基于声场计算的管道曲率对焊缝二次波检测的影响

张益成,李晓红,丁 辉

(武汉大学动力与机械学院,武汉 430072)

用超声波对中厚壁管焊缝进行检测,已被认为是一种行之有效的检测方法,但对于小径管焊缝检测存在一定的困难,尤其体现在缺陷的定量方面。图1(a)和(b)显示了相同声程的条件下,一次波检测过程中声波直接由反射体返回;二次波检测过程中声波经过了管内壁两次散射,不同管内壁曲率对声束的散射将导致反射体回波信号的不同。

图1 一次波与二次波检测示意图图

国内外已开发多种仿真系统作为超声检测过程分析研究的重要手段[1-3],较好地解决了实验研究当中只能以有限种类的规则反射体做回波信号分析,无法制作出其他种类的反射体(如球孔)的困难。笔者采用文献[4]建立的超声检测计算分析系统UT-CAS,进行声场和缺陷的回波计算。

1 计算模型与声场计算

1.1 UT-CAS计算模型

UT-CAS的声场计算模型是基于瑞利积分和pencil法建立的,计算时需要考虑如何将发射源与计算区域分别离散,并求解出相应的声束路径;分别计算各源点与计算点间的幅值、相位的变化,通过叠加所有源点的声压得到最终的声压分布。

声束在圆柱曲界面的反射声场计算时,反射路径的求解是关键。笔者采用二分法求解反射路径。根据pencil法的计算要求,路径求解问题可以转化为以下问题：假设半径为r的圆柱体轴线与空间坐标系中的y轴重合,已知源点坐标为(x1,y1,z1)和计算点坐标为(x2,y2,z2),求解曲界面上反射点(x3,y3,z3)。在各向同性介质中,入射声束向量、反射声束向量及反射点上的法向量共面。……