现象往往由经侧壁反射后的纵波（或横波）与不经反射的直射纵波之间的干涉引起的，其结果是干扰了直射声波的返回声压，使探测灵敏度下降。

在脉冲反射式探伤中，一般脉冲持续时间 所对应的声程不大于4λ，故只要侧壁反射声束路程大于直射纵波声束路程4λ，侧壁干扰即可避免。因此，干扰条件应满足：

2W－h=4λ

式中：W－－声束入射点到侧壁反射点距离；

H－－入射点至被探测缺陷的距离； λ－－波长。 （5）61°反射

当探头置于如图1－19所示的直角三角形工件上时，若纵波入射角?与横波反射角?的关系为：?+?=90°，则会在示波屏上出现位置特定的反射波。

图1－19 61°反射

由?＝90°－?得：sin?=cos? 由反射定律得：

Csin?sin???tan??L sin?cos?CS

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对于钢：tan??CL5900反射。 ??1.82即。??61?，所以这种反射称为61°

CS3230 61°反射的声程为：

x61?a?bCL?a?btan??BE?EC?BC CS当探头在AB边上移动时，反射波的位置不变，其声程恒等于直角三角形61°角所对的直角边长BC，

实际检测中，当探头置于如图6－12所示的11W试块上A处或类似结构的工件上时，同样会产生61°反射。

这时61°反射的声程为：

xA?d1?Rcom61?? ?d1?1.82d2?2R

CL?d2?Rsin61?? CS当探头向左平行移动到B、 C处时，还会出现两种反射回波。 B处是纵波反射角与入射角均等于45°，其声程为 XB＝d1－Rcos 45°＋d2－Rsin45° ＝d1＋d2－2Rsin45° ＝d1＋d2－1.414R C处是纵波垂直入射并反射，其声程为 Xc = d1－R

对于IIW块，d1=70mm，d2=35mm，R=25mm，探头位于A、 B、 C三处的回波声程分别为：

XA＝70＋1.82×35－2×25＝83.7 mm XB＝70＋35－1.414×25＝69.6 mm

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