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无损检测老前辈谈“爬波技术”原理

近年,超声波检测技术不断成熟,超声波检测新技术不断推出,爬波检测技术也被提及,但是在许多文献中并没有详细的介绍爬坡原理,而是把它讲的非常抽象复杂难懂。超声波检测二级培训教材上也“爬波”作了一定的介绍,但是没有从“爬波”的基本理论上阐述何所谓爬波技术。正好本人在远东无损检测资讯网拜读了无损检测老前辈梁金坤《也议“爬波”》一文,该文从超声波折射定律的角度,用通俗易懂文字阐述了爬波形成的原理,分析超声波声束以第一临界角角度入射在第二介质中超声波实际情况,以及详细介绍了为什么爬波检测方法爬波爬不远的原因。感谢无损检测老前辈经验知识分享!以下是该博文详细内容,本文值得推荐。

金坤老前辈《也议“爬波”》博文:


爬波检测技术

爬波:在第一临界角产生的并以纵波沿表面传播的波。

这里的问题是:

第一,在入射角为第一临界角时,在第二介质中为什么有沿表面传播的纵波?

第二,近年,关于“爬波” 的许多资料,却又把它讲得很复杂。例如:

1)有的资料说:“爬波在传播过程中不断发生波型转换”;

2)有的资料说:“爬波爬不远,可检测距离很小。”

这些问题的原因是什么?本文想谈些粗浅看法,希望讨论。

当αL≈αⅠ时,第二介质界面分散折射理论

当入射角αL小于第一临界角αⅠ时,在第二介质中,既存在纵波折射,又存在横波折射。我称之为“分散折射” 。“分散折射” 的特点,就是因纵波、横波同时存在,而它们的各自声压偏低。

当入射角αL大于第一临界角αⅠ时,通常认为:在第二介质中,只存在折射横波,没有了折射纵波,不存在“分散折射”了 。

这就出现了一个问题:当探头发射的纵波,以αL≈αⅠ入射到第二介质界面时,也会出现“分散折射” 么?下面,我们来具体分析。

1.1当αL=αⅠ时,第二介质中,没有折射纵波么?

当αL=αⅠ时,纵波折射角βL =900。它的含义是说,折射纵波声轴线与法线夹角βL=900,沿折射纵波声轴线传播的纵波波线,应该在第二介质表面传播。按GB/T12604.1定义,这种纵波,应该就是爬波。

然而,波是呈束状扩散存在的,当折射纵波声轴线在第二介质表面时,折射纵波声轴线以下部分—下半扩散角部分,就留在第二介质之中了。我认为: 当αL≈αⅠ时,在第二介质表面和近表面传播的纵波,都是爬波。

1.2 αL=αⅠ时,探头入射的实际状况分析

1)投射区界面前部入射角接近(α+θ),θ为声束半扩散角。这时投射区前部对应的纵波折射声轴已移出第二介质表面,可以认为,投射区界面前部的折射效应,在第二介质中,“残留” 纵波很少,主要产生了折射横波;

2)投射区界面后部入射角接近(α-θ),纵波折射角βL ‹900。投射区界面后部的折射效应为:第二介质中有折射横波,但也“残留” 了较多的纵波折射;

3) 投射区界面介于前、后部之间的区域,可能在第二介质中有的部分产生了折射横波,有的部分产生折射纵波;

4)αL稍大于αⅠ时,可能在第二介质中,折射横波成分可能偏多;αL稍小于αⅠ时,可能在第二介质中,折射纵波成分可能偏多;

5)由于分散折射,即由于折射横波和纵波方向明显不同,所以从进入第二介质表面开始,在折射横波和折射纵波各波线方向上的声压(包括声强),发生了再分配,与始脉冲相比,全都明显降低了,这是各折射波线回波波幅低的根本原因。

请读者注意:第二介质表面投射区界面,有的部位产生折射横波,有的部位产生折射纵波,这和“爬波在传播过程中不断发生波型转换”,是不同的概念。

2  爬波的实质

当αL≈αⅠ,第二介质界面分散折射时,爬波是波线(请注意:不是声轴线)折射角βL不大于90度、留在第二介质中的纵波。

3  爬波为何爬不远?

当αL=αⅠ时,折射纵波声轴折射角β=900 。残留在第二介质的“爬波”的最小折射角约为80度左右,它们与折射纵波声轴夹角大约为100,接近零值半扩散θo,声压自然很低;再加上第二界面的分散折射,使折射波线向各方向上的声压普遍降低,这是爬波可检测距离很小、爬不远的原因。据说,“爬波”的回波波幅,与始脉冲幅度之间,可能有与距离4次方成反比的关系(我未用自已的数理方法证明过)。

结论

1)爬波是当αL≈αⅠ时,留在第二介质中的纵波。

2) 当αL≈αⅠ时,第二介质界面发生了分散折射。人们可能对这种现象缺乏理解,才误以为“爬波”是一种新的波型。


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