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铬镍合金600的超声波波速和相速度频散曲线(一)
来源: 时间:2022-08-26

        铬镍合金600广泛应用于制造核电站蒸汽发生器(SG锅炉)管。采用超声波导波检测技术可以提高对SG管裂纹的检测能力,但目前尚处于研究阶段。进一步研究超声波声速和导波的频散特性可以提高SG管超声波检测的可靠性。此外,对SG管弹性常数的测定也非常重要。

        利用超声波速度可以测量材料的弹性常数及试样厚度,目前有多种方法用于测量超声波波速。在传统的脉冲回波法中,纵波和横波波速是由弹性波的传播距离和传播时间来确定的。对于固体板材,超声波声速和板厚可以同时从板的一侧测得。谐振声谱法(RUS)已应用于不同形状试样刚度的测量。薄板的弹性性能则可通过兰姆波频散曲线的反演方法获得。

        Young H. Kim等人用谐振声谱( RUS)法和反射泄露兰姆波(LLW )法对铬镍合金600板进行了超声波测试。RUS法测量结果表明,正在服役的板材表现出弹性各向异性。用RUS、超声波脉冲回波法和LLW的截止频率(cut-off frequency)分别测得了铬镍合金600板的纵波和横波声速。在假设正交对称的前提下,RUS法测得的厚度方向的声速与其他方法(脉冲回波法、截止频率法)得到的测量结果非常接近。通过改变入射角测量了板的反射泄漏兰姆波。获得的反射LLW频散曲线与理论计算结果有很好的一致性,个别部位不太一致的原因可能是由板的各向异性引起的。

        RUS可用于确定弹性刚度张量。事实上,对于具有高对称性的晶体结构,如各向同性的立方晶系以及正交晶系等,利用RUS能够确定九个张量。其中关键之一在于对称性的确定以及预先对弹性刚度的初始估测。这种初始估测应当接近从参考文献、经验以及其他测量方法获得的真值。计算得到的谐振频率以及传播模态应当和RUS法测得的结果相匹配,最终可通过比较和迭代使得弹性值收敛。

        当超声波以一定角度入射到浸在水中的板材时,如果入射波与板的一种兰姆波模态没有相位匹配,超声波反射时无畸变发生。反之,如果发生相位匹配,兰姆波将沿板材传播,并在板端被反射回来。这种被板端反射回的声波(本研究中叫反射泄露兰姆波)被探头接收。另外,探头还能接收到垂直入射于板表面后被反射回的较强声波。这部分波可视为板的谐振辐射,将其频率与兰姆波模态的截止频率比较,就可以确定板中的体波声速。相位匹配的条件满足斯涅尔定律。对于入射角为01 时产生的兰姆波,斯涅尔定律可表示为


 02


式中,0304分别是入射波的声速与兰姆波的相速度。

        RUS法测量的试样尺寸为lmmx2mmx3mm,LLW法测量的试样尺寸为50mm x 80mm x lmm(厚度)。分别采用20MHz的纵波探头(液浸式),以及5MHz横波探头(赛洛洛耦合方式),利用常规的脉冲回波法测量铬镍合金板中的纵波和横波声速,测量结果分别为5830m/s和3130m/s。采用RUS法检测过程中,试样置于发射探头和接收探头之间,在试样的两对角上施加最小的力来夹持,以便确保试样处于自由振动状态。

        为了绘制相速度频散曲线,建立了LLW自动检测系统。试样可以转动以实现从不同角度入射。试样转动和移动的精度分别为0.02°和20μm。超声波探头采用中心频率分别为1惭贬锄、2.25惭贬锄和5惭贬锄的叁个宽频带探头,由超声波脉冲发射接收器分别发射和接收。在板的端部反射的尝尝奥波由数字示波器接收并进行后续的数字化处理。探头位置与钢板的垂直距离为75尘尘,与钢板边缘的水平距离为30尘尘。

        图11-6是典型的铬镍合金600板的谐振声谱。在假设板是各向同性的前提下,得到的刚度张量的收敛值并不好,表明板在轧制过程中产生了各向异性。所以重新假设板是正交对称的,并对样品的纵波和横波声速进行了三维度测量。


 05

图11-6  典型的铬镍合金600板谐振声谱



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